Улучшение эффективности использования азота у гибридов кукурузы за 70 лет

За последние 70 лет гибридные сорта кукурузы увеличили как урожайность, так и эффективность использования азота почти одинаковыми темпами, в основном за счет сохранения функциональности листьев в период налива зерна. Результаты исследования Университета Пердью предлагают стратегии для селекционеров, стремящихся продолжить улучшение урожайности и эффективности использования питательных веществ.

Десятилетия генетических улучшений кукурузы привели к четырехкратному росту урожайности зерна с 1930-х годов. Однако эти урожаи также требовали увеличения внесения азота, а потери его излишков могут наносить ущерб качеству воды и воздуха, а также дикой природе.

Исследователи хотели понять, как растения кукурузы исторически использовали азот, особенно в репродуктивный период роста. Они получили семена и вырастили семь коммерчески важных гибридов Pioneer, примерно по одному из каждого десятилетия между 1946 и 2015 годами. Растения выращивали рядом при разном уровне азотного питания и анализировали на нескольких стадиях роста.

Ключевые результаты:

• За 70 лет генетические улучшения привели к увеличению урожайности зерна на 89% и повышению эффективности использования азота на 73%.
• С 1980-х годов в США наблюдается плато в нормах внесения азотных удобрений под кукурузу, но современные гибриды улавливают больше из внесенного удобрения.
• Эффективность преобразования азота в зерно выросла: с создания 42 фунтов зерна на фунт поглощенного азота до 65 фунтов зерна.

Механизм улучшения:

Исследование показало, что зерна более современных гибридов получают значительную часть своего азота из стеблей кукурузы. Это позволяет сохранять более высокую концентрацию азота в листьях в течение большей части вегетационного периода. Поскольку стебли почти не участвуют в фотосинтезе, а листья — ключевой орган для него, это сохранение азота в листьях обеспечивает больше фотосинтеза, необходимого для поддержки возросшего числа и размера зерен, что и лежит в основе более высокой урожайности.

Выводы предлагают селекционерам стратегии для дальнейшего улучшения урожайности и эффективности использования азота, фокусируясь на сроках и перемещении азота через стебли в зерна.