“高粱矮化实际上是高粱育种的里程碑式成果，促使我国高粱生产发生了一次革命性的进步。”
你还记得“青纱帐”吗？抗战年代，游击队员穿梭其中，与敌人展开英勇斗争，正如歌曲《保卫黄河》所传唱的那样，“河东河北高粱熟了，万山丛中，抗日英雄真不少，青纱帐里，游击健儿逞英豪”。这里的“青纱帐”指的就是高粱，通常印象中，高粱长得比较高，一般能长到三米左右，成熟之后伸手摸不到穗子，一株株笔直矗立田中，密密丛丛，齐整挺拔，一望无际。
可如今，人们逐渐发现高粱慢慢变矮了，高高的“青纱帐”不见了踪影，在一些地区，有的高粱品种成熟后才刚到一个成年人的腰际。“最近20年，高粱由原来的高秆变成了矮秆，现在高粱株高普遍是1.2到1.8米，超过2米的已经不多了。”国家谷子高粱产业技术体系首席科学家、中国农业科学院作物科学研究所研究员刁现民说，“高粱矮化实际上是高粱育种的里程碑式成果，促使我国高粱生产发生了一次革命性的进步。”
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高粱变矮了
在焦少杰的印象里，上世纪七八十年代的东北，成片成片的高粱地像是红彤彤的海洋，株株秆高穗大，没过人头，足有两三米之高。“我小的时候，高粱还是高秆的，那个年代高粱从头到尾都能用，成熟的籽粒脱完了可以做粮食，可以做饲料，也可以造酒，茎秆还可以做建筑材料。”焦少杰说。
焦少杰长期在黑龙江从事高粱矮化育种工作，目前是黑龙江省农业科学院作物资源研究所所长、国家谷子高粱产业技术体系岗位科学家，他也见证了高粱株高由高到低的变化。
“我以前用高粱秆编过农村家里的炕席、装粮食的穴子、房屋的顶棚，高粱秸秆还能用来做小园的篱笆。”焦少杰介绍，几十年前的农村，高粱秆在老百姓家里有很大的用处，去掉穗的高粱秆俗称秫秸，秫秸耐腐蚀，是北方老百姓盖房搭棚常用的建筑材料。除此之外，秫秸还经常被制成“馍盘子”“盖帘”等用具，用来盛放馒头或者临时放置包好的饺子。
“那个年代老百姓需要高秆高粱，矮秆品种没人种。大家种高粱的目的很明确，第一要收粮食，第二要用它围篱笆、编炕席、做各种用具。”吉林省农业科学院作物资源研究所研究员、国家谷子高粱产业技术体系岗位科学家李继洪说。
随着我国经济发展和工业进步，人们生活用具也变得丰富起来，塑料制品、金属制品等满足了人们的日常生活需要，由高粱秆制作的建筑材料和手工用具也就逐渐被淘汰了，高秆高粱品种也逐步开始退出历史舞台。
20世纪90年代，焦少杰参加工作之后，高粱选育也开始逐步朝着矮化的方向发展。焦少杰介绍，1991年，“八五”国家重点科技攻关项目实施，高粱矮秆育种列入其中。
“从20世纪50年代到现在，全国主推高粱杂交种的株高呈现出逐步降低的趋势，高粱杂交种从最初的2.5至3米之间降到了如今的1至1.6米之间，主推杂交种的平均株高仅为1.35米。”吉林省农业科学院作物资源研究所研究员陈冰嬬介绍。
农业农村部统计数据显示，2021年我国高粱播种面积1069.8万亩，总产量337.7万吨，单产约为每亩315.7公斤。“粗略估算，目前中矮秆高粱品种占全国种植面积已经达到70%左右。”辽宁省农业科学院高粱研究所研究员、国家谷子高粱产业技术体系岗位科学家邹剑秋表示。
如今，当高粱成熟后，站在黑龙江省北大荒农垦集团总公司九三分公司鹤山农场的高粱地里，一眼望去，高粱依然是片片火红，但与以往不同的是，它不再高过人头，远远就能看到地里忙碌的工作人员，高粱变矮了。
高粱为何要矮化
“高粱矮化育种实际上是‘主动’和‘被动’并行的过程。”焦少杰表示，受“绿色革命”的启发，降低作物株高以增加抗性和粮食产量是一种趋势，高粱也同样适用。
20世纪60年代以来，全球范围的“绿色革命”使得小麦、水稻等主粮作物产量大幅增加，高粱不再是人们赖以生存的口粮，由主粮变为杂粮作物之一。
改革开放之后，随着我国经济社会发展和人民生活水平的提高，高粱的主要用途也逐步从食用向酿造原料转变，种植面积逐步下降。伴随而来的是高粱生产方式和栽培目的的变化，适宜机械化栽培的高粱品种逐渐受到农民的欢迎。
“高秆稀植大穗的高粱品种理论上讲产量很高，但是抗性不行，可能今年风调雨顺，产量能达到1000斤，但是明年一场大风可能就剩500斤、300斤了，这是很不稳定的。无论是生产还是生活上，老百姓更需要矮秆品种，倒逼我们育种单位提供株高相对矮的高粱。”焦少杰说。
随着高粱的集中化、规模化经营，以及酿酒企业对优质高粱的需求增加，高粱的机械化栽培也正在成为提高高粱产量和品质，减轻劳动负担，降低农业投入成本的选择。“以往粒用高粱品种主要以人工收获为主，大部分品种植株偏高不适宜机械化收割，现在随着土地连片种植、种植大户、农业专业种植合作社、酒业原粮生产基地的逐年增加，机械化栽培方式已成为高粱种植的必然趋势。”李继洪说。
“农业已经由原来的小农经济过渡到产业经济，有着商品化生产和大面积轻简化栽培的特点。”刁现民认为，现代农业商品化生产建立在农业机械和化肥农药的基础之上，株高两三米的高粱抗倒伏性很差，不耐化肥也不耐密植，株高过高，机收时上端茎叶吞入太多，籽粒损失大，下端留茬太高，不利于灭茬整地。
同时，高粱生产面临着农村劳动力外流，人工成本上涨的问题。“高粱种植劳动强度大，农村留守劳动力不足以支持人工间苗和收获，农村人口老龄化的趋势和昂贵的人工成本严重影响到农民种植高粱的积极性。”山西农业大学（山西省农业科学院）高粱研究所研究员、国家谷子高粱产业技术体系岗位科学家平俊爱说道。
“像美国、澳大利亚以及欧洲的一些发达国家，在20世纪50年代就开始选育适宜机械化生产的高粱品种，降低株高增加抗倒性，60年代就实现了高粱生产的机械化。”刁现民介绍，我国的高粱分布广泛，主要集中在东北、华北和西南三大主产区，其中东北主产区主要包括辽宁省、吉林省和黑龙江省，华北主产区主要包括山西省、内蒙古自治区和河北省，总体种植面积约为652.2万亩，主要是粳高粱，但近年来随着市场需求的变化，这些地方糯高粱的比例在快速提高；西南主产区包括四川省、贵州省和重庆市，种植面积约为273.3万亩，主要是糯高粱，不同主产区的育种单位也正在培育适宜机械化生产的矮化高粱品种。
高粱如何变矮的
“矮化育种是一个漫长而又艰难的过程，并非完全是近20年的事情，而是历经老一辈科学家的努力和积累，才有了今天的结果。”焦少杰表示，虽然过去生产上对矮秆高粱需求不大，但育种科学家并没有停止中矮秆高粱的选育。20世纪90年代，高士杰、卢庆善等人瞄准了印度高粱种质地理远缘、中矮秆、抗病性强、配合力高等优点，以改进抗病性，提高配合力为首要研究方向，利用印度高粱开展中矮秆、耐密植育种研究，育成了不同的中矮秆杂交种，为之后高粱真正意义上的矮化奠定了基础。
2008年，国家谷子产业技术体系和国家高粱产业技术体系成立，也就是国家谷子高粱产业技术体系的前身，对于谷子高粱等小宗作物育种科学家而言，他们也迎来了新的发展机会。“产业技术体系成立之后，全国的高粱育种队伍形成合力，育种专家形成共识，把矮化当作目标，组织全国统一攻关，因此才有现在的业绩。”焦少杰说道。
同杂交水稻相似，高粱的矮化也是利用三系法进行杂交育种的。培育一个优良的矮化杂交种需要培育矮化的不育系、保持系和恢复系，培育这三系也是高粱育种科学家们的重点工作。
“高粱变矮的秘密藏在四个矮秆基因里，这些基因对株高有显著的控制作用。”谈到高粱矮化的关键，平俊爱说，矮化育种就是筛选出矮秆性状突出的高粱植株，再通过三系法把不同高粱的优良性状整合在一起，产生一些新的基因组合，使得杂交的高粱后代带有变矮的性状。
“由于国外引进的高粱矮秆不育系生育期太长、生态适应性差，不能在我国直接应用，必须进行驯化改良。”李继洪说。20世纪60年代之后，东北三省以及内蒙古结合当地的自然地理特征，利用国外引进的矮秆TX3197A不育种质，育成了一批高粱早熟不育系和早熟恢复系，具有高产、优质、早熟等优良性状，也更适合当地品种选育。
“2003年，黑龙江推出了真正意义上的矮秆高粱杂交品种龙杂7号，由于熟期早，机械化种植技术和配套机械不成熟，推广面积很小，效益没法跟大豆比。”焦少杰说道，以龙杂7号为代表的这批早熟品种只是单纯的矮，没有考虑到种子的拱土能力、株型、抗倒伏等适宜机械化栽培的性状。
面对高粱育种过程中出现的问题，各育种单位加强国外和国内矮秆资源的筛选与利用，不断创制矮秆不育系和恢复系，通过多种方法、多种策略进行矮秆耐密宜机收杂交种的选育。
焦少杰团队以早熟和株型改良为重点，将早熟、矮秆、耐密植整合在一起，以龙杂17、龙杂18为代表的系列高粱品种被选育出来，并在黑龙江推广。焦少杰说：“这批品种株高在1米左右、最早熟品种所需积温在2060℃，将我国高粱种植区域向北延伸了100公里，最远种到北纬50°的内蒙大杨树古里农场，填补了高纬度地区无高粱品种的空白。”
在吉林，李继洪团队在前人研究的基础上，继续选育中矮秆品种，进一步降低高粱株高。最终选育出吉杂140、吉杂159、吉杂160等矮秆、耐密植、适宜机械化收获的高粱杂交种。矮化育种的另一个更加明显的效果是种植密度的增加，目前矮化高粱品种种植密度已突破1万株每亩，甚至可达到2万株每亩，高密度增加了群体产量。早熟高粱杂交种高度降至1.4米以下，其中吉杂140、吉杂159现已成为春播早熟区的主推品种。
而这些品种的背后，离不开育种科学家夜以继日的艰辛付出。春夏北育、秋冬南繁，“候鸟”般的生活方式是他们的常态。为了缩短育种时间，冬季到海南进行南繁育种是一项必然的选择。所谓南繁，就是指将本地秋收后的作物种子，在冬季拿到南方亚热带或热带地区进行加代繁殖的方法。
在山西农业大学（山西省农业科学院）高粱研究所南繁基地，平俊爱（右）和团队成员牛皓正在授粉。受访者供图
“选育一个新品种要花费很长的时间，培育一对不育系和保持系需要至少5年的时间，恢复系也要3年的时间，总体下来要花费5至8年的时间。”平俊爱介绍，这还远远没有结束，选出的杂交种在经历5年左右的鉴定、品比、多点区域试验示范后才能成为一个真正合格的杂交种。往往几千份的鉴定材料最后只有几份能够留下，这是优中选优、精中选精的过程。
矮化后的高粱去哪了
近20年，根据产业技术体系统计，全国各育种单位针对市场和产业的需求，共育成71个矮秆耐密、适宜机械化作业的酿酒专用高粱新品种，为高粱产业发展提供了品种支撑，促进了高粱生产方式全面机械化的变革，实现了科研、企业、农民种植户等多主体受益。
在辽宁，邹剑秋团队推出的辽粘3号品种，具有高淀粉、高产、单宁适中等特点，抗倒伏易机收，受到了很多种植户的欢迎，也成为很多知名酒企愿意使用的酿造原料，促进了农民增收、企业增效。
“去年，我们种植的高粱一亩地就打下了1800多斤，有的甚至达到了2000斤。”李汉奎兴奋地说道，他所种植的品种就是辽宁省农科院高粱研究所推出的辽粘3号。
李汉奎是辽宁省朝阳市建平县马场顺达农机服务专业合作社的理事长，他所在的合作社一共种植了800多亩高粱。2016年，他在建平县农业技术推广中心了解到酒用高粱新品种辽粘3号，抱着试试看的态度种植了40多亩。“一年下来，光是一亩地就打下了1500多斤高粱，而我们本地‘大高粱’品种最多也才产1000多斤。”李汉奎说。
2017年，李汉奎开始大面积推广辽粘3号，在辽宁省农科院高粱研究所的指导下，合作社还创建了200多亩的高粱示范田。“我们当地玉米谷子高粱三大类轮茬种植，辽粘3号穗大高产看着稀罕人，1.7米高还不容易倒秧，机械化种植收割很方便。”李汉奎介绍，2017年，以辽粘3号为主的高粱品种开始从建平县马场镇往周围乡镇扩展，越来越多的农户和种植大户到他的示范田参观学习，目前，整个建平县已经有高粱10万多亩。
“如果打理好的话，近两年高粱普遍能达到每亩1800至1900斤，每年国庆期间收获后就拉到酒厂做原料了，现在很多酒厂比如古井贡、五粮液都愿意收辽粘3号，潮粮的收购价能到每斤1.35元到1.55元，折算成干粮最高能到每斤1.9元，去年我们合作社一亩地纯收入能达到1200元左右。”李汉奎说。
根据产业技术体系统计，经过体系十年的联合攻关，高粱生产方式发生了重大变革，正在从传统向现代化生产转变，不仅在矮秆易机收的品种培育上取得突破，还集成了“矮秆品种降株高、宽行缩距促通透、单粒点播免间苗、机械收获免人工”高粱机械化轻简生产技术，每公顷节约人工60至90个，节本增效3000元以上。
好品质的杂交种同样也带来了可观的经济效益，焦少杰团队推出的龙杂17品种以200万元价格转让给嫩江宏粮种业有限公司，龙杂18以200万元转让给依安德邦农业开发有限公司。李继洪团队推出的吉杂140、吉杂159分别以33万元和100万元的价格转让给种子企业。根据产业技术体系统计，近十年，全国共有27个高粱品种经营权成功转让给相关企业，获得转让费用1671万元。
山西汾酒历史悠久，高粱是其酿酒的原料之一。2012年，平俊爱团队和山西杏花村汾酒厂股份有限公司技术中心合作开展了高粱品种酿酒试验研究。“高粱的淀粉含量决定了出酒率的高低，一般淀粉含量越高，出酒率就越高，单宁含量则与优质酒率相关。目前新登记的高粱杂交种单宁含量在1%到2%之间，清香型白酒的酿造试验表明，当单宁含量大于等于1.3%时，与优质酒率成正比。”平俊爱介绍，晋杂22号优质酒率最高，晋杂23号出酒率最高，2013年被汾酒集团分别命名为汾酒1号、汾酒2号，成为汾酒酿造专用高粱品种。2022年8月，晋中21-1被汾酒集团命名为汾酒高粱30，确定为新的汾酒酿造专用品种。高粱育种在科技成果转化方面取得了一系列新进展，科研、企业、市场、产地之间的联系更加紧密，也促进了高粱育种的良性循环。
矮化之后的新目标
“矮化育种是一种趋势，但高粱并非越矮越好，除去个别地区比如黑龙江有其超早熟特殊性，高粱株高可以降到1米，其他地区的高粱株高在1.5至1.8米高较为理想。”刁现民介绍，目前全国各地育成的中矮秆高粱品种并非达到完美，或多或少存在着不同的问题，比如高粱紧凑株型如何和矮秆整合，高粱如何在盐碱旱薄地发挥好的效益，如何利用新技术精准获取基因进行生物育种等等。
高粱株型的改善仍然十分重要。“高粱株高降低的同时，株型没有变化，比如叶片没有变窄，叶夹角没有变小等。”平俊爱介绍，现在的高粱还存在一个主要问题就是对除草剂特别敏感，使用不当容易造成药害，对产量造成一定的影响。
“叶片过宽和夹角过大，会限制高粱种植密度的提升，今后我们主要从品种的品质、株型上进行改良，让叶片变窄上挺，同时在抗除草剂品种选育上下功夫，争取‘十四五’末，育成株型相对较好、适宜密植、丰产性更高的品种。”陈冰嬬说，株型紧凑的品种才更适合密植，将来才会有较大的增产幅度。
培育适宜盐碱地种植的高粱品种也是目前颇具潜力的方向。“高粱抗旱、耐涝、耐盐碱、生物产量高，中国是盐碱地大国，目前高粱杂交种的抗逆性还需要提高。接下来，如何选育出适宜在盐碱、干旱地区栽培的耐逆高粱品种是摆在眼前的课题。”邹剑秋说道。2023年中央一号文件提出，持续推动由主要治理盐碱地适应作物向更多选育耐盐碱植物适应盐碱地转变，做好盐碱地等耕地后备资源综合开发利用试点。邹剑秋表示，我们将继续以提高中矮秆高粱的抗逆性为重要目标，提高比较优势，挖掘发展潜力，促进高粱在盐碱地、休耕区、“镰刀弯”等区域种植，有效提高边际性土地利用率，保证18亿亩耕地红线和国家粮食安全。
新型育种技术亟需加快应用步伐。“过去，我们做矮化育种更多是凭借经验和直觉，通过肉眼观察高粱性状，来挑选带有矮化基因的品种，往往不够精准，容易失败。”平俊爱介绍，从“十四五”规划开始，全国各育种单位逐渐使用分子辅助育种技术，可以更好地摸清育种材料中所含有的矮秆基因、株型基因等，以提高矮化育种的成功率，目前已经取得不错效果，未来将继续创新育种技术，提高育种效率。
高粱品种选育要围绕酿酒行业企业需求开展。“既要育成淀粉含量较高、单宁含量适中的优质品种，满足酿酒企业需要，也需符合农民对高粱产量和种植效益的要求。”平俊爱表示。
开展多元化品种选育和定向育种也是将来高粱育种的方向之一。“除了培育酿酒专用型杂交种之外，培育在生产上真正能推广开的饲料专用型杂交种、食用型高粱杂交种，甚至针对不同畜禽开展专用型杂交种的培育。”吉林省农业科学院作物资源研究所研究员、高粱抗逆育种材料创制岗位科学家王鼐表示，针对不同的地理环境和企业的酿造需求，开展定向育种也将成为一种趋势。“低单宁的饲料高粱有着巨大的市场，这样的品种可以种植在玉米不能种植的盐碱地和旱地，缓解市场对玉米饲料需求的压力，也充分发挥高粱的耐逆作用，培育这样的高粱品种也是国家谷子产业技术体系的攻关目标。”刁现民说。
夏日已至，在吉林省农业科学院公主岭试验基地，200余亩的高粱地绿油油一片，生机盎然，基地的工作人员已陆续完成除草、追肥和苗情调查，开始为下一步的工作做准备。陈冰嬬说：“现在已经有高粱陆续抽穗了，有的材料已经套上了白色的授粉袋，即将开始新一轮的杂交授粉，为下一代的品种选育打好基础。”
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