河南省農(nóng)科院專家唐保軍研究員、周波博士親臨新疆新木種業(yè)和碩縣馬蘭基地之玉米花(期)試(驗)科研示范田考察指導。
攝影/新木種業(yè)科研技術組
詩作者/新木為農(nóng)，一夫先行(洛陽一夫)
為什么玉米雄穗上會長出子粒？
為什么玉米雄穗上會長出子粒？
為什么玉米雄穗上會長出子粒？
玉米基本知識
禾本科(Gramineae)玉米屬一年生草本。又名玉蜀黍，俗稱苞谷、棒子、珍珠米等。重要的糧食和飼料作物。
在世界谷類作物中，玉米的種植面積和總產(chǎn)量僅次于小麥、水稻而居第3位，平均單產(chǎn)則居首位。從北緯58°到南緯42°，從低于海平面的中國新疆吐魯番盆地到3600米以上的高海拔地區(qū)，都能栽種。以北美洲最多，其次為亞洲、拉丁美洲、歐洲等。中國的玉米栽培面積和總產(chǎn)量均居世界第2位。集中分布在從東北經(jīng)華北走向西南這一斜長形地帶內(nèi)，其種植面積約占全國玉米面積的85％。
起源和歷史
玉米原產(chǎn)于墨西哥或中美洲，栽培歷史估計已有4500～5000年，但其起源和進化過程仍無定論。1954年在現(xiàn)今墨西哥城下60～70米處的巖芯中（判斷為25000～80000年前的地層）發(fā)現(xiàn)了花粉化石，有人認為可能是玉米花粉，由此推斷現(xiàn)代玉米的祖先是野生玉米。但此說未被廣泛承認。1964年R.S.麥克尼什在墨西哥南部特瓦坎山谷史前人類居住過的洞穴中，發(fā)現(xiàn)了一些保存完好的野生玉米穗軸，據(jù)判斷為公元前5000年有稃爆粒種玉米的殘存物，現(xiàn)代的栽培種系由此進化而成。但也有人認為玉米是從野生墨西哥類蜀黍(Euchl-aenamexicana)進化而來，或是由類玉米與其他禾本科植物雜交而形成的。
1492年哥倫布在古巴發(fā)現(xiàn)了玉米，以后知道整個南北美洲都有栽培。1494年他把玉米帶回西班牙后，逐漸傳至世界各地。中國玉米栽培已有400多年歷史,估計傳入的時間當在1511年前。傳入的途徑，一說由陸路從歐洲經(jīng)非洲、印度，傳入西藏、四川；或從麥加經(jīng)中亞細亞傳入中國西北部，再傳至內(nèi)地各省。一說由海路傳入，先在沿海種植，然后再傳到內(nèi)地各省。
形態(tài)特征
玉米的根屬須根系，除胚根外，還從莖節(jié)上長出節(jié)根：從地下莖節(jié)長出的稱地下節(jié)根,一般4～7層；從地上莖節(jié)長出的節(jié)根又稱支持根、氣生根，一般2～3層。地下節(jié)根是根系的主體，入土深度一般30～50厘米,也有深達2米以上的。地上節(jié)根入土角度陡，伸入土中后能支持植株，也具有吸收水分、養(yǎng)分和合成氨基酸等作用。株高1～4.5米，稈呈圓筒形，髓部充實而疏松，富含水分和營養(yǎng)物質(zhì)。玉米除上部4～6節(jié)外，其余葉腋中都能形成腋芽。地上部的腋芽通常只有最上部的1～2個能發(fā)育成果穗。地下部的腋芽發(fā)育成分蘗，一般不結(jié)穗，栽培上要求及早除去。一般全株有葉15～22片。葉身寬而長，葉緣常呈波浪形。葉鞘厚而堅硬，緊包莖稈，與葉身連接處有葉舌。也有不具葉舌的變種。
花為單性，雌雄同株。雄穗著生于植株的頂端，為圓錐花序；雌穗著生于植株中部的葉腋內(nèi)，為肉穗花序。雄穗開花一般比雌穗吐絲早3～5天。雄穗的主軸和分枝上成對排列的每個雄小穗有穎片包住兩朵雄小花。每朵雄小花有內(nèi)稃、外稃和3個雄蕊,花藥多為黃色，也有的為紫、粉紅或綠色，每個花藥內(nèi)約有2000個花粉粒。雌穗外為多數(shù)葉狀總苞片所包裹，穗軸粗大，著生許多縱行排列的雌小穗。每個雌小蕊有2朵小花，1朵結(jié)實。結(jié)實雌花有內(nèi)稃、外稃、2片鱗被和1個雌蕊?；ㄖ椭^細長，合稱“花絲”，黃色、淺紅或紫紅色，其上密生茸毛,能接受花粉。雌穗上的雌小穗成對排列，每1雌小穗只結(jié)1個子粒,所以果穗（俗稱“棒子”）上的子粒行數(shù)都成雙。子粒為穎果，色黃、白、紫、紅或呈花斑等。生產(chǎn)上栽培的以黃、白色者居多。胚約占子粒重的10～15％,胚乳占80～85％，果皮占6～8％）。
類型
根據(jù)子粒形狀、胚乳淀粉的性質(zhì)結(jié)構(gòu)以及稃殼大小，玉米可分為以下幾種類型：
馬齒型 植株高大，果穗圓筒形。子粒扁平，兩邊為角質(zhì)淀粉，中間和頂部為粉質(zhì)淀粉。成熟干燥時頂部凹陷呈馬齒狀。較耐肥、水，豐產(chǎn)性能高，但食味品質(zhì)不如硬粒型。代表品種有金皇后、白馬牙，以及雜交種中單2號等。
硬粒型 又名燧石種。子粒頂部和四周為角質(zhì)淀粉，中間為粉質(zhì)淀粉，表面有光澤，品質(zhì)較好，成熟早，但產(chǎn)量較低。以往中國的多數(shù)農(nóng)家品種屬這一類型，如小粒紅、野雞紅等。
糯質(zhì)型 又名蠟質(zhì)種。果穗較小。子粒不透明，無光澤，胚乳粘性,全為支鏈淀粉,碘液檢驗呈褐紅色。可做糯性食品,工業(yè)上用作布匹的漿劑。如江西半仙糯、吉林黃粘苞米等。
甜質(zhì)型 又稱甜玉米。乳熟期子粒很甜，主要用作蔬菜和制罐頭食品。普通甜玉米乳熟期的糖分含量為15～18％;而“超甜玉米”的含糖量還超過普通甜玉米2倍。成熟時子粒皺縮，呈半透明狀，糖分含量逐漸減少。
爆粒型 果穗和子粒均較小。子粒幾乎全為角質(zhì)淀粉，質(zhì)地堅硬。有米粒型和珍珠型兩種，前者如山東的麥玉米，后者如浙江的紫多穗玉米。在子粒含水量適當時加熱，能“爆裂”成大于其原體積十幾倍的米花。
粉質(zhì)型 又名軟粒型。果穗和子粒形狀與硬粒型相似，胚乳全由粉質(zhì)淀粉組成，質(zhì)地較軟，外表無光澤。
有稃型 每個子粒由長大的稃片包住，是一種原始的類型。
品種改良和雜交種的利用
玉米的品種改良曾先后采用穗行選種、混合選種、品種間雜交和自交系間雜交等方法。由選擇產(chǎn)生的優(yōu)良品種適應性強、產(chǎn)量穩(wěn)定、種子繁殖簡便,其產(chǎn)量潛力雖不如雜交種,但在自然條件復雜和玉米種植面積較小而分散的地區(qū)，仍有栽培價值。利用兩個品種雜交產(chǎn)生的雜交種為品種間雜交種。一般硬粒型品種與馬齒型品種雜交所得雜交種常有明顯的雜種優(yōu)勢，可比親本品種增產(chǎn)10％左右，且選育和制種比較簡單。但增產(chǎn)潛力有限。
利用自交系進行雜交所產(chǎn)生的雜交種為自交系間雜交種。其雜種優(yōu)勢強，增產(chǎn)潛力大。配制自交系間雜交種，首先要培育自交系。方法是從品種或雜交種群體中分離選擇優(yōu)良單株,在花絲未抽出前用紙袋套住雌穗,花絲抽出后再用紙袋套住同一株上的雄穗。第2天收集袋內(nèi)的花粉授于套袋的雌穗上，進行自交。自交第一代的植株生長勢和抗病力顯著減退，會出現(xiàn)白苗、黃苗和畸形株等。從中選擇較好的植株繼續(xù)自交，如此進行四五代，每代選優(yōu)去劣，最后每一自交穗后代即成為性狀相對穩(wěn)定一致的自交系。
優(yōu)良的自交系不但要有良好的生長勢和抗病性，而且要有較高的配合力，即一個自交系與其他自交系雜交時，能產(chǎn)生高產(chǎn)的雜交種。自交系間雜交種有：
①單交種。即兩個自交系雜交（自交系甲×自交系乙）產(chǎn)生的雜交種。植株整齊一致，生長勢強，雜種優(yōu)勢高，增產(chǎn)潛力大,制種時所需隔離區(qū)少,目前生產(chǎn)上廣泛采用。但因單交種的種子是從母本自交系上產(chǎn)生的，制種產(chǎn)量低，種子成本高。
②三交種。一般先用兩個自交系配成單交種，再與另一個自交系雜交配而成〔（甲×乙）×丙〕。其制種產(chǎn)量高，整齊度和產(chǎn)量潛力介于單交種和雙交種之間。
③雙交種。由四個自交系先配成兩個單交種，再將兩個單交種雜交產(chǎn)生，即(甲×乙)×（丙×丁）。雙交種的遺傳基礎廣泛，適應性較強，制種產(chǎn)量高，但其植株整齊度和產(chǎn)量潛力不如單交種和三交種。20世紀60年代前，世界各國玉米生產(chǎn)都以雙交種為主，以后逐漸為單交種所代替。
④綜合品種。用若干個（一般不少于8個）生育期和株高相對一致的優(yōu)良自交系或單交種,以等量種子混合，播于隔離區(qū)內(nèi)，任其自由授粉，產(chǎn)生綜合品種。綜合品種由于包含有很多自交系，在遺傳上是一個復雜群體，不需年年制種，可在生產(chǎn)上連續(xù)利用幾年。其產(chǎn)量顯著高于農(nóng)家品種，但不及單交種和雙交種。綜合品種可在非重點的玉米產(chǎn)區(qū)推廣。
配制雜交種時,母本必須去雄。為簡化去雄手術,可利用雄性不育系作母本，不去雄而與恢復系雜交，產(chǎn)生雜交種子。生產(chǎn)上利用雄性不育性時，必須有雄性不育系、保持系和恢復系三系配套。細胞質(zhì)遺傳的雄性不育有T型、C型和S型等。在生產(chǎn)上利用雄性不育性時,要防止胞質(zhì)來源單一化，以免雜交種嚴重感病。
配制雜交種要在肥、水條件較好的制種隔離區(qū)內(nèi)進行,一般與其他玉米地相距300～500米,以防止串粉。播種期須根據(jù)父、母本的開花期調(diào)節(jié)，使母本的吐絲期與父本的散粉期相遇。一般母本和父本的種植行數(shù)比例為3:1。苗期和抽雄前拔除雜株和劣株,并在母本抽雄時及時徹底除去母本株的雄穗。成熟時，從母本植株上收獲的即為雜交種子，要與父本行的種子分收、分曬、分藏，防止混雜。
生理特性
玉米喜溫，種子發(fā)芽的最適溫度為25～30℃。拔節(jié)期要求日平均溫度18℃以上，溫度愈高生長愈快。從抽雄到開花期要求日平均溫度為26～27℃。子粒灌漿和成熟階段要求保持在20～24℃，以利于營養(yǎng)物質(zhì)的積累。溫度低于16℃和高于25℃時，淀粉酶的活動受到影響，導致子粒灌漿不良。玉米品種可分為早熟、中熟和晚熟3類,其積溫要求分別為2000～2300℃、2300～2500℃和2500～2800℃。
玉米為短日照作物,在12小時以內(nèi)的日照條件下,植株生長矮小,抽雄和成熟期提早。如給以長日照條件,則植株生長高大，莖葉繁茂，但發(fā)育緩慢，開花延遲，甚至不能形成果穗。一般早熟品種對光照長短的反應較遲鈍，晚熟品種則較靈敏。光合作用為四碳途徑，屬四碳作物。能有效利用強光,在弱光和低CO2濃度下也能進行光合作用。
玉米在砂壤、壤土、粘土上均可生長。適宜的土壤pH為5～8，以6.5～7.0最適。耐鹽堿能力差，特別是氯離子對玉米的為害較大。
栽培和管理
中國各個玉米產(chǎn)區(qū)因氣候和土壤條件的差異而形成不同的種植制度。東北、華北北部及西北部分地區(qū)氣溫低、無霜期短，為一年一熟的春玉米區(qū)。華北平原地區(qū)以一年二熟的夏玉米為主。西南和南方丘陵山區(qū)地形復雜，在高寒山區(qū)以一年一熟的春玉米、在丘陵山區(qū)以一年二熟的夏玉米、在平原或淺山區(qū)以一年三熟的秋玉米為主。廣西東部和海南島冬季還可種植冬玉米。栽種方式有單作、與豆類或薯類間作和麥壟套種等，以玉米與大豆間作較為普遍。
適時早播可延長生長時期，充分利用光熱資源，避免秋霜冷害，對玉米增產(chǎn)十分重要。在春玉米地區(qū)，土壤表層5～10厘米的地溫穩(wěn)定在10～12℃時即可播種,過早則易導致種子霉爛。在華北平原地區(qū)，夏玉米盡早播種除可提高產(chǎn)量外，還可避免因晚播遇雨季而發(fā)生芽澇。一般土壤肥沃、水分充足、采用株形緊湊的雜交種時，種植密度可稍大；土壤瘠薄、水肥條件較差，采用株形疏散的雜交種時，則宜適當稀植。春播時，高稈雜交種的適宜密度為每畝2500～3000株，中稈雜交種為3000～3500株。夏播玉米和矮稈雜交種因株形較小，播種密度可稍高。當幼苗長出3～4片葉時進行間苗，5～6片葉時定苗。夏玉米幼苗生長快，3～4片葉時即可一次定苗。
玉米生長需氮、鉀較多，需磷較少；但土壤中有效磷含量低于10ppm時，施磷有顯著增產(chǎn)效果。缺鋅時生長受到抑制，施鋅后即可恢復。重施農(nóng)家有機肥，配合磷肥和少量氮素化肥作底肥有利于增產(chǎn)。追肥根據(jù)土壤肥力和玉米不同發(fā)育時期的需肥特點進行。一般玉米抽雄期吸收氮、磷、鉀三要素累計約為50～60％，灌漿期約為62～65％，蠟熟期為99～100％。春玉米在孕穗期吸收的氮、磷量分別約為總吸收量的34％和46％，抽雄開花期約為53％和65％；夏玉米則在孕穗期即已分別達86％和73％。一般葉齡指數(shù)（用主莖展開葉數(shù)占主莖平均總?cè)~片數(shù)的比數(shù)乘100表示）為30～35時開始拔節(jié),60～65時雌穗小花分化。春玉米生長時間長，一般宜輕施拔節(jié)肥,重施穗肥。夏玉米生長發(fā)育較快,宜適當重施拔節(jié)肥，輕施穗肥。玉米苗期需水較少；拔節(jié)孕穗期則營養(yǎng)生長和雌、雄穗分化均需較多水分。抽穗前干旱，會使雌、雄穗抽出的時間相隔過長，影響授粉結(jié)實。此時田間持水量以70～80％為宜，約占總需水量的23～30％。抽雄開花期需水最多,如遇干旱高溫則不育花粉增加,花粉和花絲壽命縮短，造成缺粒禿頂。此時田間持水量以80％為宜，約占總需水量的14～28％。灌漿成熟期是產(chǎn)量形成的主要階段，需較多水分，田間持水量以75％為宜。整個生長期間每畝需水250～270立方米。但玉米并不耐澇，田間持水量超過80％時，應及時排水。苗期中耕2～3次；拔節(jié)孕穗期進行中耕除草和淺培土。抽雄時，隔行拔去雄穗，有利于雌穗發(fā)育。當果穗苞葉變黃、子粒變硬、基部黑色層形成時，即可收獲。
病蟲害
玉米病害有30種以上，危害性較大的有大斑病、小斑病、絲黑穗病、青枯病、病毒病和莖腐病等。大斑病和小斑病主要發(fā)生在葉片上。前者病斑大而少，長梭形，黃褐色，病斑背面有黑霉層，多見于冷涼山區(qū)和春玉米區(qū)；后者病斑小而多，梭形或橢圓形，棕色或灰白色,邊緣顏色較深,多見于溫暖而雨露較多的地區(qū)以及夏、秋玉米。絲黑穗病侵害雄穗后小花基部膨大，內(nèi)包黑粉,穎片增多;雌穗受害則除苞片外全穗變成一團黑粉。矮花葉病和粗縮病是主要的病毒病。在套種早、雜草多、苗期受澇而后期又遇伏旱的情況下，粗縮病為害較重。這些病害目前尚無特效農(nóng)藥防治，主要靠抗病育種、加強田間管理等措施預防。主要害蟲有玉米螟、地老虎、螻蛄、紅蜘蛛、高粱條螟和粘蟲等，一般用殺蟲劑防治。
用途和加工
玉米子粒含淀粉73％，蛋白質(zhì)8.5％，脂肪4.3％,維生素（硫胺素、核黃素等）含量很高。黃玉米還含有胡蘿卜素,在人體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為維生素A。每百克玉米熱量為1527千焦，熱量和脂肪的含量均比大米和面粉高。一般玉米子粒蛋白質(zhì)中賴氨酸和色氨酸的含量不足，但通過育種可提高賴氨酸含量。玉米胚含油36～41％，亞油酸的含量較高，為優(yōu)質(zhì)食用油并可制入造奶油。玉米子粒主供食用和飼用，可燒煮、磨粉或制膨化食品。飼用時的營養(yǎng)價值和消化率均高于大麥、燕麥和高粱。蠟熟期收割的莖葉和果穗，柔嫩多汁，營養(yǎng)豐富，粗纖維少，是奶牛的良好青貯飼料。玉米在工業(yè)上可制酒精、啤酒、乙醛、醋酸、丙酮、丁醇等。用玉米淀粉制成的糖漿無色、透明、果糖含量高，味似蜂蜜，甜度勝過蔗糖，可制高級糖果、糕點、面包、果醬及各種飲料。此外,穗軸可提取糠醛,稈可造紙及做隔音板等。果穗苞葉還可用以編結(jié)日用工藝品。
玉米子粒的加工方法有濕磨和干磨兩種：
①濕磨法?？蓪⒂衩鬃恿５母鞣N成分分離,主要產(chǎn)品是淀粉和油,副產(chǎn)品是優(yōu)良的家畜飼料。采用此法時先把玉米放在稀亞硫酸溶液中浸泡，使子粒柔軟，淀粉漂白。再將浸泡后的玉米研碎成數(shù)瓣，通過胚分離器，使胚與皮和胚乳淀粉分開。然后將胚干燥，榨油；將胚乳磨碎、過篩，再通過離心機使淀粉和蛋白質(zhì)分開即可干燥、粉碎和包裝。
②干磨法。先使玉米子粒吸水1～3小時，待含水量達20～22％，種子的果皮和胚變韌時用脫皮機去皮，再放入取胚器磨碎，使胚和胚乳分離，取胚；最后通過各種篩子分出粗細不同的玉米渣和玉米粉等。
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