12個(gè)玉米雜交種及其親本抗旱性鑒定

王紹新， 許 洛， 曹志艷， 馮健英

(1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北石家莊 050041； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北保定 071000)

通信作者：馮健英，碩士，研究員，主要從事玉米育種研究。E-mail：sjzfjy@163.com。

我國(guó)是水資源貧乏的國(guó)家，而且近年來(lái)極端氣候頻現(xiàn)，干旱成為威脅農(nóng)業(yè)的重要因素，所以研究抗旱農(nóng)業(yè)對(duì)保障我國(guó)的糧食生產(chǎn)安全至關(guān)重要[1]。玉米生產(chǎn)中期常因伏旱、夾秋旱或持續(xù)干旱高溫引起玉米開(kāi)花抽絲受阻、結(jié)實(shí)不佳，從而造成減產(chǎn)甚至絕收。解決玉米干旱問(wèn)題的方法除保證水分供應(yīng)、改善水利設(shè)施條件外，篩選抗旱性強(qiáng)的玉米品種也是一條主要途徑[2-3]。玉米抗旱性的鑒定主要包括鑒定方法、鑒定指標(biāo)、量化分析3個(gè)方面。許多學(xué)者圍繞玉米抗旱性研究開(kāi)展了大量工作，取得了一定的研究進(jìn)展[4-7]。目前，玉米抗旱性的鑒定方法主要有田間直接鑒定法、抗旱池法、盆栽法、實(shí)驗(yàn)室模擬法等；鑒定篩選指標(biāo)主要有發(fā)育指標(biāo)、外在性狀指標(biāo)、生理生化指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)等；抗旱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大體可分為綜合評(píng)價(jià)和直接評(píng)價(jià)兩類(lèi)；綜合評(píng)價(jià)法有抗旱性隸屬函數(shù)法、五級(jí)評(píng)分法、抗旱總級(jí)值法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等；以產(chǎn)量指標(biāo)為主的直接評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有抗旱系數(shù)、敏感指數(shù)、抗旱指數(shù)、干旱傷害指數(shù)等[8-13]。本試驗(yàn)借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)品種采用直觀(guān)有效的抗旱系數(shù)法進(jìn)行品種抗旱性評(píng)價(jià)，對(duì)親本自交系進(jìn)行了抗旱相關(guān)的生理生化指標(biāo)測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料選自近年來(lái)河北夏播區(qū)的主推品種，還包括河北省和國(guó)家黃淮海主推和新審定的玉米品種，由河北省趙縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供，詳情見(jiàn)表1。

雜交種親本材料由石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院玉米研究所種質(zhì)資源庫(kù)提供，詳情見(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料種植 所有材料種植在石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院玉米研究所干旱模擬棚內(nèi)。分別設(shè)水、旱2種處理，2次重復(fù)。水處理充分灌溉，在播種后、苗期、大喇叭口期和灌漿期透墑灌溉；干旱處理采用全生育期干旱脅迫，透墑播種后不再澆水，派專(zhuān)人負(fù)責(zé)抗旱棚的關(guān)閉。雜交種5行區(qū)種植，自交系1行區(qū)種植；行長(zhǎng)2.95 m，行距0.50 m，株距0.27 m，種植密度為67 500株/hm2。

1.2.2 雜交種產(chǎn)量和水分利用率的測(cè)定及抗旱性分析方法 成熟后收獲全區(qū)，曬干、測(cè)水。產(chǎn)量=[干質(zhì)量×(1-籽粒含水率)]/(1-14%)。烘干法測(cè)定播種前和收獲后0～140 cm 土層的土壤含水量。土壤水分利用率=籽粒產(chǎn)量/耗水量。參照蘭巨生等的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14]對(duì)12個(gè)品種進(jìn)行抗旱性鑒定。數(shù)據(jù)分析應(yīng)用 SAS 9.4軟件，多重比較分析采用Duncan’s法。

1.2.3 親本自交系抗旱指標(biāo)的測(cè)定及抗旱性分析方法 自交系葉片丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法[15]；自交系葉片可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[16]；自交系葉片脯氨酸含量的測(cè)定采用酸性茚三酮法[17]；自交系葉片葉綠素含量的測(cè)定采用丙酮浸提法[18]?？购敌灾笜?biāo)隸屬度計(jì)算采用張倩等的方法[19]。自交系的聚類(lèi)分析應(yīng)用IBM SPSS Statistics 19 軟件，聚類(lèi)采用Ward法。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交種抗旱性分析

2.1.1 雜交種抗旱指數(shù)的分析 從表3可以看出，肅玉1號(hào)、石玉9號(hào)和京單58抗旱指數(shù)分別為0.87、0.83、0.81，抗旱級(jí)別為中等；鄭單958、金海5號(hào)、浚單20、偉科702抗旱指數(shù)分別為0.75、0.74、0.71、0.66，抗旱級(jí)別為弱；中科11號(hào)、石玉10號(hào)、蠡玉16號(hào)、登海605、中單909抗旱指數(shù)小于0.6，抗旱級(jí)別為極弱，其中蠡玉16號(hào)、登海605和中單909抗旱性最差。篩選的12個(gè)品種其中3個(gè)為中抗品種，4個(gè)為弱抗品種，5個(gè)品種抗旱性差，沒(méi)有篩選出抗旱指數(shù)大于1的強(qiáng)和極強(qiáng)抗旱品種。所以河北地區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)抗旱品種的選育和引進(jìn)篩選工作， 為有可能出現(xiàn)的極端干旱氣候儲(chǔ)備抗旱玉米品種，保障玉米生產(chǎn)安全。從表3中的籽粒產(chǎn)量可以看出，蠡玉16號(hào)、登海605等品種在正常灌溉下(CK)產(chǎn)量雖然很高，但它的抗旱性并不強(qiáng)，而肅玉1號(hào)、石玉9號(hào)等品種產(chǎn)量在正常灌溉下(CK)雖一般，但干旱脅迫下產(chǎn)量較高，可見(jiàn)高產(chǎn)的品種不一定抗旱，抗旱的品種在干旱情況下都高產(chǎn)。

表1 品種材料

表2 親本材料

注：親本血緣為自交系主要遺傳背景。

2.1.2 雜交種水分利用率 在干旱脅迫下的各品種的水分利用率[kg/(hm2·mm)]見(jiàn)圖1，肅玉1號(hào)、石玉9號(hào)、京單58水分利用率最高，分別為33.245、32.782、29.542 kg/(hm2·mm)；蠡玉16號(hào)、登海605、中單909水分利用率最低，分別為22.569、22.158、20.267 kg/(hm2·mm)；其他品種居中。通過(guò)分析，P=0.0445<0.05， 差異達(dá)到顯著水平，對(duì) 12 個(gè)玉米品種間水分利用率進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明水分利用率最高的肅玉1號(hào)與其他8個(gè)品種達(dá)到顯著水平，最低的中單909抗旱指數(shù)≤0.60為極弱(HS)；0.61～0.80為弱(S)；0.81～1.00為中等(MR) ；1.01～1.19 為強(qiáng)(R)；≥1.20為極強(qiáng)(HR)。

表3 雜交種的抗旱指數(shù)

與其他10個(gè)品種達(dá)到顯著水平。結(jié)合雜交種抗旱指數(shù)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，品種間的水分利用率的趨勢(shì)和它們的抗旱性一致，水分利用率可能是玉米品種抗旱性的關(guān)鍵因素。因此，品種篩選過(guò)程中，應(yīng)盡可能選擇水分利用率高的品種作為抗旱品種。

2.2 親本自交系抗旱性分析

2.2.1 干旱脅迫下親本自交系抗旱指標(biāo)的分析 對(duì)12個(gè)品種的24個(gè)親本自交系進(jìn)行干旱脅迫下的產(chǎn)量、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和葉綠素含量等抗旱指標(biāo)測(cè)定，然后計(jì)算各指標(biāo)的隸屬度，求出均值。從表4可以看出，SN0702(0.68)、海55(0.65)和CH3(0.61)平均隸屬度最高，抗旱達(dá)Ⅱ級(jí)水平，為強(qiáng)抗自交系；平均隸屬度在0.4～0.59之間的有9個(gè)自交系，抗旱達(dá)Ⅲ級(jí)水平，為中抗自交系；平均隸屬度在0.3～0.39之間的有4個(gè)自交系，抗旱為Ⅳ級(jí)水平，自交系為弱抗；平均隸屬度小于0.3的有8個(gè)自交系，抗旱為Ⅴ級(jí)水平，自交系抗旱性差?？购敌宰顝?qiáng)的自交系SN0702、海55和CH3分別為抗旱性最強(qiáng)的肅玉1號(hào)、石玉9號(hào)和京單58的親本；抗旱性最弱的自交系DH382、CT201和L9801分別為抗旱性較弱的登海605、中科11號(hào)和石玉10號(hào)的親本。由此可見(jiàn)，親本的抗旱性與其對(duì)應(yīng)的雜交種的抗旱性存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，親本抗旱性強(qiáng)則對(duì)應(yīng)的雜交種抗旱性強(qiáng)，反之亦然。在玉米新品種選育過(guò)程中，應(yīng)注意抗旱自交系的選育，有了抗旱的自交系才有可能選育好的抗旱品種。

表4 親本自交系的抗旱隸屬度

注：平均隸屬度<0.3為不抗，定為Ⅴ級(jí)；0.3≤平均隸屬度<0.4為弱抗，定為Ⅳ級(jí)；0.4≤平均隸屬度<0.6為中抗，定為Ⅲ級(jí)；0.6≤平均隸屬度<0.7為強(qiáng)抗，定為Ⅱ級(jí)；平均隸屬度≥0.7為極強(qiáng)抗，定為Ⅰ級(jí)。

2.2.2 親本自交系抗旱指標(biāo)的聚類(lèi)分析 采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析法，以自交系的抗旱指標(biāo)為變量，進(jìn)行聚類(lèi)分析。結(jié)合親本自交系的抗旱隸屬度結(jié)果，可把所有親本自交系分為2類(lèi)：下半部分12個(gè)自交系抗旱性較強(qiáng)，抗旱級(jí)別為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，為強(qiáng)抗和中抗自交系；上半部分12個(gè)自交系抗旱性較差，抗旱級(jí)別為Ⅳ～Ⅴ級(jí)，為弱抗和不抗自交系(圖2)。聚類(lèi)分析和抗旱隸屬度結(jié)果完全一致。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，抗旱性較強(qiáng)的下半部分親本自交系多為瑞德系，部分黃改系和熱帶種質(zhì)，含這類(lèi)血緣的自交系抗旱性可能較強(qiáng)；抗旱性較弱的上半部分親本自交系多為美國(guó)種質(zhì)和部分黃改系，含這類(lèi)血緣的自交系抗旱性可能較弱。

3 討論

本研究對(duì)雜交種和自交系采用了不同的抗旱評(píng)價(jià)方法，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為雜交種的抗旱性以產(chǎn)量為單一抗旱指標(biāo)更為直接有效，更能有效地反映品種的抗旱性，所以采用了抗旱指數(shù)法對(duì)其抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)；而對(duì)自交系的抗旱性評(píng)價(jià)不應(yīng)只考慮自身的產(chǎn)量，還應(yīng)考慮它內(nèi)在的配合力，所以采用了隸屬度法，此法綜合了自交系產(chǎn)量和抗旱相關(guān)生理、生化指標(biāo)，更有說(shuō)服力。

前人對(duì)玉米的抗旱性進(jìn)行了大量深入的研究，但是目前，關(guān)于玉米的抗旱機(jī)制尚不十分清楚，且不同品種可能具有不同的抗旱機(jī)制[20]。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，品種的抗旱性與其親本的抗旱性正相關(guān)，育種家們?cè)谶x育抗旱玉米品種時(shí)，可先從選育抗旱的親本入手?？购敌暂^強(qiáng)的雜交種雜優(yōu)模式可能為瑞德系×黃改系，目前引進(jìn)的美國(guó)種質(zhì)雖然有脫水快、易機(jī)收等特點(diǎn)，但抗旱性較差，育種家在品種選育過(guò)程中應(yīng)保留本地的瑞德系血緣，以提高品種的抗旱性，提高品種的抗災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

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