不同基因型玉米品種對3個關鍵時期干旱脅迫的響應及抗旱性鑒定

徐田軍，呂天放，趙久然，王榮煥，陳傳永，劉月娥，張連平，葉翠玉，劉秀芝

（1北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京100097；2北京市種子管理站，北京100088）

不同基因型玉米品種對3個關鍵時期干旱脅迫的響應及抗旱性鑒定

徐田軍1，呂天放1，趙久然1，王榮煥1，陳傳永1，劉月娥1，張連平2，葉翠玉2，劉秀芝1

（1北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京100097；2北京市種子管理站，北京100088）

旨在研究玉米品種在不同生育時期抗旱性差異，以18個玉米品種為材料，設置拔節(jié)期(T1)、大喇叭口期(T2)、吐絲期(T3)干旱脅迫，以及正常灌溉(CK)4個處理，對試驗品種的抗旱性進行鑒定與評價。結(jié)果表明：干旱脅迫處理后各品種ASI值較對照不同程度延長1～6天?！┺r(nóng)科728’、‘京科968’等9個品種的ASI值延長較少，‘中單28’、‘浚單20’等品種的ASI值延長較大。干旱脅迫處理后，‘京科968’、‘京農(nóng)科728’等品種產(chǎn)量均相對較高；‘先玉335’、‘鄭單958’等品種中等；‘浚單20’、‘中單28’等品種相對較低。由此可見，‘京科968’、‘京農(nóng)科728’等為豐產(chǎn)性好、抗旱性強品種；‘鄭單958’、‘先玉335’等為豐產(chǎn)性和抗旱性中等品種；‘遼單565’和‘紀元1號’等為豐產(chǎn)性和抗旱性差品種；‘中單28’等為豐產(chǎn)性最差和干旱敏感型品種。

玉米；生育時期；干旱脅迫；抗旱性；鑒定

0 引言

玉米是目前中國種植面積最大、總產(chǎn)量最高的第一大作物[1]。干旱缺水是影響玉米產(chǎn)量的主要限制因素之一[2]。研究干旱脅迫對玉米生長發(fā)育的影響并篩選抗旱玉米品種，對指導玉米生產(chǎn)品種科學布局和實現(xiàn)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、確保國家糧食安全具有十分重要的意義。

玉米全生育期需水大且關鍵生育時期對水分較為敏感，不同時期、不同程度干旱脅迫均可對產(chǎn)量造成不同程度的影響[3]。產(chǎn)量降低是由于單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及粒重間的不平衡所致。拔節(jié)期干旱脅迫對玉米產(chǎn)量影響較小[4]，玉米大喇叭口期是玉米快速生長時期，對水分需求量較大，此時遭遇干旱脅迫會使玉米營養(yǎng)生長受阻、水分和養(yǎng)分供應不足，導致玉米生長發(fā)育延遲[5]；開花期遇旱對玉米產(chǎn)量影響最大，導致散粉吐絲期間隔增大，花粉活力降低，導致籽粒敗育，產(chǎn)量幅度最大。灌漿期干旱則導致玉米葉片早衰，光合能力下降，導致減產(chǎn)。干旱脅迫對玉米產(chǎn)量的影響在玉米品種、干旱發(fā)生時期、干旱脅迫程度以及干旱持續(xù)時間差異較大[6-8]。玉米營養(yǎng)生長期間水分脅迫對玉米產(chǎn)量影響不大，但生殖生長中任何一個敏感時期遭遇干旱均會導致產(chǎn)量降低。玉米整個生育內(nèi)對水分最敏感的時期集中在吐絲以及吐絲后2周內(nèi)，期間干旱脅迫使產(chǎn)量損失達66%～93%，且干旱脅迫程度越大、持續(xù)時間越長，產(chǎn)量降低幅度就越大[5]。

前人針對不同階段干旱脅迫對玉米產(chǎn)量的影響做了大量研究，但對中國玉米生產(chǎn)主推品種的抗旱性鑒定與評價研究相對較少。本試驗以‘京科968’等18個玉米生產(chǎn)主推品種為試驗材料，設置分別在拔節(jié)期(T1)、大喇叭口期(T2)、吐絲期(T3)3個關鍵生育時期進行干旱脅迫，以及在3個時期均進行灌溉為對照(CK)共計4個處理，對試驗品種的抗旱性進行鑒定與評價。

1 試驗條件

1.1 試驗材料

試驗品種為18個玉米生產(chǎn)主推品種。其中，春播品種和夏播品種各9個（表1）。

表1 參試品種

1.2 試驗處理

玉米品種抗旱鑒定試驗在新疆自治區(qū)烏魯木齊市新疆農(nóng)業(yè)科學院實驗基地開展。設置干旱脅迫和正常灌溉(CK)共2種水分處理。其中，3個關鍵生育時期干旱脅迫處理（3個），分別是拔節(jié)期(T1)、大喇叭口期(T2)和吐絲期(T3)進行停水，其他生育時期則正常灌水，以3個時期均進行灌溉為對照(CK)。具體灌水量如表2所示。隨機區(qū)組設計，采用壟作大小行種植，窄行行距50 cm、寬行行距60 cm，灌溉方式為滴灌。4行區(qū)，行長5 m，3次重復，留苗密度為75000株/hm2。其他管理同當?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測定項目

生育期：播種期、出苗期、拔節(jié)期（6葉展）、大喇叭口期（13葉展）、抽雄期、開花期、吐絲期、成熟期

ASI：開花期與吐絲期的間隔天數(shù)。

表2 不同生育時期干旱脅迫處理的灌水量mm

果穗及產(chǎn)量性狀：取中間2行考種并測產(chǎn)

耐旱指數(shù)[9]的計算見公式(1)。

Yd：干旱脅迫條件下的產(chǎn)量；Yw：正常灌水條件下的產(chǎn)量；Ymd：供試品種干旱脅迫條件下的平均產(chǎn)量；Ymw：供試品種正常灌水條件下的平均產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理與作圖、SPSS 19.0進行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 ASI值

ASI指的是玉米開花期與吐絲期的間隔天數(shù)，其大小是衡量玉米品種抗旱性的重要指標之一。從表3可知，參試品種間的ASI值各異，干旱脅迫后參試品種ASI值較對照處理均有不同程度延長，變幅介于1～6天。其中，‘京農(nóng)科728’、‘京科968’、‘京科665’、‘農(nóng)華101’、‘京科528’、‘京單68’、‘京單58’、‘京單28’和‘京單38’的ASI值延長較少，變幅為1～2天；‘鄭單 958’、‘先玉335’、‘聯(lián)科96’、‘農(nóng)大108’、‘紀元1號’和‘旺禾8號’的ASI值延長中等，變幅為3～4天；‘中單28’、‘遼單565’和‘浚單20’的ASI值延長較大，為5～6天。

2.2 產(chǎn)量和耐旱指數(shù)

在不同水分處理下，參試品種的產(chǎn)量和耐旱指數(shù)表現(xiàn)各異（表4）。其中，參試品種產(chǎn)量表現(xiàn)為對照處理最高，拔節(jié)期干旱脅迫處理次之，吐絲期干旱脅迫處理最低?！┛?968’、‘京科 665’、‘農(nóng)華 101’和‘京科528’等品種在3個干旱脅迫下產(chǎn)量水平相對較高，介于為9883.5～104055.0 kg/hm2；耐旱指數(shù)較高，介于為1.2～1.3?！﹩?38’、‘旺禾 8 號’、‘京農(nóng)科 728’、‘先玉335’、‘鄭單 958’、‘聯(lián)科 96’、‘京單 58’、‘京單 28’和‘京單68’等品種在3個干旱脅迫下產(chǎn)量水平高，介于為 9052.5～9651.0 kg/hm2；耐旱指數(shù)高，介于為 1.0～1.1?！r(nóng)大108’‘、遼單565’、‘紀元1號’等品種在干旱脅迫下產(chǎn)量水平中等，變幅為7728.0～8566.5 kg/hm2；耐旱指數(shù)介于為0.8～0.9。‘浚單20’、‘中單28’等品種在干旱脅迫下產(chǎn)量水平較低，變幅為5428.5～6078.5 kg/hm2；耐旱指數(shù)低，介于為0.5～0.6。

2.3 穗粒數(shù)和百粒重

在不同水分處理下，參試品種的穗粒數(shù)和百粒重表現(xiàn)各異（表5）。在3個干旱脅迫下，不同品種間的穗粒數(shù)和百粒重表現(xiàn)為‘京科 968’、‘京科 665’、‘京農(nóng)科 728’、‘農(nóng)華 101’、‘京單 38’、‘京科 528’、‘旺禾8號’、‘京單68’、‘聯(lián)科96’、‘京單58’和‘京單28’較高，‘先玉335’、‘鄭單 958’、‘農(nóng)大108’、‘遼單 565’和‘紀元1號’中等，‘浚單20’和‘中單28’較低。不同干旱脅迫處理下，參試品種的穗粒數(shù)表現(xiàn)為對照（519粒）＞拔節(jié)期干旱脅迫處理（493粒）＞大喇叭口期干旱脅迫處理（473粒）＞吐絲期干旱脅迫處理（427粒）；百粒重表現(xiàn)為對照(31.4 g)＞拔節(jié)期干旱脅迫處理(29.8 g)＞大喇叭口期干旱脅迫(28.7 g)＞吐絲期干旱脅迫處理(26.7 g)。

表3 不同生育時期干旱脅迫處理條件下各參試玉米品種的ASI值

表4 不同時期干旱脅迫處理各品種的產(chǎn)量和耐旱指數(shù)變化

表5 不同干旱脅迫處理各品種的穗粒數(shù)和百粒重

2.4 相關性分析

相關分析（表6）表明，產(chǎn)量與耐旱指數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重呈極顯著正相關；而與ASI值呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.69**。

2.5 抗旱性分類

對參試玉米品種在不同干旱脅迫條件下的產(chǎn)量及耐旱指數(shù)進行系統(tǒng)聚類分析（圖1）。當閾值等于5時，可將春播玉米品種分為4類：‘京科968’、‘京科665’和‘農(nóng)華101’為豐產(chǎn)性好、抗旱品性強品種，‘鄭單958’、‘聯(lián)科96’和‘先玉335’為豐產(chǎn)性和抗旱性中等品種；‘農(nóng)大108’和‘遼單565’為豐產(chǎn)性和抗旱性差品種；‘中單28’為豐產(chǎn)性差和干旱敏感型品種；可將夏播玉米品種分為4類，‘京農(nóng)科728’、‘京科528’、‘旺禾8號’、‘京單38’和‘京單68’為豐產(chǎn)性好、抗旱品性強品種，‘京單58’和‘京單28’為豐產(chǎn)性和抗旱性中等品種，‘紀元1號’為豐產(chǎn)性和抗旱性差品種，‘浚單20’為豐產(chǎn)性差和干旱敏感型品種。

3 討論與結(jié)論

采用抗旱節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)良品種是當前國內(nèi)外農(nóng)業(yè)節(jié)水的主要措施，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術發(fā)展的主要趨勢和方向。國內(nèi)外學者在干旱脅迫對玉米產(chǎn)量[10-12]、形態(tài)指標[13-15]、生理生化指標[16-17]、遺傳[18-19]等影響方面做了大量研究并取得較大進展。不同玉米品種的抗旱性差異很大，選育高產(chǎn)抗旱型玉米品種，挖掘玉米本身的節(jié)水潛力，可實現(xiàn)節(jié)省水資源和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標。篩選抗旱玉米品種已成為玉米生產(chǎn)的迫切要求。黎裕等[9]和張振平等[17]研究發(fā)現(xiàn)耐旱指數(shù)和ASI值是玉米抗旱雜交種篩選的良好指標。本試驗研究表明，參試品種間ASI值各異，干旱脅迫后參試品種ASI值較對照均有不同程度延長，介于1～6天，這與邱新強[5]等研究結(jié)果一致。

表6 參試品種產(chǎn)量與各性狀指標間的相關性

圖1 春播和夏播玉米品種產(chǎn)量及耐旱指數(shù)的聚類分析

抗旱系數(shù)（旱地產(chǎn)量/水地產(chǎn)量）曾被許多學者用于比較不同品種對旱災的耐受性，但該指標只能說明作物品種的穩(wěn)產(chǎn)性，而不能綜合表現(xiàn)高產(chǎn)性或者高產(chǎn)的潛力，很難為研究者提供選擇高產(chǎn)抗旱品種的依據(jù)。很多研究者總是習慣采用簡單比較的研究方法來評價各品種對抗旱的差異。近年來，多數(shù)學者用耐旱指數(shù)來研究作物的抗旱差異，取得了很好的效果，并取得了廣泛共識[20-22]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同干旱脅迫條件下參試玉米品種的抗旱豐產(chǎn)類型表現(xiàn)出一致性。耐旱指數(shù)可反映作物對干旱脅迫的敏感程度，作物耐旱指數(shù)高，耐旱性強，穩(wěn)產(chǎn)性好，這與任楊柳[23]、韓登旭[24]研究結(jié)果一致。本研究表明，‘京科 968’、‘京科 665’、‘農(nóng)華 101’、‘京農(nóng)科728’、‘京科 528’、‘旺禾8號’、‘京單38’和‘京單68’等在3個干旱脅迫下產(chǎn)量水平和耐旱指數(shù)較高，主要表現(xiàn)為ASI值相對較小，穗粒數(shù)多且粒重高；‘鄭單 958’、‘聯(lián)科 96’、‘先玉 335’、‘京單 58’和‘京單28’等在干旱脅迫下產(chǎn)量水平和耐旱指數(shù)中等；‘農(nóng)大108’、‘遼單565’和‘紀元1號’在干旱脅迫下產(chǎn)量水平和耐旱指數(shù)低；‘浚單20’、‘中單28’在干旱脅迫下豐產(chǎn)性差，為干旱敏感型品種，主要表現(xiàn)在ASI值相對較大，穗粒數(shù)少，結(jié)實性差且粒重低。

對參試玉米品種在不同干旱脅迫條件下的產(chǎn)量及耐旱指數(shù)進行系統(tǒng)聚類分析可將春播玉米品種分為4類：‘京科968’、‘京科665’和‘農(nóng)華101’為豐產(chǎn)性好、抗旱品性強品種，‘鄭單 958’、‘聯(lián)科 96’和‘先玉335’為豐產(chǎn)性和抗旱性中等品種；‘農(nóng)大108’和‘遼單565’為豐產(chǎn)性和抗旱性差品種；‘中單28’為豐產(chǎn)性差和干旱敏感型品種；可將夏播玉米品種分為4類，‘京農(nóng)科728’、‘京科 528’、‘旺禾8 號’、‘京單38’和‘京單68’為豐產(chǎn)性好、抗旱品性強品種，‘京單58’和‘京單28’為豐產(chǎn)性和抗旱性中等品種，‘紀元1號’為豐產(chǎn)性和抗旱性差品種，‘浚單20’為豐產(chǎn)性差和干旱敏感型品種。

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Response of Maize Varieties with Different Genotypes to Drought Stress at Three Critical Stages and Drought-resistant Identification

Xu Tianjun1,Lv Tianfang1,Zhao Jiuran1,Wang Ronghuan1,Chen Chuanyong1,Liu Yue'e1,Zhang Lianping2,Ye Cuiyu2,Liu Xiuzhi1
(1Maize Research Center,Beijing Academy of Agriculture&Forestry Sciences,Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding,Beijing 100097,China;2Beijing Seed Management Station,Beijing 100088,China)

The objective is to investigate drought-resistant differences of maize varieties at different growth stages.Eighteen maize varieties were used as materials.Four treatments were set including drought stress at three key growing stages,jointing stage(T1),booting stage(T2),silking stage(T3)and the normal irrigating treatments(CK).The drought resistance was identified and evaluated.The results showed that theASIof the tested varieties extended 1-6 d in various degrees compared with the control.TheASIof nine varieties prolonged slightly,such as‘Jingnongke728’and‘Jingke968’;that of‘Zhongdan28’and‘Xundan20’were relatively long.After the drought stress,the yield of‘Jingke968’and‘Jingnongke728’were relatively high;that of‘Xianyu335’and‘Zhengdan958’were medium;and that of‘Xundan20’and‘Zhongdan28’were relatively low.It is concluded that the yield level and drought resistance of‘Jingke968’and‘Jingnongke728’are the highest;those of‘Zhengdan958’and‘Xianyu335’were medium;‘Liaodan565’and‘Jiyuan1’had poor drought resistance and yield.‘Zhongdan28’was the worst productive and drought sensitive variety.

Maize;Growing Stage;Drought Stress;Drought Resistance;Identification

S-3

A論文編號：cjas17070022

國家重點研發(fā)計劃項目“黃淮北部夏玉米產(chǎn)量與效率層次差異形成機制與豐產(chǎn)增效途徑”(2016YFD0300106)；北京市科技計劃課題“抗旱作物品種鑒定與制種技術研究及節(jié)水良繁科技示范”(Z151100001015014)；北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項目“耐旱玉米新品種鑒定篩選及示范”(2014000020060G177)；國家玉米產(chǎn)業(yè)技術體系“玉米遺傳育種崗位科學家”(CARS-02-18)；北京市農(nóng)林科學院院級科技創(chuàng)新團隊建設項目(JNKYT201603)。

徐田軍，男，1982年出生，山東臨沂人，研究實習員，碩士，主要從事玉米高產(chǎn)栽培與生理生態(tài)研究。通信地址：100097北京市海淀區(qū)曙光花園中路9號北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心，Tel：010-51502461，E-mail：xtjxtjbb@163.com。

趙久然，男，1962年出生，北京平谷人，研究員，博士，主要從事玉米遺傳育種與高產(chǎn)栽培研究。通信地址：100097北京市海淀區(qū)曙光花園中路9號北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心，Tel：010-51503936，E-mail：maizezhao@126.com；王榮煥，女，1980年出生，河北衡水人，副研究員，博士，主要從事玉米高產(chǎn)栽培與生理生態(tài)研究。通信地址：100097北京市海淀區(qū)曙光花園中路9號北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心，Tel：010-51503703，E-mail：ronghuanwang@126.com。

2017-07-21，

2017-09-05。