我国不同年代玉米品种及其亲本自交系耐低氮能力的变化趋势

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玉米已成为世界和中国的第一大粮食作物,在国民经济中占有重要的地位,但低氮、干旱、病虫害等逆境严重威胁着玉米生产。因此,需要设定新的育种目标及方案改善玉米的抗逆能力。以美国为代表的玉米种业发达国家的经验表明,对玉米推广品种的回顾性研究可以为进一步开发新品种产量潜力及提高产量提供有益的依据和指导。因此,本研究试图通过对我国大面积推广的玉米品种及其亲本自交系进行耐低氮能力的鉴定试验。试验于2011年冬在海南三亚南滨低氮圃,2012年夏廊坊低氮圃进行,试验处理相同。试验参照当地大田一般平均适宜氮肥用量,设置两个氮肥施用水平,即低氮处理(不施氮肥处理)和正常施氮处理,采用裂区设计。本研究是在前人进行了大量的工作并取得部分成果的基础上进行的,采用我国不同时期大面积应用的OPV品种及杂交种共35个,其亲本自交系47个,实验材料广泛且具有代表性,有针对性的对我国品种的耐低氮能力进行了系统的研究。本试验对以下几个方面进行了探讨(1)在施氮和不施氮两个水平下,评价1950年以来生产上大面积应用的玉米杂交种及其亲本自交系的产量与主要农艺性状的表现及演变趋势。(2)研究不同年代玉米杂交种及其亲本自交系耐低氮能力的变化趋势。探索今后进一步提高产量潜力的育种策略,为高产育种实践提供理论依据。通过两年实验得到以下结论:(1)正常施氮条件下,我国1950~2000s农家种及杂交种随年代变化产量呈上升趋势。海南与廊坊两个试验点,低氮条件下各年代玉米品种的产量均低于正常施氮水平,且两处理下,玉米品种产量均随着年代延伸呈上升趋势。海南及廊坊试验点1950s和2000s玉米品种耐低氮系数最高,两点实验数据均显示随着年代的延伸玉米品种的耐低氮系数呈轻微上升趋势,大体保持不变。也就是说随着年代的延伸,我国玉米品种的耐低氮能力总体变化不大,但要做出明确的结论,还需要后续试验更多的实验数据进一步证实。正常施氮条件下,海南、廊坊两试验点数据显示株高、穗位、LAI及最大绿叶数随年代延伸呈上升趋势。ASI、雄穗长及雄穗分支数随年代变化呈下降趋势,叶片叶绿素含量随年代变化不大。低氮胁迫降低了株高、穗位、LAI、叶绿素含量、最大绿叶数、雄穗长及雄穗分支数,ASI值增大。在低氮条件下除了雄穗长和雄穗分支数,其余性状均与产量显著相关。低氮对ASI、LAI、叶绿素含量、最大绿叶数等第二性状影响最大。在两施氮条件下穗粗、穗长、秃尖长、穗粒数及百粒重等性状均随年代变化呈上升趋势。低氮处理降低了穗粗、穗长、穗粒数及百粒重,增加了秃尖长度。低氮胁迫条件下的出籽率与正常施氮条件下的较一致,说明低氮胁迫并没有导致出籽率的降低。低氮条件下,除了秃尖长及出籽率以外其余性状均与产量显著相关。得出,我国玉米品种大部分的植株性状均得到了较好的改良,但要提高品种的耐低氮能力,需注重选择压力的加大,及在低氮条件下对穗粒数、百粒重等性状的选择。(2)氮胁迫条件下的绝对杂种优势比正常施氮条件减少,说明低氮胁迫引起杂交种的减产幅度大于其亲本自交系。在两处理条件下,杂交种产量的绝对杂种优势都随年代呈上升趋势,低氮条件下玉米绝对杂种优势低于正常施氮条件。我国1970~2000s杂交种相对杂种优势随年代变化呈上升趋势,但上升幅度很小,可以说随年代变化基本保持稳定。低氮胁迫条件下玉米相对杂种优势较正常施氮条件变化不明显。说明,我国玉米骨干杂交种产量的提高并不是因为杂种优势的提高。优良杂交种产量的提高源于抗逆性得到了改良,但本文实验结果初步显示,我国育种进程中忽视了抗逆性的改良,今后应当建立耐低氮、耐旱等逆境鉴定条件,重视提高逆境下的杂种优势。(3)在海南、廊坊两试验点,自交系产量随年代变化均呈上升趋势,廊坊点上升幅度较大。低氮胁迫条件下,两点自交系产量均低于正常施氮条件。从产量耐低氮指数可以看出低氮对杂交种的影响要比亲本自交系大。我国玉米自交系耐低氮指数随年代没有明显变化,说明我国玉米品种亲本自交系的耐低氮能力没有明显变化,这与我国育种家不重视在低氮等逆境条件下选育品种有关。因此,未来耐低氮育种一是要加大逆境选择压力;二是需要引进新的种质资源与目前的种质相结合,减少遗传基础狭窄所带来的不利影响。正常施氮条件下,ASI、株高、穗位、雄穗长、雄穗分支数随年代变化呈下降趋势,LAI随年代变化上升,叶绿素含量变化不明显。除株高外,其余性状在低氮条件下变化趋势与正常施氮条件一致。低氮胁迫条件下,除ASI值增加,雄穗分支数变化不明显外,其余性状较正常施氮条件均明显降低。正常施氮条件下,ASI值随年代变化呈下降趋势,穗长和穗粗随年代变化均呈上升趋势。低氮使植株ASI值加大,穗长、穗粗降低。穗粒数呈“W”型变化,总体趋势是随年代变化上升的。新的玉米品种自交系百粒重要高于老的品种,低氮胁迫条件下百粒重及穗粒数较正常施氮条件低。1980~1990s玉米品种亲本自交系受低氮影响很小,1960、1970和2000s自交系受低氮影响较大,且低氮导致自交系秃尖长度增加。低氮环境下,叶绿素含量、ASI,穗粒数、百粒重、穗长与产量显著正相关,因此选育耐低氮品种应注重这些指标的选择和改良。
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