玉米不同親緣類型自交系抗旱性研究

徐青松，徐勁松

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院食用菌研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所，山西忻州034000）

玉米不同親緣類型自交系抗旱性研究

徐青松1，徐勁松2

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院食用菌研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所，山西忻州034000）

通過田間正常水分和干旱脅迫2種水分處理，對25份不同親緣玉米自交系進行田間抗旱性鑒定。結(jié)果表明，在玉米的5個親緣類型中，株高抗旱指數(shù)方面，瑞德類型的5個自交系平均值最低，為8.04，黃改類型的5個自交系平均值最高，為17.94；產(chǎn)量抗旱指數(shù)方面，蘭卡斯特類型的5個自交系平均值最高，為1.15，旅大紅骨類型的5個自交系平均值最低，為0.755。在25個自交系中，綜合株高和產(chǎn)量抗旱指數(shù)的評估結(jié)果得出，PH6JM，PHB1M和P319抗旱性較強，可作為優(yōu)良的抗旱種質(zhì)資源進行利用。

玉米；自交系；抗旱性

長期以來，干旱一直是影響我國玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素，我國有超過1/2面積的玉米種植在干旱或半干旱地區(qū)。我國北方地區(qū)十年九旱，年降雨量少，持續(xù)干旱時間長，范圍廣，影響大，產(chǎn)量損失嚴重；玉米的南部與西南產(chǎn)區(qū)雨量分布不均，常出現(xiàn)高溫伏旱，影響玉米授粉結(jié)實；玉米的西部與西北產(chǎn)區(qū)常發(fā)生早期干旱，影響播種和出苗。一般干旱年份玉米產(chǎn)量減少25%左右，高的達50%以上，嚴重干旱年份部分地區(qū)幾乎絕收[1-2]。

抗旱育種是提高玉米品種的抗旱性、減少干旱帶來損失的有效途徑。由于遺傳和長期適應的結(jié)果，不同類型的玉米品種（自交系）會對干旱作出不同的反應。

本研究對玉米蘭卡斯特、瑞德、黃改、旅大紅骨、P系5個類型中的25個玉米自交系進行了抗旱性初步鑒定，以期獲得玉米抗旱育種應用的優(yōu)異抗旱種質(zhì)資源。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地點選擇在山西省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所忻州檀村試驗田。該試驗地地勢平坦，地力均勻，前茬作物為玉米。

1.2 試驗材料

供試材料有蘭卡斯特、瑞德、旅大紅骨、黃改和P系的5個不同親緣類型，每個類型5個自交系，共25個玉米自交系（表1）。其中，蘭卡斯特和瑞德類型是以美國先鋒良種公司近年來在我國國審的雜交種自交系為主；旅大紅骨類型選擇的是遼寧省育成的典型旅系；黃改類型是國審夏播玉米雜交種的5個自交系；P系是我國從P78599選育的具有熱帶血緣的自交系。這些自交系為我國的雜交種玉米生產(chǎn)作出了重大貢獻。

表1 25份玉米自交系親緣類型

1.3 試驗方法

試驗于2012—2013年在山西省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所忻州檀村試驗田進行。4月25日適期播種，種植密度6萬株/hm2，施600 kg/hm2復合肥作底肥，大喇叭前追施尿素300 kg/hm2，正常田間管理。每個自交系種3行，隨機排列，重復3次。對試驗各個自交系進行生育期觀察以及株高、穗位高、抗病性等調(diào)查。全部不自交，自然授粉，收獲后進行室內(nèi)考種，取中間1行實收測產(chǎn)。

2 a試驗均設(shè)置2個處理，處理1.全生育期正常澆水（正常水分）；處理2.干旱脅迫（只在播種期澆水，全生育期干旱）。澆水采用井水小水澆灌，為防止倒?jié)B，在2個處理中間設(shè)置了3 m的隔離帶。

1.4 試驗地的氣象信息

試驗田（忻府區(qū)檀村）2 a來氣溫沒有較大變化，但降雨量不同，2012年5—7月，前期干旱，對抗旱鑒定十分有利，進入秋季雨水稍多，總體不影響試驗結(jié)果。2013年全年降雨量較往年多，雨量分布均勻。本試驗僅為2012年統(tǒng)計結(jié)果。

1.5 抗旱性鑒定方法

抗旱性鑒定可分為人工氣候鑒定和田間直接鑒定等方法。本試驗采用田間直接鑒定法，即將試驗材料直接種植在大田，通過自然條件下灌水，造成干旱脅迫，通過株高、產(chǎn)量等指標進行直接評價，該方法接近大田的實際情況，試驗結(jié)果與育種實踐和生產(chǎn)實際結(jié)合緊密，簡單可行。在干旱條件下通過玉米株高降低和產(chǎn)量減少的百分率來判斷玉米品種（品系）的抗旱性，是傳統(tǒng)的抗旱育種方法，統(tǒng)計方法[3-4]如下。

抗旱系數(shù)（DC）＝脅迫下的平均產(chǎn)量（YD）/非脅迫下的平均產(chǎn)量（YP）；抗旱指數(shù)（DI）＝抗旱系數(shù)（DC）×脅迫處理產(chǎn)量（YD）/所有材料處理產(chǎn)量平均值（APVOM）；株高脅迫指數(shù)（PHSI）＝（正常株高（NH）－干旱條件株高（DCH））/非干旱植株株高（NDCH）×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分條件對株高的影響

干旱脅迫使玉米的株高明顯下降，但不同基因型玉米自交系的株高降低的幅度不同。用株高脅迫指數(shù)表示抗旱性的強弱，其值越小，抗旱性越強；其值越大，抗旱性越弱[5]。不同親緣類型的玉米自交系，由于長期生長在不同的生態(tài)區(qū)域，為了適應當?shù)氐纳鷳B(tài)條件，其形態(tài)結(jié)構(gòu)特點、生理生化機制和代謝途徑有很大不同，如P系統(tǒng)含有熱帶親緣，形成了抵御高溫對水分的脅迫能力；黃改系在夏播條件下形成了苗期抵御干旱對水分的脅迫能力；蘭卡斯特和瑞德類型長期生長在美洲溫帶地區(qū)，形成了葉片上沖、株型緊湊、堅稈、抵御干旱的能力；旅大紅骨類型原產(chǎn)于我國遼寧旅順沿海一帶，形成了單稈大穗特點，在干旱條件下，只有稀植才能獲得高產(chǎn)。胡榮海[6]研究指出，在一定條件下，株高與耐旱性呈正相關(guān)，干旱條件下，玉米植株生長受到抑制，生長發(fā)育受阻，導致植株變矮，干旱脅迫下，不耐旱的品種由于水分吸收和運輸效率較低，植株縱向生長減慢或停止，株高降低，但不減少莖節(jié)數(shù)，因此，葉片緊密，光合利用率較低。

從表2可以看出，在不同水分條件下，25個玉米自交系之間株高脅迫指數(shù)有顯著差異，株高脅迫指數(shù)較低的為PH6JM，PH6WC；株高脅迫指數(shù)最高的為昌7-2。在不同的親緣類型中，瑞德類型的5個自交系株高脅迫指數(shù)平均值最低，為8.04；黃改系類型的5個自交系株高的脅迫指數(shù)平均值最高，為17.94。

表2 不同水分條件對株高及株高脅迫指數(shù)（PHSI）的影響

2.2 不同水分條件對產(chǎn)量的影響

干旱脅迫條件下的產(chǎn)量試驗結(jié)果被當作是最可靠的抗旱性指標，因此，常用于品種抗旱性的最終鑒定[7-8]?？购迪禂?shù)反映了不同材料對水分脅迫的敏感程度，但在某種程度上不能體現(xiàn)脅迫條件下產(chǎn)量水平的高低?？购抵笖?shù)與抗旱系數(shù)及所有參試材料脅迫處理測定值有關(guān)，既反映了材料在脅迫條件下的敏感程度及穩(wěn)定性，又體現(xiàn)了材料的產(chǎn)量水平，能客觀真實地評價不同材料的抗旱性。

從表3可以看出，在干旱脅迫條件下，玉米蘭卡斯特類型的5個自交系產(chǎn)量抗旱指數(shù)平均值最高，為1.150；其次是瑞德類型，為0.999；旅大紅骨類型的5個自交系產(chǎn)量抗旱指數(shù)平均值最低，為0.755。在25個玉米自交系中，產(chǎn)量抗旱指數(shù)最高的是PHBIM，抗旱指數(shù)達1.366；其次是PH6JM，抗旱指數(shù)為1.343；產(chǎn)量抗旱指數(shù)最低的是昌7-2，抗旱指數(shù)為0.422。值得一提的是，同一親緣類型中，產(chǎn)量抗旱指數(shù)也存在很大差異，如瑞德親緣類型中產(chǎn)量抗旱指數(shù)幅度達0.688～1.343；黃改系類型的幅度達0.422～1.029，說明同一親緣類型中有的抗旱，有的不抗旱。

表3 不同水分條件對產(chǎn)量、抗旱系數(shù)及抗旱指數(shù)的影響

2.3 不同抗旱玉米自交系抗旱性鑒定評價

蘭巨生等[9-10]根據(jù)抗旱指數(shù)DI值將作物的抗旱類型劃分為3類，即DI≥1.10為強抗旱，0.90≤DI＜1.10為抗旱，0.70≤DI＜0.90為中間類型，DI＜0.70為不抗旱。根據(jù)株高脅迫指數(shù)也將作物的抗旱類型劃分為3類，即當株高脅迫指數(shù)PHSI≤10為抗旱，10

表4 不同玉米自交系的產(chǎn)量抗旱性指數(shù)鑒定評價結(jié)果

從表4可以看出，從產(chǎn)量抗旱指數(shù)來看，PHBIM，PH5AD，PH6AT，PH6JM，P3522，P319這6個玉米自交系屬強抗旱，占24%；PH4CV，PHPMO，PH6WC，798-1，M5972，87-1這6個玉米自交系屬抗旱，占24%。從株高脅迫指數(shù)來看，抗旱較好的有10個玉米自交系；而從產(chǎn)量抗旱指數(shù)來看，抗旱較好的玉米自交系有12個；株高脅迫指數(shù)≤10，且產(chǎn)量抗旱指數(shù)≥1.10的自交系有PH6JM，P3522，PH6AT，PHBIM和P319等5個。從抗旱指數(shù)和株高脅迫指數(shù)2個方面分析，有4個美系與1個P系屬強抗旱。

2.4 方差分析

對相關(guān)產(chǎn)量性狀（單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、株高、穗位高）進行方差分析（表5），結(jié)果表明，不同水分條件處理具有顯著差異。不同材料的單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、穗長、株高、穗位高等性狀均表現(xiàn)極顯著或顯著差異。通過對25份不同類型玉米自交系進行綜合產(chǎn)量性狀和株高性狀抗旱指數(shù)分析，選出抗旱性強的2個國外玉米自交系和1個國內(nèi)玉米自交系。

表5 在不同水分條件下各性狀的方差分析

3 結(jié)論與討論

通過田間干旱直接鑒定法，利用株高及產(chǎn)量抗旱指數(shù)綜合評價，選出5個強抗旱玉米自交系。3個株高及產(chǎn)量抗旱指數(shù)相一致且表現(xiàn)突出的有：蘭卡斯特類型中的PHBIM（株高脅迫指數(shù)8.87≤10，產(chǎn)量抗旱指數(shù)1.366≥1.10）；瑞德類型中的PH6JM（株高脅迫指數(shù)5.36≤10，產(chǎn)量抗旱指數(shù)1.343≥1.10）；P系類型中的P319（株高脅迫指數(shù)9.57≤10，產(chǎn)量指數(shù)1.121≥1.10）。通過田間進一步觀察，自交系PHBIM在干旱脅迫條件，葉片持綠性較好，生長清秀，果穗禿尖??；PH6JM是25個玉米自交系中抗旱指數(shù)最好的，其最大特點是高抗玉米莖腐病（青枯?。墒烊~片干枯掉落，莖稈仍有100%活稈，對于青枯病玉米育種及改良瑞德母本自交系是很好的抗旱種質(zhì)資源；P319在高溫干旱條件下，雄花分枝變化小，散粉正常，雌穗吐絲順暢，成熟時葉片也有較好的持綠性，由于其具有熱帶親緣，是改良抗旱抗葉部病害的優(yōu)良種質(zhì)資源。

抗旱性鑒定是玉米抗旱育種的基礎(chǔ)，是篩選抗旱種質(zhì)資源的基本方法。只有通過抗旱性鑒定才能弄清玉米不同自交系抗旱情況，在此基礎(chǔ)上才能正確地研制組配抗病育種的基礎(chǔ)材料，進而提高抗旱育種效率[11-14]。充分地利用國內(nèi)優(yōu)良骨干自交系以及美國先鋒、迪卡、先正達等（統(tǒng)稱美系）和德國的德美亞早熟系列、KWS3564等晚熟（簡稱德系）自交系進行抗旱研究，對拓寬我國玉米抗旱種質(zhì)的基礎(chǔ)具有重要意義。美系最大的特點是早熟、出籽率高、脫水快，是機收型改良的理想種質(zhì)；德系最大的特點是極抗青枯病，極抗倒伏，耐密植，籽粒脫水快，是改良我國青枯病、解決我國沿海地區(qū)玉米抗倒伏的理想種質(zhì)。也就是說，今后玉米抗旱育種必須與其他育種目標相結(jié)合，才能在玉米育種上取得事半功倍的效果，特別是應加強德系抗旱性的研究。

5個不同親緣類型中，每個親緣鑒定的數(shù)量少，代表性有限，故不能反映出每個親緣的抗旱性能。而且一個品種在特定地區(qū)的抗旱性是由自身的生理抗性和結(jié)構(gòu)特性以及生長發(fā)育過程的節(jié)奏、農(nóng)業(yè)氣候因素變化配合程度決定的。植物的抗旱性由多基因控制，也是多途徑的，而且抗旱的鑒定方法有很多種[15-20]。本試驗采用的干旱脅迫直接鑒定法優(yōu)點是對抗旱育種大規(guī)模應用有意義，但有受環(huán)境條件影響較大、重復性差的缺點。目前，許多育種單位進行抗旱育種時，只靠田間自然抗旱性鑒定，缺乏人工控制下的抗旱鑒定，并且玉米抗旱性鑒定標準不統(tǒng)一，今后需進一步提高抗旱性鑒定水平。

［1］李運朝，王元東，崔彥宏，等.玉米抗旱性鑒定研究進展[J].玉米科學，2004，12（1）：63-68.

［2］孫喜云，張艷，盧廣遠.玉米抗旱育種的研究進展[J].中國種業(yè)，2011（1）：16-17.

［3］段志龍，王長軍.作物抗旱性鑒定指標及方法[J].中國種業(yè)，2010（9）：19-22.

［4］齊華，張振平，孫世賢，等.玉米苗期抗旱形態(tài)鑒定指標研究[J].玉米科學，2008，16（3）：60-63.

［5］張衛(wèi)星，趙致，柏光曉，等.玉米不同抗旱雜交組合的抗旱性和豐產(chǎn)性研究[J].玉米科學，2006，14（1）：94-98.

［6］胡榮海.農(nóng)作物抗旱鑒定方法和指標[J].作物品種資源，1986（4）：36-39.

［7］趙欣欣，于運國，姜江，等.不同玉米雜交種抗旱性比較與評價[J].吉林農(nóng)業(yè)大學報，2003，25（1）：4-7.

［8］加耶，吳子愷.玉米幾個與產(chǎn)量和抗旱性有關(guān)性狀的遺傳研究[J].玉米科學，1998，6（1）：1-8.

［9］黎裕，王天寧，劉成，等.玉米抗旱品種的篩選指標研究[J].植物遺傳資源學報，2004，5（3）：210-215.

［10］蘭巨生，胡福順，張景瑞.作物抗旱指數(shù)的概念和統(tǒng)計方法[J].華北農(nóng)學報，1990，5（2）：20-25.

［11］黎裕.作物抗旱鑒定方法與指標[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1993，11（1）：91-99.

［12］霍仕平.玉米抗旱相關(guān)研究概述[J].國外農(nóng)學雜糧作物，1994（5）：20-22.

［13］黃鶯.雜交玉米品種抗旱性生理指標及綜合評價初探[J].種子，2001（1）：12-14.

［14］徐蕊，王啟柏，王濱，等.玉米抗旱性評價體系研究[J].玉米科學，2009，17（2）：102-107.

［15］張風路，孫國偉，郭江，等.常用玉米雜交種的耐旱性研究[J].玉米科學，2004，12（1）：16-17.

［16］席章營，謝傳曉，張世煌，等.玉米回交導入群體中耐旱種質(zhì)的鑒定研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2009，14（3）：27-37.

［17］李爭光，梁曉玲，阿布來提·阿布拉，等.回交導入后玉米農(nóng)藝性狀耐旱性改良效果的分析[J].石河子大學學報（自然科學版），2010，28（4）：409-413.

［18］張全石，徐世昌，宋風瑞，等.玉米抗旱基因型鑒定方法和指標的探討[J].玉米科學，1996，4（3）：19-22，26.

［19］高世斌，李晚愷，榮廷昭.玉米耐旱相關(guān)性狀的QTls研究[J].分子植物育種，2003，1（5/6）：701-706.

［20］董紅芬，李洪，霍成斌，等.玉米抗旱性狀與株型性狀的關(guān)聯(lián)度分析[J].玉米科學，2011，19（6）：87-90.

Study on Drought Resistance of Inbred Lines with Different Relationship in Maize

XUQingsong1，XUJinsong2
（1.Institute ofEdible Fungi，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Institute ofMaize，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Xinzhou 034000，China）

Through the normal water and drought stress field 2 kinds of water treatment,drought resistance identification of 25 inbred lines of maize inbred lines was carried out.The results show that in the maize five genetic types,the average value of drought resistance indexofrhett type plant height is the lowest,which is 8.04,the average value ofdrought resistance index ofyellowchange type plant height is the highest,which is 17.94.The average value of drought resistance index of lancaster type yield is the highest,which is 1.15,the average value of drought resistance index of brigade red bone type yield is the lowest,which is 0.755.In the 25 inbred lines, synthetic plant height and yield drought resistance index assessment,drought resistance of PH6JM,PHB1Mand P319 are better,which can be used as excellent drought resistance germplasmresources for use.

maize;inbred lines;drought resistance

S513

：A

：1002-2481（2017）06-0886-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.05

2017-01-18

徐青松（1975-），男，山西陽高人，副研究員，主要從事玉米遺傳育種研究與食用菌技術(shù)推廣工作。