不同氮效率的玉米自交系氮素生产效率分析

试验研究了不同氮水平下27个玉米自交系的氮素生产效率。结果表明,高氮和低氮水平下,高产氮高效型玉米吐丝期干物质积累量高于低产氮低效型,吐丝期氮素干物质生产效率最高。施氮后,氮素子粒生产效率和氮素干物质生产效率均下降。高氮条件下,氮素子粒生产效率与成熟期氮素干物质生产效率达到极显著正相关;低氮条件下,氮素子粒生产效率与吐丝期、灌浆期、成熟期氮素干物质生产效率呈显著相关性。高氮和低氮条件下,高产氮高效型生育后期植株氮积累量高于低产氮低效型,氮积累量的差异主要在于吐丝后氮积累,高产氮高效型生育后期根系具有强吸收能力,子粒氮素利用效率高;施氮后,后期氮吸收能力进一步增强。     

玉米杂交种苗期耐低氮指标的筛选与综合评价

为探明耐低氮玉米杂交种的苗期筛选鉴定方法,筛选出耐低氮能力强、可推广应用到生产上的玉米杂交种,本研究采用蛭石和珍珠岩盆栽、Hoagland营养液培养方式,以西南地区生产中应用的51个玉米杂交种为材料,对供试品种进行了2年的低氮胁迫苗期筛选试验。结果表明:低氮胁迫对各玉米品种苗期主要形态、生理指标均有显著影响,但影响的程度在指标间和品种间均有较大差异。根据相对值变异系数大小,筛选出叶面积、氮积累量、根冠比、地上部干重、根体积、根干重和单株干重7个指标作为耐低氮能力的评价指标。以7个指标归一化的变异系数为权重进行耐低氮能力模糊隶属函数综合评价,并与用全部指标(第1年为13个指标,第2年为25个指标)模糊隶属函数评价和主成分分析法评价的结果进行比较,7个指标评价结果与全部指标综合评价结果基本一致,得出的耐低氮能力强和弱的前10个品种的重合率分别达90%和80%,说明筛选指标的代表性和评价方法的可行性。本研究表明上述7个指标可以作为玉米苗期耐低氮能力评价指标,并筛选出‘正红311’、‘成单30’、‘黔北2号’等适宜于中国西南丘陵山区种植的耐低氮品种。     

不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮素转运特性

【目的】为明确不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮转运与代谢特性,从溯源的角度探析不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期的氮素吸收、转运与利用特性。【方法】以氮高效型玉米品种‘鲁单818’的亲本自交系 (母本Qx508,父本Qxh0121) 和氮低效型玉米品种‘鲁单981’亲本自交系 (母本Q319,父本Lx9801) 为供试材料,盆栽条件下研究不同氮素供应水平 (N 0 g/盆、7.1 g/盆和14.2 g/盆,记作N0、N1和N2) 对4个不同氮效率玉米亲本自交系花粒期干物质积累、氮素积累、氮素分配与利用效率以及叶片氮代谢关键酶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量变化的影响,并探讨分析不同氮效率玉米品种氮素利用的生理机制与遗传特性。【结果】吐丝后各自交系干物质由营养器官向生殖器官转移,表现为茎叶干物重显著降低,穗和粒的干物重显著增加,且Qxh0121和Q319的干物质重均显著高于其另一亲本。从吐丝到成熟,茎鞘和叶的氮含量均呈降低的趋势,穗和粒的氮含量显著增加,且Qxh0121和Q319自交系叶片、茎鞘、籽粒氮含量均显著高于其另一亲本自交系。花后氮吸收量均表现为Qxh0121显著高于Qx508,Q319显著高于Lx9801。且在低氮 (N1) 和高氮 (N2) 处理下,Qxh0121氮转运效率较Qx508分别高29.2%和14.3%,花后氮转运对籽粒贡献率较Qx508分别高74.0%和17.4%。Q319氮转运效率较Lx9801分别高43.4%和24.7%,花后氮转运对籽粒贡献率较Lx9801分别高75.3%和39.6%。Qxh0121和Q319的产量和氮肥利用效率也高于对应的自交系。在N1和N2水平下,Qxh0121的产量比Qx508分别高43.3%和42.5%,Q319的产量比Lx9801分别高20.2%和10.5%。吐丝至成熟期叶片硝酸还原酶 (NR) 活性和可溶性蛋白含量的变化均呈单峰曲线,高峰期在吐丝后10 d左右。Qxh0121和Q319的NR活性和可溶性蛋白含量在各时期均高于其另一亲本,表现出较强的氮素吸收和同化能力。【结论】氮高效型玉米品种‘鲁单818’表现为父本高效,氮低效型玉米品种‘鲁单981’表现为母本高效。因此,未来育种应充分挖掘‘鲁单818’的父本Qxh0121及‘鲁单981’的母本Q319的氮高效潜力,提高其花前氮的转移效率以及花后氮向籽粒的分配能力,是其对应杂交种进一步实现高产并增加籽粒氮浓度、减少秸秆氮素残留的关键。     

施氮对不同品种玉米产量、氮效率的影响

随着人们对农田氮肥过量施用导致肥料利用率下降和农田地下水硝酸盐污染等问题认识的逐渐加深,不同品种玉米氮素营养效率的研究得到普遍重视。本文选择在我国主要应用的15个玉米品种,在0、120kg.hm 2、240 kg.hm 2氮水平下,通过田间试验研究了施氮对不同品种玉米产量和氮效率的影响。结果表明:"郑单958"、"32D22"、"滑玉14"、"豫丰335"、"新单29"、"中科11"和"漯单9号"在施氮量为120 kg.hm 2时产量最高;"先玉335"、"浚单18"、"蠡玉13"、"浚单20"、"农大108"、"NE8"、"豫禾988"和"洛玉4号"在施氮量为240 kg.hm 2时产量最高。以产量差异的显著性关系为标准进行聚类分析,可将15个玉米品种分为高产、中产、低产3个类型。在3个氮水平下,"蠡玉13"都表现为高产品种,"先玉335"都表现为中产品种,"豫丰335"和"豫禾988"都表现为低产品种。根据玉米在中氮和高氮水平下的氮效率,可以将其划分为4个类型,"郑单958"、"浚单20"、"蠡玉13"、"浚单18"和"漯单9号"为双高效型,"农大108"、"NE8"、"豫禾988"、"豫丰335"和"洛玉4号"为双低效型。根据产量和氮效率的聚类分析结果,"蠡玉13"和"浚单20"在中氮和高氮时都是高产又高氮效率的品种;"郑单958"和"漯单9"在中氮时是高产高氮效率的品种;而"豫丰335"、"豫禾988"、"NE8"和"洛玉4号"在中氮和高氮时都是低产又低氮效率的品种;"农大108"在高氮时是低产又低氮效率的品种。玉米产量与氮营养性状的相关性分析结果表明,氮吸收效率对产量的影响较小,氮素利用效率与秸秆吸氮量之间存在抑制作用,氮素利用效率与氮收获指数间有很好的协同作用。通径分析结果表明,在3个施氮水平下,玉米氮素利用效率对产量有较大的作用,而氮素吸收效率对产量的作用很小。在低氮水平下,氮素利用效率和籽粒吸氮量对产量起决定性作用;在高氮水平下,氮素利用效率起主要作用。     

玉米自交系苗期磷营养特性评价

利用一元线性回归模型对9种基因型玉米自交系在6叶龄苗期的磷(P)营养特性进行了评价。以幼苗的全株或地上部生物量(mg/plant)分别与培养介质对其供磷量(P.mg)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷效率的指标;以幼苗的全株或地上部生物量分别与相应的全株或地上部磷含量(P.mg/plant)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷利用效率的指标;以幼苗全株磷含量与培养介质对其供磷量建立线性模型的回归系数作为幼苗磷吸收效率的指标。结果表明,9种玉米基因型的磷效率,磷利用效率和磷吸收效率的平均值分别为53.95(全株)和42.61(地上部)、131.84(全株)和124.45(地上部)、0.41。自交系04419的磷效率比平均值约高出45%(全株)和59%(地上部),属于磷效率高效型;而自交系04065和04088的磷效率分别比平均值约低43%、38%(全株)和55%、51%(地上部),属于磷效率低效型;其余自交系的磷效率介于两者之间,为磷效率中间型。玉米自交系苗期的磷效率与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率关系不明显;磷吸收效率可作为苗期磷效率预筛选的生理指标。     

氮高效玉米自交系的筛选指标及其子粒氮素营养特性分析

在高氮和低氮条件下,对高产氮高效型、高产氮低效型、低产氮高效型、低产氮低效型四个类型玉米自交系氮效率筛选指标进行分析。结果表明,施用氮肥后,高产氮高效型和高产氮低效型根系氮素转移量增加,对子粒氮的贡献率提高。低氮下高产氮高效型根系氮转移量对子粒氮的贡献率高于高产氮低效型,高氮和低氮条件下两种基因型子粒氮主要来源于粒重形成阶段营养体的转移,而氮素不足时高产氮高效型后期根系氮素吸收能力比高产氮低效型更具有优势。无论高氮还是低氮条件下,对高产氮高效基因型的筛选,子粒吸氮量和吐丝期茎叶总氮量是重要的辅助筛选指标。     

施氮对不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质及氮素积累的影响

以前期筛选出的低氮高效型玉米自交系(PH6WC)和低氮低效型玉米自交系(ZY118)为试验材料,设置N0(0 kg/hm2)、N90(90 kg/hm2)、N180(180 kg/hm2)和N360(360 kg/hm2)4个氮处理,研究不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质积累、氮素积累及氮素代谢相关酶活性对氮浓度的响...     

玉米氮效率遗传改良及其应用

基于经济效益和环境保护的考虑，国际上对玉米氮素营养效率形成的生理生化基础及遗传改良进行较深入的研究，并初步将其研究成果用于育种实践。本文重点对这一方面的研究进展作一评述，并对该研究在中国农业持续发展中的重要意义作一展望。     

玉米自交系鲁原92的选育及应用

利用辐照技术与常规方法相结合选育出的鲁原92玉米自交系具有配合力高、抗逆性强、自身产量高、综合农艺性状好的优点,成为我国当前重要的骨干自交系之一,国内育种单位直接或间接利用该系已育成通过国家和省级审定的品种19个。据有关省级种子管理部门的不完全统计,利用该系组配成的品种在生产上累计推广面积达520万hm2,创造社会经济效益18.82亿元。     

夏玉米氮效率基因型差异研究

利用田间小区试验,通过测定作物产量、收获指数、氮效率和氮响应度等指标,研究了陕西关中农业生产中常用的10个夏玉米杂交种的氮效率基因型差异。结果表明,无论施氮与否,10个夏玉米品种的子粒产量和生物学产量均表现出显著的基因型差异;其收获指数、氮效率和氮响应度,也存在显著的基因型差异。根据氮效率和氮响应度可将10个不同基因型分为四种类型:H-H型包括户单4号、陕资1号、掖单19;L-L型包括中单2号、豫玉22;H-L型包括陕单16、陕单902和户单2000;L-H型包括陕单9号和农大108。综合考虑氮效率类型和响应度,选择有代表性的基因型(户单4号、豫玉22和户单2000)测定氮累积量,计算氮利用效率和氮收获指数,结果表明,氮累积量不能反映氮效率类型,氮利用效率对氮效率的贡献与施氮水平有关;不论施氮与否,氮收获指数均能较好地反映氮效率类型。     

Comparison of nitrogen accumulation and nitrogen utilization efficiency between elite inbred lines and the landraces of maize

Abstract

Inadequate supply of nitrogen (N) fertilizers results in lower N use efficiency (NUE) and higher N losses which cause environmental deterioration, such as nitrate pollution of groundwater and emission of nitrous greenhouse gases. One way to increase NUE is to use N-efficient cultivars, which grow better under reduced N supplies. Both elite inbred lines and landraces are the basis for hybrid breeding in maize. While inbred lines are mostly selected from high N input conditions, landraces are historically distributed in poor soils with low N availability. Therefore, some potential NUE-related traits conserved in the landraces may have been lost during modern breeding processes. In the present study, the N accumulation and utilization efficiency of 15 elite inbred lines and four landraces of maize were compared at low (LN) and high N (HN) input conditions. In general, the grain yields of the inbred lines and the landraces were similar at both N rates. However, nitrogen accumulation ability in landraces was much higher than that of the inbred lines. The high N accumulation of landraces was closely related to their higher biomass, indicating that growth potential is the main driving force for N accumulation. Nevertheless, N utilization efficiency (grain produced per unit N absorbed) of the landraces was significantly lower than that in inbred lines. Correspondingly, assimilation allocation for grain formation, as indicated by the harvest index, was much lower in landraces than in inbred lines. The higher growth potential, and hence, the ability of N accumulation in landraces may be a valuable trait in breeding programs aiming to further improve N use efficiency.     

基于重组自交系群体水稻氮素利用效率分析和利用

本文以水稻重组自交系群体为试验材料,设置不施氮与施低氮(150 kg·hm-2)两种处理的大田试验,研究了水稻重组自交系群体氮素吸收利用及主要农艺性状分布特征,并通过相关、聚类、主成分等统计方法阐明性状间的相互关系,为氮素高效利用水稻新品种培育提供理论依据。结果表明,水稻重组自交系群体的氮素利用效率性状在施氮150 kg·hm-2条件下的变异系数较大;施氮促进了群体穗、茎秆、叶氮含量的增加和单株干物质总量(包括单株穗重、单株茎秆重和单株叶重)的提高。在两种氮环境下,氮素干物质生产效率均与株高、穗长、单株茎秆重、单株干物质总量呈正相关,与茎秆氮含量、叶氮含量、穗氮含量呈负相关;氮素籽粒生产效率均与单株谷重、结实率、千粒重、穗总粒数和穗长呈正相关,与单株茎秆重、叶氮含量、单株叶重、单株氮素积累总量呈负相关。逐步回归分析结果显示,茎秆氮含量、穗氮含量和单株茎秆重对氮素干物质生产效率影响尤为显著,而对氮素籽粒生产效率影响更为显著的是穗数、穗总粒数与结实率。主成分分析表明,氮利用效率较高时,植株体内氮含量较低,尤其是茎秆的氮含量。因此,在大田低氮条件下,要注重筛选植株较高、茎秆较重的重穗型(穗较长,穗总粒数较多,结实率较高)株系;且具有较低茎秆与穗氮含量,尤其是较低的茎秆氮含量,将有利于氮高效利用水稻新品种的选育。从中选出的氮高效品系如Q149与氮低效品系Q114等优良品系13份,可作为优质资源研究使用。     

中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征

玉米生产对我国粮食安全意义重大。化学氮肥施用是保证玉米稳产高产的一个重要条件, 但过量施用也会导致环境问题, 所以化学氮肥的施用量和利用率一直是农业科学领域关注的一个重要课题。本文通过资料搜集、数据整理和分析, 探索中国过去几十年玉米各种植区化学氮肥的当季单位面积施用量(application rate, AR)和回收利用率(recovery efficiency, RE)、农学利用率(agronomic efficiency, AE)、偏生产力(partial factor productivity, PFP)的变异特征。结果表明: 在过去的几十年内, 中国玉米生产中当季AR总体呈增长趋势, 从1970s的93.3 kg·hm^-2持续增长至21世纪初的238.2 kg·hm^-2; RE和AE都呈下降趋势, 分别从1970s的42.1%和17.0 kg·kg^-1下降至21世纪初的26.4%和9.5 kg·kg^-1; PFP在各个时期均趋于稳定, 维持在40.0 kg·kg^-1左右。在全国各玉米种植区内, 北方春播玉米区的AR各时期均较其他各区低且增速缓慢, AE和RE则偏高; 黄淮海平原春、夏播玉米区的AR增速同全国平均增速基本持平, 较全国略高, AE和RE较全国平均水平低。另外, 本研究还证实平衡施肥、使用氮高效品种以及优化农业管理等举措可成为提高我国氮肥利用率、减少资源浪费和减轻环境污染的有效途径。     

基于GIS的村级小麦玉米高产高效管理系统构建与验证

小农户是我国农业生产的主体,由此导致生产中存在产量和资源利用效率地块间变异大的问题。为了提高作物的产量和氮肥利用效率,实现小农户地块的精准管理,本文以GIS技术为平台,利用C#语言,建立村级小麦玉米高产高效管理系统,并通过田间对比试验和农户调研分别进行了系统效果的验证及其可行性评价。结果表明,该系统以农户地块为单元,通过信息查询、分析、作物管理决策、系统管理等功能模块,实现了村域每个农户地块的高产高效（氮肥高效）技术推荐。两年22个对比试验结果表明,与农民习惯相比,系统推荐的高产高效处理小麦季平均增产10.8%,氮肥偏生产力提高28.5%;玉米季平均增产10.3%,氮肥偏生产力增加16.9%,实现小麦玉米产量和氮肥利用效率的同步提高。农户调研结果表明,农户对推荐系统的认可程度较高,利用该系统进行技术推荐具有可行性;农户对小麦玉米的各项推荐技术认知度较高,但采用率差异较大,其中小麦优良品种采用率可达94%,但小麦精量播种技术的采用率只有29%,玉米增密技术和晚收技术的采用率仅仅2%和35%;受科技人员技术推荐影响较大的试验户和辐射户的认知率与采用率均高于普通农户,说明通过技术服务可以促进小麦玉米高产高效管理技术的应用。总之,本系统实现了小农户地块作物管理技术的辅助决策,具有显著增产增效作用,可以为村级实现大面积的作物高产高效提供支持。     

不同磷效率玉米自交系根系形态与根际特征的差异

通过三室根袋栽培试验,对3种磷高效型和3种磷低效型的玉米自交系在2种不同磷水平下的植株生物量、吸磷量、根系形态、根际pH值以及根际磷酸酶进行研究,比较不同磷利用率基因型玉米自交系的根系形态及根际特征的差异。结果表明,在低磷情况下,磷利用率高的玉米自交系其植株生物量中的根干重、植株的吸磷量、根系形态中的根尖数与根长以及根际磷酸酶的活性方面均高于磷利用率低的玉米自交系。植株的根部干重:磷高效的1号品种（hp1）显著高于磷低效的2号品种（lp2）,hp2显著高于lp1、lp2、lp3;hp1、hp2的地上部与根系的吸磷量均显著高于lp2、lp3。hp1、hp2根尖数、根长显著高于磷低效型的lp2、lp3。hp1、hp2、hp3根际土壤的酸性磷酸酶活性显著高于lp2、lp3。其他指标如植株地上部分干重、pH值,磷高效型玉米自交系也存在一定优势。所有品种中hp2与lp3的差异最为显著。     

Diversity analysis of provitamin A maize inbred lines using single nucleotide polymorphism markers

ABSTRACT

The success of a breeding programme can be determined by the level of genetic diversity that exists among breeding materials. This study was carried out to (i) determine the level of genetic diversity that exist among the collection of tropical provitamin A maize inbred lines and (ii) evaluate the genetic structure and divergence of provitamin A maize inbred lines. Forty-six advanced provitamin A inbred lines obtained from the International Maize and Wheat Improvement Centre (CIMMYT) and International Institute of Tropical Agriculture (IITA) were genotyped using 3047 single nucleotide polymorphism (SNP) markers. Genotyping was done following an Illumina Infinium HD Assay Ultra protocol. Eight six percent of the SNPs were polymorphic with the mean polymorphic information content of 0.36. Cluster analysis displayed two distinct clusters. The average pairwise genetic distance among the inbred lines was 0.60. The average gene diversity was 0.359. Variation was partitioned into among individuals (78%), among populations (12%) and within individuals (10%). Overall results suggest the inbred lines are genetically diverse. The key implication of this study is that selection should be done from genetically diverse inbred lines in order to exploit heterosis when developing hybrids.     

小黑麦氮素吸收利用的基因型差异研究

以69个小黑麦品种为材料,研究了同一供N水平下,不同小黑麦品种在分蘖、抽穗和成熟期对N素吸收利用的基因型差异,考查了单株籽粒产量、地上部N积累量、地上部N收获指数、N运转率和N利用效率等指标。结果表明：①在3个时期,不同品种小黑麦对N素的吸收利用均存在着显著的基因型差异,其中地上部N积累量和N利用效率与单株籽粒产量呈极显著正相关（r = 0.84,r = 0.63）,是决定小黑麦经济产量的重要因子。②通过聚类分析,在供试的69个小黑麦品种中,具有较高籽粒产量、N素吸收总量和N素利用效率的共4个品种,分别为Clxt75、P1428736、P1429227和P1466703。     

玉米/大豆、玉米/花生间作对作物氮素吸收及结瘤固氮的影响

禾本科与豆科作物间作具有显著的增氮作用。为探明玉米/大豆、玉米/花生间作模式的氮素吸收、氮营养竞争能力及豆科结瘤特性的变化,解释玉米与豆科间作体系的增氮效应,通过田间试验,设置玉米单作（MM）、大豆单作（SS）、玉米/大豆间作（MS）、花生单作（PP）、玉米/花生间作（MP）等5种种植模式,研究不同种植模式对作物氮素积累、氮营养竞争强弱及豆科结瘤固氮特性的调控作用。结果表明,与单作相比,间作显著降低玉米和大豆的氮素积累量,对花生的氮素积累量影响不显著。5种模式系统氮素积累总量表现为MS > SS > MP,PP和MM处理最低且差异不显著,MS处理比MP处理显著高21.8%。与MM处理相比,MS和MP处理的玉米氮素积累量分别降低20.5%和11.7%,其中MP处理籽粒、叶片和茎秆氮素积累量比MS处理高8.9%、21.2%和14.3%。与SS处理相比,MS处理的大豆氮素积累量降低28.5%,其中,中行、边行分别降低10.1%、15.4%。玉米相对大豆氮营养竞争比率表现为强（CR_ms>1）,相对花生则表现为弱（CR_mp<1）。与SS处理相比,五叶期MS处理的大豆根瘤数量显著增加,根瘤鲜重无显著差异,盛花期后根瘤数量和鲜重均显著降低;MS处理的大豆根瘤固氮酶活性均降低,且中行降低幅度更大。与PP处理相比,开花期MP处理的花生根瘤数量和鲜重均显著增加,下针期后均显著降低;MP处理的花生根瘤固氮酶活性均降低,且边行降低幅度更大。各间作模式作物的氮素积累量虽然降低,但间作模式的系统氮素积累量却显著高于各单作模式,两种间作模式中MS处理的氮素积累总量最高。