不同耐旱玉米品種(系)雌穗分化對干旱脅迫的反應(yīng)差異

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(1.遼寧丹玉種業(yè)科技股份有限公司， 遼寧 鳳城 118000； 2.丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 遼寧 鳳城 118109)

近年來隨著全球氣候變暖，干旱災(zāi)害對玉米生產(chǎn)影響程度在逐步加重。干旱是導(dǎo)致我國近60年來糧食減產(chǎn)主要的自然災(zāi)害之一，約占總量的60%，東北玉米主產(chǎn)區(qū)更是干旱災(zāi)害頻發(fā)，每年減產(chǎn)30%～35%。2014—2015年遼寧地區(qū)遭遇50年來最嚴(yán)重干旱，大部分地區(qū)較常年減產(chǎn)50%，干旱嚴(yán)重威脅糧食安全。玉米生長發(fā)育過程中經(jīng)常遇到干旱少雨等情況，特別是孕穗期和灌漿期的干旱，對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成具有重要的影響，關(guān)于干旱脅迫對作物的影響國內(nèi)外有很多研究。干旱脅迫使玉米光合產(chǎn)物積累下降、籽粒生產(chǎn)受阻、花粉敗育、幼穗分化延遲、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等，玉米幼穗分化與干旱之間的關(guān)系研究具有重要意義。本試驗(yàn)以不同耐旱性玉米品種和自交系為試材，利用盆栽試驗(yàn)，對不同干旱脅迫下各品種(系)的幼穗分化和穗部性狀的變化進(jìn)行研究，探討玉米干旱條件下果穗形成基礎(chǔ)和幼穗分化機(jī)制，為玉米抗旱栽培及節(jié)水灌溉提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

D 88-34 R和PB 08-5 S是由丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的對干旱脅迫耐性不同的玉米自交系。其中，D 88-34 R是經(jīng)多年干旱脅迫試驗(yàn)篩選出的抗旱性好，不易發(fā)生空稈的自交系，而PB 08-5 S是對干旱脅迫敏感易產(chǎn)生空稈的自交系；不易空稈玉米雜交種選用干旱地區(qū)主栽品種丹玉39，而容易發(fā)生空稈雜交種代號D 06。

圖1 干旱脅迫下自交系幼穗長度變化

圖2 干旱脅迫下雜交種幼穗長度變化

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年在丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)溫室內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。塑料桶規(guī)格相同內(nèi)徑25 cm，深39 cm，盆栽土壤取自農(nóng)田0～20 cm土層，過篩后去除雜草和石塊風(fēng)干后備用，土壤pH值為7.2，有機(jī)質(zhì)為34.6 g/kg、速效氮為145 mg/kg、速效磷為116.5 mg/kg、速效鉀為276.8 mg/kg，土壤田間含水量為28.15%。每盆裝土19 kg，桶底裝鵝卵石，上鋪濾紙與土隔離。設(shè)正常供水(ck)、輕度干旱(LS)、中度干旱(MS)和重度干旱(SS)4個(gè)處理，其土壤相對含水量分別為土壤田間最大持水量的70%～80%、60%～70%、50%～60%和35%～45%，設(shè)3次重復(fù)。播前施“史丹利”緩釋肥10 g/盆，處理前各盆澆水量相同。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

3葉期間苗，5葉期定苗每盆2株并開始控水，每天08：00時(shí)和18：00時(shí)采用稱重法補(bǔ)水控水并記錄。在第5葉完全展開時(shí)選取有代表性的植株30株做標(biāo)記。出苗45 d(10～12片完展葉)至吐絲后15 d，每間隔5 d取樣，每次3株，用解剖鏡觀察幼穗分化進(jìn)程并在成熟后調(diào)查各處理空稈株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耐旱品種雌穗分化對干旱脅迫的響應(yīng)

2.1.1 自交系雌穗分化對干旱脅迫的響應(yīng)

由表1、圖1可見，對空稈率、幼穗長度調(diào)查顯示，未經(jīng)干旱脅迫處理下D 88-34 R、PB 08-5 S的幼穗長度分別為15.12 cm和16.27 cm，空稈率分別為2.7%和9.8%。在輕度和中度干旱脅迫下，D 88-34 R的幼穗長度分別減少8.3%和29.4%，空稈率分別提高5.9個(gè)百分點(diǎn)和29.35個(gè)百分點(diǎn)；PB 08-5 S幼穗長度分別減少47.3%和77.4%，空稈率增加63.6個(gè)百分點(diǎn)和78.8個(gè)百分點(diǎn)。隨著干旱脅迫程度增加，自交系的幼穗分化受到嚴(yán)重制約，結(jié)實(shí)率反應(yīng)敏感，空稈率接近100%。D 88-34 R在中度脅迫下反應(yīng)比較明顯，而PB 08-5 S在輕度脅迫下就開始產(chǎn)生明顯差異。

表1 干旱脅迫對不同耐旱性品種空稈率的影響

品種脅迫強(qiáng)度空稈率(%)品種脅迫強(qiáng)度空稈率(%)D88-34Rck2.7LS8.6MS32.7SS96.5丹玉39ck0LS4.2MS14.7SS59.4PB08-5Sck9.8LS73.4MS88.6SS100D06ck0LS20.6MS58.2SS100

2.1.2 干旱脅迫對雜交種雌穗分化的影響

由表1和圖2可見，未經(jīng)干旱脅迫處理丹玉39和D 06的空稈率為0%，具有較好的結(jié)實(shí)性，幼穗長度分別為24.35 cm和26.27 cm。在輕度脅迫下，丹玉39空稈率增加了4.2個(gè)百分點(diǎn)，幼穗長度減少7.8%，D 06空稈率增加了20.6個(gè)百分點(diǎn)，幼穗長度減少14.1%。在中度脅迫下，丹玉39空稈率增加了14.7個(gè)百分點(diǎn)，幼穗長度減少27.7%，D 06空稈率增加了58.2個(gè)百分點(diǎn)，幼穗長度減少55.6%。在重度脅迫下，丹玉39的空稈率上升了59.4個(gè)百分點(diǎn)，幼穗長度減少41.0%。D 06全部為空稈。與自交系表現(xiàn)相似，只是丹玉39對干旱脅迫的反應(yīng)較D 06小，在重度脅迫下空稈率明顯增加，而D 06全部空稈。

表2 干旱脅迫下雌穗發(fā)育情況

品種脅迫強(qiáng)度穗行數(shù)下降(%)行粒數(shù)下降(%)總小花數(shù)下降(%)敗育粒數(shù)增加(%)D88-34Rck15.026.8521.298.2LS14.53.324.110.1499.54.1120.322.5MS12.516.712.553.4377.427.6178.481.7SSPB08-5Sck16.027.1596.4152.2LS14.012.517.236.5532.710.7208.436.9MS8.050.07.871.2260.356.4381.2150.5SS丹玉39ck17.828.4678.335.4LS1610.127.82.1652.43.872.5104.8MS1515.720.228.9502.126.098.1177.1SS11.237.114.548.9472.330.4300.4748.6D06ck18.443.6924.257.9LS1423.932.126.4784.315.1384.2563.6MS1423.913.170.0768.416.9602.1939.9SS342.163.0

2.2 不同品種穗行數(shù)和行粒數(shù)對干旱的反應(yīng)

由表2 可見，不同自交系和雜交種的穗行數(shù)隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加而減少，自交系較雜交種反應(yīng)敏感，D 88-34 R在中度脅迫下下降16.7%，PB 08-5 S下降50%較前者嚴(yán)重，重度脅迫下二者均不能正常發(fā)育?？购敌暂^好的丹玉39在各級干旱脅迫下下降比例分別為10.1%、15.7%和37.1%，明顯好于D 06。

自交系和雜交種的行粒數(shù)對干旱脅迫反應(yīng)十分敏感，在中度及重度脅迫處理下下降幅度很大，D 88-34 R、PB 08-5 S、丹玉39和D 06下降幅度分別為53.4%～100%、71.2%～100%、70.0%～100%和28.8%～48.9%，丹玉39的抗性好于其他三者。

2.3 干旱脅迫對不同耐性品種小花數(shù)和敗育籽粒的影響

由表2可看出，敗育粒對干旱脅迫的反應(yīng)最敏感，4個(gè)品種(系)隨干旱脅迫強(qiáng)度增加敗育粒數(shù)急劇增加，在輕度和中度脅迫下D 88-34 R、PB 08-5 S分別增加22.5%、81.7%和36.9%和150.5%，重度脅迫下不結(jié)實(shí)。丹玉39雖然敗育粒數(shù)增加幅度較大，但總敗育粒數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他3個(gè)品種(系)，在干旱脅迫下表現(xiàn)出較好的結(jié)實(shí)性。D 06隨著脅迫強(qiáng)度增加敗育粒數(shù)增加顯著，重度干旱脅迫下全部空稈。

小花數(shù)對干旱脅迫反應(yīng)不同，雜交種的小花數(shù)較自交系多，下降幅度相對較小，丹玉39與對照相比小花數(shù)分別下降3.8%、26.0%和30.4%。D 06小花數(shù)分別下降15.1%、16.9%和63.0%，平均下降幅度較丹玉39大。2個(gè)自交系在重度脅迫下小花均不能正常分化，在輕度和中度脅迫下D 88-34 R、PB 08-5 S分別下降4.1%、27.6%和10.7%、56.4%。

3 結(jié)論與討論

干旱脅迫下玉米幼穗發(fā)育均受到影響，一是穗長變短，行數(shù)、行粒數(shù)和小花數(shù)減少，敗育粒數(shù)、空稈率增加并隨脅迫強(qiáng)度增加而加重；二是不同耐性雜交種和自交系對干旱脅迫的反應(yīng)程度不同，易空稈自交系和雜交種對干旱脅迫反應(yīng)強(qiáng)烈，雌穗發(fā)育受到影響較大，小花和敗育粒數(shù)增加，導(dǎo)致空稈率顯著增加；三是穗行數(shù)受干旱脅迫的影響相對較小，自交系和雜交種所受影響差異不大；四是雜交種和自交系對干旱脅迫反應(yīng)不同，自交系相對雜交種敏感。

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