氮高效玉米新品种中农99的选育

培育高产氮高效品种是未来解决我国粮食安全和资源、环境问题的重要途径之一,因此,开展玉米氮高效生理、遗传育种研究具有重要意义。中农99是中国农业大学资源与环境学院植物营养系2000年育成的氮高效玉米新品种。该品种具有高产、稳产,根系发达,肥水利用效率高的特点,无论在低氮或高氮条件下,均比对照品种农大108增产10%~15%左右,表现出较强的耐低氮能力和较高的氮肥利用率。在高肥力土壤上,可节约氮肥投入30%左右,达到了增加经济效益、减少氮肥环境损失的目的,从而为我国玉米氮高效育种探索了一条切实可行的途径。     

玉米对氮素营养利用的遗传差异及其生理机制

玉米对氮素营养利用存在基因型差异,利用玉米在形态,生理代谢上对氮素吸收、转运、利用等方面的遗传差异性进行定向育种,能够解决生产中遇到的氮素利用率下降、生产成本提高、经济效益递减,环境污染问题。本文综述了国内外玉米氮素营养方面的研究进展,为玉米高效生理机制的深入研究提供参考。     

玉米杂交种氮效率基因型差异

利用北京地区推广的 8个主要玉米杂交种 ,在不施N和施N条件下研究了产量、N累积量及N效率的基因型差异。结果表明 ,在不施N和施N条件下 ,不同品种之间产量的变异幅度分别为 62%、57% ;N累积总量的变异幅度则分别为 55%、48%。其中以农大 108的产量和N累积总量最高 ,中单 120和中单 2号最低。随施N量增加 ,吸收效率和N效率显著下降 ,利用效率则变化不大。在 2个施N水平下 ,N效率基因型差异主要决定于吸收效率     

氮素吸收调控中铵转运蛋白与锚蛋白的互作研究

铵转运蛋白（AMT）介导的高亲和力铵跨膜运输是植物根系吸收铵态氮的主要途径。AMT蛋白水平上的调控能够快速有效地控制根系铵吸收能力,但参与调控的互作蛋白尚未见报道。本研究通过生物信息学手段预测得到铵转运蛋白AtAMT1;3可能和锚蛋白AtAnkTm8存在互作。基因表达分析实验发现AtAMT1;3和AtAnkTm8的根中组织特异性表达模式一致,并同时受到缺氮胁迫的上调表达,结果支持了它们互作的可能性。筛选鉴定出AtAnkTm8缺失突变体,分析在供铵条件下及对甲基铵敏感性的生长表型,结果发现AtAnkTm8的缺失没有影响拟南芥根的铵吸收能力,推测可能存在其他家族成员的功能冗余。AMT与AnkTm的互作为理解植物铵吸收调控过程提供了可能的新颖机制     

不同耐密性玉米品种的根系生长及其对种植密度的响应

根系形态和分布对土壤中养分和水分的吸收有重要影响。增加耐密性是现代玉米（Zea may L.）育种的主要方向,而耐密性与根系的关系尚了解不多。本文以70年代主推的2个不耐密型品种（中单2号与丹玉13）和2个当代耐密型现代品种（先玉335和郑单958）为材料,将田间试验和室内水培试验相结合,在3个密度水平下,研究了不同耐密性玉米品种的根系差异及其对种植密度的响应。结果表明,目前推广的耐密型品种的根系要小于不耐密的老品种。不同耐密性品种之间的差异主要表现在040 cm。随着密度的增加,根显著变小、变细。密度主要降低020 cm土层中的根系生长,对深层根系影响较小。先玉335和中单2的根系长度对密度的反应较弱,郑单958和丹玉13较强。这说明先玉335主要依靠其小根系适应高密度,而郑单958既依靠较小的根系,同时依靠较高的根系反应性适应高密度。     

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。     

玉米氮高效品种的生物学特征

提高氮肥利用率依赖于氮肥优化管理及作物氮素营养效率的遗传改良。本文分析了作物氮高效的定义,并以玉米为例,分析了氮高效的生物学机制,提出了玉米氮高效品种的生物学特征。本文认为,玉米氮高效品种的生物学特征为:(1)在开花前,维持稳定的氮吸收,并将所吸收的氮素高效利用于穗的发育,提高小花结实率,为产量形成过程中的碳、氮积累提供较大的库;根系生长发育能力强,能建成较大的根系,以满足籽粒生长期氮素吸收的要求;有较强的叶片扩展能力,保持较大的叶面积。(2)在开花后,充分利用前期建成的根系,高效吸收土壤中的矿化氮,用于籽粒生长所需,从而减少叶片中氮素的输出,减缓叶片衰老(保绿性强),维持叶片较高的光合效率,为籽粒灌浆提供碳化合物。因此,在氮高效育种中,应注重穗部性状(大穗,结实能力强)、根系性状(发达的根系,功能期长)与叶片性状(保绿性好)的结合。     

局部供应硝酸盐诱导玉米侧根生长的基因型差异

以两个玉米(Zea.mays.L.)自交系478和Wu312为研究材料,采用琼脂培养方法,研究局部供应不同浓度的硝酸盐(NO3-)对侧根生长的影响。结果表明,根系局部供应0.5mmol/L硝酸盐,可以促进两个基因型相应部位的侧根长度,对478的促进效果显著高于Wu312。在双层局部供应0.5mmol/L硝酸盐时,能够刺激两个层次478局部侧根伸长,而Wu312只在上层表现出促进作用。多浓度试验结果表明,在0.5～25mmol/L范围内,局部供应硝酸盐均能在478上表现促进效果。而在Wu312上,当局部硝酸盐浓度超过5mmol/L,刺激作用消失。在低浓度范围内,局部供氮不影响侧根。当局部供应的硝酸盐浓度超过5mmol/L时,Wu312的侧根数量急剧下降,超过15mmol/L后,478的侧根数量开始下降。478侧根对局部硝酸盐刺激的响应能力显著高于Wu312。     

玉米苗期根系对氮胁迫反应的配合力分析

研究利用7个玉米自交系,采用NC-Ⅱ设计,分析了玉米苗期根系性状对氮胁迫反应的配合力及遗传参数变化。结果表明,在2个氮水平下,玉米苗期根系性状的一般配合力、特殊配合力都存在显著的基因型差异,而且不同的基因型在氮胁迫下的反应也不尽相同。高氮下,根系性状除轴根长以外均以非加性遗传为主;氮胁迫下,除轴根数以外的根系性状以加性遗传为主。2个氮水平下,根干重、总根长和侧根长的广义遗传力均较高;与高氮处理相比,在低氮胁迫下,根系性状的广义遗传力表现为下降趋势,根干重、总根长和侧根长的狭义遗传力有上升的趋势。     

不同氮效率玉米杂交种的根系生长、氮素吸收与产量形成

以氮效率不同的4个玉米杂交种(组合)为材料,在两个氮水平下分析了根系大小与氮素累积及产量形成方面的相互关系。结果表明,氮高效杂交种(NE1和ND108)吸氮量显著高于氮低效品种,但这种差异主要来自于吐丝后氮累积量,而在前期不同基因型间氮素累积差异不显著。两个氮水平下,氮高效品种NE1和ND108都具有较大的根系;在不施氮条件下,氮低效品种209115的根系干重与ND108相近,而其氮累积量及产量均最低。说明根系大小是决定氮累积量的主导因素,但氮吸收速率的作用也不可忽视。