西班牙玉米地方品种核心种质耐旱性评价：遗传多样性、生理机制与育种潜力

本研究针对全球气候变化下干旱胁迫加剧对玉米生产的严峻挑战，系统评估了西班牙玉米地方品种核心种质（EUMLCC）的耐旱性。通过三年田间试验结合生理指标测定，发现Cima、Acibeiro等品种在干旱条件下仍维持较高光合速率（Photo）和产量稳定性，揭示了温带玉米种质中蕴藏的重要耐旱遗传资源。该研究为培育抗旱玉米新品种提供了关键种质材料和理论依据，对保障粮食安全具有重要意义。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为影响农业生产的主要非生物胁迫因素，对世界粮食安全构成严重威胁。玉米作为全球最重要的粮食作物之一，其对干旱胁迫尤为敏感。现代玉米品种经过长期遗传改良，虽然产量潜力显著提高，但遗传基础却变得相对狭窄，导致其对逆境胁迫的适应性下降。面对日益严峻的干旱挑战，从丰富的玉米种质资源中挖掘耐旱遗传资源，成为玉米遗传改良的重要方向。

西班牙玉米地方品种收集品是欧洲最具多样性的温带玉米种质资源之一，代表了数百年的本地适应过程，具有宝贵的遗传变异。然而，尽管前期研究表明这些地方品种在萌发和幼苗阶段表现出不同的耐旱机制，但其在田间条件下的抗旱性能尚未得到系统评估。田间评价对于识别可靠的耐旱性来源至关重要，因为基因型与环境互作（G×E）会强烈影响植物表现。

在此背景下，研究人员在《Italian Journal of Agronomy》发表了关于西班牙玉米地方品种核心种质耐旱性评价的重要研究成果。该研究首次在田间条件下系统评估了欧洲联盟玉米地方品种核心收集品（EUMLCC）中西班牙品种的耐旱性，为利用温带玉米种质资源培育抗旱品种提供了科学依据。

研究采用了多学科交叉的研究方法：首先通过三年田间试验（2020-2022年）在对照和干旱条件下评估24个西班牙玉米地方品种；其次运用生理生态学方法测定光合参数，包括净CO₂同化速率（Photo）、气孔导度（Cdc）和内在水分利用效率（WUE）；最后采用高级统计分析方法，包括基因型主效加基因型与环境互作效应（GGE）双标图分析，评估品种稳定性和适应性。试验在西班牙西北部蓬特韦德拉进行，采用随机完全区组设计，干旱处理从播种至收获仅依靠自然降水，而对照处理则在开花期后进行补充灌溉。

3. 结果

3.1 表型变异与抗旱性评价

方差分析表明，除穗数/株和粒重外，处理间所有性状均存在显著差异。地方品种间除粒重外所有性状都表现出显著变异。年份与处理的互作对开花期、吐丝期、开花吐丝间隔（ASI）、活力、产量和水分利用效率（WUE）有显著影响。地方品种与处理的互作对气孔导度、WUE和光合速率显著，说明不同品种对干旱的生理响应存在差异。

3.2 产量及相关性状

在干旱条件下，Norte?o largo、Cima、Tuy、Arredondo、Ataum、Villanueva del Arzobispo、Acibeiro、Tremesino、Lagarin、Enano levantino/Hembrilla、Rastrojero和Basto/Blanco产量最高。其中Cima、Tremesino、Norte?o largo、Rastrojero、Tuy和Villanueva del Arzobispo在对照条件下也表现出高产。这些品种多具有中等花期，但Blanco和Villanueva del Arzobispo在干旱或对照条件下表现出晚花特性。

3.3 生理特性

生理参数比较显示，Acibeiro、Fino/Tremesino、Gamiz和Lira的光合速率最高；Enano levantino/Hembrilla最低。气孔导度在品种间无显著差异。WUE方面，Hazas de Sobas效率最高，而Arredondo、Basto/Blanco、Blanco、Enano levantino/Hembrilla和Rastrojero组成最低组。在干旱条件下，大多数品种变得统计相似，差异消失。

3.4 稳定性分析

GGE双标图分析显示，Cima是光合速率最稳定的地方品种，其次是Rastrojero、Viana和Cacheiras。Fino/Tremesino虽然稳定性较低但具有高产量。WUE稳定性分析表明，Norte?o largo、Gamiz和Arredondo最稳定，Hazas de Sobas、Guetaria和Trascastro以及Sajambre和Lagarin也具有较高稳定性。

4. 讨论

研究表明西班牙玉米地方品种核心种质中存在显著的耐旱性遗传变异。Cacheira、Cima、Rastrojero、Norte?o largo、Gamiz、Hazas de Sobas和Guetaria是生理参数最稳定的品种。干旱导致ASI平均增加1.31天，但Sajambre、Viana和Trascastro仍保持较短ASI，表明开花同步性良好，有利于高效授粉。

产量方面，干旱导致平均减产1.51 Mg/ha，与粒数和粒重的减少相关。这与前人研究结果一致，表明干旱通过减少单位面积粒数和粒重来降低玉米产量。与一些研究不同的是，本研究中ASI与产量在胁迫条件下无显著相关性，可能与干旱程度适中有关。

生理参数显示，干旱使光合速率平均降低6.44 μmol CO₂ m^-2 s^-1，气孔导度降低0.077 mol H₂O m^-2 s^-1，说明水分亏缺严重影响气体交换。干旱条件下光合速率降低主要归因于气孔关闭导致CO₂从大气向叶绿体羧化位点移动受限。具有较高WUE的品种如Guetaria、Blanco、Guernica和Gamiz可能更适合在水分限制条件下生产，这一特性已被描述为作物育种计划的重要目标。

5. 结论

该研究鉴定出Cacheira、Cima和Acibeiro作为在不同环境下保持稳定表现的地方品种，在干旱条件下维持较高的光合速率和产量。Enano levantino/Hembrilla先前在体外被鉴定为耐旱品种，在田间也得到证实。这些结果表明这些地方品种可以作为耐旱种质的代表，显示出在胁迫下的显著光合潜力。

未来的育种目标应致力于开发具有更大光合能力和更好干旱响应的玉米杂交种。然而，本研究存在一些局限性，包括无法控制的环境变异。最重要的是，研究结果需要在不同气候和土壤条件下通过额外研究进一步验证。

该研究对农业具有实际意义，为如何提高玉米对由气温升高引起的气候变化的韧性提供了见解。总之，这项工作可以为未来的研究奠定坚实基础，其中优化耐旱性是玉米育种计划的目标。通过挖掘和利用地方品种中蕴藏的遗传变异，将为培育适应气候变化的新品种提供重要资源，最终为保障全球粮食安全做出贡献。