不同氮效率基因型玉米籽粒发育差异研究

Kernel development and its coordination with nitrogen utilization efficiency(NUE) are very important for maize grain yield and modern maize variety improvement. New varieties with higher grain yield and NUE grown well in low nitrogen, are the key for efficient maize production, fertilizer reduction, and pollution alleviation. For maize varieties with different NUE, whether there are differences between kernel, especially apical kernel in early development (which decides kernel number)? what is the relation between kernel development and NUE, and what is the difference between ear carbon and nitrogen(C-N) metabolism in critical period of kernel set? Research on these has an important guiding role in maize breed. The objectives of this project are to evaluate the kernel development difference between different maize genotypes, and the relationship between kernel development and NUE. Under field condition, ear C-N metabolism in critical period of kernel set, grain filling, inter metabolism and related enzymes in apical and mid-basal kernels would be explored for different maize genotypes.

籽粒发育对玉米产量的形成至关重要，在现代玉米品种改良中，如何协调籽粒发育和氮素利用效率的相互关系，选育在低氮条件下能正常生长并获得较高产量的氮高效型玉米品种，是促进玉米高产高效生产、减少氮肥投入、减轻环境污染的关键。针对不同氮效率基因型玉米品种而言，其籽粒发育尤其是顶部籽粒的早期发育（决定穗粒数的形成）有何差异？其籽粒发育与氮效率之间有何关系？在籽粒形成关键期其穗的碳氮代谢有何不同？对该类问题进行深入研究，对于选育、推广氮高效型玉米新品种具有重要指导意义。本项目在大田条件下，对不同氮效率基因型玉米（双高效型、高氮高效型和低氮高效型）在不同供氮水平下籽粒形成关键期穗的碳氮代谢、顶部和中下部籽粒在灌浆过程中的动态变化、内部物质代谢和相关酶状况进行深入研究，揭示不同氮效率基因型玉米籽粒发育的差异及与氮效率之间的相互关系，以期为选育、推广氮高效型玉米新品种提供理论依据。

不同基因型的玉米品种其氮素利用效率有所不同。在现代玉米生产中协调籽粒发育和氮素利用效率之间的相互关系尤为重要。本项目以不同氮效率基因型玉米（屯玉99、潞玉19、先玉335）为研究对象，在大田条件下设置不同的施氮水平，进行了不同年度的重复试验，对玉米籽粒发育状况进行了重点研究。内容包括：籽粒形成关键期穗的生长发育、碳氮代谢状况，顶部和中下部籽粒的灌浆动态，顶部和中下部籽粒灌浆中的内部物质代谢和相关酶状况，穗发育、籽粒发育状况与氮素吸收利用的关系。研究表明：①不同氮效率基因型玉米对于氮素的响应度不同。屯玉99和先玉335对氮素的响应度较高，而潞玉19对氮素的响应度较低，合理施氮可以促进玉米籽粒形成关键期穗的生长发育和碳氮代谢，但对低氮高效型玉米而言，过量施氮反而会抑制穗的生长发育；②不同氮效率基因型玉米在不同施氮水平下籽粒的发育状况有所不同。屯玉99为高氮＞低氮＞无氮，潞玉19为低氮＞高氮＞无氮，先玉335为高氮＞低氮＞无氮，但高氮和低氮之间的差别低于屯玉99高氮和低氮之间的差别；③施氮可促进玉米籽粒对氮的吸收，籽粒体积增长速率与全氮积累速率、淀粉积累速率趋势一致，库容增加可有效促进籽粒全氮积累，而氮营养的增强又可促进籽粒发育；④屯玉99作为高氮高效型玉米在高氮区间对氮的吸收较好，并且在高氮水平籽粒生长优势明显；潞玉19作为低氮高效型玉米在低氮区间对氮较为敏感，且低氮区间适当提高施氮水平可以增加产量，而在高氮水平下玉米产量优势并不明显，过高的氮肥可能会导致减产；先玉335作为双高效型玉米在低氮和高氮区间籽粒发育良好，其中高氮区间的氮肥更能被高效吸收利用；⑤屯玉99适合在高氮条件下种植，潞玉19适合在低氮条件下种植，先玉335对氮的适应性高于其他两个品种。玉米在不同氮素水平下籽粒的发育状况与其氮效率状况表现一致，以上研究结论可以为选育、推广氮高效型玉米新品种、以及针对不同氮效率的玉米品种进行合理施氮提供理论依据。