我国玉米骨干自交系更替过程中根系特性演进及其与氮效率的关系

杂种优势和氮肥利用在我国玉米品种更替产量提高过程中发挥了重要作用，然而氮肥大量投入导致利用率下降和环境污染问题日益突出。自交系是杂交优势利用的基础，选育高产高效自交系是解决问题的有效途径。根系是玉米最重要的氮素获取器官，但针对我国玉米骨干自交系更替过程根系特性演进及与氮效率关系的研究鲜见报道，远落后于品种更替研究。本项目将在前期研究基础上，选择1960s、1980s和2000s三个阶段我国玉米骨干自交系的代表材料，围绕根系特性与氮效率深入研究：（1）根系建成与功能衰退期关键生物学过程及氮获取机制；（2）不同供氮条件下根系功能衰退进程差异的机制与共性规律，及其与氮素吸收利用的关系；（3）根系建成与衰老过程氮效率在不同密度下的响应机制，以及物质生产与分配的协调性。探明根系特性演进规律和氮效率的关系，明确优良玉米自交系的选择特征，为高产高效自交系选育和改良提供依据。

本项目针对“杂种优势和氮肥利用在我国玉米品种更替产量提高过程中发挥了重要作用，然而氮肥大量投入导致利用率下降和环境污染问题日益突出”等问题，充分考虑了自交系是杂交优势利用的基础，选育高产高效自交系是解决问题的有效途径。因为根系是玉米最重要的氮素获取器官，但针对我国玉米骨干自交系更替过程根系特性演进及与氮效率关系的研究鲜见报道，远落后于品种更替研究。本项目是在前期研究基础上，选择1960s、1980s和2000s三个阶段我国玉米骨干自交系的代表材料，围绕根系特性与氮效率关系的演进这个核心，主要开展了：(1)根系建成的关键生物学与生理学过程及特性；(2)不同供氮条件下根系功能衰退进程差异的机制与共性规律；(3)不同年代自交系根系建成、衰老及氮素吸收利用在不同栽培密度下的响应机制研究。得到如下主要结果：(1)当代高产自交系的根系绝对量并未显著增加，而其负荷能力显著提高，尤其是在高密度和低氮肥供应条件下，产量提高15%以上；(2)不同年代自交系根系生理性状与地上部协同进化，当代高产自交系根系的氮素吸收能力显著提高，与植株下部叶片衰老较慢密切相关（P<0.05）；(3)当代高产自交系根系较强的氮素吸收能力与其功能衰退期较强的抗氧化能力密切相关，这也是2000s自交系氮效率较高的内在机制之一。本项目研究提出了“根系质量提高比数量增加更有利于自交系高产且氮高效”的论点，可为玉米自交系改良提供借鉴。本项目按计划完成研究内容和预期指标，共培养博士后1名，硕士研究生2名；发表研究论文4篇，其中SCI1篇；参编专著1部；获得省级科技奖励2项。