杜艷娣

摘要：玉米株高和穗位高是玉米理想株型中兩個重要的農(nóng)藝性狀，通過穗高系數(shù)把二者有機的結(jié)合起來。通過大樣本分析，2020年國審?fù)ㄟ^的普通玉米品種，平均株高283cm，穗位高108cm，穗高系數(shù)38.2%。首次提出穗高系數(shù)值為38.2%時的“黃金律穗高系數(shù)”一詞概念，并定義為玉米“標準穗高系數(shù)”。以“標準穗高系數(shù)”為統(tǒng)領(lǐng)所構(gòu)建的株型具有結(jié)構(gòu)嚴謹，形體不松散的特征，得出了在結(jié)合植株其他優(yōu)良性狀的條件下，穗高系數(shù)值為38.2%時，作物的產(chǎn)量、耐密性和抗倒伏性或?qū)⑦_到理想狀態(tài)的結(jié)論，并將“標準穗高系數(shù)”列入構(gòu)建玉米理想株型所有性狀中的首要性狀。

關(guān)鍵詞：玉米;穗高系數(shù);黃金律

為貫徹落實《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》（農(nóng)規(guī)發(fā)【2019】33號）精神，更好更快地實現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)化配置投入要素的核心功能，以加快推進農(nóng)藝和信息技術(shù)集成研究和系統(tǒng)示范為核心，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化為目的，以構(gòu)建作物理想生長模型為目標。

玉米是世界上三大糧食作物之一，典型的碳四作物，具有較高的產(chǎn)量潛能。2021年我國玉米種植面積達到了6.5億畝以上，是種植面積最大的作物，在保障我國糧食安全中占有重要地位。如何增加玉米產(chǎn)量，提高作物的抗倒伏能力，在發(fā)揮保障糧食供給、增加經(jīng)濟效益上顯得尤為重要。

1 材料與方法

2020年國家品種審定委員會審定通過了845個玉米品種，并分別于2020年4月29日和2020年11月26日，在中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部官網(wǎng)發(fā)布。

第一次共審定通過43個品種，收集到有效株高和穗高信息47個，平均株高277cm，穗高106cm，穗高系數(shù)為38.32%;除去4個特種品種后，有常規(guī)品種38個，有39個株高和穗高信息，平均穗高系數(shù)為：38.34%。

第二次共審定通過了802個品種，收集到有效株高和穗高信息數(shù)為934，其中，有三個爆裂品種沒株高和穗高信息，在去除爆裂、青貯、黏、甜四類104個特種品種后，共有698常規(guī)品種，平均株高為282cm，穗高108cm，穗高系數(shù)為38.16%。

全年審定845個品種，平均株高276cm，穗高106cm，平均穗高系數(shù)38.3%。

全年審定736個常規(guī)品種，平均株高281.8cm，穗高系數(shù)107.6cm，平均穗高系數(shù)38.2%。

2 結(jié)論與討論

作物株型結(jié)構(gòu)直接影響作物群體光能分布，進而影響群體光合作用[1]。目前，關(guān)于株型的研究包括植株的形態(tài)特征和空間排列方式以及與群體光能利用直接相關(guān)的生理生態(tài)方面的機能性狀。一般而言，育種者傾向利用構(gòu)成玉米株型的葉型、根型、莖型和穗型等主要因素，推廣者則重點推廣一些穗高系數(shù)合適的優(yōu)秀品種，可從品種簡介中可直接了解到的表型性狀。

2.1 穗高系數(shù)研究進展

玉米穗高系數(shù)是指果穗在莖稈上著生的相對位置，其數(shù)值等于穗位高與株高的比值。據(jù)研究報道，恰當?shù)乃敫呦禂?shù)對于提高玉米產(chǎn)量、增強耐密性和抗倒伏性具有重要的實踐意義。

株高是玉米理想株型一重要指標參數(shù)，一般來講，產(chǎn)量隨著株高增加而增加，但是株高達到一定高度又和玉米的莖倒和莖折等發(fā)生矛盾。鄭雷等發(fā)現(xiàn)玉米植株過高會造成種植密度下降，不抗倒伏，收獲質(zhì)量降低[2]。玉米株高過低會影響生長群體的通透性，增加患病害和蟲害的幾率。

李登海認為，玉米植株選擇中稈或中高稈較理想，同時增加多基因控制的致矮性性狀，避免群體株高增加出現(xiàn)的倒伏情況。

顧慰連提出玉米植株理想的株高應(yīng)該在240～280cm之間[3]，與美國玉米平均株高240～260cm基本接近。

玉米穗位過高會造成植株倒伏，也不利用機械化收獲，過低不利于葉片上部光合產(chǎn)物向穗部的有效運輸。

玉米植株株高過矮則會影響整個群體生物量和生長結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)量產(chǎn)生負影響。諸多專家學(xué)者對玉米穗高系數(shù)進行的了深入的研究。

2.1.1 育種上方面研究

湯國民、龍麗萍、夏德君等認為玉米穗高系數(shù)對產(chǎn)量性狀的影響分為正、負兩個方面，但正的影響作用更大，尤其表現(xiàn)在穗長和行粒數(shù)上[4]。

2.1.2 栽培學(xué)方面研究

（1）中國農(nóng)科院作物所李少昆研究員在理想群體結(jié)構(gòu)---1500kg（吐絲期）提出8項具體指標，得出了玉米穗高系數(shù)在38.75%～41.76%。

（2）陳范駿等認為玉米最適宜的穗高/株高比介于0.36～0.38之間[5]，即穗高系數(shù)在36%～38%之間。

（3）河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院王振華研究員認為玉米穗高系數(shù)等于抗倒系數(shù)，并闡明“在選育抗倒品種時選擇株高適中、穗位較低，一般情況下，如果玉米植株抗倒系數(shù)大于0.35說明該雜交種抗倒性較差，小于0.35說眀抗倒性好（抗倒系數(shù)=穗位髙度cm÷植株髙度cm）”，這里可以理解為穗高系數(shù)等于抗倒系數(shù)）。

（4）中國農(nóng)業(yè)大學(xué)趙雅婷教授等發(fā)表在國際著名期刊《大田作物研究》的文章《優(yōu)化玉米穗高系數(shù)增加籽粒產(chǎn)量和提高抗倒伏能力》的研究成果指出，玉米穗高系數(shù)為36.60%～39.43%時，作物產(chǎn)量最高，抗倒伏能力最強，也對玉米現(xiàn)代育種技術(shù)與栽培管理措施（主要是外源植物調(diào)節(jié)劑的研究與利用）提供了可靠的技術(shù)參數(shù)。

2.1.3 遺傳方面的研究

趙延明等認為玉米高系數(shù)同時受到加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)、母體效應(yīng)、遺傳主效應(yīng)的控制外，同時還受顯性×環(huán)境工作效應(yīng)、母體×環(huán)境工作效應(yīng)等不同遺傳控制體系基因型×環(huán)境互作效應(yīng)顯著影響[6]。

仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院蔣鋒、劉鵬飛、王漢寧等認為玉米穗高系數(shù)以主基因遺傳為主[7]。一般而言，玉米穗高系數(shù)在35%至40%之間為最合理。

2.2 結(jié)論與討論

通過上表1分析，可以看出，玉米穗高系數(shù)占比超過10%的穗高系數(shù)分別為35%、36%、37%、38%和39%，并以穗高系數(shù)38%為最多，占比達17.33%。

上表2分析表明，在標準穗高系數(shù)38.2%增減5%情況下，即36.3%～40.1%范圍內(nèi)品種數(shù)量達到471個，占年度品種審定數(shù)量845的55.7&，占有較高的比重。

穗高系數(shù)對產(chǎn)量性狀的影響，業(yè)內(nèi)人士持有不同意見。據(jù)張洪生等研究表明，在高密度條件下，不影響玉米品種特有的株高、穗位高和穗高系數(shù)，但明顯地改變基部（第三節(jié)間）莖的粗度[7]。張澤民研究認為玉米穗位/株高對影響雜交玉米品種的抗倒性有顯著的效果，通過降低穗位，同樣可以提高玉米品種的抗倒性。

人類很早就從動植中看到了數(shù)學(xué)特征，無論是內(nèi)在的生理特性和外在的形式特征。許多動植物都展示了高級的數(shù)學(xué)模式。例如人體頭部的三庭五眼，花朵的花瓣數(shù)和松果的鱗片數(shù)，都是在大自然中長時間的適應(yīng)和進化的結(jié)果。植物所顯示的數(shù)學(xué)特征是植物生長在動態(tài)過程中必然會產(chǎn)生的結(jié)果，它受到數(shù)學(xué)規(guī)律的嚴格約束，而黃金律就是最好的見證。在生產(chǎn)生活中應(yīng)用黃金律定律具有著神奇的魅力，黃金律在動植物的能量分配上和空間分布上是最佳的效應(yīng)值，同時也是非平均分配上的頂級定律，值得應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，業(yè)內(nèi)有研究利用黃金分割法，對作物比空種植大行距和小行距按此比例安排種植[8]，亦有同仁根據(jù)水稻株高與栽插密度關(guān)系，提出了依據(jù)株高確定水稻行距和株距的黃金分割優(yōu)選法[9]。

（1）通過對2020年國審?fù)ㄟ^845個玉米品種分析，得出大樣本的平均穗高系數(shù)為38.3%，與湯國民等研究玉米的穗高系數(shù)在40左右時，對獲得玉米高產(chǎn)較為有利的育種實踐結(jié)果相一致[4]。

（2）從圖穗高系數(shù)值所在各區(qū)間占比示意圖可以看出，區(qū)間呈正態(tài)分布，說明玉米穗高系數(shù)是一種連續(xù)性變數(shù)的理論分布。當穗高系數(shù)為38.2%時，也就是穗位正處在作物莖稈上黃金分割點的時候，果穗與植株的結(jié)構(gòu)是最為嚴謹密切，韻律最為和諧自然，整個玉米植株顯得勻稱，呈現(xiàn)一種內(nèi)在的美，使得二者相得益彰。在結(jié)合植株其他優(yōu)良性狀的前提下，作物的耐密性、抗倒伏性和產(chǎn)量或?qū)⑦_到最佳。

（3）合理的玉米穗高系數(shù)，增加了品種的耐密性、抗倒伏性，增加了種植密度，對作物增產(chǎn)關(guān)系應(yīng)當是1+1>2的耦合關(guān)系。

根據(jù)上述研究，有條件得到如下結(jié)論：把玉米穗高系數(shù)為38.2%的穗高系數(shù)值稱之為“黃金律穗高系數(shù)”，并將其定義為“標準穗高系數(shù)”。在作物育種方面，可以將等于或接近“標準穗高系數(shù)”作為高產(chǎn)玉米雜交種選育的重要指標之一;在作物栽培管理方面，可以把等于或接近“標準穗高系數(shù)”作為優(yōu)秀新品種推廣及選用的重要參考指標之一。

理想株型的品性中一定具有“標準穗高系數(shù)”。玉米理想株型的構(gòu)建不僅要有適宜的株高和穗位高及合理的穗高系數(shù)，還要有合理的葉型、根部結(jié)構(gòu)等等，有待更多專家學(xué)者對理想株型進行科學(xué)的分析與評判，從而打造一個高產(chǎn)、抗倒伏、耐密植的作物群體結(jié)構(gòu)，達到增密、增產(chǎn)、增收、增效、增質(zhì)的“五增”目的。

本研究成果得出的重要結(jié)論是穗高系數(shù)為36.3%～40.1%時，作物的籽粒數(shù)量及抗倒伏能力較強，找到了建立玉米理想株型的重要研究依據(jù)與依托，或許成為建立理想株型結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一。

作物理想株型或許不是一個技術(shù)的名詞上的概念，而是育種家和農(nóng)藝人設(shè)計的具有至高科技含量的藝術(shù)品的象征，或許和法國的埃菲爾鐵塔、埃及的金字塔一樣，成為技術(shù)與藝術(shù)的完美交匯與融合的典范。

自然界也許還有許多運用黃金律可以解決的問題，像植物的生長溫度、濕度、追肥比例、追肥時間、葉片伸展角度等等，都有待去探求，去發(fā)現(xiàn)，去運用，為“藏糧于技”戰(zhàn)略實施，為實現(xiàn)品種選擇系數(shù)化發(fā)揮農(nóng)技人的一技之長。

參考文獻

[1] 劉建棟，于強，吳乃元.黃淮海地區(qū)夏玉米株型結(jié)構(gòu)特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2001，2（1）：6-14.

[2] 鄭雷，周羽，曾興，等.玉米株高QTL定位研究進展[J].作物雜志，2016（2）：8-13.

[3] 張洪生，趙明，吳沛波，等.種植密度對玉米莖稈和穗部性狀的影響[J].玉米科學(xué)，2009，17（5）：130-133.

[4] 湯國民，龍麗萍，夏德君，等.玉米穗高系數(shù)對產(chǎn)量性狀的影響[J].萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報，2002，19（2）：95-97.

[5] 陳范駿，劉建超，劉志剛，等.中國和美國高產(chǎn)且氮高效利用玉米品種比較[J].農(nóng)藝進展，2020（166）：251-275.

[6] 趙延明.玉米穗高系數(shù)遺傳主基因及與環(huán)境互作效應(yīng)分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24（3）：130-133.

[7] 蔣鋒，劉鵬飛，王漢寧，等.玉米穗高系數(shù)的遺傳分析與QTL定位研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，16（4）：9-15.

[8] 周文秀.玉米籽粒的物理力學(xué)特性研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[9] 黃敏，蔣鵬，謝小兵，等.水稻株行距配比的優(yōu)化和株高密度模型的建立[J].作物研究，2011，24（1）：1-3..