关于玉米新品种多环境测试的若干思考与讨论

      以下文章来源于南北学苑 ，作者马兴林

      多环境测试（Multi-environment Trial, MET）即不可控环境下的表型测试，是揭露玉米新品种真面目、决定新品种最终命运的极为重要的育种环节，也是现代商业化玉米育种体系的重要组成部分。据报道，世界种业巨头研发的玉米新品种，在商业化开发之前，会不厌其烦地进行多环境测试（如先锋公司的每个杂交种商业化之前至少要在150多个试验点和200多个农场主的地块上进行测试），以确定新品种是否具有开发价值，以及尽可能摸清新品种的缺陷和风险所在，从而对新品种进行准确的生态定位。多年研究与品种观察过程中，笔者一直非常关注玉米新品种多环境测试及其相关问题，现将有关思考与分析讨论汇总如下。

      1.玉米新品种多环境测试过程中是否需要防治病虫害

      玉米新品种多环境测试是指在不可控条件下对玉米新品种进行表型测试，其主要特点是，除了普通的田间管理以外，不对参试品种施加任何辅助管理措施，而只是根据各参试品种产量、抗性等表型性状的自然表现来选优汰劣。国内常见的品种多环境测试是国家及各省（直辖市、自治区）以品种审定为目的而设置的品种区域试验，以及品种选育单位在新品种参加区域试验前或审定后推广前进行的多年多点大田试验。

      大田条件下，玉米生长发育及产量形成过程是应对生物逆境和非生物逆境胁迫的过程，生物逆境中地下害虫、大斑病、玉米螟等病虫害是我国玉米主产区主要的病虫害。据报道，东北地区玉米春播时存在的主要问题之一是地老虎、蛴螬、金针虫等地下害虫及根腐病、蚜虫等苗期病虫害危害严重，在干旱年份极易造成玉米缺苗断垄、减产严重。玉米大斑病是影响玉米产量的主要病害之一，其一旦大发生，会造成较大的产量损失。玉米螟是我国玉米生产上发生最普遍、危害最严重的害虫，玉米螟为害一般年份可使玉米减产10％，严重危害年份可减产20%～30%。这些病虫害虽然对玉米危害大，但有效的防控技术已经研制成功，并在生产上普遍采用。如用种衣剂29%噻虫·咯·霜灵FS 1.16g/kg包衣处理玉米种子，既能有效防治地下害虫，又能控制苗期病虫害的发生。目前东北地区玉米种子包衣已成为高产栽培技术集成的重要组成部分，不进行包衣拌种直接播种的现象已基本消失。再如，近年来，在吉林省玉米生产上，针对大斑病、玉米螟等当地主要病虫害发生情况，在大喇叭口期和授粉后10d左右通过植保无人机喷施“吡唑醚菌酯+氯虫苯甲酰胺”（即提前进行“盲防”），防控效果非常好。该技术已经成为当地种田大户普遍采用的成熟技术，并有社会化服务机构提供技术服务。

      综上认为，玉米新品种多环境测试中，对于地下害虫及苗期病虫害、大斑病、玉米螟等主要病虫害，因其防控技术成熟且在生产上已普遍应用，建议在新品种多环境测试中对这些主要病虫害进行防控，从而在玉米大面积生产中通过采用主要病虫害防治技术的条件下把表现优良的新品种鉴选出来。

      2. 新品种展示田究竟有多大的观摩价值

      山东省禹城市在2019年玉米生长发育期间遭遇干旱少雨天气，一些玉米地块因为没有采取灌水等抗旱措施，产量损失一般为20%～30%，个别地块在50%以上甚至基本绝收。但在某公司玉米新品种展示田，玉米生长发育及产量表现仍很突出，经专家实收测产，产量高达1005.4 kg/亩。调查表明，该玉米新品种展示田主要采取了以下措施：①遇旱补灌。针对玉米播种至成熟期一直干旱少雨的气候条件，整个玉米生长季浇水6次，使玉米生长发育没有遭受水分胁迫。②在针对当地主要地下害虫和苗期病虫害进行种子包衣防控的基础上，为了保证玉米健康生长和后期品种观摩效果，玉米拔节后通过植保无人机喷施“杀菌剂+杀虫剂+叶面肥”4次。综合多年来在我国玉米各主产区的实地考察发现，各家单位实施的玉米新品种展示田，为品种生长发育及产量形成创造了非常优越的环境条件，因此，其“展示”的是品种的丰产性或者品种的产量潜力。而如此高水平或超高水平管理的玉米品种展示田，把品种的很多缺陷都掩盖了，一个抗病性很差的品种可以被提前“盲防”得根本就不发病，而一个容易倒伏的品种可以被调控得在狂风暴雨条件下仍然直立不倒。

      另一方面，笔者也曾经观摩过把品种表现的假象“展示”出来的玉米展示田。在2005～2008年期间，在某单位昌平试验基地，郑单958等品种展示田常在授粉期前后因遭遇风雨气候条件而发生较严重根倒伏。就郑单958的品种特性而言，至少在籽粒建成（授粉后15d左右）之前，在抗根倒伏能力上，比郑单958强的品种很少见。展示田中的郑单958发生严重根倒伏的根源，调查表明主要出现在播种后及苗期的水分管理上，播种时底墒不足，于是在播种后出苗前喷灌，即采取所谓的“接墒”措施，苗期因为干旱无雨喷灌2～3次。因土壤墒情较差，喷灌补水每次灌水量不大，此措施导致玉米根系都蜷缩于15cm左右的表土层中，中后期遇到较大降雨造成田间积水，表层土壤变得松软，致使本来高抗根倒的郑单958发生较严重的根倒伏。

      3. 对新品种多环境测试结果影响最大的因素是什么

      据报道，在美国玉米带实施的新品种多环境测试中，影响玉米新品种表现的因素依次为年份、试点、试验承担者、密度、播种期、试点内区组、小区重复。在我国，影响玉米新品种多环境测试结果的因素非常复杂。几年前，一位玉米育种家把自己新育成的一个苗头品种的种子分为2份，分别冠以不同名称后，参加某承试单位负责实施的东北春玉米中熟组品种测试，其结果，在60多个参试品种中，2份种子以22个测试点的平均单产计，其一排名第6位，其二排名倒数第3位。据调查，承担该试验的专家对统计分析软件很是精通，这位玉米育种家所得到的参试品种表现结果（排名），其实是承担试验专家在充分考虑多个试验影响因素基础上经过目前国际上最先进统计软件分析处理后得出的结果。出现上述问题的原因可能是，①试验管理不规范，非处理因素对试验结果的干扰太大；②试验管理较规范，但因为玉米乃稀植作物，测产样本量偏小，没有把处理（品种）间的差异通过取样“取”出来。综上认为，在新品种多环境测试的每一个测试点，从玉米播种到收获的整个生长期内，切实做到试验管理规范，尽最大可能消除非处理因素的干扰，是新品种多环境测试获得可靠结果的根本保障，是任何先进数据分析方法与软件都不能替代的重要工作。

      4. 新品种多环境测试中种植密度如何设置

      近年来国内外越来越多的研究结果表明，目前玉米生产上应用的优良品种与“老品种”相比，由于抗逆性的显著提高，当其达到最高单产密度后，进一步把密度增加到更高水平时，单产一直稳定在最高水平。从品种测试的角度可以对此现象做如下解析，育种家选育的新品种如果是真正的优良品种，那么其在达到最高单产密度后，进一步将密度增加到偏高水平，其最高单产水平仍能得以充分表现的同时，其抗倒伏性等潜在风险也得到了测试。因此，在新品种（组合）初、中级测试时应设置尽可能偏高的密度。而在新品种高级测试阶段，即对于每一个新选育的玉米品种，在开发推广之前的多环境测试阶段，应针对其目标种植区域，设置多环境×密度互作试验，以测试出新品种在不同产量环境下抗倒伏性、结实性及产量等性状的耐密性，明确新品种在每一个具体产量环境类型中的最适密度，尤其是安全生产密度，从而最大限度地规避新品种在推广应用中有可能出现的风险。

      5. 小规模育种者如何实现“多环境测试”

      玉米新品种多环境测试的首要工作是测试地点选择与测试网络建设。据报道，跨国种业巨头已经由最初根据区域特点而简单定性选择试验地点，发展到基于多年气候及土壤数据，利用CERES作物生长模型先进行环境类型划分，再进行玉米生态区划，进而确定测试地点数量与布局，从而保证了所选择的品种测试地点的生态代表性和数量合理性。国内有实力的种子企业则是以独家或者以联合体形式在全国各大玉米生态类型区构建新品种测试地点网络，为新品种多环境测试和准确生态定位提供必要保障。

      相比较而言，小规模育种者或个体育种者由于经费短缺、占有资源有限，不能通过布置多点试验实现品种的多环境测试，亟需制定应对措施。本团队在多年来实施同一品种在相同处理条件下重复种植多次的玉米栽培试验的过程中发现，即使在试验管理上很好地做到了“尽最大可能消除非处理因素干扰”，但在同一处理的不同重复之间，产量等综合性状表现也往往存在较大差异，说明即使在同一地块、同样管理水平下，同一处理的不同重复之间玉米所处的生长小环境仍然存在一定差异。为此，本团队给山东省禹城市的一个小规模育种者制定了一个基于其自身财力条件且试验实施质量可完全由自己掌控的“多环境测试”方案，面向禹城市70万亩玉米，选择有代表性的20～30个农户地块，组建一个3～5人的播种小组，从6月15日开始，每天将玉米新品种（组合）播于1～2个地块上，一直播至6月底，即同一套新组合在不同日期、不同地点重复种植20～30次，使“多环境测试”得到一定程度的体现。其测试效果非常明显，如在2021年，由于8月初出现大风天气条件，6月28日播种的中等环境产量地块中，有的组合出现茎折，据统计，在参试的25个新组合中，轻度茎折（茎折株比率10%以下）组合6个，占24%；重度茎折（茎折株比率10%以上）组合3个，占12%。而播于其他20多个地块的同一套组合中，则没有发现茎折植株。由此可见，仅靠一个简单的“多环境测试”方案，1/3左右有致命缺陷的、在其他环境下可能表现优良的新组合被测试鉴别出来了。