CN111972286A - 一种耐低氮玉米品种的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐低氮玉米品种的筛选方法，包括以下步骤：设计低氮处理和正常氮肥处理，进行大规模玉米品种的种植，并调查玉米植株的播种期、出苗期、散粉期和吐丝期；玉米成熟后，收获并测定籽粒产量和含水量；计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID；计算玉米品种的低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP；计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI计算玉米品种的相对耐低氮指数RTNI；综合筛选出耐低氮玉米品种。本方法筛选出的耐低氮品种在低氮条件下容易获得高产，对品种筛选的指导作用比传统方法更简单合理。
Description
技术领域
本发明属于玉米品种选育技术领域，具体涉及一种耐低氮玉米品种的筛选方法。
背景技术
玉米是我国三大粮食作物之一，在耕地面积有限的情况下，满足玉米持续增长需求的唯一途径是提高单产。增施氮肥是提高玉米产量最有效的方法之一，目前国内玉米生产氮肥投入过量，氮肥利用率仅为28.2％左右，低于欧美等国家。肥料损失的氮素，可能会破坏当地土壤结构，降低土壤质量，或通过径流损失或淋洗损失导致水体富营养化和地下水污染，给农业的长久发展和人类健康带来隐患。因此，推进玉米产区氮肥减量、提质增效是协调玉米稳产高产、氮肥高效利用和生态保护的重要途径。
培育和利用耐低氮玉米品种，对于我国玉米生产中氮肥减施和高产高效有着重要影响，对保证全国粮食作物安全也有重要意义。作物耐低氮能力的筛选时期大多为成熟期(李强,马晓君,程秋博,等.氮肥对不同耐低氮性玉米品种干物质及氮素积累与分配的影响.浙江大学学报(农业与生命科学版),2015,41(05):527-536)，也有人认为耐低氮品种的筛选应该在苗期(张楚.苦荞耐低氮基因型的筛选及其生理机制的初步研究，山西师范大学,2018)。耐低氮性能筛选的首选指标是籽粒产量，其次是苗高、叶面积、叶绿素含量、光合指标、氮含量和积累量、根体积和根冠比、干物质量，叶片GS、GOGAT、GOT、GPT活性和根系活力、根系活跃吸收面积、氮素吸收积累量、可溶性蛋白质含量和植株干重、MDA含量、POD活性、游离脯氨酸和可溶糖含量等生理指标(罗延宏.玉米苗期耐低氮品种的筛选及其生理机制的初步研究,四川农业大学,2012)。目前较为常见的方法是集中测定植株的各项生长生理指标，通过综合模糊综合评判(模糊隶属函数法)或主成分分析法，逐步回归分析法建立最优回归方程，筛选得出主要的评价指标，进而根据综合值或主要因素对不同基因型进行聚类分析。综上，在玉米耐低氮性能评价及筛选方面，其评价时期和筛选指标不统一，评价方法较繁琐，不适宜进行大规模的耐低氮性能鉴定。
因此，当前迫切需要构建一套简便、科学、合理的耐低氮玉米品种规模化评价体系，为耐低氮玉米材料规模化筛选提供必要的实践依据。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐低氮玉米品种的筛选方法。
为了解决上上述技术问题，本发明提供了一种耐低氮玉米品种的筛选方法，包括以下步骤：
步骤1、设计低氮处理和正常氮肥处理，进行大规模玉米品种的种植，并调查玉米植株的播种期、出苗期、散粉期和吐丝期；玉米成熟后，收获并测定籽粒产量和含水量；
步骤2、计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID；
步骤3、计算玉米品种的低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP；
步骤4、计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI；
步骤5、计算玉米品种的相对耐低氮指数RTNI；
步骤6、根据散粉期与吐丝期间隔差值ASID和相对耐低氮指数RTNI综合筛选出耐低氮玉米品种。
可选地，所述步骤1中的种植要求为：以生育期将玉米品种分为早、中、晚分组，分组随机排列，每个品种种植3行，行长3m，密度67500株/hm2，每20个材料设置一个对照自交系郑58或杂交种郑单958，田间采用双小区(背靠背)种植，留80cm宽观察道。磷、钾肥在播种前作为底肥一次性施入，施用量分别为100kg/hm2 P2O5和100kg/hm2 K2O，氮肥为5:5的比例基施和大喇叭口期追施两次施用；每个小区的田间管理须在同一天内完成，田间管理按照大田管理方法，田间管理主要包括播种、灌溉、除草、中耕培土、病虫害防治及收获等。
可选地，所述的低氮处理为施氮量90kg/hm2，正常氮处理为施氮量180kg/hm2。
可选地，调查玉米生长的播种期即播种当天日期，出苗期即种植小区幼芽出土高2-3cm且穴数达50％的日期，散粉期即种植全区50％以上植株雄穗散粉的日期，吐丝期即种植全区50％以上植株雌穗花丝露出苞叶的日期。
可选地，所述的计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID具体为：
ASID＝ASIL-ASIN (1)
其中，ASID为土壤低氮条件下鉴定材料散粉期与吐丝期的间隔天数与正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数的差值，ASIN为正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数，ASIL为低氮胁迫下散粉期与吐丝期的间隔天数。
可选地，所述的计算玉米品种低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP具体为：
NLP＝GYL/GYN (2)
其中，NLP为低氮生产力系数，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量。
NNP＝1+(GYN-GYL)/(∑GYN(1...n)/n) (3)
其中，NNP为产量潜力系数，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，∑GYN(1...n)为所有鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。
可选地，所述的计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI具体为：
NUI＝NLP×NNP (4)
其中，NUI为氮利用指数，NLP为低氮生产力系数，NNP为产量潜力系数。
NUIA＝∑NUI(1...n)/n (5)
其中，NUIA为平均氮利用指数，∑NUI(1...n)为所有鉴定材料氮利用指数数值总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。
RNUI＝NUI/NUIA (6)
其中，RNUI为相对氮利用指数，NUI为氮利用指数，NUIA为平均氮利用指数。
可选地，所述的玉米相对耐低氮指数RTNI的计算公式为：
RTNI＝RNUI×NLP (7)
其中，RTNI为相对耐低氮指数，RNUI为相对氮利用指数，NLP为低氮生产力系数。
可选地，综合筛选方法：RTNI大于1.30且ASID小于3时为耐低氮玉米品种，RTNI为0.32-0.57且ASID大于3时或RTNI小于0.31为不耐低氮玉米品种。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
1)传统方法对耐低氮玉米品种的筛选指标和鉴定方法不统一，导致筛选出的品种不一致，其耐低氮性能不准确；与传统方法相比，本方法重点关注了筛选的首要指标产量，对比品种低氮胁迫和正常氮处理下的产量变化，因此筛选出的品种更具有代表性和广适性。
2)传统方法对耐低氮玉米品种筛选方法较为繁琐，若进行大规模的鉴定和评价，工作任务量大，操作不方便，因此不适宜大群体筛选。与传统方法相比，本方法仅调查了散粉期与吐丝期间隔差值，同时利用品种低氮胁迫下和正常氮处理下的产量数据，计算出低氮生产力系数和产量潜力，氮利用指数和相对耐低氮系数，进行综合评价品种的耐低氮性能，鉴定方法简单易行，工作效率大幅度提高，鉴定结果更为科学合理。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明公开了一种耐低氮玉米品种的筛选方法，包括以下步骤：
步骤1、设计低氮处理和正常氮肥处理，进行大规模玉米品种的种植，并调查玉米植株的播种期、出苗期、散粉期和吐丝期；玉米成熟后，收获并测定籽粒产量和含水量；
其中，种植要求为：以生育期将玉米品种分为早、中、晚分组，分组随机排列，每个品种种植3行，行长3m，密度67500株/hm2，每20个材料设置一个对照自交系郑58或杂交种郑单958，田间采用双小区/背靠背种植，预留留80cm宽观察道；磷、钾肥在播种前作为底肥一次性施入，施用量分别为100kg/hm2 P2O5和100kg/hm2 K2O，氮肥为5:5的比例基施和大喇叭口期追施两次施用；每个小区的田间管理须在同一天内完成，包括播种、灌溉、除草、中耕培土、病虫害防治及收获等；
所述的低氮处理为施氮量90kg/hm2，正常氮处理为施氮量180kg/hm2；
调查玉米生长的播种期即播种当天日期、出苗期即小区幼芽出土高2-3cm且穴数达50％的日期、散粉期即种植全区50％以上植株雄穗散粉的日期和吐丝期即种植全区50％以上植株雌穗花丝露出苞叶的日期；
步骤2、计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID；
ASID＝ASIL-ASIN (1)
其中，ASID为土壤低氮条件下鉴定材料散粉期与吐丝期的间隔天数与正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数的差值，ASIN为正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数，ASIL为低氮胁迫下散粉期与吐丝期的间隔天数；
步骤3、计算玉米品种的低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP；
NLP＝GYL/GYN (2)
其中，NLP为低氮生产力系数，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量。
NNP＝1+(GYN-GYL)/(∑GYN(1...n)/n) (3)
其中，NNP为产量潜力系数，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，∑GYN(1...n)为所有鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料；
步骤4、计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI；
NUI＝NLP×NNP (4)
其中，NUI为氮利用指数，NLP为低氮生产力系数，NNP为产量潜力系数；
NUIA＝∑NUI(1...n)/n (5)
其中，NUIA为平均氮利用指数，∑NUI(1...n)为所有鉴定材料氮利用指数数值总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。
RNUI＝NUI/NUIA (6)
其中，RNUI为相对氮利用指数，NUI为氮利用指数，NUIA为平均氮利用指数；
步骤5、计算玉米品种的相对耐低氮指数RTNI；
RTNI＝RNUI×NLP (7)
其中，RTNI为相对耐低氮指数，RNUI为相对氮利用指数，NLP为低氮生产力系数。
步骤6、RTNI大于1.30且ASID小于3时为耐低氮玉米品种，RTNI为0.32-0.57且ASID大于3时或RTNI小于0.31为不耐低氮玉米品种。
试验例1
1)田间观测
试验设计低氮处理(施氮量90kg/hm2)和正常氮处理(施氮量180kg/hm2)，以生育期将玉米品种分为早、中、晚分组，分组随机排列，每个品种种植3行，行长3m，密度67500株/hm2，每20个材料设置一个对照自交系郑58或杂交种郑单958，田间采用双小区(背靠背)种植。所有处理的磷、钾肥(施肥量均为100kg/hm2)均在播种前作为底肥一次性施入；氮肥(尿素)按5:5的比例分基施和大喇叭口期追施两次施用。试验期间采用喷灌浇水。不同氮肥处理间隔5米，以防形成边际效应。每个小区的田间管理须在同一天内完成，包括播种、灌溉、除草、中耕培土、病虫害防治及收获等。选择黄淮海常用玉米品种22份(表1)。
表1参试玉米品种信息
注：RN为品种编号；V为品种，F为父本，M为母本。
查玉米生长的播种期即播种当天日期、出苗期即小区幼芽出土高约2-3cm左右穴数达50％的日期、散粉期即全区50％以上植株雄穗散粉的日期和吐丝期即全区50％以上植株雌穗花丝露出苞叶的日期。玉米成熟后，选择中间1行全部收获，晒干后脱粒，测定籽粒产量和含水量。
2)数据标准化和相对耐低氮指数计算
计算散粉期与吐丝期间隔差值：
ASID＝ASIL-ASIN (1)
其中，ASID为土壤低氮条件下鉴定材料散粉期与吐丝期的间隔天数与正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数的差值，ASIN为正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数，ASIL为低氮胁迫下散粉期与吐丝期的间隔天数。
计算玉米品种的相对耐低氮指数：
NLP＝GYL/GYN (2)
NNP＝1+(GYN-GYL)/(∑GYN(1...n)/n) (3)
NUI＝NLP×NNP (4)
NUIA＝∑NUI(1...n)/n (5)
RNUI＝NUI/NUIA (6)
RTNI＝RNUI×NLP (7)
RTNI为相对耐低氮系数，数值越高，玉米耐低氮能力越强，玉米对低氮胁迫反应越不敏感，玉米产量越高。NNP为产量潜力系数，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，∑GYN(1...n)为所有鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。NUI为氮利用指数，NLP为低氮生产力系数，NNP为产量潜力系数。NUIA为平均氮利用指数，∑NUI(1...n)为所有鉴定材料氮利用指数数值总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。RNUI为相对氮利用指数，NUI为氮利用指数，NUIA为平均氮利用指数。
3)耐低氮品种筛选
玉米不同品种间耐低氮性能差异较大，表明本发明所构建的玉米相对耐低氮指数RTNI能够反映不同品种对低氮的敏感程度。其中，郑单958、泽玉8911、京农科729、豫单9953、先玉508和先玉335的RTNI均大于1.30且ASID小于3，均为耐低氮品种，而丹玉311、潞玉36和雅玉609等3个品种的RTNI均小于0.31，科玉153、C1212和奥玉503等3个品种的RTNI处于0.32-0.57但ASID大于3，均为不耐低氮品种。丰德存玉22、农大372、屯玉4911、德单145、隆平205、郑单309、京单68、京科308、登海111和丰德存玉10号均表现为中等耐低氮品种。因此，在低氮条件下，适宜种植郑单958、泽玉8911、豫单9953、先玉508和先玉335等耐低氮品种，从而使玉米生产达到高产高效的目的。
表2玉米地氮胁迫相对耐低氮指数对比
注：RN为品种编号；V为品种名称；RTNI为相对耐低氮系数，ASID为土壤低氮条件下鉴定材料散粉期与吐丝期的间隔天数与正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数的差值。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设计低氮处理和正常氮肥处理，进行大规模玉米品种的种植，并调查玉米植株的播种期、出苗期、散粉期和吐丝期；玉米成熟后，收获并测定籽粒产量和含水量；
步骤2、计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID；
步骤3、计算玉米品种的低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP；
步骤4、计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI；
步骤5、计算玉米品种的相对耐低氮指数RTNI；
步骤6、根据散粉期与吐丝期间隔差值ASID和相对耐低氮指数RTNI综合筛选出耐低氮玉米品种。
2.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤1中大规模玉米品种的种植要求为：以生育期将玉米品种分为早、中、晚分组，分组随机排列，每个品种种植3行，行长3m，密度67500株/hm2，每20个材料设置一个对照，对照材料为自交系郑58或杂交种郑单958，田间采用双小区种植，预留80cm宽观察道；磷、钾肥在播种前作为底肥一次性施入，施用量分别为100kg/hm2P2O5和100kg/hm2K2O，氮肥为5:5的比例基施和大喇叭口期追施两次施用；每个小区的田间管理须在同一天内完成，田间管理按照大田管理方法，田间管理主要包括播种、灌溉、除草、中耕培土、病虫害防治及收获。
3.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤1中所述的低氮处理为施氮量90kg/hm2，正常氮处理为施氮量180kg/hm2。
4.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤1中调查玉米生长的播种期即播种当天日期，出苗期即种植小区幼芽出土高2-3cm且穴数达50％的日期，散粉期即种植全区50％以上植株雄穗散粉的日期，吐丝期即种植全区50％以上植株雌穗花丝露出苞叶的日期。
5.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤2中所述的计算散粉期与吐丝期间隔差值ASID具体为：
ASID＝ASIL-ASIN (1)
其中，ASID为土壤低氮条件下鉴定材料散粉期与吐丝期的间隔天数与正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数的差值，ASIN为正常氮条件下散粉期与吐丝期的间隔天数，ASIL为低氮胁迫下散粉期与吐丝期的间隔天数。
6.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤3中所述的计算玉米品种低氮生产力系数NLP和产量潜力系数NNP具体为：
NLP＝GYL/GYN (2)
其中，NLP为低氮生产力系数，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量；
NNP＝1+(GYN-GYL)/(∑GYN(1...n)/n) (3)
其中，NNP为产量潜力系数，GYN为鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量，GYL为鉴定材料在低氮条件下的籽粒产量，∑GYN(1...n)为所有鉴定材料在正常氮条件下的籽粒产量总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。
7.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤4中所述的计算玉米品种的氮利用指数NUI、平均氮利用指数NUIA和相对氮利用指数RNUI具体为：
NUI＝NLP×NNP (4)
其中，NUI为氮利用指数，NLP为低氮生产力系数，NNP为产量潜力系数。
NUIA＝∑NUI(1...n)/n (5)
其中，NUIA为平均氮利用指数，∑NUI(1...n)为所有鉴定材料氮利用指数数值总和，1为第一份鉴定材料，n为最后第n份鉴定材料。
RNUI＝NUI/NUIA (6)
其中，RNUI为相对氮利用指数，NUI为氮利用指数，NUIA为平均氮利用指数。
8.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤5中所述的玉米相对耐低氮指数RTNI的计算公式为：
RTNI＝RNUI×NLP (7)
其中，RTNI为相对耐低氮指数，RNUI为相对氮利用指数，NLP为低氮生产力系数。
9.根据权利要求1所述的耐低氮玉米品种的筛选方法，其特征在于，步骤6所述综合筛选方法：RTNI大于1.30且ASID小于3时为耐低氮玉米品种，RTNI为0.32-0.57且ASID大于3时或RTNI小于0.31为非耐低氮玉米品种。
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