撰文╱
廖宜倫 農業部種苗改良繁殖場副研究員兼科長
林彥蓉 國立臺灣大學農藝學系教授
玉米用途廣泛，針對特化功能性，育種也非常多元；加上栽培面積極廣，帶動龐大的種子需求量，玉米的育種和種子產業可謂兵家必爭之地，公私立部門莫不卯足勁投入人力、新科技和技術進行發展。玉米傳播至全球六大洲，遺傳多樣性高，臺灣約在16世紀即引進，本土種原和國外種原均是育種材料。高粱比起玉米環境適應力更為強韌，雖為常異交作物，亦適於發揮雜種優勢，不過玉米及高粱的育種、種子生產過程均需要嚴格管理，以維持品種純淨。
燒番麥（烤玉米）是臺灣經典的夜市小吃，觀察還沒刷上醬汁的玉米，有沒有注意到，有的烤玉米更偏白色，跟玉米濃湯的黃色玉米是不同的，也有黃白雙色的玉米，偶爾還會看到紫色的玉米、不同程度紅紫色的彩虹玉米，還有可以生食的白色水果玉米……。這些鮮食用的玉米，在臺灣大致可分為甜玉米和糯玉米。
用途及育種多元 根源自遺傳多樣性
食用是我們對玉米的一般印象，但是玉米的品種與用途，比顏色還要繽紛！依照玉米粒澱粉性質等特性不同，可以利用的產品範疇簡直超乎想像。從食用延伸，就有玉米油、用於勾芡的玉米澱粉、玉米糖漿等等；玉米澱粉的吸收能力可以應用在爽身粉、化妝品、除臭劑與尿布；醱酵轉換成酒精，可以當作替代能源；澱粉及玉米秸稈加工成可分解的「聚乳酸」（PLA）生質塑膠，可製作包裝袋和各式容器，甚至當作纖維成為茶包袋、紡織品，用途更多樣。
然而，玉米的最大宗用途還是在飼料，除了玉米粒飼料，還包括可整株利用並直接餵飼的青割玉米，以及經由醱酵、具有高營養價值的青貯玉米。玉米作為飼料對畜牧業不可或缺，在全球所有作物中栽種面積僅次於甘蔗，同時更是穀類作物的第一名，在糧食供應鏈角色舉足輕重。
玉米起源於墨西哥南部地區，約9,000年前馴化自其祖先大芻草（Teosinte），現今栽種於全球六大洲，意味著其遺傳多樣性大，可以適應多變的環境。依玉米穗、玉米粒和玉米澱粉等特性，科學家將玉米分為7個變種，包括馬齒種、硬質種、爆裂種、甜玉米種、軟玉米種、糯性種、有稃種；另依特殊用途分類的玉米，如高離胺酸玉米、高油玉米、藍玉米、裝飾玉米、能源玉米等，詳細內容可參閱黃裕銘博士〈因應氣候變遷作物科學化管理系列三——玉米篇：玉米發展歷史及品種（《豐年雜誌》2024年6月號）。
異交作物育種 以F1發揮雜種優勢
玉米可以多元化應用，與其遺傳歧異度大很有關係，可以在自然種原中獲得許許多多育種的「素材」。玉米屬異交作物（自然雜交率50～100%），可育成具有雜種優勢之雜交品種，雜交品種的單位面積產量，通常高於自交作物（如水稻或小麥）等純系品種，或天然授粉的OP品種（open-pollinated varieties）。由於雜種優勢，雜交玉米擁有生育整齊、強健、產量豐富等優點，玉米的育種也以雜交F1品種為主。
玉米的雄穗生長於植株頂端，雌穗則位於中下部葉腋間，雄穗開花會比雌穗吐絲早3～5天，花藥裂開會釋出大量花粉，隨風飄落在雌穗的花絲上完成授粉。因此玉米雖是雌雄同株，卻是異花授粉，為開放性天然混交授粉（OP）的異交作物。
除了當作育種種原，天然雜交的作物族群也可以當作品種利用。臺灣早期農民栽種的玉米「台南白」就是OP品種，適應性廣、籽粒大且口感佳、具特殊食味品質與風味，但因混交的關係，每個植株的遺傳組成複雜，不同植株的株高、雌穗高、收穫期以及抗病性等特性也有所不同，造成栽培管理的困難，收穫品質參差不齊。由「台南白」族群為基礎進行育種改良，臺南區農業改良場育成「臺南22號」，農業試驗所則育成「台農4號」。
目前市售玉米種子大都為F1雜交種子，起因於雜種優勢的研究，在玉米起步很早。玉米的雜交育種研究已有百年歷史，20世紀初，美國學者George Shull（1908、1909）和Edward East（1908）就進行了雜種優勢和近親交配試驗，雖然玉米自交系有自交弱勢現象，但是兩個自交系再雜交，下一代F1雜交種的生長勢和產量等性狀表現，皆遠超過自交系親本。
藉育種庫選拔自交系 配對雜交組合
育成雜交F1品種，除了在自交系固定性狀的過程中著重選拔優良親本，還需注意如何挑選自交系間進行相互雜交，可獲得優良的「雜交組合」，以成為最後的品種。通常育種家會依育種目的、重要性狀的遺傳行為、科學的預測方式及經驗等，選拔出優良自交系再進行相互雜交授粉，所獲得的眾多「雜交組合」同時進行田間試驗，以選拔最優良組合的品系。
玉米的雜交育種歷史悠遠，憑藉著經驗與實驗結果，可分為幾個雜種優勢群體，如美國艾荷華州硬莖合成（stiff stalk, SS）群和非硬莖（NSS）群、美國馬齒（US dent）種群和歐洲硬質（European flint）種群等，藉此構成了遺傳上不同的育種庫。基於這些不同的雜種優勢群體，育種家可以了解自交系親本的親緣關係，免除隨機配對組合，更能配對出雜種優勢較強的組合，提高育種效率。
歷年來，臺灣玉米育種工作主要在農業試驗所和臺南區農業改良場為主，自國外引進種原或利用市售的優良商業品種作為材料，依自交系育成的程序選育優良親本，自交系依雜交優勢群來組合配對，育成臺灣本土新的F1玉米品種。例如，雜交玉米「台農1號」，其父母本皆為自交系，母本為熱帶型硬粒種，選自哥倫比亞玉米種原（ICAL 210），而父本為溫帶型馬齒種，選自夏威夷大學引種的自交系（Hi-31），在此組合下，台農1號具有強勢的生長與產量，並受到廣泛栽培。
在過去臺灣育成的玉米品種：農試所由謝光照博士育成的品種達9個，包括硬質玉米3個、青割玉米3個、白玉米1個及糯性玉米2個；臺南場育成的品種有硬質玉米10個、甜玉米7個、白玉米1個及糯性玉米2個、青割玉米2個，總計22個。另外，種子公司如農友種苗公司育種生產販售13個品種；稼穡種子公司亦有進行甜玉米的育種工作並販售種子。
種子生產須萬分謹慎 避免品種汙染
我國每年須從國外進口約450萬噸玉米，是雜糧作物中進口量最大宗的作物，除依賴進口外，國內每年栽培玉米面積高達3萬6千公頃以上，包括硬質玉米2萬2千公頃、食用玉米1萬4千公頃，其所需種子除種子公司引進外，國內負責種子生產的專責機構——農業部種苗改良繁殖場（下稱種苗場），每年亦生產超過5萬公斤種子提供農民種植。種苗場目前進行繁殖的玉米品種，包括硬質玉米台農1號和「台農7號」以及青割玉米「台農8號」，上述品種均為農業試驗所育成品種。
玉米採種程序雖繁瑣但又相當重要，為顧及種子品質，從田間栽培到收穫調製，每個環節均不能有任何疏忽。首先，在田間栽培作業時，母本的品種純度必須經過國家種子檢查室進行田間檢查合格，採種田區鄰近300公尺不得有其他玉米栽培，避免不同玉米品種的花粉汙染。玉米開花期時，母本的去雄作業須確實，即在母本的雌穗尚未吐絲前須將其雄花去除，以避免收穫到母本雄花自行授粉雌穗的自交種子，進而使得品種純度降低。
此外，為確保玉米種子品質，採收作業先收穫玉米種穗後，再進行去苞葉作業，然後種穗乾燥、脫粒、種子乾燥、風選、精選，最後進行冷藏。
為確保種子品質，種苗場的玉米種子均經國家種子檢查實驗室進行發芽率、水分、品種純度等檢查合格後才得以販售，故採種作業所耗費的成本遠高於食用或加工用玉米，由此可知，農民可獲得並使用最高品質種子。
高粱育種 隨氣候變遷應重視
除玉米採種外，常異交作物（天然雜交率5～50%）的高粱也常利用雜種優勢育成雜交品種。高粱起源於非洲，是全球第五大穀類作物，除了是非洲及亞洲印度地區的主食外，也是重要的飼料及青貯料來源，另有甜高粱的汁液甜度可達18度，是產製生質酒精的重要作物之一。
由於高粱環境適應性廣泛，可以在高溫、缺水且土壤貧瘠的情形下栽種，其灌溉水量相對其他重要作物較低，約為玉米的五分之一、水稻的十分之一，在全球氣候變遷、極端氣候影響下，作物栽培環境變得不穩定，部分地區出現乾旱現象，因此，耐旱、低投入（肥料用量少、栽培管理容易）的高粱再度受到矚目。
在臺灣，高粱主要的用途為釀酒，臺灣高粱酒聞名世界，每年產值高達120億元以上。目前國內主要的高粱栽培品種為「台中5號」及「台南8號」，均屬雜交品種，其種子繁殖策略是具雄不稔系統的優質母本，並經組合力（combining ability）檢定的優良雜交組合之父本，進行雜交繁殖而得。
因為高粱母本具有雄不稔系統，也就是雄蕊無法產生正常花粉，無法單獨生產種子，所以與玉米育種不同的是，高粱父本的選擇，必須要能恢復母本生產種子的能力，所以高粱父本又稱為恢復親。
繁殖高粱F1種子時，高粱繁殖的母本因具雄不稔系統，故可以免除去雄作業，田間作業成本較低。然而，為確保母本的純度，繁殖母本時需要嚴格去除不具雄不稔系統的植株。種苗場為執行農業部「大糧倉計畫」政策並提高雜糧作物生產面積，每年亦有繁殖高粱台中5號及台南8號的F1種子，同時為確保種子品質，其生產流程亦如同玉米F1種子般嚴謹，才得以提供農民高品質的高粱種子種植。
