尼泊尔特莱地区杂交玉米制种中雄性自交系错期播种对花期间步性、产量及种子质量的影响研究

为解决杂交玉米制种中父母本花期间步性差导致的产量与质量问题，研究人员在尼泊尔特莱地区开展RH-10与RH-16雄性自交系错期播种试验。结果表明：春季雄性早播2天、冬季同期播种可缩短TSI（抽雄-吐丝间隔），显著提高种子产量（RH-16达2.89–3.11 t ha-1）与发芽率（存储150天后仍超73%），为热带地区杂交玉米高产制种提供了关键技术支撑。

　　

在尼泊尔，玉米作为仅次于水稻的第二大粮食作物，其生产却面临严峻挑战：当前全国平均产量仅为3.06吨/公顷，远低于8.0吨/公顷的潜在产量。为满足日益增长的粮食需求，玉米产量需提高272%，而杂交玉米品种因其显著的杂种优势（比开放授粉品种增产20-30%），成为突破产量瓶颈的关键。然而，杂交种在尼泊尔的推广却步履维艰，其核心障碍在于杂交种子的生产成本高昂。其中一个主要技术难题是父母本花期间步性差，导致授粉不良，结实率低，种子产量和质量无法保障。历史上，尼泊尔政府于2003年发布的第一个玉米杂交品种“Gaurav”就因未能解决花期间步问题而无法进行有效的F₁代种子生产，最终未能推广到农户田间。

花期间步性至关重要，因为玉米的雄花（雄穗）和雌花（花丝）只有在同一时间段内成熟才能成功授粉。雄性花粉活力仅能维持18-24小时，而花丝在伸出苞叶后若未能及时接受到花粉，会迅速衰老，导致生殖失败。抽雄-吐丝间隔（Tasseling-Silking Interval, TSI）是衡量这种同步性的关键指标，TSI越长，籽粒产量下降越显著（研究表明可减少29%至57%）。因此，在杂交种子生产过程中，通过错期播种来调整父母本的播种时间，使其花期相遇，是保障高产优质种子的核心栽培技术。

为了攻克这一难题，由Santosh Marahatta、Rabin Basnet、Saraswoti Bastola和Puspa Raj Dulal组成的研究团队，在位于尼泊尔奇特旺Rampur的农业与林业大学（Agriculture and Forestry University, AFU）农场的农学实验站，开展了一项为期两年（2021-2023年）的田间试验。他们的研究成果发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上，系统评估了在春、冬两个季节错期播种雄性自交系对两个杂交种（RH-10和RH-16）花期间步性、种子产量和种子质量的影响，旨在为尼泊尔特莱地区及类似生态区的杂交玉米种子生产提供最优播种方案。

本研究采用裂区试验设计，重复四次。主区因素为两个杂交种的亲本自交系：Rampur Hybrid-10（RH-10，由RML-150 × RML-18组配）和Rampur Hybrid-16（RH-16，由RML-95 × RML-96组配）。副区因素为雄性自交系相对于雌性自交系的错期播种时间。在春季，设置了雄性比雌性早播2天、同期播种、以及晚播2天和4天共4个处理；在冬季，设置了同期播种、以及晚播2天、4天和6天共4个处理。试验地土壤为沙壤土，呈酸性（pH 5.95），有机质含量偏低。栽培管理上，父母本行比为4:1，均施用氮磷钾肥（N: 120 kg ha^-1, P₂O₅: 60 kg ha^-1, K₂O: 40 kg ha^-1），并进行了灌溉、除草和虫害（特别是草地贪夜蛾）防治。为杜绝花粉污染，在试验地周围设立了2米高的塑料屏障。

3.1. 生物计量学观测

研究人员测量了雄性自交系雄穗与雌性自交系果穗的高度差。结果表明，RH-16的雄穗-果穗高度差显著大于RH-10。这一遗传差异可能有利于RH-16的花粉传播。错期播种对此高度差的影响在大多数情况下不显著，但季节影响明显，春季的高度差显著高于冬季，这主要与春季较高的温度和光合有效辐射（PAR）促进了植株生长有关。

3.2. 物候学观测与抽雄-吐丝间隔（TSI）

物候观测是本研究的核心。RH-16达到75%抽雄和75%吐丝所需的天数均多于RH-10。错期播种对雌性自交系的吐丝时间无影响，但显著影响雄性自交系的抽雄时间。延迟播种雄性会使其抽雄时间推迟。

最重要的发现体现在TSI上。两个杂交种本身的TSI差异不显著，但错期播种对其有极显著影响。在春季，对于RH-10，雄性同期播种或早播2天能实现最佳同步（TSI最小）；而对于RH-16，雄性同期播种效果最好。在冬季，对两个杂交种而言，父母本同期播种都能实现最窄的TSI。任何延迟播种雄性的处理都会导致TSI显著增大。此外，冬季作物的TSI普遍长于春季作物，这与冬季较低的温度和光照条件延缓了雌花（花丝）的发育有关。

3.3. 产量构成因素与产量

3.3.1. 产量构成因素： RH-16的每穗粒数显著高于RH-10，这是其产量优势的主要来源。而RH-10的千粒重在某些情况下更高。错期播种显著影响每穗粒数，春季雄性早播2天或同期播种，冬季同期播种可获得最高的每穗粒数。延迟播种雄性导致每穗粒数显著下降。

3.3.2. 种子产量： RH-16的种子产量在所有季节和年份均显著高于RH-10。错期播种的效应极其显著。春季，雄性早播2天或同期播种能获得最高产量；冬季，父母本同期播种产量最高。 雄性延迟播种会造成产量急剧下降。交互效应分析显示，RH-16对雄性播种延迟更为敏感。产量与TSI呈极显著的负相关关系，TSI每增加一天，产量损失可达29%至57%。

3.4. 种子质量

种子质量是评价杂交种生产成功与否的另一关键指标。研究人员在种子储存90天和150天后测定了发芽率和幼苗活力指数。

3.4.1. 种子发芽率： RH-16种子的发芽率通常优于RH-10。错期播种的影响同样显著。在春季，雄性早播2天或同期播种产生的种子，其发芽率最高；在冬季，父母本同期播种产生的种子发芽率最佳。 延迟播种雄性会降低种子的发芽率。春季生产的种子其发芽率普遍优于冬季生产的种子。

3.4.2. 幼苗活力： 幼苗活力指数（VI-I和VI-II）的结果与发芽率类似。由花期同步性好的处理（雄性早播或同期播种）产生的种子，其幼苗生长更健壮、活力更强。这表明良好的授粉不仅影响产量，更直接决定了种子的内在质量和种植价值。

综上所述，本研究得出了明确且具有高度实践指导意义的结论：在尼泊尔特莱地区进行杂交玉米种子生产，最优的错期播种策略取决于季节。在冬季，父母本自交系应在同一天播种；在春季，雄性自交系应比雌性自交系提前2天播种。遵循此方案能有效最小化抽雄-吐丝间隔（TSI），最大限度地促进花期相遇和授粉，从而显著提高F₁代杂交种子的产量和质量。在两个测试的杂交种中，Rampur Hybrid-16 (RH-16) 表现出比 Rampur Hybrid-10 (RH-10) 更高的产量潜力。

该研究的重大意义在于它直接回应了尼泊尔杂交玉米产业发展中最紧迫的技术需求。它通过细致的田间试验，为当地种子生产者提供了清晰、可操作、且经过验证的农艺管理方案，解决了长期困扰杂交种生产的“花期不遇”技术瓶颈。这不仅有助于降低杂交种子的生产成本，提高种子自给率，更能通过推广高产杂交品种来快速提升尼泊尔的玉米产量，对于保障国家粮食安全、促进农业发展具有深远的现实意义。其研究结论对于全球其他具有类似亚热带湿润气候的玉米产区也提供了宝贵的参考和借鉴。