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“高粱矮化實際上是高粱育種的里程碑式成果，促使我國高粱生產(chǎn)發(fā)生了一次革命性的進步。”

(資料圖)

你還記得“青紗帳”嗎？抗戰(zhàn)年代，游擊隊員穿梭其中，與敵人展開英勇斗爭，正如歌曲《保衛(wèi)黃河》所傳唱的那樣，“河東河北高粱熟了，萬山叢中，抗日英雄真不少，青紗帳里，游擊健兒逞英豪”。這里的“青紗帳”指的就是高粱，通常印象中，高粱長得比較高，一般能長到三米左右，成熟之后伸手摸不到穗子，一株株筆直矗立田中，密密叢叢，齊整挺拔，一望無際。

可如今，人們逐漸發(fā)現(xiàn)高粱慢慢變矮了，高高的“青紗帳”不見了蹤影，在一些地區(qū)，有的高粱品種成熟后才剛到一個成年人的腰際。“最近20年，高粱由原來的高稈變成了矮稈，現(xiàn)在高粱株高普遍是1.2到1.8米，超過2米的已經(jīng)不多了。”國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員刁現(xiàn)民說，“高粱矮化實際上是高粱育種的里程碑式成果，促使我國高粱生產(chǎn)發(fā)生了一次革命性的進步。”

高粱變矮了

在焦少杰的印象里，上世紀七八十年代的東北，成片成片的高粱地像是紅彤彤的海洋，株株稈高穗大，沒過人頭，足有兩三米之高。“我小的時候，高粱還是高稈的，那個年代高粱從頭到尾都能用，成熟的籽粒脫完了可以做糧食，可以做飼料，也可以造酒，莖稈還可以做建筑材料。”焦少杰說。

焦少杰長期在黑龍江從事高粱矮化育種工作，目前是黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所所長、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家，他也見證了高粱株高由高到低的變化。

“我以前用高粱稈編過農(nóng)村家里的炕席、裝糧食的穴子、房屋的頂棚，高粱秸稈還能用來做小園的籬笆。”焦少杰介紹，幾十年前的農(nóng)村，高粱稈在老百姓家里有很大的用處，去掉穗的高粱稈俗稱秫秸，秫秸耐腐蝕，是北方老百姓蓋房搭棚常用的建筑材料。除此之外，秫秸還經(jīng)常被制成“饃盤子”“蓋簾”等用具，用來盛放饅頭或者臨時放置包好的餃子。

“那個年代老百姓需要高稈高粱，矮稈品種沒人種。大家種高粱的目的很明確，第一要收糧食，第二要用它圍籬笆、編炕席、做各種用具。”吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家李繼洪說。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)進步，人們生活用具也變得豐富起來，塑料制品、金屬制品等滿足了人們的日常生活需要，由高粱稈制作的建筑材料和手工用具也就逐漸被淘汰了，高稈高粱品種也逐步開始退出歷史舞臺。

20世紀90年代，焦少杰參加工作之后，高粱選育也開始逐步朝著矮化的方向發(fā)展。焦少杰介紹，1991年，“八五”國家重點科技攻關項目實施，高粱矮稈育種列入其中。

“從20世紀50年代到現(xiàn)在，全國主推高粱雜交種的株高呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢，高粱雜交種從最初的2.5至3米之間降到了如今的1至1.6米之間，主推雜交種的平均株高僅為1.35米。”吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所研究員陳冰嬬介紹。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年我國高粱播種面積1069.8萬畝，總產(chǎn)量337.7萬噸，單產(chǎn)約為每畝315.7公斤。“粗略估算，目前中矮稈高粱品種占全國種植面積已經(jīng)達到70%左右。”遼寧省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家鄒劍秋表示。

黑龍江省北大荒農(nóng)墾集團總公司九三分公司高粱收獲現(xiàn)場。受訪者供圖

如今，當高粱成熟后，站在黑龍江省北大荒農(nóng)墾集團總公司九三分公司鶴山農(nóng)場的高粱地里，一眼望去，高粱依然是片片火紅，但與以往不同的是，它不再高過人頭，遠遠就能看到地里忙碌的工作人員，高粱變矮了。

高粱為何要矮化

“高粱矮化育種實際上是‘主動’和‘被動’并行的過程。”焦少杰表示，受“綠色革命”的啟發(fā)，降低作物株高以增加抗性和糧食產(chǎn)量是一種趨勢，高粱也同樣適用。

20世紀60年代以來，全球范圍的“綠色革命”使得小麥、水稻等主糧作物產(chǎn)量大幅增加，高粱不再是人們賴以生存的口糧，由主糧變?yōu)殡s糧作物之一。

改革開放之后，隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平的提高，高粱的主要用途也逐步從食用向釀造原料轉變，種植面積逐步下降。伴隨而來的是高粱生產(chǎn)方式和栽培目的的變化，適宜機械化栽培的高粱品種逐漸受到農(nóng)民的歡迎。

“高稈稀植大穗的高粱品種理論上講產(chǎn)量很高，但是抗性不行，可能今年風調雨順，產(chǎn)量能達到1000斤，但是明年一場大風可能就剩500斤、300斤了，這是很不穩(wěn)定的。無論是生產(chǎn)還是生活上，老百姓更需要矮稈品種，倒逼我們育種單位提供株高相對矮的高粱。”焦少杰說。

隨著高粱的集中化、規(guī)模化經(jīng)營，以及釀酒企業(yè)對優(yōu)質高粱的需求增加，高粱的機械化栽培也正在成為提高高粱產(chǎn)量和品質，減輕勞動負擔，降低農(nóng)業(yè)投入成本的選擇。“以往粒用高粱品種主要以人工收獲為主，大部分品種植株偏高不適宜機械化收割，現(xiàn)在隨著土地連片種植、種植大戶、農(nóng)業(yè)專業(yè)種植合作社、酒業(yè)原糧生產(chǎn)基地的逐年增加，機械化栽培方式已成為高粱種植的必然趨勢。”李繼洪說。

“農(nóng)業(yè)已經(jīng)由原來的小農(nóng)經(jīng)濟過渡到產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，有著商品化生產(chǎn)和大面積輕簡化栽培的特點。”刁現(xiàn)民認為，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)商品化生產(chǎn)建立在農(nóng)業(yè)機械和化肥農(nóng)藥的基礎之上，株高兩三米的高粱抗倒伏性很差，不耐化肥也不耐密植，株高過高，機收時上端莖葉吞入太多，籽粒損失大，下端留茬太高，不利于滅茬整地。

同時，高粱生產(chǎn)面臨著農(nóng)村勞動力外流，人工成本上漲的問題。“高粱種植勞動強度大，農(nóng)村留守勞動力不足以支持人工間苗和收獲，農(nóng)村人口老齡化的趨勢和昂貴的人工成本嚴重影響到農(nóng)民種植高粱的積極性。”山西農(nóng)業(yè)大學（山西省農(nóng)業(yè)科學院）高粱研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家平俊愛說道。

“像美國、澳大利亞以及歐洲的一些發(fā)達國家，在20世紀50年代就開始選育適宜機械化生產(chǎn)的高粱品種，降低株高增加抗倒性，60年代就實現(xiàn)了高粱生產(chǎn)的機械化。”刁現(xiàn)民介紹，我國的高粱分布廣泛，主要集中在東北、華北和西南三大主產(chǎn)區(qū)，其中東北主產(chǎn)區(qū)主要包括遼寧省、吉林省和黑龍江省，華北主產(chǎn)區(qū)主要包括山西省、內蒙古自治區(qū)和河北省，總體種植面積約為652.2萬畝，主要是粳高粱，但近年來隨著市場需求的變化，這些地方糯高粱的比例在快速提高；西南主產(chǎn)區(qū)包括四川省、貴州省和重慶市，種植面積約為273.3萬畝，主要是糯高粱，不同主產(chǎn)區(qū)的育種單位也正在培育適宜機械化生產(chǎn)的矮化高粱品種。

高粱如何變矮的

“矮化育種是一個漫長而又艱難的過程，并非完全是近20年的事情，而是歷經(jīng)老一輩科學家的努力和積累，才有了今天的結果。”焦少杰表示，雖然過去生產(chǎn)上對矮稈高粱需求不大，但育種科學家并沒有停止中矮稈高粱的選育。20世紀90年代，高士杰、盧慶善等人瞄準了印度高粱種質地理遠緣、中矮稈、抗病性強、配合力高等優(yōu)點，以改進抗病性，提高配合力為首要研究方向，利用印度高粱開展中矮稈、耐密植育種研究，育成了不同的中矮稈雜交種，為之后高粱真正意義上的矮化奠定了基礎。

2008年，國家谷子產(chǎn)業(yè)技術體系和國家高粱產(chǎn)業(yè)技術體系成立，也就是國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系的前身，對于谷子高粱等小宗作物育種科學家而言，他們也迎來了新的發(fā)展機會。“產(chǎn)業(yè)技術體系成立之后，全國的高粱育種隊伍形成合力，育種專家形成共識，把矮化當作目標，組織全國統(tǒng)一攻關，因此才有現(xiàn)在的業(yè)績。”焦少杰說道。

同雜交水稻相似，高粱的矮化也是利用三系法進行雜交育種的。培育一個優(yōu)良的矮化雜交種需要培育矮化的不育系、保持系和恢復系，培育這三系也是高粱育種科學家們的重點工作。

“高粱變矮的秘密藏在四個矮稈基因里，這些基因對株高有顯著的控制作用。”談到高粱矮化的關鍵，平俊愛說，矮化育種就是篩選出矮稈性狀突出的高粱植株，再通過三系法把不同高粱的優(yōu)良性狀整合在一起，產(chǎn)生一些新的基因組合，使得雜交的高粱后代帶有變矮的性狀。

“由于國外引進的高粱矮稈不育系生育期太長、生態(tài)適應性差，不能在我國直接應用，必須進行馴化改良。”李繼洪說。20世紀60年代之后，東北三省以及內蒙古結合當?shù)氐淖匀坏乩硖卣鳎脟庖M的矮稈TX3197A不育種質，育成了一批高粱早熟不育系和早熟恢復系，具有高產(chǎn)、優(yōu)質、早熟等優(yōu)良性狀，也更適合當?shù)仄贩N選育。

“2003年，黑龍江推出了真正意義上的矮稈高粱雜交品種龍雜7號，由于熟期早，機械化種植技術和配套機械不成熟，推廣面積很小，效益沒法跟大豆比。”焦少杰說道，以龍雜7號為代表的這批早熟品種只是單純的矮，沒有考慮到種子的拱土能力、株型、抗倒伏等適宜機械化栽培的性狀。

面對高粱育種過程中出現(xiàn)的問題，各育種單位加強國外和國內矮稈資源的篩選與利用，不斷創(chuàng)制矮稈不育系和恢復系，通過多種方法、多種策略進行矮稈耐密宜機收雜交種的選育。

焦少杰團隊以早熟和株型改良為重點，將早熟、矮稈、耐密植整合在一起，以龍雜17、龍雜18為代表的系列高粱品種被選育出來，并在黑龍江推廣。焦少杰說：“這批品種株高在1米左右、最早熟品種所需積溫在2060℃，將我國高粱種植區(qū)域向北延伸了100公里，最遠種到北緯50°的內蒙大楊樹古里農(nóng)場，填補了高緯度地區(qū)無高粱品種的空白。”

在吉林，李繼洪團隊在前人研究的基礎上，繼續(xù)選育中矮稈品種，進一步降低高粱株高。最終選育出吉雜140、吉雜159、吉雜160等矮稈、耐密植、適宜機械化收獲的高粱雜交種。矮化育種的另一個更加明顯的效果是種植密度的增加，目前矮化高粱品種種植密度已突破1萬株每畝，甚至可達到2萬株每畝，高密度增加了群體產(chǎn)量。早熟高粱雜交種高度降至1.4米以下，其中吉雜140、吉雜159現(xiàn)已成為春播早熟區(qū)的主推品種。

而這些品種的背后，離不開育種科學家夜以繼日的艱辛付出。春夏北育、秋冬南繁，“候鳥”般的生活方式是他們的常態(tài)。為了縮短育種時間，冬季到海南進行南繁育種是一項必然的選擇。所謂南繁，就是指將本地秋收后的作物種子，在冬季拿到南方亞熱帶或熱帶地區(qū)進行加代繁殖的方法。

在山西農(nóng)業(yè)大學（山西省農(nóng)業(yè)科學院）高粱研究所南繁基地，平俊愛（右）和團隊成員牛皓正在授粉。受訪者供圖

“選育一個新品種要花費很長的時間，培育一對不育系和保持系需要至少5年的時間，恢復系也要3年的時間，總體下來要花費5至8年的時間。”平俊愛介紹，這還遠遠沒有結束，選出的雜交種在經(jīng)歷5年左右的鑒定、品比、多點區(qū)域試驗示范后才能成為一個真正合格的雜交種。往往幾千份的鑒定材料最后只有幾份能夠留下，這是優(yōu)中選優(yōu)、精中選精的過程。

矮化后的高粱去哪了

近20年，根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術體系統(tǒng)計，全國各育種單位針對市場和產(chǎn)業(yè)的需求，共育成71個矮稈耐密、適宜機械化作業(yè)的釀酒專用高粱新品種，為高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了品種支撐，促進了高粱生產(chǎn)方式全面機械化的變革，實現(xiàn)了科研、企業(yè)、農(nóng)民種植戶等多主體受益。

在遼寧，鄒劍秋團隊推出的遼粘3號品種，具有高淀粉、高產(chǎn)、單寧適中等特點，抗倒伏易機收，受到了很多種植戶的歡迎，也成為很多知名酒企愿意使用的釀造原料，促進了農(nóng)民增收、企業(yè)增效。

“去年，我們種植的高粱一畝地就打下了1800多斤，有的甚至達到了2000斤。”李漢奎興奮地說道，他所種植的品種就是遼寧省農(nóng)科院高粱研究所推出的遼粘3號。

李漢奎是遼寧省朝陽市建平縣馬場順達農(nóng)機服務專業(yè)合作社的理事長，他所在的合作社一共種植了800多畝高粱。2016年，他在建平縣農(nóng)業(yè)技術推廣中心了解到酒用高粱新品種遼粘3號，抱著試試看的態(tài)度種植了40多畝。“一年下來，光是一畝地就打下了1500多斤高粱，而我們本地‘大高粱’品種最多也才產(chǎn)1000多斤。”李漢奎說。

2017年，李漢奎開始大面積推廣遼粘3號，在遼寧省農(nóng)科院高粱研究所的指導下，合作社還創(chuàng)建了200多畝的高粱示范田。“我們當?shù)赜衩坠茸痈吡蝗箢愝啿绶N植，遼粘3號穗大高產(chǎn)看著稀罕人，1.7米高還不容易倒秧，機械化種植收割很方便。”李漢奎介紹，2017年，以遼粘3號為主的高粱品種開始從建平縣馬場鎮(zhèn)往周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)擴展，越來越多的農(nóng)戶和種植大戶到他的示范田參觀學習，目前，整個建平縣已經(jīng)有高粱10萬多畝。

“如果打理好的話，近兩年高粱普遍能達到每畝1800至1900斤，每年國慶期間收獲后就拉到酒廠做原料了，現(xiàn)在很多酒廠比如古井貢、五糧液都愿意收遼粘3號，潮糧的收購價能到每斤1.35元到1.55元，折算成干糧最高能到每斤1.9元，去年我們合作社一畝地純收入能達到1200元左右。”李漢奎說。

在黑龍江省齊齊哈爾市克東縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，工作人員正在開展矮高粱品種試驗田間測產(chǎn)工作。受訪者供圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術體系統(tǒng)計，經(jīng)過體系十年的聯(lián)合攻關，高粱生產(chǎn)方式發(fā)生了重大變革，正在從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化生產(chǎn)轉變，不僅在矮稈易機收的品種培育上取得突破，還集成了“矮稈品種降株高、寬行縮距促通透、單粒點播免間苗、機械收獲免人工”高粱機械化輕簡生產(chǎn)技術，每公頃節(jié)約人工60至90個，節(jié)本增效3000元以上。

好品質的雜交種同樣也帶來了可觀的經(jīng)濟效益，焦少杰團隊推出的龍雜17品種以200萬元價格轉讓給嫩江宏糧種業(yè)有限公司，龍雜18以200萬元轉讓給依安德邦農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司。李繼洪團隊推出的吉雜140、吉雜159分別以33萬元和100萬元的價格轉讓給種子企業(yè)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術體系統(tǒng)計，近十年，全國共有27個高粱品種經(jīng)營權成功轉讓給相關企業(yè)，獲得轉讓費用1671萬元。

山西汾酒歷史悠久，高粱是其釀酒的原料之一。2012年，平俊愛團隊和山西杏花村汾酒廠股份有限公司技術中心合作開展了高粱品種釀酒試驗研究。“高粱的淀粉含量決定了出酒率的高低，一般淀粉含量越高，出酒率就越高，單寧含量則與優(yōu)質酒率相關。目前新登記的高粱雜交種單寧含量在1%到2%之間，清香型白酒的釀造試驗表明，當單寧含量大于等于1.3%時，與優(yōu)質酒率成正比。”平俊愛介紹，晉雜22號優(yōu)質酒率最高，晉雜23號出酒率最高，2013年被汾酒集團分別命名為汾酒1號、汾酒2號，成為汾酒釀造專用高粱品種。2022年8月，晉中21-1被汾酒集團命名為汾酒高粱30，確定為新的汾酒釀造專用品種。高粱育種在科技成果轉化方面取得了一系列新進展，科研、企業(yè)、市場、產(chǎn)地之間的聯(lián)系更加緊密，也促進了高粱育種的良性循環(huán)。

矮化之后的新目標

“矮化育種是一種趨勢，但高粱并非越矮越好，除去個別地區(qū)比如黑龍江有其超早熟特殊性，高粱株高可以降到1米，其他地區(qū)的高粱株高在1.5至1.8米高較為理想。”刁現(xiàn)民介紹，目前全國各地育成的中矮稈高粱品種并非達到完美，或多或少存在著不同的問題，比如高粱緊湊株型如何和矮稈整合，高粱如何在鹽堿旱薄地發(fā)揮好的效益，如何利用新技術精準獲取基因進行生物育種等等。

高粱株型的改善仍然十分重要。“高粱株高降低的同時，株型沒有變化，比如葉片沒有變窄，葉夾角沒有變小等。”平俊愛介紹，現(xiàn)在的高粱還存在一個主要問題就是對除草劑特別敏感，使用不當容易造成藥害，對產(chǎn)量造成一定的影響。

“葉片過寬和夾角過大，會限制高粱種植密度的提升，今后我們主要從品種的品質、株型上進行改良，讓葉片變窄上挺，同時在抗除草劑品種選育上下功夫，爭取‘十四五’末，育成株型相對較好、適宜密植、豐產(chǎn)性更高的品種。”陳冰嬬說，株型緊湊的品種才更適合密植，將來才會有較大的增產(chǎn)幅度。

培育適宜鹽堿地種植的高粱品種也是目前頗具潛力的方向。“高粱抗旱、耐澇、耐鹽堿、生物產(chǎn)量高，中國是鹽堿地大國，目前高粱雜交種的抗逆性還需要提高。接下來，如何選育出適宜在鹽堿、干旱地區(qū)栽培的耐逆高粱品種是擺在眼前的課題。”鄒劍秋說道。2023年中央一號文件提出，持續(xù)推動由主要治理鹽堿地適應作物向更多選育耐鹽堿植物適應鹽堿地轉變，做好鹽堿地等耕地后備資源綜合開發(fā)利用試點。鄒劍秋表示，我們將繼續(xù)以提高中矮稈高粱的抗逆性為重要目標，提高比較優(yōu)勢，挖掘發(fā)展?jié)摿Γ龠M高粱在鹽堿地、休耕區(qū)、“鐮刀彎”等區(qū)域種植，有效提高邊際性土地利用率，保證18億畝耕地紅線和國家糧食安全。

新型育種技術亟需加快應用步伐。“過去，我們做矮化育種更多是憑借經(jīng)驗和直覺，通過肉眼觀察高粱性狀，來挑選帶有矮化基因的品種，往往不夠精準，容易失敗。”平俊愛介紹，從“十四五”規(guī)劃開始，全國各育種單位逐漸使用分子輔助育種技術，可以更好地摸清育種材料中所含有的矮稈基因、株型基因等，以提高矮化育種的成功率，目前已經(jīng)取得不錯效果，未來將繼續(xù)創(chuàng)新育種技術，提高育種效率。

高粱品種選育要圍繞釀酒行業(yè)企業(yè)需求開展。“既要育成淀粉含量較高、單寧含量適中的優(yōu)質品種，滿足釀酒企業(yè)需要，也需符合農(nóng)民對高粱產(chǎn)量和種植效益的要求。”平俊愛表示。

開展多元化品種選育和定向育種也是將來高粱育種的方向之一。“除了培育釀酒專用型雜交種之外，培育在生產(chǎn)上真正能推廣開的飼料專用型雜交種、食用型高粱雜交種，甚至針對不同畜禽開展專用型雜交種的培育。”吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所研究員、高粱抗逆育種材料創(chuàng)制崗位科學家王鼐表示，針對不同的地理環(huán)境和企業(yè)的釀造需求，開展定向育種也將成為一種趨勢。“低單寧的飼料高粱有著巨大的市場，這樣的品種可以種植在玉米不能種植的鹽堿地和旱地，緩解市場對玉米飼料需求的壓力，也充分發(fā)揮高粱的耐逆作用，培育這樣的高粱品種也是國家谷子產(chǎn)業(yè)技術體系的攻關目標。”刁現(xiàn)民說。

夏日已至，在吉林省農(nóng)業(yè)科學院公主嶺試驗基地，200余畝的高粱地綠油油一片，生機盎然，基地的工作人員已陸續(xù)完成除草、追肥和苗情調查，開始為下一步的工作做準備。陳冰嬬說：“現(xiàn)在已經(jīng)有高粱陸續(xù)抽穗了，有的材料已經(jīng)套上了白色的授粉袋，即將開始新一輪的雜交授粉，為下一代的品種選育打好基礎。”

作者：農(nóng)民日報·中國農(nóng)網(wǎng)記者 李麗穎 見習記者 趙博文