玉米雜交種苗期抗旱性鑒定與評價

趙永鋒，王亞卿，賈曉艷，祝麗英

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，國家玉米改良中心河北分中心，河北保定 071001)

隨著全球氣候變化，干旱對世界糧食生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]，成為限制玉米生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)量提高的第一因素，干旱對玉米產(chǎn)量的影響達(dá)20%～50%[2-4]。研究表明，苗期發(fā)生10～40 d的持續(xù)干旱，會對玉米籽粒灌漿產(chǎn)生負(fù)面影響，并最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降，當(dāng)玉米苗期發(fā)生持續(xù)10 d干旱時減產(chǎn)率為3.24%，持續(xù)20 d干旱時減產(chǎn)率為7.89%，持續(xù)干旱30 d時減產(chǎn)率為12.33%[5]。干旱半干旱地區(qū)是我國玉米主產(chǎn)區(qū)[6]，篩選抗旱品種對玉米生產(chǎn)具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對玉米耐旱性進(jìn)行了大量研究，但大部分研究僅是對成株期的耐旱性鑒定，對苗期的耐旱性鑒定很少[7]。苗期抗旱性鑒定主要集中在對生理生化指標(biāo)的研究，對玉米根系形態(tài)學(xué)變異以及根對水分脅迫響應(yīng)的研究相對較少[8-9]。玉米根系是直接感受和吸收土壤水分的器官，此外根系的生長深度、數(shù)量及活力等指標(biāo)都與抗旱性關(guān)系密切。許多學(xué)者對不同環(huán)境條件下玉米根系的生長發(fā)育與抗旱性的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，干旱脅迫下玉米根系生理、生化的變化對研究玉米耐旱具有極其重要的意義[10-13]。筆者選用20個河北省主推玉米品種和新審定品種，采用沙培試驗，研究干旱脅迫對其苗期根系性狀的影響，確定抗旱性的根系鑒定指標(biāo)，進(jìn)一步篩選出苗期抗旱的玉米品種。

1 材料與方法

1.1試驗材料供試材料選用20個當(dāng)前在河北省主要推廣品種和新審定品種(表1)。

表120個河北省主推品種和新審定品種

Table120varietiesofmaizeappliedinproductionorapprovednewvarietiesinHebeiProvince

序號No.品種Variety序號No.品種Variety1鄭單95811金秋9632偉科70212登海67023浚單2013農(nóng)華1014先玉33514農(nóng)單1165登海66215先玉6886農(nóng)單08-516京科5287農(nóng)單90217浚單298農(nóng)單90318蠡玉689蠡玉3719連成2110金蘋果1820中科11

1.2試驗方法2016年6—7月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國家玉米改良中心河北分中心溫室進(jìn)行沙培試驗，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，設(shè)無水分脅迫和干旱脅迫2種處理。每個雜交種種植4盆，分2個區(qū)組。每個區(qū)組內(nèi)，干旱脅迫組和無水分脅迫組各1盆，每盆3株。幼苗長至3葉1心時進(jìn)行處理，水分脅迫組每天澆灌濃度為15%(-0.4 MPa)PEG-6000溶液40 mL，無水分脅迫組每天澆灌同等體積的Hoagland＇s營養(yǎng)液。處理15 d后進(jìn)行根系形態(tài)學(xué)指標(biāo)考查。

1.3測定項目與方法采用EPSON掃描儀進(jìn)行根系圖像采集，用WinRHIZO(Version 2012b，Regent Instruments，Montreal，Canada )軟件進(jìn)行圖像分析，得到總根長(cm)、總根體積(cm3)、根系表面積(cm2)、平均根系直徑(mm)4個根系相關(guān)形態(tài)學(xué)指標(biāo)；用吸水紙吸干根系表面水分，用電子天平稱量根鮮重、莖鮮重；105 ℃殺青30 min，80 ℃烘48 h，然后用電子天平稱量根干重、莖干重。計算根冠比和耐旱脅迫指數(shù)。

根冠比=地下部分根鮮重(根干重)/地上部分根鮮重(根干重)

耐旱脅迫指數(shù)=干旱脅迫性狀均值/正常性狀均值

2 結(jié)果與分析

2.1根系形態(tài)參數(shù)與抗旱性的關(guān)系通過對20個雜交種的8個根系形態(tài)性狀的分析(表2)，結(jié)果表明，這8個性狀的耐旱脅迫指數(shù)均小于1，表明8個性狀均受到干旱脅迫的影響。在干旱脅迫下苗期根條數(shù)、根表面積、根體積、總生物量、鮮重根冠比、干重根冠比的變異系數(shù)均低于其正常供水的數(shù)值，說明干旱脅迫抑制了玉米苗期根系的生長、發(fā)育，影響了根系重量、體積、生物量的增加，進(jìn)而影響了玉米根系在深度、廣度上的生長。而根長與根系平均直徑的變異系數(shù)都有增加趨勢，根系平均直徑與鮮重根冠比在干旱脅迫下其變化范圍較正常供水范圍大，表明這2個性狀對干旱脅迫存在很強(qiáng)的適應(yīng)性。

表2 正常供水與干旱脅迫下各性狀的變化趨勢

2.2根系各性狀在品種間及干旱處理間的差異對20個品種2種處理下根系的8個形態(tài)性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，不同品種間，根條數(shù)、根表面積、根系平均直徑、根體積均存在極顯著差異，干重根冠比、根長差異顯著，而總生物量、鮮重根冠比差異不顯著。干旱處理與對照相比，干重根冠比差異極顯著，根長、根表面積、總生物量差異顯著，而根條數(shù)、根系平均直徑、根體積、鮮重根冠比差異不顯著。表明不同基因型品種在根系性狀上存在顯著差異。干旱脅迫僅對根長、根表面積、總生物量和干重根冠比造成顯著影響。選擇對干旱脅迫反映敏感，同時在不同品種間存在顯著差異的性狀作為抗旱性評價指標(biāo)?？梢姼L、根表面積、干重根冠比均可作為抗旱指標(biāo)(表3)。

表3品種間與干旱處理間的根系性狀方差分析

Table3Thevarianceanalysisonrootstraitsbetweenvarietiesandtreatments

性狀Trait品種間Variety處理間Treatment根條數(shù)Rootnumber3.89**0.59根長Rootlength2.35*6.00*根表面積Therootsurfacearea2.83**5.11*根系平均直徑Rootmeandiameter2.63**1.81根體積Therootvolume3.41**2.68總生物量Thetotalbiologicalamount1.856.30*干重根冠比Roottoshootdryweightratio1.53*136.65**鮮重根冠比Roottoshootfreshweightratio1.8453.84

注：*差異顯著，**差異極顯著

Note：* stands for significant differences;** stands for extremely significant differences

2.3抗旱性類型劃分

2.3.1以根長為抗旱指標(biāo)進(jìn)行分類。以根長為抗旱指標(biāo)進(jìn)行5級分類(表4)，中科11、農(nóng)華101、農(nóng)單08-5、先玉688 4個品種表現(xiàn)為極強(qiáng)抗旱，京科528、農(nóng)單116、農(nóng)單903表現(xiàn)為極弱抗旱，偉科702、農(nóng)單902、浚單20、登海662、登海6702、蠡玉37、連成21、鄭單958為中度抗旱品種。

表4以根長為抗旱指標(biāo)對品種的分類結(jié)果

Table4Classificationresultsbasedonrootlengthasdroughtresistanceindex

抗旱類型Thedroughttype分類標(biāo)準(zhǔn)Classificationstandard品種Variety極強(qiáng)抗旱Extremelystrongdroughtresistance≥1.36中科11、農(nóng)華101、農(nóng)單08-5、先玉688強(qiáng)抗旱Strongdroughtresistance1.17～1.36浚單29、蠡玉68中度抗旱Moderatedroughtresistance0.75～1.17偉科702、農(nóng)單902、浚單20、登海662、登海6702、蠡玉37、連成21、鄭單958弱抗旱Weakdroughtresistant0.75～0.63先玉335、金秋963、金蘋果18極弱抗旱Extremelyweakdroughtresistance<0.63京科528、農(nóng)單116、農(nóng)單903

2.3.2以根表面積為抗旱指標(biāo)進(jìn)行分類。以根表面積為抗旱指標(biāo)進(jìn)行5級分類(表5)，極強(qiáng)抗旱品種有4個，分別是農(nóng)華101、農(nóng)單08-5、浚單29、蠡玉68。極弱抗旱品種有4個：京科528、農(nóng)單116、農(nóng)單903、金蘋果18。偉科702、農(nóng)單902、浚單20、登海662、登海6702、連成21、鄭單958、中科11 這8個品種為中度抗旱品種。

表5以根表面積為抗旱指標(biāo)對品種的分類結(jié)果

Table5Classificationresultsbasedonrootsurfaceareaasdroughtresistanceindex

抗旱類型Thedroughttype分類標(biāo)準(zhǔn)Classificationstandard品種Variety極強(qiáng)抗旱Extremelystrongdroughtresistance≥1.28農(nóng)華101、農(nóng)單08-5、浚單29、蠡玉68強(qiáng)抗旱Strongdroughtresistance1.14～1.28蠡玉37、先玉688中度抗旱Moderatedroughtresistance0.80～1.14偉科702、農(nóng)單902、浚單20、登海662、登海6702、連成21、鄭單958、中科11弱抗旱Weakdroughtresistan0.69～0.80金秋963、先玉335極弱抗旱Extremelyweakdroughtresistance<0.69京科528、農(nóng)單116、農(nóng)單903、金蘋果18

2.3.3以干重根冠比為抗旱指標(biāo)進(jìn)行分類。以干重根冠比為抗旱指標(biāo)進(jìn)行5級分類(表6)，登海6702、連成21為極強(qiáng)抗旱品種，農(nóng)單08-5、農(nóng)單902為強(qiáng)抗旱品種，金蘋果18為極弱抗旱品種，其余12個品種為中度抗旱。

表6以干重根冠比為抗旱指標(biāo)對品種的分類結(jié)果

Table6Classificationresultsbasedonroottoshootratioofdryweightasdroughtresistanceindex

抗旱類型Droughtresistancetype分類標(biāo)準(zhǔn)Classificationstandard品種Variety極強(qiáng)抗旱Extremelystrongdroughtresistance≥1.27登海6702、連成21強(qiáng)抗旱Strongdroughtresistance1.07～1.27農(nóng)單902、農(nóng)單08-5中度抗旱Moderatedroughtresistance0.77～1.07農(nóng)單116、登海662、鄭單958、農(nóng)華101、蠡玉68、中科11、蠡玉37、農(nóng)單903、偉科702、先玉688、京科528、先玉335弱抗旱Weakdroughtresistance0.68～0.77浚單20、浚單29、金秋963極弱抗旱Extremelyweakdroughtresistance<0.68金蘋果18

2.3.4抗旱品種篩選。綜合分析，農(nóng)單08-5為強(qiáng)抗旱品種，農(nóng)單902、浚單20、偉科702和鄭單958為中度抗旱品種，金秋963、先玉335和金蘋果18為弱抗旱品種。

3 結(jié)論與討論

該研究通過沙培試驗對20個品種的根系性狀進(jìn)行分析，篩選根長、根表面積和干重根冠比作為玉米苗期抗旱篩選指標(biāo)。張文英等[14]對夏玉米苗期抗旱性鑒定指標(biāo)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，根體積、干重根冠比均可作為玉米苗期抗旱性的鑒定指標(biāo)，而該研究結(jié)果表明，不同處理間總根體積差異不顯著，朱猛[15]研究認(rèn)為在干旱脅迫與正常條件下根體積的遺傳率變化不大，遺傳相對穩(wěn)定，受環(huán)境影響較小，該研究與其研究相似，因而該研究未將根體積定為抗旱指標(biāo)。

參照路貴和等[16]的分類方法，分別按照根長、根表面積、干重根冠比這3個性狀的耐旱脅迫指數(shù)，對20個品種進(jìn)行抗旱類型劃分，結(jié)果表明主推品種浚單20和鄭單958為中度抗旱品種，先玉335為弱抗旱品種。浚單20鑒定結(jié)果與路貴和等[16]結(jié)果相似，孫旭東等[2]研究認(rèn)為鄭單958為極抗旱品種，先玉335表現(xiàn)弱抗旱性。通過與前人研究比較認(rèn)為，鄭單958、浚單20是抗旱性較強(qiáng)的品種。

針對新審定的農(nóng)單08-5、偉科702、金蘋果18等苗期抗旱性鑒定，該研究認(rèn)為農(nóng)單08-5為抗旱性極強(qiáng)的品種，偉科702為中度抗旱，農(nóng)單08-5適宜在京津冀干旱缺水區(qū)域種植。

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