關(guān)于玉米新品種多環(huán)境測試的若干思考與討論

馬興林 徐安波 楊久臣 王傳海 李淑蘭 吳亞芝 關(guān)義新

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 北京100081；2.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 長春130102）

多環(huán)境測試（Multi-environment Trial, MET）即不可控環(huán)境下的表型測試，是揭露玉米新品種真面目、決定新品種最終命運的極為重要的育種環(huán)節(jié)， 也是現(xiàn)代商業(yè)化玉米育種體系的重要組成部分[10]。 據(jù)報道，世界種業(yè)巨頭研發(fā)的玉米新品種，在商業(yè)化開發(fā)之前，會不厭其煩地進行多環(huán)境測試（如先鋒公司的每個雜交種商業(yè)化之前至少要在150 多個試驗點和200 多個農(nóng)場主的地塊上進行測試）[3]，以確定新品種是否具有開發(fā)價值， 以及盡可能摸清新品種的缺陷和風(fēng)險所在， 從而對新品種進行準(zhǔn)確的生態(tài)定位[5]。多年研究與品種觀察過程中， 筆者一直非常關(guān)注玉米新品種多環(huán)境測試及其相關(guān)問題， 現(xiàn)將有關(guān)思考與分析討論匯總?cè)缦隆?/p>

1 玉米新品種多環(huán)境測試過程中是否需要防治病蟲害

玉米新品種多環(huán)境測試是指在不可控條件下對玉米新品種進行表型測試，其主要特點是，除了普通的田間管理，不對參試品種施加任何輔助管理措施，而只是根據(jù)各參試品種產(chǎn)量、 抗性等表型性狀的自然表現(xiàn)來選優(yōu)汰劣[10]。國內(nèi)常見的品種多環(huán)境測試是國家及各省（市）以品種審定為目的而設(shè)置的品種區(qū)域試驗， 以及品種選育單位在新品種參加區(qū)域試驗前或?qū)彾ê笸茝V前進行的多年多點大田試驗。

大田條件下， 玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量形成過程是應(yīng)對生物逆境和非生物逆境脅迫的過程， 生物逆境中地下害蟲、大斑病、玉米螟等病蟲害是我國玉米主產(chǎn)區(qū)主要的病蟲害。 據(jù)報道，東北地區(qū)玉米春播時存在的主要問題之一是地老虎、蠐螬、金針蟲等地下害蟲及根腐病、蚜蟲等苗期病蟲害危害嚴(yán)重，在干旱年份極易造成玉米缺苗斷壟、減產(chǎn)嚴(yán)重[6]。 玉米大斑病是影響玉米產(chǎn)量的主要病害之一， 其大發(fā)生會造成較大的產(chǎn)量損失[8]。 玉米螟是我國玉米生產(chǎn)上發(fā)生最普遍、危害最嚴(yán)重的害蟲，玉米螟為害一般年份可使玉米減產(chǎn)10%，嚴(yán)重危害年份可減產(chǎn)20%～30%[2]。 這些病蟲害雖然對玉米危害大， 但有效的防控技術(shù)已經(jīng)研制成功，并在生產(chǎn)上普遍采用。 如用種衣劑29%噻蟲·咯·霜靈FS 1.16 g/kg 包衣處理玉米種子，既能有效防治地下害蟲， 又能控制苗期病蟲害的發(fā)生[7]。目前東北地區(qū)玉米種子包衣已成為高產(chǎn)栽培技術(shù)集成的重要組成部分， 不進行包衣拌種直接播種的現(xiàn)象已基本消失[6]。 再如，近年來，在吉林省玉米生產(chǎn)上， 針對大斑病、 玉米螟等當(dāng)?shù)刂饕∠x害發(fā)生情況， 在大喇叭口期和授粉后10 d 左右通過植保無人機噴施 “吡唑醚菌酯+氯蟲苯甲酰胺”（即提前進行“盲防”），防控效果非常好。 該技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)胤N田大戶普遍采用的成熟技術(shù)， 并有社會化服務(wù)機構(gòu)提供技術(shù)服務(wù)。

綜上認(rèn)為，玉米新品種多環(huán)境測試中，對于地下害蟲及苗期病蟲害、大斑病、玉米螟等主要病蟲害，因其防控技術(shù)成熟且在生產(chǎn)上已普遍應(yīng)用， 建議在新品種多環(huán)境測試中對這些主要病蟲害進行防控，從而在玉米大面積生產(chǎn)中通過采用主要病蟲害防治技術(shù)把表現(xiàn)優(yōu)良的新品種鑒選出來。

2 新品種展示田究竟有多大的觀摩價值

山東省禹城市在2019 年玉米生長發(fā)育期間遭遇干旱少雨天氣， 一些玉米地塊因為沒有采取灌水等抗旱措施，產(chǎn)量損失一般為20%～30%，個別地塊在50%以上甚至基本絕收。 但在某公司玉米新品種展示田，玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量表現(xiàn)仍很突出，經(jīng)專家實收測產(chǎn)，產(chǎn)量高達1 005.4 kg/畝。調(diào)查表明，該玉米新品種展示田主要采取了以下措施：①遇旱補灌。 針對玉米播種至成熟期一直干旱少雨的氣候條件，玉米生育期澆水6 次， 使玉米生長發(fā)育沒有遭受水分脅迫。 ②在針對當(dāng)?shù)刂饕叵潞οx和苗期病蟲害進行種子包衣防控的基礎(chǔ)上， 為了保證玉米健康生長和后期品種觀摩效果， 玉米拔節(jié)后通過植保無人機噴施“殺菌劑+殺蟲劑+葉面肥”4 次。綜合多年來在我國玉米各主產(chǎn)區(qū)的實地考察發(fā)現(xiàn)， 各家單位實施的玉米新品種展示田， 為品種生長發(fā)育及產(chǎn)量形成創(chuàng)造了非常優(yōu)越的環(huán)境條件，因此，其“展示”的是品種的豐產(chǎn)性或者品種的產(chǎn)量潛力。 而如此高水平或超高水平管理的玉米品種展示田， 把品種的很多缺陷都掩蓋了， 一個抗病性很差的品種可以被提前 “盲防”根本就不發(fā)病，而一個容易倒伏的品種可以被調(diào)控得在狂風(fēng)暴雨條件下仍然直立不倒。

另一方面， 筆者也曾經(jīng)觀摩過把品種表現(xiàn)的假象“展示”出來的玉米展示田。 在2005-2008 年期間，在某單位昌平試驗基地， 鄭單958 等品種展示田常在授粉期前后因遭遇風(fēng)雨氣候條件而發(fā)生較嚴(yán)重根倒伏。 就鄭單958 的品種特性而言，至少在籽粒建成（授粉后15 d 左右） 之前， 抗根倒伏能力上比鄭單958 強的品種很少見。展示田中的鄭單958 發(fā)生嚴(yán)重根倒伏的根源， 調(diào)查表明主要出現(xiàn)在播種后及苗期的水分管理上，播種時底墑不足，于是在播種后出苗前噴灌，即采取所謂的“接墑”措施，苗期因為干旱無雨噴灌2～3 次。 因土壤墑情較差，噴灌補水每次灌水量不大， 此措施導(dǎo)致玉米根系都蜷縮于15 cm 左右的表土層中，中后期遇到較大降雨造成田間積水，表層土壤變得松軟， 致使本來高抗根倒的鄭單958 發(fā)生較嚴(yán)重的根倒伏。

3 對新品種多環(huán)境測試結(jié)果影響最大的因素是什么

據(jù)報道， 在美國玉米帶實施的新品種多環(huán)境測試中， 影響玉米新品種表現(xiàn)的因素依次為年份、試點、試驗承擔(dān)者、密度、播種期、試點內(nèi)區(qū)組、小區(qū)重復(fù)[10]。 在我國，影響玉米新品種多環(huán)境測試結(jié)果的因素非常復(fù)雜。 幾年前，一位玉米育種家把自己新育成的一個苗頭品種的種子分為2 份， 分別冠以不同名稱后， 參加某承試單位負責(zé)實施的東北春玉米中熟組品種測試，其結(jié)果，在60 多個參試品種中，2 份種子以22 個測試點的平均單產(chǎn)計， 其一排名第6 位，其二排名倒數(shù)第3 位。 據(jù)調(diào)查，承擔(dān)該試驗的專家對統(tǒng)計分析軟件很是精通， 這位玉米育種家所得到的參試品種表現(xiàn)結(jié)果（排名），其實是承擔(dān)試驗專家在充分考慮多個試驗影響因素基礎(chǔ)上經(jīng)過目前國際上最先進統(tǒng)計軟件分析處理后得出的結(jié)果。 出現(xiàn)上述問題的原因可能是，①試驗管理不規(guī)范，非處理因素對試驗結(jié)果的干擾太大；②試驗管理較規(guī)范，但因為玉米乃稀植作物，測產(chǎn)樣本量偏小，沒有把處理（品種）間的差異通過取樣“取”出來。 綜上認(rèn)為，在新品種多環(huán)境測試的每一個測試點， 從玉米播種到收獲的整個生長期內(nèi)，切實做到試驗管理規(guī)范，盡最大可能消除非處理因素的干擾， 是新品種多環(huán)境測試獲得可靠結(jié)果的根本保障， 是任何先進數(shù)據(jù)分析方法與軟件都不能替代的重要工作。

4 新品種多環(huán)境測試中種植密度如何設(shè)置

近年來國內(nèi)外越來越多的研究結(jié)果表明， 目前玉米生產(chǎn)上應(yīng)用的優(yōu)良品種與“老品種”相比，由于抗逆性的顯著提高，當(dāng)其達到最高單產(chǎn)密度后，進一步把密度增加到更高水平時， 單產(chǎn)一直穩(wěn)定在最高水平[4]。 從品種測試的角度可以對此現(xiàn)象做如下解析，育種家選育的新品種如果是真正的優(yōu)良品種， 那么其在達到最高單產(chǎn)密度后， 進一步將密度增加到偏高水平后， 其最高單產(chǎn)水平仍能得以充分表現(xiàn)的同時，其抗倒伏性等潛在風(fēng)險也得到了測試[5]。 因此，在新品種（組合）初、中級測試時應(yīng)設(shè)置盡可能偏高的密度[5]。 而在新品種高級測試階段，即對于每一個新選育的玉米品種， 在開發(fā)推廣之前的多環(huán)境測試階段，應(yīng)針對其目標(biāo)種植區(qū)域，設(shè)置多環(huán)境×密度互作試驗，以測試出新品種在不同產(chǎn)量環(huán)境下抗倒伏性、結(jié)實性及產(chǎn)量等性狀的耐密性， 明確新品種在每一個具體產(chǎn)量環(huán)境類型中的最適密度， 尤其是安全生產(chǎn)密度， 從而最大限度地規(guī)避新品種在推廣應(yīng)用中有可能出現(xiàn)的風(fēng)險[5]。

5 小規(guī)模育種者如何實現(xiàn)“多環(huán)境測試”

玉米新品種多環(huán)境測試的首要工作是測試地點選擇與測試網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。 據(jù)報道，跨國種業(yè)巨頭已經(jīng)由最初根據(jù)區(qū)域特點而簡單定性選擇試驗地點， 發(fā)展到基于多年氣候及土壤數(shù)據(jù)，利用CERES 作物生長模型先進行環(huán)境類型劃分，再進行玉米生態(tài)區(qū)劃，進而確定測試地點數(shù)量與布局，從而保證了所選擇的品種測試地點的生態(tài)代表性和數(shù)量合理性[9]。 國內(nèi)有實力的種子企業(yè)則是以獨家或者以聯(lián)合體形式在全國各大玉米生態(tài)類型區(qū)構(gòu)建新品種測試地點網(wǎng)絡(luò)，為新品種多環(huán)境測試和準(zhǔn)確生態(tài)定位提供必要保障。

相比較而言， 小規(guī)模育種者或個體育種者由于經(jīng)費短缺、占有資源有限，不能通過布置多點試驗實現(xiàn)品種的多環(huán)境測試，亟需制定應(yīng)對措施。 本團隊在多年來實施同一品種在相同處理條件下重復(fù)種植多次的玉米栽培試驗的過程中發(fā)現(xiàn)， 即使在試驗管理上很好地做到了 “盡最大可能消除非處理因素干擾”，但在同一處理的不同重復(fù)之間，產(chǎn)量等綜合性狀表現(xiàn)也往往存在較大差異，說明即使在同一地塊、同樣管理水平下， 同一處理的不同重復(fù)之間玉米所處的生長小環(huán)境仍然存在一定差異。 為此，本團隊給山東省禹城市的一個小規(guī)模育種者制定了一個基于其自身財力條件且試驗實施質(zhì)量可完全由自己掌控的“多環(huán)境測試”方案，面向禹城市 70 萬畝玉米，選擇有代表性的20～30 個農(nóng)戶地塊， 組建一個3～5 人的播種小組，從6 月15 日開始，每天將玉米新品種（組合）播于1～2 個地塊上，一直播至6 月底，即同一套新組合在不同日期、不同地點重復(fù)種植20～30 次，使“多環(huán)境測試”得到一定程度的體現(xiàn)。 其測試效果非常明顯，如在2021 年，由于8 月初出現(xiàn)大風(fēng)天氣條件，6 月28 日播種的中等環(huán)境產(chǎn)量地塊中，有的組合出現(xiàn)莖折，據(jù)統(tǒng)計，在參試的25 個新組合中，輕度莖折（莖折株比率10%以下）組合6 個，占24%；重度莖折（莖折株比率10%以上）組合3 個，占12%。 而播于其他20 多個地塊的同一套組合中，則沒有發(fā)現(xiàn)莖折植株。 由此可見，僅靠一個簡單的“多環(huán)境測試”方案，1/3 左右有致命缺陷的、 在其他環(huán)境下可能表現(xiàn)優(yōu)良的新組合被測試鑒別出來了。