中国农业大学农学院 学术科研 Nature Climate Change｜中国农业大学农学院王璞、黄收兵老师课题组在玉米耐高温领域取得重要进展
2024年 10 月 11 日，Nature Climate Change 在线发表了中国农业大学农学院王璞、黄收兵老师课题组题为 "Maize breeding for smaller tassels threatens yield under a warming climate" 的研究论文。该研究系统探明了玉米种质资源雌雄穗形态特征、开花特性及其耐热性的演化趋势，并确定了雄穗小穗数的关键阈值（约700 spikelet/tassel），并为全球玉米种植区选育品种提供参考。
随着年代发展，玉米雌穗、雄穗和产量变化特征
随着年代的发展，中美玉米自交系的结实率等产量构成因素稳步提升，雌穗吐丝能力以及雌雄穗开花协调性逐渐增强，而雄穗的总小穗数、开颖能力和散粉持续时间则呈现出逐渐减弱的趋势。
图1 中国和美国骨干自交系材料产量、结实能力以及雌雄穗特征随年代变化情况
随着年代发展，玉米雌雄穗耐热能力变化特征
花期高温对结实率、穗粒数、雄穗开颖能力和雌穗吐丝能力均产生了不同程度的负面影响。随着年代发展，中美玉米自交系的结实率、穗粒数和雄穗开颖能力对高温的敏感性逐步增强，而雌穗吐丝能力的敏感性则逐渐减弱。这表明，在高温条件下，雌穗的增强难以弥补雄穗的弱化对结实率造成的不利影响。
图2 中国和美国骨干自交系雌雄穗对花期增温的响应
雄穗小穗数与结实率的关系
按照雄穗小穗数对群体材料重新分组，调查每组材料结实率的变异系数。结果表明，随着雄穗小穗数的增加，结实率呈现出先上升，当小穗数达到700 spikelet/tassel 后，结实率趋于平稳的趋势。在这一过程中，各组材料的结实率的变异系数逐渐减小。基于此，我们确定了一个关键的雄穗小穗数阈值（约为 700 spikelet/tassel）。在花期高温胁迫条件下，雄穗小穗数超过该阈值才能保证较高且稳定的结实率。
图3 玉米雄穗小穗数关键阈值率定
雄穗小穗数阈值对全球玉米种植选育的重要性
通过分析全球玉米种植区域花期高温水平，本研究推测全球已有23.7%的地区不再适合种植小雄穗玉米品种。
图4 全球玉米种植区域花期高温水平及品种推荐
中国农业大学农学院王璞、黄收兵老师课题组 张英俊 博士研究生和重庆市农业科学院 董昕 副研究员为论文的第一作者，中国农业大学 黄收兵 副教授和中国农业科学院 王宝宝 教授为通讯作者。王鸿宇 博士研究生、林翊轩 博士研究生、靳礼安 博士研究生、姚倩 硕士研究生、李保乐 硕士、高佳 博士、王璞 教授提供了宝贵的帮助和建议。该研究得到国家自然科学基金重点项目、重庆市自然基金、中国农业大学2115人才培育项目、拼多多-中国农业大学研究基金等项目资助。
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