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世界玉米生产的平均产量只有潜力产量的约1/4，其中导致玉米减产的主要原因是各种非生物胁迫，造成玉米减产66％。因此，多年来世界玉米育种的目标不是提高潜力产量，而是提高品种的抗逆能力。在玉米育种进程中，新推出的品种与老品种相比，抵抗生物、非生物胁迫的能力不断提高。陈国平等（2009）在分析了我国玉米高产田的产量结构模式及关键因素后认为，品种和密度是决定玉米高产的关键因素。此外，养分供应，特别是氮磷养分会对产量有明显影响。

成熟的玉米田

1.1品种更替

在玉米品种更替过程中，新品种的叶片持绿时间增加，衰老缓慢，总生物量和产量较高，主要得益于品种改良及管理措施的改善。已有关于品种比较的研究多集中在地上部生理、形态和农学特征等方面，对根系研究尤其在田间条件下的研究较少 。理想的根系构型有利于作物高效地从环境中获取水分和养分资源，促进产量增加。本文主要讨论玉米品种更替过程中地上部和根系的变化，并比较国内外玉米根系性状的差异。

不同的玉米品种

1.1.1地上部变化

自1960年以来，美国玉米新品种与提高籽粒产量相关的性状变化包括：叶片角度越来越直立，雄穗明显变小；新杂交种的籽粒灌浆期延长，但脱水速度加快，使得收获时间没有延迟，但对生长季节后期的资源利用得更充分。粒重提高，籽粒蛋白质含量降低，淀粉含量增加。新杂交种对有利的环境更敏感，对投入资源的利用更充分。李少昆和王崇桃（2009）在总结我国自1949年以来不同年代玉米增产原因时得出结论：玉米增产的技术特征是新品种选育，包括株型紧凑、晚熟及生育期延长、抗逆能力增加，以及养分和水分资源投入增加；增产机理的演变特征是从早期的提高单株生产力到后来的提高群体生产力，以绿熟、改善株型、提高群体整齐度、加大花后物质生产与转移量为特征。

玉米种植田

选取我国不同年代推广的6个主栽玉米品种：白马牙和金皇后（黄熟型，20世纪50年代），中单2号和唐抗5号（中间熟型，20世纪70年代），农大108和郑单958（绿熟型，现代品种）在相同种植密度下进行两年田间实验，别在吐丝期和成熟期收获植株，比较生物量、产量和养分吸收变化。结果表明，在吐丝期，新品种（郑单958和农大108）地上部生物量和氮、磷、钾养分总吸收量就已经显著高于老品种，至成熟期不同年代玉米品种的上述指标差异更加明显。

盘子里的玉米

从吐丝期至成熟期，两个老品种（白马牙和金皇后）与两个新品种（农大108和郑单958）的地上部干重在2009年分别增加了83％、65％、119％、112％，在2010年分别增加了55.7％、64.2％、125.7％、120.4％。养分吸收量的变化表现出类似规律。与玉米老品种相比，新品种的叶面积更大、叶片衰老缓慢、合作用持续期较长、吐丝后干物质积累较多，因此产量也明显高于老品种。

吐丝期的玉米

1.1.2根系变化

育种学家在过去几十年的玉米育种实践中主要关注地上部性状的变化，而根系性状一直在被动接受地上部选择，比如根系干重增加是由于地上部生物量增加的结果。对根系研究较少的原因主要是根系研究的复杂性及方法的局限性，使得基于根系特性的高产高效品种选育不足。在上述研究中，分别在吐丝期和成熟期采用分层挖根法，将长60cm×宽30cm×深60cm的土体分为0～30cm和30～60cm土层挖出。洗出根系，扫描后获得不同年代玉米品种根系根长在0～30cm和30～60cm土层中的分布以及总根长。两年结果显示，无论在吐丝期还是成熟期，各玉米品种的根系主要分布在0～30cm土层中（吐丝期超过80％、成熟期54％～80％）。

新鲜剥开的玉米

在吐丝期，不同年代玉米品种的总根长以及在0～30cm和30～60cm土层中的分布无明显差异；但在成熟期，2009年的1950s、1970s、1990s年代玉米总根长在吐丝后分别平均降低了57％、57％、53％，2010年分别降低了66％、59％、53％，即新品种在吐丝后根长减少幅度小于老品种，使得成熟期新品种的总根长以及在0～30cm和30～60cm土层中的根长均大于老品种。这与新品种（绿熟型）吐丝后根系衰老缓慢或新生根系的增生较多有关，也可能与地上部向根系分配更多的碳水化合物有关。在玉米或高粱等作物中，延缓叶片衰老有利于叶片光合作用的延长，维持吐丝后的根系活力以及更多地吸收养分，获得高产。