近日，中国农业大学 陈阜教授课题组 在 Nature Communications 在线发表了题为 "Cultivar evolution underpins maize yield sensitivity to adverse climate conditions" 的研究论文。
气候变化背景下极端天气频发，造成玉米大幅减产。我国东北地区和华北地区玉米单产受高温胁迫影响显著，西南地区和西北地区则主要受降水量及其分布格局制约。高产品种选育是提升玉米单产的重要途径，但新品种研发周期长，需要对其适应气候变化的能力进行及时评估以降低不利气候对玉米单产的潜在影响。但品种更新在促进单产提升过程的过程中其对气候胁迫的响应特性的变化特征仍不清楚。
2001—2020 年，全国玉米品种区试（NUMVT）在东北地区、华北地区、西南地区和西北四区的平均产量分别为 10.9、9.2、9.1 和 14.6 吨/公顷，均高于同期农户实际单产。以上四个地区玉米区试单产每十年分别提升 1.6、1.5、0.3 和 2.8吨/公顷，而对照品种单产无显著变化，表明增产主要由品种改良驱动（图1）。
温度和降水对玉米单产的影响存在显著的区域差异与生育期差异。东北地区8 月平均气温由 30℃升至 31℃时，玉米单产将降低 5.2%；华北地区 7—8 月高温胁迫最为突出，其中 7 月和8 月气温较 30℃每升高 1℃，玉米单产分别下降 1.3% 和 2.7%。相比之下，西南地区和西北地区温度增加对玉米单产的不利影响显著小于东北地区和华北地区（图 2）。生育期内降水量增加会对西南地区玉米单产有不利影响，对西北地区则相反（图 3）。研究结果揭示了高温是制约东北地区和华北地区玉米单产的主要因素，降水过多是制约西南地区玉米单产的主要因素，而降雨不足是制约西北地区玉米单产的主要因素。
东北地区的高产品种受高温胁迫危害最重，且高温敏感性呈增加趋势，未来受高温胁迫影响产量损失可能进一步加剧，华北地区玉米高温胁迫敏感性随时间整体下降，表明品种更新在提高玉米高温韧性中发挥了重要作用，实际生产数据评估结果反映了同样的趋势（图4）。生育期内降水<500mm时降增加有助于玉米增产，降水不足导致减产，>500mm时，降水过多会导致玉米单产降低。西南地区和西北地区分别因降水过多和不足导致玉米减产。随着品种更新，西南地区和西北地区玉米对降水的敏感性均有所上升，高产品种尤为明显（图5）。
图 5 玉米单产的降水敏感性
该研究阐明了2001-2020年气候变化背景下品种更新在驱动玉米单产提升与适应极端气候的协同和权衡机制，明确了不同地区玉米高产的关键制约因素并揭示了品种更新如何影响玉米的气候敏感性，展望了因地制宜的培育气候韧性品种对未来玉米单产提升的重要性。
中国农业大学农学院现代农作制创新团队博士毕业生 张力 为第一作者（现为四川省农业科学院作物研究所助理研究员），尹小刚 教授为通讯作者，陈阜 教授对该工作给予悉心指导和大力帮助。丹麦奥胡斯大学Jørgen Eivind Olesen教授，澳大利亚塔斯马尼亚大学Matthew Tom Harrison教授和 刘科 博士，美国伊利诺伊州立大学Carl Bernacchi 教授，法国国家农业食品与环境研究院 David Makowski研究员，美国康奈尔大学Andrew James McDonald 教授，德国莱布尼茨农业生态景观研究中心Ehsan Eyshi Rezaei 研究员，美国路易斯维尔大学 郑祺 教授，英国伯明翰大学 单钰理 教授对论文给予指导和帮助。团队博士研究生 白智媛、石善恒，已毕业硕士研究生郗望、张大同 参与了此项研究工作。受资助的项目情况：国家重点研发计划（2023YFD2302300），中国科协青年人才托举工程（2019QNRC001）和中国农业大学2115人才培养计划。
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