青贮玉米育种现状和遗传改良对策

刘惠芝

摘    要：青贮玉米是我国玉米生产所需的特用玉米，在畜牧业发展中起到重要作用。畜牧业不能很好地利用玉米茎叶等部分，秸秆焚烧造成严重的环境污染，青贮玉米推广受到广泛关注。研究分析我国国审青贮玉米品种的杂种优势群，温热I群×瑞德黄、瑞德黄×热带种质杂优模式具有代表性。归为温热I群的有16个系，13个品种达品质一级标准。生物产量是青贮玉米遗传改良的重要目标，以青贮专用型为主是育种的方向。拓宽种质资源遗传改良基础是青贮玉米育种的重要手段。采用以单交种为主的组配方式完善品种试验程序，有利于遗传改良取得突破。

关键词：青贮玉米；育种现状；遗传改良

文章编号：1005-2690（2023）09-0028-03       中国图书分类号：S548；S513       文献标志码：B

玉米被誉为“饲料之王”，是目前世界上产量最高的谷类粮食作物，在世界农业生产中占据重要地位。随着玉米播种面积逐年上升，我国粮食供求总量平衡但结构性矛盾突出，玉米库存大幅增加，种植效益逐渐降低，需要优化玉米种植结构和区域布局。随着我国经济的快速发展，青贮玉米成为今后市场最具潜力的作物。青贮玉米是世界主要的饲料产物之一，我国饲料玉米需求量占饲料总量的90％以上，美国收获青贮玉米面积在玉米总面积中占比超过7％。由于种植户普遍受传统粮食观念等因素的影响，我国玉米育种以高产为品种选育目标。农业农村部印发全国草食畜牧业发展规划的通知，要求推进优质饲料生产。分析我国青贮玉米育种现状，有利于青贮玉米新品种的选育，对促进我国草食畜牧业发展具有重要意义。

1 青贮玉米育种概述

玉米是重要的粮食及饲用作物，在生产实践中处于饲料作物中的王者地位，是用于生产肉蛋奶油等畜产品的重要饲料来源。随着新技术的应用，青贮玉米在人们的生活中占据重要地位，青贮玉米优良品种选育对促进优势农业发展及生态环保等具有重大意义[1]。受种植业政策等因素影响，我国畜牧业主要是家庭式小规模饲养模式。研究青贮玉米育种对促进实现畜牧强国战略目标具有重要意义。

1.1 青贮玉米类型特点

青贮玉米是秸秆叶片适合青贮发酵的玉米，根据不同分类标准可分为多种类型。根据饲用对象分为牛、羊、猪用等专用玉米。根据分蘖性强弱分为分蘖型和独秆型，分蘖型青贮玉米可有效提高青贮饲料品质，独秆型青贮玉米单位面积上绿色体的高额产量通过提高单株重实现[2]。国内将青贮玉米按用途分为专用型和粮饲兼用型，粮饲兼用型可作为普通玉米品种用作食物或配合饲料。青贮玉米与普通玉米在收获期的产量和品质要求、育种方向等方面存在差异。

青贮玉米最佳收获期为籽粒乳熟后期至蜡熟前期，主要用于制作优质青贮饲料。我国青贮玉米根据特性分为专用型、粮饲通用型和饲草型。专用型青贮玉米是在适宜收获期收获全株玉米青贮发酵作为饲料的玉米，生物产量较高、适口性良好；粮饲通用型青贮玉米可根据玉米市场需求变化调整应用方向；饲草型青贮玉米指适宜青贮的饲草类玉米，主要适宜在高海拔冷凉地区种植。饲料短缺时期，人们将持绿性较好的植株刈割用作草食牲畜饲料，秸秆大多发黄发干，青贮玉米品种应坚持以专用型为主的发展方向[3]。青贮玉米营养丰富，畜牧业发达与发展青贮玉米密切相关。我国畜牧业发展要大力发展草食家畜，形成节粮型畜牧业结构。

1.2 青贮玉米育种性状

青贮玉米产量高、营养丰富，具有易贮存、易吸收等特点，是畜禽生产肉蛋奶的主要饲料来源。欧洲大约种植4×10 hm青贮玉米，美国每年种植青贮玉米面积为4.6×10 hm[4]。我国青贮玉米育种研究起步较晚，20世纪80年代前，我国大多用籽粒品种生产青贮玉米。青贮玉米可作青贮饲料喂养反刍动物，营养物质可长时间保存。优质青贮玉米经济效益较高，可有效解决作物生产能力不足问题。

青贮玉米主要性状包括干物质产量、消化率、籽粒与茎秆比值等。消化率是青贮玉米的重要性状，青贮玉米茎秆消化率主要由其中的中性洗涤纤维等决定，与其纤维素、可溶性糖等密切相关。通过遗传改良提高纤维消化率可以提高青贮玉米的营养价值[5]。选育整株干物质产量高的杂交种是青贮玉米育种的重要目标。玉米籽粒具有较高的能量，粒茎比决定青贮玉米的品质。青贮玉米要求选育单位面积生物产量最高的品种，常用指标为粗蛋白含量等。青贮玉米的育种目标是适时收获、淀粉含量高于28％、离体消化率大于78％、抗大小斑病等。

2 青贮玉米种质资源与育种现状

我国是世界第二大玉米生产国。随着人们对肉蛋奶需求大大增加，《中国食物与营养发展纲要》对肉蛋奶提出新的目标，要提高饲料数量和质量，推动养殖业发展。随着畜牧业发展，玉米成为重要的粮食饲料经济兼用作物，如何在提高玉米产量的同时满足市场需求是玉米育种工作面临的新课题[6]。我国畜牧业发展趋势是大力发展草食家畜，将加快畜牧业发展作为调整产业结构的重要举措。需要分析青贮玉米育种发展现状，研究青贮玉米遗传改良的有效对策。

2.1 青贮玉米育种发展现状

20世纪60年代，我国开始进行饲料玉米的育种研究，随着人们生活水平的提高，青贮玉米育种研究引起世界玉米育种界的广泛关注[7]。利用青贮玉米秸秆发展畜牧业，将种植业与养殖业结合，可大幅提高玉米就地转化率，减轻对玉米产业带来的冲击。目前我国主要有上海市农业科学院作物研究所、山西农业大学高粱研究所等单位开展青贮玉米种质资源创新研究，青贮玉米成为玉米新品种选育的重要方向。

玉米自杂交系杂种优势群划分是构建杂优模式的重要依据，根据青贮玉米品种审定提供亲本自交系来源，对50个亲本自交系划分杂交优势群，主要包括瑞德黄、热带种质以及温热I群等杂种优势群。瑞德黄类群10个系占20％，使用2次亲本自交系有1145、YA8201和YA3237。依据亲本自交系所属杂交种群优势，将玉米品种分为旅大红骨×溫热I群、温热I群×高油、瑞德黄×塘四平头、塘四平头×热带种质等杂优模式。温热I群×瑞德黄有8个品种，旅大红骨×温热I群有4个品种[8]。如山西省强盛种业育成晋单青贮42，杂优模式特点是果穗大、抗倒伏。瑞德黄×热带种质玉青贮04889等占10.7％，杂优模式特点是植株高大、生物鲜重高。温热I群×高油群有中农大青贮GY4515，杂优模式特点是植株持绿性好、油分含量高。我国评价青贮玉米纤维品质性状主要指标有酸性洗涤纤维含量等，青贮玉米品种审定按酸性洗涤纤维含量划分。

2.2 青贮玉米种质资源

青贮玉米能量较高，具有节省饲料及减少浪费等作用。青贮玉米主要特点是适口性好，调制青贮玉米方法设备简单。青贮玉米非结构性碳水化合物含量高，相比其他饲料具有较高的纤维素含量。籽粒蜡熟后期适宜品种玉米秸秆青贮后消化率达70％，饲喂青贮饲料奶牛日增加产奶量3.64 kg[9]。育种目标评价指标要考虑产量和品质，玉米果穗对青贮玉米产量和品质具有重要作用，果穗占比大时，青贮玉米青贮品质好。青贮玉米主要种质资源包括高油玉米、优质蛋白玉米及褐色中脉基因型玉米等。

普通玉米种质类型较多，我国生产上常用的普通玉米种质包括Lancaster群等。当前生产上使用青贮玉米品种白鹤为普通玉米品种。研究表明，bm3玉米木质素聚合度较低，相比近等基因系突变体减少木质素含量，bm3基因型玉米细胞壁易消化。因bm3（褐色中脉基因型玉米）生长速度慢、开花延迟等农艺性状差，限制其利用。bm3杂交种果穗部分占比较小，Miller等对常规S1家系进行鉴定发现，bm3种质在青贮玉米育种中潜力较大。不同类型的分蘖玉米在营养成分、粗蛋白含量上无显著差异。国外农业专家认为，分蘖强的饲料型玉米可用于青贮杂交定向选育，分蘖型玉米干物质生产潜力大。

2.3 青贮玉米主要品质遗传性状

世界育种专家利用美国玉米带马齿型群体杂交，创造青贮玉米杂交优势模式，创建小种子型玉米群体，高油糯玉米等种质曾作为青贮玉米种质资源研究。分蘖玉米靠侧枝的补充形成高额干物质产量，我国专家利用体细胞无性系变异突变筛选技术等进行改良，育成青贮专用抗倒玉米新品种。目前使用品种以京多1号、科多8号等适合密植的高产品种为主。青贮玉米育种目标主要考虑植株高大、抗病虫。

玉米品质性状遗传变异范围大，Wisconsin大学研究人员对群体茎秆进行高低纤维素的双向选择，组成木质素含量低的WFILILO群体，各组分成分廣义遗传力高。Wolf等从WFISILO群体中选出纤维素含量高的S1家系，经选择可筛选出组分上适合青贮玉米的基因型。Geiger等对马齿型自交系进行双列杂交，对代谢能产量和代谢能量进行配合力分析，发现其他性状GCA值较小，硬粒玉米自交系间MEC的GCA与茎秆的GCA显著相关。Gurrath等用相同自交系进行研究发现，IVDME与NDA含量高度相关。对自交系营养品质性状选择比估计测验杂交种GCA效应有效。Hunter利用S1家系选择法对Wigor群体进行轮回选择，可消化干物质产量选择对整株产量提高有效。

3 青贮玉米遗传改良和育种技术

玉米是全世界重要的粮食作物和饲料来源，20世纪90年代以来，全球用作粮食的玉米占总量的17％，饲料玉米占总量的11.7％。青贮玉米是我国养殖业发展必备的重要饲料资源，畜牧业迅速发展对青贮玉米的需求迫切。目前我国玉米品质改良集中于籽粒品质，对玉米秸秆品质性状遗传规律的研究较少。遗传改良是提高玉米品质的有效途径，青贮玉米品质改良要研制快速、准确、简便的品质测试仪器方法，对不同品质性状需要采用不同的仪器方法分析。研究快速测定技术可以为青贮玉米营养品质评价服务。

3.1 青贮玉米遗传改良策略

现阶段，我国青贮玉米育种目标是株高300 cm，籽粒乳熟后期至蜡熟期保持13片以上绿叶，种植密度67 500～75 000株/hm，干物质含量30％，北方春玉米区生物干重22.5 t/hm，籽粒产量10.5 t/hm；青贮专用型品种中性洗涤纤维含量≤45％，粗蛋白含量≥70％，达到国家一级品质标准，籽粒容重≥720 g/L，达到国家普通玉米水平对籽粒品质的要求。

青贮玉米要考虑果穗及籽粒的产量、品质，要注意兼顾生物产量和品质性状，籽粒产量与整株产量相关系数r值为0.48～0.51，籽粒产量最高的普通玉米品种整株产量比专用型低10％左右。畜牧业对青贮玉米营养品质要求较高，要求青贮玉米品种必须具备中性洗涤纤维等品质性状。选用耐密品种是提高青贮玉米产量的重要途径。青贮玉米收获应在籽粒乳线下移1/2～3/4时期最佳。青贮玉米育种以生物产量与营养成分为主要对象，优质的青贮玉米品种必须兼顾产量和营养成分，应在选育青贮玉米杂交种中考虑产量高、品质好的品种。

3.2 青贮玉米育种方法

青贮玉米育种要加强基础理论研究，征集优良种质资源。我国青贮玉米研究工作起步较晚，利用现代生物技术开展青贮玉米自交系类群划分等方面有待研究。建立现代青贮玉米规模化育种集成技术体系平台和推动高效精准育种转变是遗传改良的重要方向。高大严选的选系方法有利于提高青贮玉米自交系选育效率。在S1代对遗传基因较窄的选系群体种植3 000株，在S1～S3代加强对植株形态、抗倒性的选择；S4代以上选系选用骨干系为测验种，评选出高配合理的优良青贮玉米自交系。青贮玉米单交种是当前应用杂种优势的主要方式，制种产量高。以青贮玉米生产推广的单交种为主是值得提倡的选育方式。为减少人工去雄工作量，需要改良单交种和不育系利用的研究。

4 结束语

我国畜牧业发展相比欧美发达国家较为落后，优质饲料供应不足是制约畜牧业发展的主要原因。当前我国奶业进入快速发展时期，奶牛产奶量较低，急需发展青贮玉米饲料提高产奶量，预计今后我国青贮玉米种植面积不断增加。当前我国北方地区冬季饲草料严重不足，必须大力发展人工种植草料。南方地区要大力发展青贮玉米，解决饲料短缺问题。培育青贮玉米饲料专用玉米品种成为当务之急，推广新品种对提高农民收入、改善生态环境具有历史意义。玉米育种成败取决于育种工作者对玉米生长习性的了解，不断学习积累经验可以加快对玉米生长环境的了解。要加强对青贮玉米育种遗传改良技术的研究推广，促进我国畜牧业的健康发展。

参考文献：

[1]周恪驰，何长安，纪春学，等.玉米育种问题及对策研究[J].黑龙江粮食，2022（4）：64-66.

[2]刘杭，侯乐新，王方明，等.我国青贮玉米育种现状和遗传改良策略[J].玉米科学，2021，29（1）：1-7.

[3]杨子和.1份非洲玉米种质的适应性研究及其育种潜势分析[D].雅安：四川农业大学，2020.

[4]周波.玉米穗长和株高与穗位高的遗传解析及其应用[D].郑州：河南农业大学，2019.

[5]徐维.一份白玉米矮生材料的育种潜势及遗传模式[D].雅安：四川农业大学，2019.

[6]龚锡震.不同类型种质玉米青贮特性筛选鉴定[D].贵阳：贵州大学，2019.

[7]冷益丰.四川当前主要玉米种质杂种优势类群及产量配合力研究[D].雅安：四川农业大学，2018.

[8]侯瑞.玉米大刍草渐渗系衍生杂交组合的生物量评价[D].武汉：华中农业大学，2018.

[9]韩建.45份白粒玉米遗传多样性与育种潜势研究[D].雅安：四川农业大学，2018.