探索玉米杂交种耐旱性与产量的关系：培育适应干旱地区的高产良种

为应对干旱对玉米产量的影响，研究人员评估玉米杂交种，发现 H3 表现优异，对育种意义重大。

　　

干旱下的玉米困境与希望：探寻耐旱高产杂交种之路

在全球农业的大舞台上，干旱和水资源短缺如同无情的 “大反派”，正严重威胁着农作物的生长，尤其是在那些水资源本就匮乏的干旱和半干旱地区。玉米（Zea mays L.）作为重要的粮食作物，也深受其害。想象一下，玉米在生长过程中，遭遇干旱就像是人在沙漠中缺水一样，各种生理过程都被打乱。干旱会让玉米的产量大幅下降，根据干旱的严重程度和发生时间不同，减产幅度从 15% 到超过 50% 不等。要是在开花期遇到严重干旱，玉米的籽粒产量损失甚至能高达 80%，这主要是因为干旱破坏了玉米的籽粒形成和生物量积累过程。

玉米的耐旱性是一个复杂的 “谜题”，涉及生理、分子和遗传等多个层面的机制。比如，玉米可以通过改变根系结构和水通道蛋白活性，来提高水分吸收能力，就像给植物装上了更高效的 “吸水器”，让它能从更深的土壤层获取水分。同时，干旱还会影响玉米的光合作用效率，气孔关闭虽然能减少水分散失，但也限制了二氧化碳的吸收，进而降低了光合作用，还会增加氧化应激。为了应对这些问题，玉米会启动一系列防御机制，像上调抗氧化防御系统，激活转录因子来调节与渗透调节、细胞保护和应激反应相关的基因等。

对于育种者来说，培育出在干旱和适宜条件下都能保持稳定产量的玉米品种至关重要。然而，高产量潜力的玉米品种在干旱条件下往往表现不佳，这就像是鱼和熊掌难以兼得。所以，育种工作需要在高产量潜力和耐旱性之间找到平衡。

为了解决这些问题，来自巴提阿克德尼兹农业研究中心（Bati Akdeniz Agricultural Research Institute）的研究人员 Senem Sabanc? Bal、Alper Adak 和?ekip Erdal 开展了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Tropical Plant Biology》杂志上，为玉米育种带来了新的希望。

研究的技术 “武器库”

研究人员采用了多种技术方法来开展研究。首先，通过种植 20 种不同的自交系，在灌溉和非灌溉条件下进行试验，运用特定的基因型 - 环境模型计算干旱恢复指数（Drought Resilience Index，DRI），以此筛选出耐旱的亲本自交系。接着，他们对 4 个候选杂交种和 3 个商业对照杂交种，在多个地点和年份的灌溉与非灌溉条件下进行评估，收集了包括开花天数（Days to Anthesis，DTA）、吐丝天数（Days to Silking，DTS）、雌雄开花间隔（Anthesis-Silking Interval，ASI）等 8 个表型数据。最后，运用 AMMI 模型（Additive Main Effects and Multiplicative Interaction model，加性主效应和乘积交互作用模型）、GGE 双标图分析（Genotype and Genotype-By-Environment biplot analysis，基因型和基因型与环境互作双标图分析）等统计工具，对杂交种的产量稳定性和适应性进行分析。

研究结果大揭秘

1. 亲本自交系的筛选：研究人员通过方差分解分析发现，在非灌溉条件下，环境和试验特定因素对产量变异的影响很大，其中试验嵌套在环境中的因素（Trial [Env]）解释了总变异的 75.66%，基因型仅解释了 11.36%。通过 Wilcoxon 秩和检验，证实了不同水分条件下自交系产量表现存在显著差异。根据 DRI 值，Ant-69 和 Ant-24,702 这两个自交系表现出色，具有作为干旱条件下杂交育种亲本的潜力。
2. 杂交种的耐旱性评估：对杂交种的研究发现，产量与衰老相关性状（Senescence traits，Sen.1 和 Sen.2）之间存在显著的负相关关系，尤其是在非灌溉条件下。这表明，延缓衰老的 Stay-green 性状对维持干旱条件下的产量稳定非常重要。
3. 最佳线性无偏预测（BLUP）结果：通过 BLUP 计算各杂交种在不同环境下的产量，发现 C1 和 H3 在多个环境中产量排名靠前。进一步的回归分析表明，C2 和 H4 对有利（灌溉）环境响应较高，但在非灌溉环境下表现较差；H2 对环境变化敏感性较低，在有利环境中表现不佳；而 H3 在不同环境下都表现出较高的产量稳定性。
4. AMMI 分析结果：AMMI 分析显示，H3 和 C1 位于产量 - WAAS 双标图的第四象限，具有高生产力和高稳定性。WAASBY 指数排名也表明，H3 和 C1 在产量和稳定性方面表现优异，是综合性能最佳的杂交种。
5. GGE 双标图分析结果：GGE 双标图分析结果表明，C1 和 H3 在多个环境下表现出高稳定性。在不同环境中，H3、H4 和 C2 在某些环境中产量表现突出，而 H1 在另一些环境中表现最佳。

研究结论与重大意义

这项研究有诸多重要发现。首先，确定了 ASI、衰老进程（Sen.1 和 Sen.2）和籽粒产量等性状受干旱胁迫影响较大，其中衰老与籽粒产量的负相关关系凸显了 Stay-green 性状在维持干旱条件下产量稳定的关键作用。其次，方差分解表明环境因素对产量影响巨大，强调了多环境试验在评估基因型表现中的必要性。再者，筛选出的亲本自交系 Ant-69 和 Ant-24,702 具有优异的 DRI 值和 Stay-green 特性，为培育耐旱杂交种提供了优质亲本。最后，综合多种分析结果，H3 被证明是表现最出色的杂交种，在灌溉和非灌溉条件下都具有高度稳定性，是干旱抗性育种项目的理想选择。

这些研究成果为玉米育种提供了重要的理论依据和实践指导。在全球气候变化、干旱问题日益严重的背景下，有助于培育出更适应干旱环境的玉米品种，提高玉米产量，保障粮食安全。未来，研究人员可以基于这些发现，进一步深入研究玉米耐旱的分子机制，开展更精准的育种工作，让玉米在干旱的 “挑战” 面前更具 “抵抗力”，为农业的可持续发展贡献更多力量。