陕西省不同年代玉米品种产量和氮效率性状的变化

引用本文

张仁和, 杜伟莉, 郭东伟, 张爱瑛, 胡富亮, 李凤艳, 薛吉全. 陕西省不同年代玉米品种产量和氮效率性状的变化. 作物学报, 2014, 40(5): 915-923[ZHANG Ren-He, DU Wei-Li, GUO Dong-Wei, ZHANG Ai-Ying, HU Fu-Liang, LI Feng-Yan, XUE Ji-Quan. Changes of Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Maize Hybrids Released in Different Eras in Shaanxi Province. 作物学报, 2014, 40(5): 915-923] 复制到剪切板

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作物学报编辑部

陕西省不同年代玉米品种产量和氮效率性状的变化

张仁和¹, 杜伟莉¹, 郭东伟¹, 张爱瑛², 胡富亮¹, 李凤艳^1,^*, 薛吉全^1,^*

¹ 西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100

² 渭南市种子管理站, 陕西渭南 714000

^*通讯作者(Corresponding authors): 薛吉全, E-mail:xjq2934 @163.com; 李凤艳, E-mail:li-feng-yan @163.com

第一作者联系方式: E-mail:zhangrenhe1975@163.com

收稿日期:2014-01-12

基金:本研究由“十二五”国家科技计划农村领域(2013BAD01B02), 西北农林科技大学创新专项(QN2011086)和美国唐仲英基金会资助;

摘要

明确陕西省不同年代玉米产量和氮效率性状响应氮肥的变化趋势, 对西北旱区玉米高产氮高效品种选育具有重要的实践意义。本文以1981—2010年间陕西省12个玉米主栽品种为材料, 于2011年和2012年在典型旱区陕西长武进行3个氮水平(0、120和240 kg hm^-2)的田间试验, 分析了不同年代玉米品种农艺和氮效率性状变化趋势。结果显示, 不同年代玉米品种籽粒产量随氮水平增加而提高, 在施氮0、120和240 kg hm^-2处理下籽粒产量增益分别为每年46、65和83 kg hm^-2。所有氮水平下2000—2010年间品种产量和生物量显著高于1980—1989年间品种, 而秸秆产量变化不明显; 现代玉米品种(2000—2010年)产量的增加归因于穗粒数、千粒重和生物量的提高。不同年代玉米品种消光系数随氮水平增加而降低, 说明现代玉米品种(2000—2010年)较老品种(1980—1989年)叶片直立, 截获更多的光能, 致使产量和生物量高。随着年代的递进, 玉米品种氮肥农学利用率呈递增趋势, 在低氮水平下现代品种氮肥利用效率最高, 且显著高于老品种。氮肥农学利用率与氮吸收效率(NUpE)和花后氮素积累量呈显著相关(r = 0.75;r = 0.72), 而与氮生理效率(NUtE)和花前氮素积累量相关性不显著(r = 0.42;r = 0.39)。说明现代玉米品种氮肥农学利用率提高主要来自氮肥吸收效率和花后氮素积累量的增加。上述结果表明, 陕西玉米育种应注重穗粒数、千粒重、氮吸收效率性状和株型结构改良, 低氮环境压力选择将有助于旱区玉米高产氮高效新品种培育。

关键词: 陕西省; 玉米品种; 籽粒产量; 农艺性状; 氮效率性状

Changes of Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Maize Hybrids Released in Different Eras in Shaanxi Province

ZHANG Ren-He¹, DU Wei-Li¹, GUO Dong-Wei¹, ZHANG Ai-Ying², HU Fu-Liang¹, LI Feng-Yan^1,^*, XUE Ji-Quan^1,^*

¹College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China

²Weinan Seed Station, Weinan 714000, China

Fund:

Abstract

Identifying the changes of grain yield and nitrogen use traits will facilitate the development of new maize hybrids with high yield and nitrogen use efficiency. In this study, 12 typical maize hybrids released from 1981 to 2010 in Shaanxi Province were grown in the field under three N rates (0, 120, and 240 kg ha^-1) from 2011 to 2012 in Shaanxi, Northwest China. Nitrogen use efficiency and agronomic traits of maize were investigated. The result indicates that grain yield of maize hybrids increased with the increase of nitrogen rates, and the modern maize hybrids (2000s) showed better grain yield than the old ones (1980s) at three nitrogen levels. The yield genetic gains were 46, 65, and 83 kg ha^-1 per year at N0, N120, and N240 levels repeat. The modern hybrids showed better biomass and grain yield than the old ones, but there was no clear changing trend in stover yield between hybrids of different ears. Increments of grain yield were achieved mainly through increasing the kernel number per ear, 1000-kernel weight and biomass, and the coefficient of light extinction decreased with the time process of cultivar development from 1981 to 2010. Changes of plant structure would allow the modern maize hybrids to improve light capture resulting in better grain yield than those of the old ones. For nitrogen use point of view, irrespective of nitrogen treatments, nitrogen use efficiency (NUE) of hybrids released increased in responses of time. But nitrogen use efficiency decreased with increasing nitrogen application rates, and nitrogen use efficiency (NUE) was highly correlated with N uptake efficiency (NUpE,r = 0.75), and not with N physiological efficiency (NUtE,r = 0.42). Increased NUE positively correlated with improved N uptake efficiency (NUpE), due to the greater post-anthesis N accumulation. The results indicated that improvements of 1000-kernel weight, kernel number per ear and nitrogen uptake efficiency (NUpE) should be considered during breeding for high yield and high nitrogen use efficiency of maize under low nitrogen and water limited conditions.

Keyword: Shaanxi Province; Maize hybrids released; Grain yield; Agronomic traits; Nitrogen use efficiency traits

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玉米是陕西省的第一大粮食作物, 近几年来陕西省玉米产量持续增加, 主要归功于品种改良和栽培管理^{[ 1]}。玉米品种演进研究是理解如何选择经济、有效的农艺性状以增加籽粒产量的一种常用手段和方法^{[ 2, 3]}。国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^{[ 4, 5, 6, 7]}, Duvick^{[ 8]}指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2.5个的速率减少。Ci等^{[ 9]}研究中国1950—2010年玉米品种变化, 表明现代品种籽粒产量的增加主要来源于粒数和百粒重。且中国现代玉米品种灌浆期能维持较高的叶片光合速率^{[ 10]}。这些均是在高氮水平下得出的结果^{[ 11]}。而旱区低氮水平下玉米品种演进过程中源(光能截获与转化)、库(粒数与粒重)关系缺乏文献报道。

众多研究表明玉米产量提高主要得益于品种抗逆性增强和资源利用效率提高^{[ 12, 13]}。Carlone等^{[ 14]}比较美国1960—1989年间品种对增施氮肥的响应, 表明1980—1989年间品种对增施氮肥有更好的响应。Tollenaar^{[ 15]}认为加拿大现代品种比老品种具有更强的养分吸收能力。Echarte等^{[ 16]}指出, 在不同氮肥施用量下现代玉米品种有较高的氮肥偏生产力。玉米籽粒产量对氮肥的响应与氮利用差异密切相关, 表现为氮素积累并运转到籽粒中的能力不同^{[ 17]}, 主要是氮利用效率中氮吸收效率和氮生理效率相对贡献率差异所致^{[ 18]}, 且氮利用效率可以通过其中一或两者的变化得到提高^{[ 19]}。Bingham等^{[ 20]}对英国75年来大麦品种氮肥利用效率改良分析表明, 可以独立选择氮吸收效率和氮生理效率以提高氮肥农学利用率。玉米方面也有一些在高、低氮水平下新老品种比较研究报道^{[ 21, 22]}, 由于这些研究选择了有限的几个基因型, 很难评估现代玉米品种氮肥农学效率的遗传增益^{[ 23]}。2012年我国学者分析了黑龙江省不同年代玉米品种(1970—2010年)氮肥农学利用率对氮肥的响应, 也仅得出氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均显著提高的结论^{[ 24]}。但对于不同年代玉米品种氮吸收效率和氮生理效率是怎样影响氮肥农学利用率, 国内外研究较少。因此, 回顾分析陕西旱区不同年代玉米品种产量、生理和氮效率性状对施肥水平响应的变化趋势, 对旱地玉米高产氮高效品种选育具有重要的实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

西北农林科技大学旱作农业长武站位于黄土高原中南部陕西省长武县洪家镇王东沟村(35°12′ N、107°40′ E, 海拔1200 m), 属典型旱作农区, 试验田土壤为黑垆土。2011年和2012年中0~20 cm土壤平均含有机质11.4 g kg^-1、全氮0.91 g kg^-1、矿质氮 3.31 mg kg^-1、有效磷13.27 mg kg^-1、有效钾141.4 mg kg^-1。两年玉米生育期平均温度分别为18.1℃和19.1℃, 降雨量分别为533.5 mm和440 mm (图1)。

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	图1 2011-2012年陕西省长武县旱地春玉米生长季节降雨量、温度和日辐射量的变化Fig. 1 Changes of precipitation, temperature and solar radiation of dryland spring maize at Changwu of Shaanxi Province in 2011 and 2012

1.2 试验设计

选用1980—2010年以来各个年代陕西省大面积推广应用的12个代表性玉米品种可以反映陕西玉米主要推广区品种的演变概况(表1)。玉米品种由西北农林科技大学农学院提供。试验采取裂区设计, 3次重复。总施氮量设置3个处理为0、120和240 kg hm^-2, 分别用N0、N120、N240表示。试验以品种为主区, 氮肥处理为裂区。每个小区5行, 行长7 m, 行距 0.60 m。2011年和2012年分别于4月22日和4月24日人工播种, 每穴播3粒, 于三叶期按设计密度定苗。播种时施入33.3%氮肥, 六叶期追施余下66.7%氮肥。其他管理措施与当地大田高产栽培技术措施一致。

表1 试验玉米杂交种推广年代和选育单位 Table 1 Details of the maize hybrids used

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数

于开花、灌浆和成熟期利用长宽系数法测定植株叶面积, 叶面积指数(LAI)=单位群体叶面积/单位土地面积。

1.3.2 冠层消光系数

于开花、灌浆和成熟期采用LP-80冠层分析仪在晴天中午11:00—13:00测定穗位层光强( I₀)和底层的光强( I_b), 消光系数( k)=[ln (1- I_b/ I₀)]/ LAI^{[ 25]}。

1.3.3 干物质积累量

开花期和成熟期在每个小区第2行, 选取同一天吐丝的植株5株, 分成茎、叶、鞘、穗和粒5部分, 在105℃杀青30 min, 80℃烘至恒重, 计算干物质重。

1.3.4 产量及产量构成

成熟期统计每个小区的倒伏株数、空秆株数, 并收获中间3行计产并考种, 其中籽粒含水量统一折算成14%。收获指数(HI)=产量/生物量;

不同年代玉米品种的最高产量之间的差值, 为玉米籽粒的产量遗传增益。产量遗传增益与所跨越年代的比值即为产量遗传增益率^{[ 26]}。

1.3.5 氮肥效率性状

利用KJ8400型凯氏定氮仪测定开花期和成熟期各部氮素含量, 根据Moll等^{[ 27]}公式计算氮素积累量及相关性状。

氮肥农学利用率(NUE)(kg kg^-1) = (施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量

氮肥吸收效率(NUpE)(kg kg^-1) = (施氮处理地上部吸氮量-不施氮处理地上部吸氮量)/施氮量

氮肥生理效率(NUtE)(kg kg^-1) = (施氮处理产量-不施氮处理产量)/(施氮处理地上部吸氮量-不施氮处理地上部吸氮量)

氮素收获指数(NHI) = 籽粒含氮量/(籽粒含氮量+秸秆含氮量)

1.4 数据分析

分别用Microsoft Excel 2003和SPSS12.0软件处理与统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 不同年代玉米品种产量增益对氮肥的响应

表2显示, 3个氮水平下2011年和2012年平均产量分别为7.58 t hm^-2和7.88 t hm^-2; 所有氮水平下产量平均值在N0水平下, 2011年比2012年高出0.4 t hm^-2, N240水平下2011和2012年为9.74 t hm^-2和9.90 t hm^-2, 可能是2012年开花后期降雨量偏少和高温降低了产量(图1)。统计分析结果显示(表3), 产量在年代、品种和氮肥间差异均显著或极显著, 而年代×品种、年代×氮肥和年代×品种×氮肥间的互作未达到了显著水平, 说明产量及相关性状可以利用2年平均值分析。

表2 不同年代玉米品种3个氮肥水平下2011-2012年籽粒产量 Table 2 Grain yield and analysis of variance of maize hybrids released at three different nitrogen levels in 2011 and 2012

表3 不同年代玉米品种3个氮肥水平下2011-2012年籽粒产量变异分析 Table 3 Analysis of yield variance of maize hybrids at three different nitrogen levels in 2011 and 2012

不同年代(1981—2010年)玉米产量呈显著递增趋势, 随着氮水平的增加而增加。与N0水平相比, 2000—2010年间的品种在高氮N240和低氮N120较1980—1989年间的品种产量分别提高11.6%和24.0%, 2000—2010年间的现代品种较1980—1989年间的老品种产量对氮肥反应强。依据Duvick^{[ 4]}的方法分析可知, 在低氮N120和高氮N240水平下, 陕西玉米品种产量增益每年为65 kg hm^-2和83 kg hm^-2, 尽管在不施氮下籽粒产量增加幅度较小, 产量增益仍为每年46 kg hm^-2。说明陕西省不同年代玉米品种演替过程中, 不同氮肥下植株生产力都得到了明显的提高。

2.2 不同年代玉米品种生物量与收获指数对氮肥的响应

随着年代的递进, 玉米品种生物量和收获指数呈递增的趋势, 2000—2010年间的现代品种生物量和收获指数均显著高于1980—1989年间的老品种(图2)。各年代玉米品种的生物量和收获指数随着施氮水平的增加呈递增趋势。在不同氮水平下, 2000—2010年间的品种的生物量和收获指数显著高于1980—1989年间的品种, 在低氮N120和高氮N240水平下, 平均生物量分别增加14.1%和16.0% (图2-C)。收获指数增幅不变, 较对照分别平均增加11.5%和11.9% (图2-D)。而玉米秸秆产量随着年代的递进变化不明显, 且在不同氮肥水平下差异不显著(图2-B)。说明陕西省现代玉米品种增产主要是具有较高的光合产物(较高的生物量)。

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	图2 不同年代玉米品种3个氮肥水平下2011-2012年籽粒产量、秸秆产量、生物量和收获指数(HI)的变化Fig. 2 Changes of grain yield, stalk yield, biomass, and harvest index (HI) for maize hybrids at three nitrogen levels in 2011 and 2012

2.3 不同年代玉米品种穗部和生理性状对氮肥的响应

1981—2010年玉米品种的穗粒数随年代的演进呈增加趋势, 在所有氮水平下, 2000—2010年间的品种显著高于1980—1989年间的品种, 且高氮处理增幅大于低氮处理。在低氮N120和高氮N240水平下, 2000—2010年间的品种比1980—1989年间的品种穗粒数平均分别增加14.9%和17.3% (图3-B)。玉米品种的千粒重随年代的演进呈增加趋势, 在所有氮水平下, 2000—2010年间的品种显著高于1980— 1989年间的品种。各年代品种均随氮肥水平的增加呈增加趋势, 在低氮N120和高氮N240水平下, 2000—2010年间的品种比1980—1989年间的品种平均分别增加10.3%和9.5% (图3-A)。说明穗粒数和千粒重增加是玉米产量提高的主要原因。

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	图3 不同年代玉米品种3个氮肥水平下2011-2012年穗粒数、千粒重、叶面积指数(LAI)和消光系数( k)的变化Fig. 3 Changes of kernel number per ear, 1000-grain weight, leaf area index (LAI), and coefficient of light extinction ( k) for maize hybrids at three nitrogen levels in 2011 and 2012

1981—2010年玉米品种的叶面积指数(LAI)随年代的演进呈增加趋势(图3-C), 在所有氮水平下, 2000—2010年间的品种显著高于1980—1989年间的品种。在低氮N120和高氮N240水平下, 2000— 2010年间的品种比1980—1989年间的品种叶面积指数平均分别增加27.4%和21.8%。而玉米品种群体消光系数( k)随年代的演进呈现下降趋势(图3-D), 在低氮N120和高氮N240水平下, 2000—2010年间的品种比1980—1989年间的品种平均分别下降14.2%和24.3%。消光系数下降幅度越大说明现代品种株型变得更紧凑, 光能截获更多, 且具有更多的光合叶面积, 有利于花后群体叶片的光合同化物积累。

2.4 不同年代玉米品种氮利用效率对氮肥的响应

随年代的递进, 玉米品种氮肥农学利用率(NUE)呈增加趋势(图4)。在各氮肥水平下, 2000—2010年间的品种氮肥利用效率比1980—1989年间的品种高出20.5%和35.8%。但随着施氮量增加, 各年代玉米品种氮肥农学利用率呈现下降趋势, 在低氮N120和高氮N240水平下, 2000—2010年间的品种比1980—1989年间的品种分别平均降低29.1%和20.2%, 符合养分报酬递减规律。说明过多增施氮不利于提高氮肥农学利用率。而各年代氮收获指数(NHI)差异不显著( r = 0.36; r = 0.43; r = 0.40)。与N0相比, 增加氮肥用量可提高NHI。

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	图4 不同年代玉米品种3个氮肥水平下2011-2012年氮肥农学利用率(NUE)和氮收获指数(NHI)的变化Fig. 4 Changes of nitrogen use efficiency (NUE) and nitrogen harvest index (NHI) for maize hybrids released at three nitrogen levels in 2011 and 2012

玉米品种氮肥农学利用率(NUE)是吸收效率(NUpE)和生理利用效率(NUtE)二者的乘积。相关分析显示(图5), 在低氮N120和高氮N240水平下NUE与NUpE显著相关( r = 0.77; r = 0.74), 与NUtE相关性不显著( r = 0.46, 0.38)。因而玉米氮肥农学利用率增加归因于氮肥吸收效率的改善。在低氮N120和高氮N240水平下花后氮素积累量与NUE显著相关( r = 0.73; r = 0.71), 花后氮素积累量与NUE相关性不显著( r = 0.48; r = 0.31)说明氮吸收效率(NUpE)的改善是玉米花后氮素积累量增加的结果。

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图5 不同年代玉米品种2个氮肥水平下2011-2012年氮吸收效率(NUpE)、氮生理效率(NUtE)、花前氮积累量和花后氮积累量与氮肥农学利用率(NUE)间的相关性Fig. 5 Relationship between nitrogen uptake efficient (NUpE), nitrogen physiological efficiency (NUtE), pre-anthesis nitrogen accumulation, post-anthesis nitrogen accumulation, and nitrogen use efficiency (NUE) for maize hybrids at two nitrogen levels in 2011 and 2012

3 讨论

对玉米产量的遗传增益分析, 有利于了解产量潜力以及进一步实现产量改良^{[ 2, 3]}。慈晓科等^{[ 26]}采用Duvick的直接种植法评估我国(1970—2000年)玉米产量, 每年增益为94.7 kg hm^-2。本研究采用同样的方法, 表明在1981—2010年, 随着年代的推进和中国陕西玉米高产品种的推广, 籽粒产量逐年增加, 其中施氮240 kg hm^-2水平下玉米产量增益每年83 kg hm^-2, 低于阿根廷(1979—1998年)的107 kg hm^-2和巴西(1963—1993年)玉米的123 kg hm^{-2 [ 22, 23]}, 但与加拿大82 kg hm^{-2 [ 2]}和美国57~89 kg hm^{-2 [ 13]}相近。同时发现所有氮水平下现代玉米品种比老品种具明显的产量优势。说明低氮下选育出的玉米高产品种同样在高氮下具有较高的产量, 但其间生理机制仍不清楚^{[ 25]}, 可能氮肥差异的多地点、多环境测试体系能够筛选出2种氮肥水平下的高产品种^{[ 18]}。

分析产量改良的相关性状是理解玉米育种过程中选育效率的最佳方法^{[ 28]}。从产量构成性状看, 穗粒数和粒重是影响产量重要因素^{[ 9, 29]}。不同学者持有不同的研究观点, Tollernaar等^{[ 15]}研究玉米产量改良中, 籽粒产量与穗粒数显著正相关, 而粒重相关不显著。Eyherabide等^{[ 23]}研究阿根廷1965—1993年间玉米产量增益也显示了一致的结果。Duvick^{[ 4]}指出增加玉米产量贡献来源于增加粒重比增加穗粒数多; 而董树亭^{[ 28]}报道玉米产量增加是粒重和穗粒数增加的结果。本研究中不同年代品种随着产量水平的提高穗粒数和千粒重均显著增加, 与N0相比, 高氮N240 kg hm^-2水平下平均穗粒数每10年增加(6.5%)幅度比千粒重增加(3.2%)大, 说明穗粒数和粒重都贡献于产量的增加。从同化物分配性状看, 玉米籽粒产量由生物学量和收获指数决定^{[ 7, 16]}。玉米产量增加中生物量和收获指数的相对重要性也存在分歧^{[ 6, 14, 28]}。本研究中, 随着玉米品种演进中3个氮肥水平下, 每10年平均生物量增加0.8 t hm^-2, 收获指数每10年增加2%。而秸秆产量没有明显的变化(图3)。说明陕西省现代玉米品种具有较高的光合产物向籽粒转运, 导致粒数和粒重增加。因此, 改善源( LAI和 k)、库(粒数和粒重)性状是陕西旱区玉米高产高效育种的重要目标。

从氮肥利用性状看, 氮肥农学利用率是单位面积氮素供应量(土壤和施氮)生产籽粒的量, 由土壤中获取氮肥的能力(氮肥吸收效率)和植物氮转运到籽粒的效率(氮肥生理效率)两部分组成^{[ 26]}。提高氮肥农学利用率直接或间接影响玉米产量^{[ 11]}。而氮肥农学利用率及其组分存在较大的遗传变异^{[ 18, 21]}。在大麦上的研究指出, 是氮肥农学利用率而不是氮肥生理效率显著与氮肥吸收效率相关^{[ 20]}。本研究表明, 陕西省玉米品种演替过程中(1981—2010年), 玉米籽粒产量提高的同时, 氮肥农学利用率得到了显著提高, 且在N120和N240 kg hm^-2水平下2000—2010年间的品种氮肥利用效率比1980—1989品种分别高出20.5%和35.8%。同时, 发现玉米氮肥农学利用率与氮肥吸收效率(NUpE)显著相关( r = 0.75), 而与氮肥生理效率(NUtE)相关性不显著( r = 0.39)。而玉米花后氮素积累量与氮肥农学利用率显著相关(图5)。说明氮吸收效率(NUpE)的改善是玉米花后氮素积累量增加的结果。而如何在花后氮素积累量基础上优化氮素的再运转, 利用新育种技术协同提高氮肥生理效率(NUtE)和氮肥吸收效率(NUpE), 改善陕西旱区玉米氮肥农学利用率, 仍需要进一步深入研究。

4 结论

1981—2010年, 陕西省玉米品种籽粒产量和氮肥农学利用率均明显提高, 玉米籽粒产量改良主要得益于穗粒数、千粒重和生物量显著增加。玉米氮肥农学利用率增加归因于氮肥吸收效率和花后氮素积累量的改善。因此, 陕西玉米育种应注重穗粒数、千粒重、氮吸收效率性状和株型结构改良, 低氮环境压力选择将有助于旱区玉米高产氮高效新品种培育。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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2010

0.0

... 玉米是陕西省的第一大粮食作物, 近几年来陕西省玉米产量持续增加, 主要归功于品种改良和栽培管理^[1] ...

2006

0.368

0.0

... 玉米品种演进研究是理解如何选择经济、有效的农艺性状以增加籽粒产量的一种常用手段和方法^[2,3] ...

... 3 讨论对玉米产量的遗传增益分析, 有利于了解产量潜力以及进一步实现产量改良^[2,3] ...

... 本研究采用同样的方法, 表明在1981—2010年, 随着年代的推进和中国陕西玉米高产品种的推广, 籽粒产量逐年增加, 其中施氮240 kg hm^-2水平下玉米产量增益每年83 kg hm^-2, 低于阿根廷(1979—1998年)的107 kg hm^-2和巴西(1963—1993年)玉米的123 kg hm^{-2 [22,23]}, 但与加拿大82 kg hm^{-2 [2]}和美国57~89 kg hm^{-2 [13]}相近 ...

2011

1.513

0.0

... 玉米品种演进研究是理解如何选择经济、有效的农艺性状以增加籽粒产量的一种常用手段和方法^[2,3] ...

... 3 讨论对玉米产量的遗传增益分析, 有利于了解产量潜力以及进一步实现产量改良^[2,3] ...

2005

0.368

0.0

... 国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^[4,5,6,7], Duvick^[8]指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2 ...

... 依据Duvick^[4]的方法分析可知, 在低氮N120和高氮N240水平下, 陕西玉米品种产量增益每年为65 kg hm^-2和83 kg hm^-2, 尽管在不施氮下籽粒产量增加幅度较小, 产量增益仍为每年46 kg hm^-2 ...

... Duvick^[4]指出增加玉米产量贡献来源于增加粒重比增加穗粒数多 ...

2009

0.0

1.889

. 2009, 47:781-789

Contributions of genetic improvement to yields of maize hybrids during different eras in North China

中国农业科学院作物科学研究所

【Objective】 To make a survey of the advances of maize breeding efforts in north China and find the strategies to continuously improve the yields of maize hybrids in the future, the regression of maize hybrid agronomic traits on year of introduction was calculated. 【Method】 The regression of agronomic traits in yields of hybrids, which was based on the split-spot experimental design with 25 hybrids released during 1970s-2000s eras in north China as sub-plot and population density as main plot, was carried out in Xinjiang and Beijing in 2005 and 2006, respectively. 【Result】 By means of comprehensive analysis on response between yields and eras from 1980s to 2000s, it showed that the yield response of medium density was higher than that of high density in Xinjiang, and the response of medium density was also not significant compared with that of high density in Beijing. It indicated that higher yield response of high density had not been achieved between 1980s and 2000s. In addition, increasing improvement of 1000-kernel weight and rows per ear was the major positive factor that enhances yield of hybrids between 1980-2000 while improvements for decreasing barren rate and shelling percentage were the important negative factors. Through the pooled ANOVA, it showed that there were no significant improvements for traits such as ears per plant, stock lodging, barren tip rate which were closely associated with adaptability of high density between 1980s and 2000s. 【Conclusion】 Therefore, it could be concluded that higher density strategy and technology routine of maize breeding activity should be strengthened and improved although some yield response of high density has been achieved in the last few decades. As a result, the future hybrids in China can be developed towards the modern breeding goals such as early maturity, tolerance to high density, higher shelling rate, no bare tip.

【目的】为提高中国玉米育种技术水平而探索突破方向和寻找理论依据，对不同年代玉米杂交种的产量与年代的回归进行研究。【方法】试验于2005－2006年在新疆省农业科学院科研基地和北京顺义屯玉公司北京研究院进行。采用裂区试验设计，3个密度为主区，华北地区近40年有代表性的23个单杂交种为副区。【结果】新疆点1980s－2000s中密度下的产量年代响应>高密度，北京点1980s－2000s中密度下的产量年代响应与高密度下的差异不显著，表明1980s年代以后中国华北地区玉米杂交种在每公顷60 000株的密度水平上没有实现更高的产量年代响应;1980s－2000s产量显著提高主要是由于千粒重、穗行数的正向改良，而秃尖度、出籽率的消极改良同时又限制了1980s－2000s年代玉米产量的提高;此外，空秆率、茎倒折率、根倒伏率、秃尖度等性状在1980s－2000s间没有得到显著改良。【结论】1980s－2000s期间中国玉米杂交种在高密度条件下玉米产量的年代响应取得了一定的进展，但与国外还有相当大的差距，今后的玉米育种应强化和完善高密度育种技术路线，使未来中国玉米单交种向依靠群体增产的早熟、耐密、出籽率高、秃顶度小的育种目标方向发展。

... 国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^[4,5,6,7], Duvick^[8]指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2 ...

1996

2.474

0.0

... 国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^[4,5,6,7], Duvick^[8]指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2 ...

... 玉米产量增加中生物量和收获指数的相对重要性也存在分歧^[6,14,28] ...

2006

2.474

0.0

... 国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^[4,5,6,7], Duvick^[8]指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2 ...

... 从同化物分配性状看, 玉米籽粒产量由生物学量和收获指数决定^[7,16] ...

1977

0.368

0.0

... 国内外对不同年代玉米品种农艺和生理性状的变化趋势进行了大量研究^[4,5,6,7], Duvick^[8]指出, 美国玉米带雄穗分枝数以每10年2 ...

2011

1.643

0.0

... Ci等^[9]研究中国1950—2010年玉米品种变化, 表明现代品种籽粒产量的增加主要来源于粒数和百粒重 ...

... 从产量构成性状看, 穗粒数和粒重是影响产量重要因素^[9,29] ...

2005

2.474

0.0

... 且中国现代玉米品种灌浆期能维持较高的叶片光合速率^[10] ...

2008

0.0

1.979

... 这些均是在高氮水平下得出的结果^[11] ...

... 提高氮肥农学利用率直接或间接影响玉米产量^[11] ...

1997

0.368

0.0

... 众多研究表明玉米产量提高主要得益于品种抗逆性增强和资源利用效率提高^[12,13] ...

1999

1.513

0.0

... 众多研究表明玉米产量提高主要得益于品种抗逆性增强和资源利用效率提高^[12,13] ...

1987

1.513

0.0

... Carlone等^[14]比较美国1960—1989年间品种对增施氮肥的响应, 表明1980—1989年间品种对增施氮肥有更好的响应 ...

... 玉米产量增加中生物量和收获指数的相对重要性也存在分歧^[6,14,28] ...

1989

1.513

0.0

... Tollenaar ^[15]认为加拿大现代品种比老品种具有更强的养分吸收能力 ...

... 不同学者持有不同的研究观点, Tollernaar等^[15]研究玉米产量改良中, 籽粒产量与穗粒数显著正相关, 而粒重相关不显著 ...

2008

1.513

0.0

... Echarte等^[16]指出, 在不同氮肥施用量下现代玉米品种有较高的氮肥偏生产力 ...

... 从同化物分配性状看, 玉米籽粒产量由生物学量和收获指数决定^[7,16] ...

1984

1.513

0.0

... 玉米籽粒产量对氮肥的响应与氮利用差异密切相关, 表现为氮素积累并运转到籽粒中的能力不同^[17], 主要是氮利用效率中氮吸收效率和氮生理效率相对贡献率差异所致^[18], 且氮利用效率可以通过其中一或两者的变化得到提高^[19] ...

1999

1.518

0.0

... 说明低氮下选育出的玉米高产品种同样在高氮下具有较高的产量, 但其间生理机制仍不清楚^[25], 可能氮肥差异的多地点、多环境测试体系能够筛选出2种氮肥水平下的高产品种^[18] ...

... 而氮肥农学利用率及其组分存在较大的遗传变异^[18,21] ...

2000

0.368

0.0

2012

2.8

0.0

... Bingham等^[20]对英国75年来大麦品种氮肥利用效率改良分析表明, 可以独立选择氮吸收效率和氮生理效率以提高氮肥农学利用率 ...

... 在大麦上的研究指出, 是氮肥农学利用率而不是氮肥生理效率显著与氮肥吸收效率相关^[20] ...

2007

1.513

0.0

... 玉米方面也有一些在高、低氮水平下新老品种比较研究报道^[21,22], 由于这些研究选择了有限的几个基因型, 很难评估现代玉米品种氮肥农学效率的遗传增益^[23] ...

... 而氮肥农学利用率及其组分存在较大的遗传变异^[18,21] ...

2002

2.474

0.0

2001

0.368

0.0

... Eyherabide等^[23]研究阿根廷1965—1993年间玉米产量增益也显示了一致的结果 ...

2012

0.0

1.667

. 2012, 38:2069-2077 DOI:10.3724/SP.J.1006.2012.02069

Response of nitrogen use efficiency to plant density and nitrogen application rate for maize hybrids from different eras in Heilongjiang Province

1 Institute of Applied Ecology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 3 Institute of Crop Cultivation and Farming, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086, China

n this study, eight typical maize hybrids released from 1970s to 2000s in Heilongjiang Province were selected to investigate the responses of grain yield, Nitrogen (N) partial factor productivity (PFP), N agronomic efficiency (NAE) and N recovery efficiency (NRE) to N application rate and plant density in 2009 and 2010. During the variety improvement period of 1970s–2000s, PFP and NRE increased significantly by 3.41 kg kg^-1 10 yr^-1 and 2.26 per cent 10 yr^-1, respectively. NAE increased significantly from 1970 to 2000 and descended after 2000. N harvest index decreased significantly by 1.51 per cent 10 yr^-1. Grain N, stem N and leaf N accumulations rose significantly by 0.09, 0.07, and 0.12 g plant^-1 10 yr^-1. There were significant interactions among eras, plant densities and N application rates for above indicators. Nitrogen use efficiency exhibited decline trends with increasing N application rate and parabolic shape response to increasing plant density, and got the maximum in the population range of 50 000–70 000 plants ha^-1. The theoretical optimal plant density for the maximal NUE was higher in newer hybrids than in the older ones. Higher plant population led to decrease N accumulation and N harvest index in grain, stem and leaf for all hybrids from different eras. Higher N application rate tended to promote N accumulation in grain, stem and leaf, but had different effects on N harvest index for hybrids from different eras. Compared to the varieties released abroad, there is a great potential in maize variety improvement for high-yield and higher-NUE in Northeast China. According to the existing variety’s traits, increasing plant density can enhance not only maize yield but also NUE.

以黑龙江省近50年来第I积温带大面积种植的8个典型春玉米品种为材料，于2009—2010年进行密度和施肥的田间试验，比较不同年代主栽品种氮肥偏生产力(PFP)、氮肥农学效率(NAE)、氮肥吸收利用率(NRE)及主要器官氮含量对密度和氮素的响应差异。结果显示，1970s—2000s品种更替过程中，PFP和NRE呈递增趋势，增幅分别为3.41 kg kg^-1 10年^-1和2.26个百分点10年^-1。NAE在1970s—1990s呈显著递增趋势，之后呈下降趋势。氮收获指数随年代递增呈显著下降趋势，平均每10年下降1.51个百分点；茎、叶和籽粒氮积累量随年代推进呈显著递增趋势，平均每10年分别递增0.09、0.07和0.12 g株^-1；上述各主要指标在年代、密度和氮肥水平之间存在显著的互作效应。各年代品种的氮肥利用效率均随氮肥水平的提高而显著下降，随密度的增加呈抛物线形变化趋势，最高效率值出现在50 000—70 000株 hm^-2范围内，现代品种的最高氮效率的种植密度高于老品种。各年代品种籽粒、叶片、茎氮素积累量和氮收获指数随密度增加呈显著递减趋势。各年代品种籽粒、茎和叶片氮素积累量随施氮量增加呈增加趋势，施氮量对氮收获指数影响各年代品种表现不同。上述结果表明，品种改良的氮肥增效潜力较大。在现有的品种状况下，增密不仅可以增产，而且可以显著提高肥料效率。

... 2012年我国学者分析了黑龙江省不同年代玉米品种(1970—2010年)氮肥农学利用率对氮肥的响应, 也仅得出氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均显著提高的结论^[24] ...

2001

2.474

0.0

... 于开花、灌浆和成熟期采用LP-80冠层分析仪在晴天中午11:00—13:00测定穗位层光强(I₀)和底层的光强(I_b), 消光系数(k)=[ln (1-I_b/I₀)]/LAI^[25] ...

2010

0.0

1.667

. 2010, 36:2185-2190 DOI:10.3724/SP.J.1006.2010.02185

Comparison of analysis method of genetic yield gain for the single-cross hybrids released during 1970s-2000s

1 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2 State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China

The different methods belonging to planting direct were analyzed in order to find out appropriate one to evaluate genetic yield gain based on our experiment. Maize hybrids, spanning four decades (from 1970s–2000s), and representing the main maize areas in China and the most popular hybrids of their time were tested during 2005–2006 and 2007–2008 in Beijing and Xinjiang. Trials were conducted under three plant densities. The difference between the yield of the 1970s hybrids with 30 000 plants ha^-¹ and the yield of the 2000s hybrids was divided by 40 years, providing an estimated genetic yield gain per year of 94.7 kg ha^-¹. The difference between the yield of the 2000s hybrids and the yield of the 1970s hybrids with 75 000 plants ha^-¹ resulted from genetics. The difference between the yield of the 1970s hybrids with 15 000 plants ha^-¹ and the yield of the 2000s hybrids with 75 000 plants ha^-¹ was due to breeding and management. The ratio showed the contribution of breeding to total yield gain was 52.9%. Direct planting method proposed by Duvick was applicable to evaluate the genetic yield gain. The experiment design conducted by Tollnaar was applicable to evaluate the contribution of genetics to total yield gain.

以田间试验为基础, 对直接种植法的不同方法进行分析, 以期找到适合我国的评估方法, 为遗传产量增益的研究提供理论支持。以1970s–2000s期间大面积推广的杂交种为材料, 分别于2005–2006年(试验1)以及2007–2008年(试验2)在新疆农业科学院和北京顺义试验基地进行。每个试验设置3种密度。依据1970年代单交种在3.0万株 hm^-²密度下的产量与2000年代的单交种在6.0万株 hm^-²密度下的年均单位面积的产量差异, 计算得到1970s–2000s期间我国玉米遗传产量年增益速率为94.7 kg hm^-²。在7.5万株 hm^-²密度下, 2000年代单交种较1970年代单交种的产量增值是遗传因素作用的结果。1970年代单交种在1.5万株hm^-²密度下的产量与2000年代单交种在7.5万株 hm^-²密度下的产量差值是育种与栽培共同作用的结果。由二者的比值得到育种对总产量增益的贡献率为52.9%。Duvick的直接种植法适用于我国评估遗传产量增益速率, Tollnaar的试验设置方法适用于评估我国玉米遗传贡献率。

... 产量遗传增益与所跨越年代的比值即为产量遗传增益率^[26] ...

... 慈晓科等^[26]采用Duvick的直接种植法评估我国(1970—2000年)玉米产量, 每年增益为94 ...

... 从氮肥利用性状看, 氮肥农学利用率是单位面积氮素供应量(土壤和施氮)生产籽粒的量, 由土壤中获取氮肥的能力(氮肥吸收效率)和植物氮转运到籽粒的效率(氮肥生理效率)两部分组成^[26] ...

1982

1.518

0.0

... 利用KJ8400型凯氏定氮仪测定开花期和成熟期各部氮素含量, 根据Moll等^[27]公式计算氮素积累量及相关性状 ...

2006

0.0

... 分析产量改良的相关性状是理解玉米育种过程中选育效率的最佳方法^[28] ...

... 而董树亭^[28]报道玉米产量增加是粒重和穗粒数增加的结果 ...

... 玉米产量增加中生物量和收获指数的相对重要性也存在分歧^[6,14,28] ...

2013

0.0

1.889

. 2013, 46:2421-2429 DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2013.12.003

Responses of main traits of maize hybrids and their parents to density in different eras of China

1.College of Agriculture, Shandong Agriculture University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian 271018, Shandong 2.Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081 3.Denghai Seed Co.Ltd. of Shandong Province, Laizhou 261448, Shandong

【Objective】The purpose of this study was to investigate the evolution characteristics of main agronomic traits and the responses to density of maize hybrids and their parents released in different eras, thus providing the critically important information for further developing the promising maize cultivars.【Method】Sixteen elite parents and their maize hybrids widely popularized and utilized in China released in 1960s, 1980s and 2000s were used to analyze the changes in main agronomic and physiology traits associated with yields in genetic improvement made during the past four decades in 2007-2008.【Result】The results showed that compared with 1980s and 1960s hybrids and their parents, the modern varieties had higher grain yield with the eras evolution, the grain yield increased by 25.7%, 35.8% and 16.3%, 29.7%, respectively. The 100-kenerl-weight increased significantly, but no significant difference was observed in heterosis index of maize hybrid under high density. However, plant height, ear position height and ear position height/plant height of hybrids released in different eras did not change significantly with eras evolution, while plant stem diameter increased, and leaf orientation value was higher significantly, the plant density-resistance and lodging-resistance enhanced significantly. Compared with 1980s and 1960s hybrids, the contemporary hybrids and their parents had obviously higher dry matter accumulation, post-anthesis dry matter accumulation/total dry matter accumulation and harvest index, especially the distribution ratio in post-anthesis was significantly increased of dry matter of contemporary hybrids. Also, the contemporary hybrids photosynthesis capacity (mean leaf index, chlorophyll contents, and mean net assimilation rate) had obviously advantages under high density, and 2000s hybrids had higher grain-leaf ratio, and leaf area per unit showed more contribution to their yields. The correlation analysis indicated that yield was positively correlated with 100-kernel weight, plant stem diameter and leaf orientation value, but not significantly correlated with plant height, ear height and plant height/ear height, positively significantly correlated with biomass, ratio of post-anthesis dry matter accumulation and mean net photosynthetic rate. The grain-leaf ratio and obtained grain yield of leaf area per unit of the contemporary hybrids positively significantly correlated with its grain yield, but not positively with their parents. So physical density-resistance of high-yielding maize population was significantly ameliorated.【Conclusion】These results demonstrated that maize grain yield enhancing mainly attributed by synergistically increased plant morphology and physiological density tolerance improvement in the progress of genetic improvement for maize in China.

【目的】探讨中国不同年代玉米主要性状的演变规律及其对密度的响应，为玉米品种的遗传改良提供理论依据。【方法】选择中国1960s、1980s、2000s 3个年代在生产中大面积推广应用的玉米单交种及其亲本为试验材料，比较分析了遗传改良过程中玉米单交种及其亲本主要性状的演变特征。【结果】随着年代的更替，不同时期玉米单交种及其亲本的籽粒产量均显著提高，其中2000s单交种相比1980s和1960s平均提高25.7%和35.8%，而其亲本提高了16.3%和29.7%，百粒重明显增加，但杂种优势指数差异不显著。不同年代玉米随年代更替株高、穗位高以及穗位高/株高变化不明显，而植株茎粗增大，叶向值显著升高，植株形态耐密抗倒明显增强。当代品种及其亲本的干物质积累量、花后物质/总干重、收获指数均明显高于1980s和1960s品系，高密度条件下当代品系的光合生产能力（平均叶面积指数、叶绿素含量和平均净光合速率）具有明显优势。高密度条件下当代品种具有较高的粒叶比，且单位叶面积指数可以获得较高的籽粒产量。相关性分析表明，籽粒产量与百粒重、穗粒重、茎粗、叶向值等形态性状显著正相关，与株高、穗位高和穗位高/株高相关性不显著，而与生物量、花后物质比例以及平均净光合速率呈显著正相关；单交种的粒叶比和单位叶面积获得的籽粒产量与其产量呈极显著正相关，而其亲本中二者与籽粒产量相关性不显著。表明高产玉米群体的生理耐密性得到明显改善。【结论】中国玉米品种的遗传改良过程中，籽粒产量的提高是其植株形态改良和生理耐密性协同提高的结果。

... 从产量构成性状看, 穗粒数和粒重是影响产量重要因素^[9,29] ...