80份玉米材料耐旱研究初報(bào)

賀正華 張士龍 黃益勤

（1湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所 湖北 武漢 430064；2長江大學(xué) “主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心” 湖北 荊州 434025；3糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢 430064）

80份玉米材料耐旱研究初報(bào)

賀正華1，3張士龍1，3黃益勤1，2

（1湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所 湖北 武漢 430064；2長江大學(xué) “主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心” 湖北 荊州 434025；3糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢 430064）

通過把國內(nèi)外搜集的80份玉米材料，種植在防雨大棚中，在喇叭口期開始自然干旱處理，使玉米材料在花期遭受極端干旱脅迫，調(diào)查植株在正常供水和干旱脅迫下的散粉吐絲習(xí)性、植株葉色、結(jié)實(shí)性等，篩選鑒定這80份玉米材料的耐旱性，為玉米耐旱品種選育及種質(zhì)材料創(chuàng)新提供參考。

玉米；耐旱；散粉；吐絲；結(jié)實(shí)

玉米已經(jīng)發(fā)展成為我國第一大糧食作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及國民經(jīng)濟(jì)增長中占據(jù)重要的一席。隨著人民生活水平的提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)肉類蛋白的需要越來越旺盛，促使畜牧業(yè)不斷發(fā)展，隨著飼料需求的增加，從而對(duì)玉米的需求量也會(huì)不斷增加。然而，玉米生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境要求較高，特別是對(duì)水分的需求量較大，玉米花期需水特別旺盛，此階段若供水不足，灌漿會(huì)受阻，將會(huì)嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量，甚至造成絕收。我國是水資源缺乏國家，有超過一半的土地在干旱或半干旱地區(qū)，因干旱而受到影響的耕作土地占玉米總耕種面積的60%以上。干旱嚴(yán)重影響了玉米的生產(chǎn)，每年因?yàn)楦珊祿p失玉米150億kg以上[1]。為解決這一問題，育種專家希望通過改良品種來增強(qiáng)玉米的耐旱性，而耐旱種質(zhì)的缺乏制約了育種進(jìn)展。本研究從國內(nèi)外收集80份玉米材料，在玉米需水最關(guān)鍵的開花期來進(jìn)行干旱處理，鑒定這批材料的耐旱性，篩選耐旱性強(qiáng)的種質(zhì)材料，為耐旱育種提供種質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 材料編號(hào)及來源

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料。

從國內(nèi)外收集80份玉米自交系材料，這些材料來自溫帶、亞熱帶和熱帶等地。具體編號(hào)及名稱見表1。

1.2 試驗(yàn)方法。

玉米種植于溫室大棚，便于人工控水。采用育苗移栽的方式，將玉米種子單粒播種在穴盤上，待長至3葉期時(shí)，選取長勢(shì)一致的幼苗移栽。小區(qū)行長2.0 m，行距0.65 m，株距0.25 m，單行區(qū)。對(duì)照和處理各設(shè)置2個(gè)重復(fù)。對(duì)照正常供水處理，保證玉米全生育期水分充足；干旱處理在生長前期與對(duì)照正常供水的管理完全相同，待玉米長到喇叭口期時(shí)，開始灌透水，保證所有玉米材料供水一致，后期自然干旱30 d直到玉米抽雄。

1.3 土壤含水量測(cè)定。

在玉米花期時(shí)，取正常供水區(qū)和干旱處理區(qū)10 cm耕層的土壤測(cè)定含水量，每8個(gè)材料測(cè)一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)重復(fù)測(cè)10個(gè)點(diǎn)。

1.4 調(diào)查指標(biāo)。

極端干旱脅迫下，在花期調(diào)查玉米散粉、吐絲習(xí)性，抽雄30 d后調(diào)查植株葉色，抽雄40 d后調(diào)查植株空稈率、結(jié)實(shí)性等。

2 結(jié)果與分析

在玉米花期測(cè)定土壤含水量，對(duì)照每個(gè)重復(fù)土壤含水量在25%～30%，完全能滿足玉米對(duì)水分的需求。對(duì)照的2個(gè)重復(fù)中，玉米生長正常，均能正常散粉吐絲，葉色正常，抽雄45 d后調(diào)查果穗，結(jié)實(shí)飽滿。說明在防雨大棚內(nèi)玉米能正常生長。干旱處理區(qū)土壤含水量測(cè)定，每個(gè)重復(fù)10個(gè)點(diǎn)的含水量在9%～11%，此時(shí)土壤含水量已經(jīng)很低，表明玉米受到重度干旱脅迫，干旱處理很成功。

2.1 干旱對(duì)散粉吐絲習(xí)性的影響。

從表2可以看出，干旱影響玉米抽雄散粉，80份玉米材料中，全部都能正常抽雄，但雄花較小，分支不多，有42份材料可見散粉，38份材料無法散粉。干旱對(duì)玉米吐絲影響更加嚴(yán)重，對(duì)80份玉米材料調(diào)查吐絲性狀，只有21份材料吐絲超過2 cm，而26份材料長有雌穗，但沒花絲吐出，還有35份材料受干旱影響最為嚴(yán)重，植株上沒有分蘗出雌穗，調(diào)查表現(xiàn)為空稈。

表2 80份材料性狀調(diào)查

2.2 干旱對(duì)植株葉色的影響。

干旱能影響植物正常生長，玉米受到干旱脅迫時(shí)，植株生長受抑制，葉片發(fā)生萎蔫，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生枯黃。在玉米抽雄30 d時(shí)調(diào)查整株葉色，從表2調(diào)查葉色數(shù)據(jù)可以看出，80份玉米材料中，有52份玉米植株葉色萎蔫嚴(yán)重，葉色已經(jīng)變黃，還有28份玉米材料受影響要小，植株依然顯綠?？梢?，在干旱脅迫下，材料間葉色差異很大。

2.3 干旱對(duì)玉米結(jié)實(shí)的影響。

為調(diào)查極端干旱脅迫下玉米的結(jié)實(shí)情況，本研究在玉米喇叭口期就開始停止水分供應(yīng)，到玉米花期時(shí)，土壤含水量只有10%左右，說明玉米遭受了很嚴(yán)重的干旱脅迫。即使如此惡劣的條件下，依然有玉米能開花結(jié)實(shí)。從表2對(duì)結(jié)實(shí)性的調(diào)查可以看出，在抽雄40 d后對(duì)80份玉米材料結(jié)實(shí)性進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有7份材料果穗結(jié)有籽粒，其中，3份材料結(jié)實(shí)很好。而其他73份材料無法正常結(jié)實(shí)。

3 討論與結(jié)論

3.1 玉米耐旱鑒定方法選定。

玉米種質(zhì)(親本)材料的耐旱性鑒定是耐旱品種選育的關(guān)鍵，栽培玉米是喜水作物，整個(gè)生育期都離不開水分供應(yīng)。在玉米的不同時(shí)期，包括芽期、苗期、喇叭口期、灌漿期等，都可以設(shè)置受旱時(shí)期，進(jìn)行耐旱鑒定[2]。篩選鑒定耐旱材料的方法也有很多種，如PEG干旱模擬試驗(yàn)、遮雨棚干旱控水試驗(yàn)、田間自然少雨條件試驗(yàn)[3]。本研究從生產(chǎn)實(shí)際和應(yīng)用出發(fā)，在玉米對(duì)水分需求最為敏感的花期進(jìn)行干旱脅迫，在防雨大棚環(huán)境中，及早斷水，使玉米材料在花期處于極端干旱條件下，來篩選耐旱性強(qiáng)的玉米材料。在玉米抽雄時(shí)調(diào)查土壤含水量，只有10%左右，說明玉米遭受了極端干旱脅迫，在此條件下，調(diào)查散粉吐絲習(xí)性、植株葉色、結(jié)實(shí)性等性狀，發(fā)現(xiàn)材料間差異很大，說明干旱處理很成功。

3.2 干旱對(duì)玉米生長的影響。

干旱會(huì)影響植株生長發(fā)育，玉米在花期受干旱影響最為敏感[4]。為篩選耐極端干旱脅迫的玉米材料，本試驗(yàn)設(shè)置在溫室大棚內(nèi)，在玉米喇叭口期開始做斷水處理，后期嚴(yán)格控水，在玉米抽雄期土壤含水量只有10%左右，已經(jīng)對(duì)玉米造成極端干旱脅迫。在此條件下，全部玉米材料都能抽雄，過半能夠散粉，21份材料能夠吐絲，說明吐絲比抽雄對(duì)干旱脅迫更為敏感，受干旱影響更大。而近一半的材料為空稈，沒有長出雌穗，可見極端干旱脅迫下，玉米雌穗發(fā)育受抑制明顯。

3.3 80份玉米材料耐旱性鑒定。

在極端干旱脅迫條件下，對(duì)來自于國內(nèi)外的80份玉米材料進(jìn)行耐旱鑒定，從結(jié)實(shí)性來看，有7份材料能結(jié)實(shí)，考慮其他性狀，有1份材料W38，雖然吐絲結(jié)實(shí)，但卻因干旱導(dǎo)致花粉敗育而不能散粉，受雄花干旱影響很大。因此，綜合考慮調(diào)查性狀，CIMBL47、K10、975-12、CIMBL92、GEMS41、CIMBL17這6份玉米材料鑒定為耐旱，其中CIMBL92、GEMS41、CIMBL17這 3個(gè)材料不但能正常抽雄散粉吐絲，最終收獲種子，而且后期保綠性好，結(jié)實(shí)較為飽滿，其生長受干旱影響最小，表現(xiàn)最為耐旱，這3個(gè)材料可作為玉米耐旱種質(zhì)資源，為玉米品種耐旱改良提供材料基礎(chǔ)。其他材料中，近一半的玉米植株表現(xiàn)空稈，受干旱脅迫嚴(yán)重，沒有雌穗長出，其中 TIE7922、GEMS16、ZONG31等14個(gè)材料受干旱脅迫最為嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為空稈，雄花敗育，葉片枯黃?？梢?，這些材料對(duì)干旱也最為敏感。把鑒定的干旱敏感材料和耐旱材料相互雜交，構(gòu)建連鎖分離群體，可進(jìn)一步進(jìn)行耐旱基因克隆和功能研究。在本研究中，一些對(duì)水分敏感或十分耐旱的自交系容易得到表現(xiàn)，而不易區(qū)分耐旱性差異較小的自交系，因此，今后還需對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行多次的重復(fù)鑒定，以更好地區(qū)分各自交系的耐旱性差異。

[1]王曉琴，袁繼超.玉米抗旱性研究的現(xiàn)狀及展望[J].玉米科學(xué)， 2002， 10(1)： 57～60.

[2]陳勛基，阿不來提，鄭軍，等.玉米不同自交系抗旱性綜合評(píng)價(jià)研究 [J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45(2)： 317， 322.

[3]張寶石，徐世呂，宋鳳斌，等.玉米抗旱基因型鑒定方法和指標(biāo)的探討 [J].玉米科學(xué)，1996，4(3)：19～22.

[4]黎裕，王天宇，劉成，等.玉米抗旱品種的篩選指標(biāo)研究 [J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2004，5(3)：210～215.

湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心項(xiàng)目，長江大學(xué) “主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心”項(xiàng)目。