The Crop Journal | 玉米品种间混作通过增加授粉同步性和异交授粉率提高产量

农业生产在全球气候变化中面临着前所未有的挑战。高温引起的热害和干旱胁迫是影响作物产量稳定性的一个主要问题，尤其胁迫发生在作物开花期时。花期高温等非生物胁迫可造成玉米减产10%以上。黄淮海平原是中国玉米主产区，年玉米播种面积达1500万公顷，约占中国玉米产量的29.0%。7月下旬至8月上旬玉米授粉期间该区域易出现高温热害，造成玉米大面积减产。间混作是在同一块土地上同时种植两个或多个物种或基因型的栽培方式。生产实践表明，间混作可降低由生物和非生物胁迫引起的减产风险，例如，抑制病虫害，提高资源利用效率，减少农用化学品投入对环境的影响。将不同功能性状的玉米品种间混作增加了作物内部的遗传多样性，提供了一种减轻胁迫条件下产量损失的潜在方法。但耐高温特性不同的玉米品种进行间混作是否可以提高复合群体耐高温能力并实现热害年份稳产有待进一步研究。

近日，河南农业大学李潮海教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Mixing trait-based corn (Zea mays L.) cultivars increases yield through pollination synchronization and increased cross-fertilization”的研究论文。研究者筛选出生育期一致、株高相近、籽粒大小相似，而耐高温特性不同的玉米杂交种，对其开展混作试验，比较混作复合群体与单作群体在高温年份授粉生物学的变化，并利用SSR分子标记解析混作复合群体受精籽粒花粉来源与构成混作群体两品种之间的关系，揭示了高温敏感型品种混作后提高结实率及产量的生理机制。

研究发现混作群体的吐丝散粉间隔期（ASI）较单作群体缩短0.9~1.6天，增加了群体内植株间授粉的同步性。与单作平均值（79.4%）相比，混作结实率（87.6%）显著增加。与高温敏感型品种单作群体相比，耐高温品种与高温敏感型品种混作增产13.3%~18.7%，达到1169~1605 kg ha-1。SSR分子标记表明，玉米品种混作群体的杂交受精率为29.3%~47.8%，解释了混作增产的部分因素。玉米品种混作的土地当量比 (LER) 为1.12，混作中两品种的土地当量比均高于0.5，体现了玉米品种混作的互补效益。综上所述，具有不同开花特性和耐高温性状的玉米品种间混作可通过提高授粉同步性和异交授粉率而稳定产量，进而实现正常年份丰产，灾害年份稳产。

作者和基金项目

河南农业大学农学院李鸿萍讲师和刘奎研究员为该文共同第一作者，李潮海教授为通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（31801308）资助。河南农业大学农学院李潮海教授团队长期围绕玉米新品种开展抗性鉴定工作，选择丰产性好、抗性不同的玉米品种进行间混作复合群体配置研究及示范推广，已在群体抗倒性、抗病性、缓解高温热害等方面取得显著进展，形成“玉米互补增抗生长技术规范”国家行业标准。2021年“玉米品种互补增抗生产技术”并被列为农业农村部主推技术。

转自：植物生物技术Pbj

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