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图1 中国玉米分布区
图2 玉米植株形态
云南四棱糯玉米
玉米的穗形

Zea mays

  禾本科 (Gramineae)玉米属一年生草本。又名玉蜀黍,俗称苞谷、棒子、珍珠米等。重要的粮食和饲料作物。

  在世界谷类作物中,玉米的种植面积和总产量仅次于小麦、水稻而居第 3位,平均单产则居首位。从北纬58°到南纬42°,从低于海平面的中国新疆吐鲁番盆地到3600米以上的高海拔地区,都能栽种。以北美洲最多,其次为亚洲、拉丁美洲、欧洲等。中国的玉米栽培面积和总产量均居世界第 2位(见表)。集中分布在从东北经华北走向西南这一斜长形地带内,其种植面积约占全国玉米面积的85%(图1)。

目录

起源和历史

  玉米原产于墨西哥或中美洲,栽培历史估计已有4500~5000年,但其起源和进化过程仍无定论。1954年在现今墨西哥城下60~70米处的岩芯中(判断为25000~80000年前的地层)发现了花粉化石,有人认为可能是玉米花粉,由此推断现代玉米的祖先是野生玉米。但此说未被广泛承认。1964年R.S.麦克尼什在墨西哥南部特瓦坎山谷史前人类居住过的洞穴中,发现了一些保存完好的野生玉米穗轴,据判断为公元前5000年有稃爆粒种玉米的残存物,现代的栽培种系由此进化而成。但也有人认为玉米是从野生墨西哥类蜀黍 (Euchl-aena mexicana)进化而来,或是由类玉米与其他禾本科植物杂交而形成的。

  1492年哥伦布在古巴发现了玉米,以后知道整个南北美洲都有栽培。1494年他把玉米带回西班牙后,逐渐传至世界各地。中国玉米栽培已有400多年历史,估计传入的时间当在1511年前。传入的途径,一说由陆路从欧洲经非洲、印度,传入西藏、四川;或从麦加经中亚细亚传入中国西北部,再传至内地各省。一说由海路传入,先在沿海种植,然后再传到内地各省。

形态特征

  玉米的根属须根系,除胚根外,还从茎节上长出节根:从地下茎节长出的称地下节根,一般4~7 层;从地上茎节长出的节根又称支持根、气生根,一般2~3层。地下节根是根系的主体,入土深度一般30~50厘米,也有深达2米以上的。地上节根入土角度陡,伸入土中后能支持植株,也具有吸收水分、养分和合成氨基酸等作用。株高1~4.5米,秆呈圆筒形,髓部充实而疏松,富含水分和营养物质。玉米除上部4~6节外,其余叶腋中都能形成腋芽。地上部的腋芽通常只有最上部的1~2个能发育成果穗。地下部的腋芽发育成分蘖,一般不结穗,栽培上要求及早除去。一般全株有叶15~22片。叶身宽而长,叶缘常呈波浪形。叶鞘厚而坚硬,紧包茎秆,与叶身连接处有叶舌。也有不具叶舌的变种。

  为单性,雌雄同株。雄穗着生于植株的顶端,为圆锥花序;雌穗着生于植株中部的叶腋内,为肉穗花序。雄穗开花一般比雌穗吐丝早3~5天。雄穗的主轴和分枝上成对排列的每个雄小穗有颖片包住两朵雄小花。每朵雄小花有内稃、外稃和3个雄蕊,花药多为黄色,也有的为紫、粉红或绿色,每个花药内约有2000个花粉粒。雌穗外为多数叶状总苞片所包裹,穗轴粗大,着生许多纵行排列的雌小穗。每个雌小蕊有2朵小花,1朵结实。结实雌花有内稃、外稃、2片鳞被和1个雌蕊。花柱和柱头细长,合称“花丝”,黄色、浅红或紫红色,其上密生茸毛,能接受花粉。雌穗上的雌小穗成对排列,每1雌小穗只结1个子粒,所以果穗(俗称“棒子”)上的子粒行数都成双。子粒为颖果,色黄、白、紫、红或呈花斑等。生产上栽培的以黄、白色者居多。胚约占子粒重的10~15%,胚乳占80~85%,果皮占6~8%(图2)。

类型

  根据子粒形状、胚乳淀粉的性质结构以及稃壳大小,玉米可分为以下几种类型:

马齿型

  植株高大,果穗圆筒形。子粒扁平,两边为角质淀粉,中间和顶部为粉质淀粉。成熟干燥时顶部凹陷呈马齿状。较耐肥、水,丰产性能高,但食味品质不如硬粒型。代表品种有金皇后、白马牙,以及杂交种中单2号等。

硬粒型

  又名燧石种。子粒顶部和四周为角质淀粉,中间为粉质淀粉,表面有光泽,品质较好,成熟早,但产量较低。以往中国的多数农家品种属这一类型,如小粒红、野鸡红等。

糯质型

  又名蜡质种。果穗较小。子粒不透明,无光泽,胚乳粘性,全为支链淀粉,碘液检验呈褐红色(图3)。可做糯性食品,工业上用作布匹的浆剂。如江西半仙糯、吉林黄粘苞米等。

甜质型

  又称甜玉米。乳熟期子粒很甜,主要用作蔬菜和制罐头食品。普通甜玉米乳熟期的糖分含量为15~18%;而“超甜玉米”的含糖量还超过普通甜玉米2倍。成熟时子粒皱缩,呈半透明状,糖分含量逐渐减少。

爆粒型

  果穗和子粒均较小。子粒几乎全为角质淀粉,质地坚硬。有米粒型和珍珠型两种,前者如山东的麦玉米,后者如浙江的紫多穗玉米。在子粒含水量适当时加热,能“爆裂”成大于其原体积十几倍的米花。

粉质型

  又名软粒型。果穗和子粒形状与硬粒型相似,胚乳全由粉质淀粉组成,质地较软,外表无光泽。

有稃型

  每个子粒由长大的稃片包住,是一种原始的类型。(见彩图)

品种改良和杂交种的利用

  玉米的品种改良曾先后采用穗行选种、混合选种、品种间杂交和自交系间杂交等方法。由选择产生的优良品种适应性强、产量稳定、种子繁殖简便,其产量潜力虽不如杂交种,但在自然条件复杂和玉米种植面积较小而分散的地区,仍有栽培价值。利用两个品种杂交产生的杂交种为品种间杂交种。一般硬粒型品种与马齿型品种杂交所得杂交种常有明显的杂种优势,可比亲本品种增产10%左右,且选育和制种比较简单。但增产潜力有限。

  利用自交系进行杂交所产生的杂交种为自交系间杂交种。其杂种优势强,增产潜力大。配制自交系间杂交种,首先要培育自交系。方法是从品种或杂交种群体中分离选择优良单株,在花丝未抽出前用纸袋套住雌穗,花丝抽出后再用纸袋套住同一株上的雄穗。第 2天收集袋内的花粉授于套袋的雌穗上,进行自交。自交第一代的植株生长势和抗病力显著减退,会出现白苗、黄苗和畸形株等。从中选择较好的植株继续自交,如此进行四五代,每代选优去劣,最后每一自交穗后代即成为性状相对稳定一致的自交系。

  优良的自交系不但要有良好的生长势和抗病性,而且要有较高的配合力,即一个自交系与其他自交系杂交时,能产生高产的杂交种。自交系间杂交种有:①单交种。即两个自交系杂交(自交系甲×自交系乙)产生的杂交种。植株整齐一致,生长势强,杂种优势高,增产潜力大,制种时所需隔离区少,目前生产上广泛采用。但因单交种的种子是从母本自交系上产生的,制种产量低,种子成本高。②三交种。一般先用两个自交系配成单交种,再与另一个自交系杂交配而成〔(甲×乙)×丙〕。其制种产量高,整齐度和产量潜力介于单交种和双交种之间。③双交种。由四个自交系先配成两个单交种,再将两个单交种杂交产生,即(甲×乙)×(丙×丁)。双交种的遗传基础广泛,适应性较强,制种产量高,但其植株整齐度和产量潜力不如单交种和三交种。20世纪60年代前,世界各国玉米生产都以双交种为主,以后逐渐为单交种所代替。④综合品种。用若干个(一般不少于8个)生育期和株高相对一致的优良自交系或单交种,以等量种子混合,播于隔离区内,任其自由授粉,产生综合品种。综合品种由于包含有很多自交系,在遗传上是一个复杂群体,不需年年制种,可在生产上连续利用几年。其产量显著高于农家品种,但不及单交种和双交种。综合品种可在非重点的玉米产区推广。

  配制杂交种时,母本必须去雄。为简化去雄手术,可利用雄性不育系作母本,不去雄而与恢复系杂交,产生杂交种子。生产上利用雄性不育性时,必须有雄性不育系、保持系和恢复系三系配套。细胞质遗传的雄性不育有T型、C型和S型等。在生产上利用雄性不育性时,要防止胞质来源单一化,以免杂交种严重感病。

  配制杂交种要在肥、水条件较好的制种隔离区内进行,一般与其他玉米地相距300~500米,以防止串粉。播种期须根据父、母本的开花期调节,使母本的吐丝期与父本的散粉期相遇。一般母本和父本的种植行数比例为3:1。苗期和抽雄前拔除杂株和劣株,并在母本抽雄时及时彻底除去母本株的雄穗。成熟时,从母本植株上收获的即为杂交种子,要与父本行的种子分收、分晒、分藏,防止混杂。

生理特性

  玉米喜温,种子发芽的最适温度为25~30℃。拔节期要求日平均温度18℃以上,温度愈高生长愈快。从抽雄到开花期要求日平均温度为26~27℃。子粒灌浆和成熟阶段要求保持在20~24℃,以利于营养物质的积累。温度低于16℃和高于25℃时,淀粉酶的活动受到影响,导致子粒灌浆不良。玉米品种可分为早熟、中熟和晚熟3类,其积温要求分别为2000~2300℃、2300~2500℃和2500~2800℃。

  玉米为短日照作物,在12小时以内的日照条件下,植株生长矮小,抽雄和成熟期提早。如给以长日照条件,则植株生长高大,茎叶繁茂,但发育缓慢,开花延迟,甚至不能形成果穗。一般早熟品种对光照长短的反应较迟钝,晚熟品种则较灵敏。光合作用为四碳途径,属四碳作物。能有效利用强光,在弱光和低CO2浓度下也能进行光合作用。

  玉米在砂壤、壤土、粘土上均可生长。适宜的土壤pH为5~8,以6.5~7.0最适。耐盐碱能力差,特别是氯离子对玉米的为害较大。

栽培和管理

  中国各个玉米产区因气候和土壤条件的差异而形成不同的种植制度。东北、华北北部及西北部分地区气温低、无霜期短,为一年一熟的春玉米区。华北平原地区以一年二熟的夏玉米为主。西南和南方丘陵山区地形复杂,在高寒山区以一年一熟的春玉米、在丘陵山区以一年二熟的夏玉米、在平原或浅山区以一年三熟的秋玉米为主。广西东部和海南岛冬季还可种植冬玉米。栽种方式有单作、与豆类或薯类间作和麦垄套种等,以玉米与大豆间作较为普遍。

  适时早播可延长生长时期,充分利用光热资源,避免秋霜冷害,对玉米增产十分重要。在春玉米地区,土壤表层5~10厘米的地温稳定在10~12℃时即可播种,过早则易导致种子霉烂。在华北平原地区,夏玉米尽早播种除可提高产量外,还可避免因晚播遇雨季而发生芽涝。一般土壤肥沃、水分充足、采用株形紧凑的杂交种时,种植密度可稍大;土壤瘠薄、水肥条件较差,采用株形疏散的杂交种时,则宜适当稀植。春播时,高秆杂交种的适宜密度为每亩2500~3000株,中秆杂交种为3000~3500株。夏播玉米和矮秆杂交种因株形较小,播种密度可稍高。当幼苗长出3~4片叶时进行间苗,5~6片叶时定苗。夏玉米幼苗生长快,3~4片叶时即可一次定苗。

  玉米生长需氮、钾较多,需磷较少;但土壤中有效磷含量低于 10ppm时,施磷有显著增产效果。缺锌时生长受到抑制,施锌后即可恢复。重施农家有机肥,配合磷肥和少量氮素化肥作底肥有利于增产。追肥根据土壤肥力和玉米不同发育时期的需肥特点进行。一般玉米抽雄期吸收氮、磷、钾三要素累计约为50~60%,灌浆期约为62~65%,蜡熟期为99~ 100%。春玉米在孕穗期吸收的氮、磷量分别约为总吸收量的34%和46%,抽雄开花期约为53%和65%;夏玉米则在孕穗期即已分别达86%和73%。一般叶龄指数(用主茎展开叶数占主茎平均总叶片数的比数乘100表示)为30~35时开始拔节,60~65时雌穗小花分化。春玉米生长时间长,一般宜轻施拔节肥,重施穗肥。夏玉米生长发育较快,宜适当重施拔节肥,轻施穗肥。玉米苗期需水较少;拔节孕穗期则营养生长和雌、雄穗分化均需较多水分。抽穗前干旱,会使雌、雄穗抽出的时间相隔过长,影响授粉结实。此时田间持水量以70~80%为宜,约占总需水量的23~30%。抽雄开花期需水最多,如遇干旱高温则不育花粉增加,花粉和花丝寿命缩短,造成缺粒秃顶。此时田间持水量以80%为宜,约占总需水量的14~28%。灌浆成熟期是产量形成的主要阶段,需较多水分,田间持水量以75%为宜。整个生长期间每亩需水250~270立方米。但玉米并不耐涝,田间持水量超过80%时,应及时排水。苗期中耕2~3次;拔节孕穗期进行中耕除草和浅培土。抽雄时,隔行拔去雄穗,有利于雌穗发育。当果穗苞叶变黄、子粒变硬、基部黑色层形成时,即可收获。

病虫害

  玉米病害有30种以上,危害性较大的有大斑病、小斑病、丝黑穗病、青枯病、病毒病和茎腐病等。大斑病和小斑病主要发生在叶片上。前者病斑大而少,长梭形,黄褐色,病斑背面有黑霉层,多见于冷凉山区和春玉米区;后者病斑小而多,梭形或椭圆形,棕色或灰白色,边缘颜色较深,多见于温暖而雨露较多的地区以及夏、秋玉米。丝黑穗病侵害雄穗后小花基部膨大,内包黑粉,颖片增多;雌穗受害则除苞片外全穗变成一团黑粉。矮花叶病和粗缩病是主要的病毒病。在套种早、杂草多、苗期受涝而后期又遇伏旱的情况下,粗缩病为害较重。这些病害目前尚无特效农药防治,主要靠抗病育种、加强田间管理等措施预防。主要害虫有玉米螟地老虎蝼蛄、红蜘蛛、高粱条螟和粘虫等,一般用杀虫剂防治。

用途和加工

  玉米子粒含淀粉73%,蛋白质 8.5%,脂肪4.3%,维生素(硫胺素、核黄素等)含量很高。黄玉米还含有胡萝卜素,在人体内可转化为维生素A。每百克玉米热量为1527千焦,热量和脂肪的含量均比大米和面粉高。一般玉米子粒蛋白质中赖氨酸和色氨酸的含量不足,但通过育种可提高赖氨酸含量。玉米胚含油36~41%,亚油酸的含量较高,为优质食用油并可制入造奶油。玉米子粒主供食用和饲用,可烧煮、磨粉或制膨化食品。饲用时的营养价值和消化率均高于大麦燕麦高粱。蜡熟期收割的茎叶和果穗,柔嫩多汁,营养丰富,粗纤维少,是奶牛的良好青贮饲料。玉米在工业上可制酒精、啤酒、乙醛、醋酸、丙酮、丁醇等。用玉米淀粉制成的糖浆无色、透明、果糖含量高,味似蜂蜜,甜度胜过蔗糖,可制高级糖果、糕点、面包、果酱及各种饮料。此外,穗轴可提取糠醛,秆可造纸及做隔音板等。果穗苞叶还可用以编结日用工艺品。

  玉米子粒的加工方法有湿磨和干磨两种:①湿磨法。可将玉米子粒的各种成分分离,主要产品是淀粉和油,副产品是优良的家畜饲料。采用此法时先把玉米放在稀亚硫酸溶液中浸泡,使子粒柔软,淀粉漂白。再将浸泡后的玉米研碎成数瓣,通过胚分离器,使胚与皮和胚乳淀粉分开。然后将胚干燥,榨油;将胚乳磨碎、过筛,再通过离心机使淀粉和蛋白质分开即可干燥、粉碎和包装。②干磨法。先使玉米子粒吸水1~3小时,待含水量达20~22%,种子的果皮和胚变韧时用脱皮机去皮,再放入取胚器磨碎,使胚和胚乳分离,取胚;最后通过各种筛子分出粗细不同的玉米渣和玉米粉等。

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