小麦产量与氮素利用效率的遗传改良评估：不同氮肥水平下的全球视角与适应性挑战

这篇综述系统评估了不同氮肥水平下小麦产量和氮素利用效率(NUE)的遗传改良进展。研究揭示现代育种在高氮(HN, ≥180 kg ha–1)条件下显著提升产量潜力，但在低氮(LN, 0–100 kg ha–1)和中氮(MN, 100–180 kg ha–1)条件下增益有限，指出氮吸收效率(NUpE)和氮利用效率(NUtE)对NUE的贡献与氮水平密切相关，为可持续育种策略提供重要依据。

　　

Highlight

小麦育种在优化生长条件下（如高氮环境）提升了产量和氮素利用效率(NUE)，但可能削弱新品种在低肥力环境的适应性。本研究揭示：现代品种在高氮(HN; ≥180 kg ha^–1)、中氮(MN; 100–180 kg ha^–1)和低氮(LN; 0–100 kg ha^–1)条件下均实现产量提升，但2000年后出现关键转折——高氮条件下产量持续增长，而中低氮条件下停滞甚至下降。

Genetic gain in yield and its components under different nitrogen levels

研究发现，不同氮水平下产量构成要素呈现差异化演变：

• 千粒重(GW)在低中氮条件下呈双相变化（1940年代前下降，之后回升），而高氮条件下线性增长(0.35% yr^–1)

• 单位面积粒数(GN)和穗粒数(GNS)持续提升，但穗数(SN)仅在高氮条件下显著增加

• 收获指数(HI)的遗传增益在高氮条件下最为突出，解释产量差异的主要因素

Trends in yield and yield components under different nitrogen levels

育种策略的环境适应性引发深思：虽然高氮条件下选育的品种在各环境中均表现提升，但低氮条件下的增益幅度明显较弱。这提示现代品种可能牺牲了在资源限制环境中的竞争能力，而直接低氮环境选育或能突破此瓶颈。

Conclusion

研究表明，基于高氮输入的育种体系能同步提升小麦产量和NUE，但低氮适应性仍是短板。未来需构建多环境选育体系，平衡氮吸收(NUpE)与利用效率(NUtE)的协同改良——高氮依赖NUtE，而低氮更需NUpE，最终实现"少投入多产出"的可持续生产目标。