關于玉米新品種多環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 關義新

（1.中國農業科學院作物科學研究所 北京100081；2.中國科學院東北地理與農業生態研究所 長春130102）

多環境測試（Multi-environment Trial, MET）即不可控環境下的表型測試，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節， 也是現代商業化玉米育種體系的重要組成部分[10]。 據報道，世界種業巨頭研發的玉米新品種，在商業化開發之前，會不厭其煩地進行多環境測試（如先鋒公司的每個雜交種商業化之前至少要在150 多個試驗點和200 多個農場主的地塊上進行測試）[3]，以確定新品種是否具有開發價值， 以及盡可能摸清新品種的缺陷和風險所在， 從而對新品種進行準確的生態定位[5]。多年研究與品種觀察過程中， 筆者一直非常關注玉米新品種多環境測試及其相關問題， 現將有關思考與分析討論匯總如下。

1 玉米新品種多環境測試過程中是否需要防治病蟲害

玉米新品種多環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，而只是根據各參試品種產量、 抗性等表型性狀的自然表現來選優汰劣[10]。國內常見的品種多環境測試是國家及各省（市）以品種審定為目的而設置的品種區域試驗， 以及品種選育單位在新品種參加區域試驗前或審定后推廣前進行的多年多點大田試驗。

大田條件下， 玉米生長發育及產量形成過程是應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區主要的病蟲害。 據報道，東北地區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重，在干旱年份極易造成玉米缺苗斷壟、減產嚴重[6]。 玉米大斑病是影響玉米產量的主要病害之一， 其大發生會造成較大的產量損失[8]。 玉米螟是我國玉米生產上發生最普遍、危害最嚴重的害蟲，玉米螟為害一般年份可使玉米減產10%，嚴重危害年份可減產20%～30%[2]。 這些病蟲害雖然對玉米危害大， 但有效的防控技術已經研制成功，并在生產上普遍采用。 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生[7]。目前東北地區玉米種子包衣已成為高產栽培技術集成的重要組成部分， 不進行包衣拌種直接播種的現象已基本消失[6]。 再如，近年來，在吉林省玉米生產上， 針對大斑病、 玉米螟等當地主要病蟲害發生情況， 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。 該技術已經成為當地種田大戶普遍采用的成熟技術， 并有社會化服務機構提供技術服務。

綜上認為，玉米新品種多環境測試中，對于地下害蟲及苗期病蟲害、大斑病、玉米螟等主要病蟲害，因其防控技術成熟且在生產上已普遍應用， 建議在新品種多環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中通過采用主要病蟲害防治技術把表現優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，玉米生長發育及產量表現仍很突出，經專家實收測產，產量高達1 005.4 kg/畝。調查表明，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， 使玉米生長發育沒有遭受水分脅迫。 ②在針對當地主要地下害蟲和苗期病蟲害進行種子包衣防控的基礎上， 為了保證玉米健康生長和后期品種觀摩效果， 玉米拔節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區的實地考察發現， 各家單位實施的玉米新品種展示田， 為品種生長發育及產量形成創造了非常優越的環境條件，因此，其“展示”的是品種的豐產性或者品種的產量潛力。 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”根本就不發病，而一個容易倒伏的品種可以被調控得在狂風暴雨條件下仍然直立不倒。

另一方面， 筆者也曾經觀摩過把品種表現的假象“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雨氣候條件而發生較嚴重根倒伏。 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 發生嚴重根倒伏的根源， 調查表明主要出現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 發生較嚴重的根倒伏。

3 對新品種多環境測試結果影響最大的因素是什么

據報道， 在美國玉米帶實施的新品種多環境測試中， 影響玉米新品種表現的因素依次為年份、試點、試驗承擔者、密度、播種期、試點內區組、小區重復[10]。 在我國，影響玉米新品種多環境測試結果的因素非常復雜。 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實施的東北春玉米中熟組品種測試，其結果，在60 多個參試品種中，2 份種子以22 個測試點的平均單產計， 其一排名第6 位，其二排名倒數第3 位。 據調查，承擔該試驗的專家對統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結果（排名），其實是承擔試驗專家在充分考慮多個試驗影響因素基礎上經過目前國際上最先進統計軟件分析處理后得出的結果。 出現上述問題的原因可能是，①試驗管理不規范，非處理因素對試驗結果的干擾太大；②試驗管理較規范，但因為玉米乃稀植作物，測產樣本量偏小，沒有把處理（品種）間的差異通過取樣“取”出來。 綜上認為，在新品種多環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，切實做到試驗管理規范，盡最大可能消除非處理因素的干擾， 是新品種多環境測試獲得可靠結果的根本保障， 是任何先進數據分析方法與軟件都不能替代的重要工作。

4 新品種多環境測試中種植密度如何設置

近年來國內外越來越多的研究結果表明， 目前玉米生產上應用的優良品種與“老品種”相比，由于抗逆性的顯著提高，當其達到最高單產密度后，進一步把密度增加到更高水平時， 單產一直穩定在最高水平[4]。 從品種測試的角度可以對此現象做如下解析，育種家選育的新品種如果是真正的優良品種， 那么其在達到最高單產密度后， 進一步將密度增加到偏高水平后， 其最高單產水平仍能得以充分表現的同時，其抗倒伏性等潛在風險也得到了測試[5]。 因此，在新品種（組合）初、中級測試時應設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， 在開發推廣之前的多環境測試階段，應針對其目標種植區域，設置多環境×密度互作試驗，以測試出新品種在不同產量環境下抗倒伏性、結實性及產量等性狀的耐密性， 明確新品種在每一個具體產量環境類型中的最適密度， 尤其是安全生產密度， 從而最大限度地規避新品種在推廣應用中有可能出現的風險[5]。

5 小規模育種者如何實現“多環境測試”

玉米新品種多環境測試的首要工作是測試地點選擇與測試網絡建設。 據報道，跨國種業巨頭已經由最初根據區域特點而簡單定性選擇試驗地點， 發展到基于多年氣候及土壤數據，利用CERES 作物生長模型先進行環境類型劃分，再進行玉米生態區劃，進而確定測試地點數量與布局，從而保證了所選擇的品種測試地點的生態代表性和數量合理性[9]。 國內有實力的種子企業則是以獨家或者以聯合體形式在全國各大玉米生態類型區構建新品種測試地點網絡，為新品種多環境測試和準確生態定位提供必要保障。

相比較而言， 小規模育種者或個體育種者由于經費短缺、占有資源有限，不能通過布置多點試驗實現品種的多環境測試，亟需制定應對措施。 本團隊在多年來實施同一品種在相同處理條件下重復種植多次的玉米栽培試驗的過程中發現， 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之間，產量等綜合性狀表現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之間玉米所處的生長小環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模育種者制定了一個基于其自身財力條件且試驗實施質量可完全由自己掌控的“多環境測試”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、不同地點重復種植20～30 次，使“多環境測試”得到一定程度的體現。 其測試效果非常明顯，如在2021 年，由于8 月初出現大風天氣條件，6 月28 日播種的中等環境產量地塊中，有的組合出現莖折，據統計，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，則沒有發現莖折植株。 由此可見，僅靠一個簡單的“多環境測試”方案，1/3 左右有致命缺陷的、 在其他環境下可能表現優良的新組合被測試鑒別出來了。