不同基因型夏玉米果穗脫水特性綜合評價(jià)

趙紅香　張慧　孫旭東　王慶成　劉開昌　劉霞　韓壯　王獻(xiàn)忠　李宗新

摘要：機(jī)械化直接收獲玉米籽粒是目前亟待解決的難題，玉米果穗脫水特性成為研究重點(diǎn)。本試驗(yàn)以黃淮海區(qū)域36個(gè)主推夏玉米品種為研究對象，測定生理成熟前后玉米果穗各部位的含水量、脫水速率，運(yùn)用主成分和聚類分析獲得果穗脫水性較強(qiáng)的品種。結(jié)果表明：不同基因型夏玉米果穗的籽粒、苞葉和穗軸含水量兩兩間極顯著相關(guān)，而脫水速率兩兩間不相關(guān)；36個(gè)主推品種中登海605、青農(nóng)105、農(nóng)華101和金陽光7號為該地區(qū)果穗脫水性較強(qiáng)的品種；果穗脫水性較強(qiáng)品種的苞葉、穗軸和籽粒含水量為36%、58%、29%左右；籽粒含水量不是機(jī)收粒的關(guān)鍵限制因素。

關(guān)鍵詞：夏玉米；含水量；脫水速率；玉米果穗

中圖分類號：S513.01文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2014）12-0018-05

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米、水稻和小麥三大糧食作物，小麥基本實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化生產(chǎn)[1]，水稻機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)處于迅猛發(fā)展階段[2，3]，而玉米機(jī)械化收獲在理論和實(shí)踐上均不夠成熟，其機(jī)械化發(fā)展成為瓶頸[4]。美國、加拿大玉米收獲機(jī)械與配套生產(chǎn)技術(shù)都比較成熟和先進(jìn)[5，6]。我國現(xiàn)有玉米品種繁多，生育期長短不齊，各地生態(tài)特點(diǎn)、種植制度和耕作方式差異很大，都是制約我國玉米機(jī)械化收獲的主要因素[7～9]。黃淮海地區(qū)是我國重要的玉米產(chǎn)區(qū)，小麥、玉米一年兩熟制是該地區(qū)主要種植制度，該區(qū)域生產(chǎn)上推廣應(yīng)用的夏玉米品種繁多，品種類型和性狀差異較大，缺乏科學(xué)的夏玉米機(jī)械化收獲標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致玉米機(jī)械化收獲損失大、直接收獲籽粒技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)[10，11]。因此，明確夏玉米果穗的脫水特性對實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

在玉米生產(chǎn)中，適宜的收獲期是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的保證，果穗脫水特性是確保玉米機(jī)械化收粒的前提[12]。我國通常以玉米果穗的苞葉枯白松散、籽粒含水量33%左右、黑色層形成作為收獲參考[13～15]，實(shí)踐證明，這一參考標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)指導(dǎo)作用較差，缺乏可靠理論依據(jù)，有待進(jìn)一步研究明確。國內(nèi)對不同品種玉米籽粒脫水速率的報(bào)道較多[16～18]，對果穗各部位脫水特性綜合評價(jià)的研究較少。本試驗(yàn)以36個(gè)黃淮海區(qū)域主推玉米品種為研究對象，通過測定玉米生理成熟前后果穗各部位含水量和脫水速率，運(yùn)用主成分和聚類分析篩選出果穗脫水性較強(qiáng)的夏玉米品種，以期為黃淮海地區(qū)機(jī)收籽粒夏玉米品種的選育及配套栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年6月～10月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所龍山試驗(yàn)基地（117°32′E，36°43′N）進(jìn)行。該地屬溫帶大陸季風(fēng)性氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年均降水量693.4 mm，年均氣溫13.6℃，年均日照時(shí)數(shù)2 558.3 h，無霜期209 d，具黃淮海區(qū)域典型特點(diǎn)。試驗(yàn)地前茬為冬小麥，棕壤土，土層深厚，地下水在5 m以下。

選用黃淮海夏玉米區(qū)36個(gè)主推品種（表2）為研究對象。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。種植密度為6.75萬株/hm2，行距0.66 m，行長5 m，每小區(qū)種植8行。定苗后一次性施入玉米專用復(fù)合肥（17-17-17）600 kg/hm2，其它管理同一般高產(chǎn)田。

1.2測定項(xiàng)目與方法

從9月15日開始取樣，每3天取1次，各品種每次取3份果穗，共取樣6次。果穗脫水速率計(jì)算方法：烘干法測定籽粒、苞葉（含穗柄）、穗軸的含水量，根據(jù)2次相鄰樣品含水量，計(jì)算果穗日脫水速率。脫水速率（%/d）=100×（前1次含水量-后1次含水量）/兩次取樣相隔天數(shù)。

1.3玉米果穗脫水性評價(jià)體系的建立

1.3.1最小數(shù)據(jù)集（MDS）的選取 MDS的選擇完全取決于試驗(yàn)?zāi)康腫19，20]，本試驗(yàn)主要目的是為選育果穗脫水性強(qiáng)的夏玉米品種及配套栽培技術(shù)提供一些參考。黃淮海麥-玉兩熟區(qū)玉米的收獲時(shí)間一般是10月1日，因此，選該日收獲果穗的脫水性進(jìn)行綜合評價(jià)。選擇影響機(jī)收的果穗指標(biāo)即籽粒、苞葉（含穗柄）、穗軸三者的含水量作為MDS，運(yùn)用因子分析法對各指標(biāo)因子進(jìn)行主成分分析，得到各指標(biāo)因子主成分（PC）的特征值和貢獻(xiàn)率。

1.3.2權(quán)重的確定本研究計(jì)算權(quán)重運(yùn)用客觀賦值法，也就是用主成分分析確定權(quán)重值，用某指標(biāo)的公因子方差占所有指標(biāo)公因子方差總和的比例來表示[21，22]。

1.3.3隸屬度函數(shù)值的計(jì)算方法[22]

1.3.4綜合評價(jià)模型的建立[21，22]

式中，D值為不同基因型夏玉米果穗脫水性強(qiáng)弱指數(shù)；Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05軟件進(jìn)行差異顯著性分析，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、主成分分析和聚類分析，采用Microsoft Excel 2007作圖表。

2結(jié)果與分析

2.1不同基因型夏玉米果穗各部位含水量、脫水速率相關(guān)性分析

由圖1可以看出，玉米果穗的苞葉和穗軸、籽粒和苞葉、籽粒和穗軸的含水量Pearson相關(guān)分析得出的R值分別為0.549、0.858、0.540，經(jīng)顯著性分析得P值都小于0.01，因此果穗苞葉、穗軸和籽粒的含水量兩兩間都極顯著相關(guān)。苞葉和穗軸、籽粒和苞葉、籽粒和穗軸脫水速率Pearson相關(guān)分析得出的R值分別為0.118、0.095、0.009，經(jīng)顯著性分析，P值都大于0.05，因此三者脫水速率間不相關(guān)。

2.2不同基因型夏玉米果穗脫水性綜合評價(jià)

由表1看出，穗軸、苞葉、籽粒含水量的權(quán)重值分別為0.456、0.453、0.091，因子的權(quán)重值越高在評價(jià)時(shí)占得份額就越大。各品種籽粒的含水量為29%左右，權(quán)重值比較??；穗軸的含水量為70%左右，能直接影響機(jī)械化操作，其權(quán)重值較高；苞葉本身因干枯含水量較低，但機(jī)械化操作需要將穗柄納入苞葉中，而穗柄的含水量較高，因此苞葉的含水量也較高，權(quán)重值也較高。

根據(jù)公式計(jì)算出不同基因型夏玉米果穗各指標(biāo)因子的隸屬度函數(shù)值和最終的D值（表2），D值的大小表示各品種果穗脫水性強(qiáng)弱，D值越接近1表明該品種在該地區(qū)種植果穗脫水性越強(qiáng)。金陽光7號的果穗脫水指數(shù)最大，為0.72，說明其果穗的脫水性較強(qiáng)，中科11的果穗脫水指數(shù)最小，為0.04，說明其果穗的脫水性較差。

依據(jù)D值通過最大距離法聚類分析，結(jié)果（圖2）表明，36個(gè)品種劃分為3類，果穗脫水性較強(qiáng)的品種有4個(gè)：登海605、青農(nóng)105、農(nóng)華101和金陽光7號；果穗脫水性較差的品種有10個(gè)：金海604、蠡玉37、金海5號、屯玉808、魯單9066、登海661、諾達(dá)1號、魯單9088、中科11和東單60；中間型品種：浚單20、青農(nóng)8號、濟(jì)玉1號、連勝15、連勝188、德利農(nóng)988、齊單1號、鄭單

3討論與結(jié)論

Zuber 等[23]研究指出，玉米苞葉厚度與籽粒含水量呈顯著負(fù)相關(guān)， Crane 等[24]也研究發(fā)現(xiàn)，玉米生理成熟后的籽粒脫水速率與果柄、苞葉長度、籽粒形狀和大小存在著密切的關(guān)系。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)不同基因型夏玉米果穗中籽粒、苞葉和穗軸的含水量兩兩間極顯著相關(guān)，而脫水速率兩兩間不相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，乳線位置年際間、品種間差異較大，黑色層出現(xiàn)早晚不能充分反映生理成熟狀況，不能用來作為機(jī)械直接收獲玉米籽粒的依據(jù)[25～27]。還有研究證實(shí)，機(jī)械直接收獲籽粒且較小限度破壞種子要求籽粒含水量在25%～19%，含水量低于15%時(shí)機(jī)械較嚴(yán)重?fù)p傷籽粒[28]。本試驗(yàn)通過對果穗脫水性綜合評價(jià)獲得的4個(gè)脫水性較強(qiáng)品種的苞葉、穗軸和籽粒含水量為36%、58%、29%左右，試驗(yàn)中36個(gè)品種的籽粒含水量多在29%左右，因此，籽粒含水量不是阻礙機(jī)械化進(jìn)程的關(guān)鍵因素。

本試驗(yàn)通過主成分分析獲得各品種的D值，D值越接近1表明該品種在當(dāng)?shù)胤N植果穗的脫水性越強(qiáng)，金陽光7號的D值最大，為0.72，與1.00還存在很大差距，可見，改善果穗脫水特性的潛力很大。通過聚類分析將36個(gè)品種分成3類，果穗脫水性強(qiáng)的品種只占試驗(yàn)品種的1/9。因此，育種方面，建議培育出生理成熟時(shí)能迅速脫水的品種，使各部位的含水量迅速降低以利于機(jī)械收獲；栽培方面，建議在麥-玉兩熟區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)玉米機(jī)械化收粒目標(biāo)，在不影響小麥冬前基本苗前提下，可適當(dāng)調(diào)整玉米晚收小麥晚播，使果穗各部位含水量降低以利于機(jī)械作業(yè)。

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