玉米生理成熟后籽粒脫水特性

趙波 吳雅薇 李小龍 袁繼超 孔凡磊

摘要：明確玉米生理成熟后籽粒脫水特性及與各器官脫水的關(guān)系，對(duì)加快玉米生理成熟后籽粒脫水速率和選育籽粒脫水速率快的品種具有重要意義。試驗(yàn)選用4個(gè)品種，從生理成熟期開(kāi)始至生理成熟后31 d止，連續(xù)測(cè)定籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片和莖稈的含水率，并分析生理成熟后籽粒脫水特性及其與各器官含水率的關(guān)系。結(jié)果表明，參試品種籽粒含水率降至28%所需生理成熟后積溫及天數(shù)分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d。籽粒含水率與其他器官含水率均呈極顯著線性關(guān)系，籽粒脫水速率與穗軸脫水速率呈極顯著正相關(guān)，與其他器官脫水速率相關(guān)性不顯著。說(shuō)明，合理的品種選擇和縮短玉米生理成熟后籽粒脫水前期的持續(xù)時(shí)間可有效加快生理成熟后籽粒脫水，降低玉米生理成熟期籽粒含水率降至28%或25%所需積溫;評(píng)價(jià)適宜機(jī)械粒收品種時(shí)，在關(guān)注籽粒脫水特性的同時(shí)需關(guān)注穗軸的脫水特性。

關(guān)鍵詞：玉米;生理成熟;籽粒脫水;logistic模型

中圖分類號(hào)：S513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2020）01-0010-08

Abstract： It is of great significance to clarify the dehydration characteristics of maize grains after physiological maturity and the relationship with dehydration of various organs for speeding up the dehydration rate of maize grains after physiological maturity and breeding varieties with fast dehydration rate. Four varieties were selected to determine the moisture content of grain， cob， bract + stalk， leaf and stem from the beginning of physiological maturity to 31 days after physiological maturity. In addition， the dehydration characteristics of grains after physiological maturation and their relationship with water content of organs were analyzed. The results showed that moisture content of the tested varieties decreased to 28%. The accumulated temperature after physiological maturity and days were 197.08-353.32 ℃·d and 7.3-12.9 d. The grain moisture content showed a very significant linear relationship with the moisture content of other organs， the grain dehydration rate was significantly positively correlated with the dehydration rate of cob， but had no significant relationship with the dehydration rate of other organs. Therefore， reasonable variety selection and shortening the duration of grain dehydration in early stage after physiological maturity of maize can effectively speed up grain dehydration after physiological maturity and reduce the accumulated temperature required for moisture content of physiological maturity to 28% or 25%. To evaluate varieties suitable for mechanical grain harvest， we should pay attention to the dehydration characteristics of cob as well as the dehydration characteristics of grain.

Key words：maize;physiological maturity;grain dehydration;logistic model

籽粒破碎率高是當(dāng)前中國(guó)玉米機(jī)械化粒收存在的主要問(wèn)題，收獲時(shí)籽粒含水率偏高是導(dǎo)致破碎率高的主要原因[1-2]， 玉米收獲時(shí)籽粒含水率高是限制中國(guó)玉米機(jī)械粒收的主要因素[3-4]。加快生理成熟后玉米籽粒脫水是適時(shí)機(jī)收的關(guān)鍵，因此研究生理成熟后籽粒脫水特性及其影響因素對(duì)加快生理成熟后籽粒脫水和選育籽粒脫水快的品種，推動(dòng)機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展具有重要意義。玉米籽粒含水率從籽粒建成后呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)[5]，籽粒含水率與授粉后積溫的關(guān)系符合Logistic Power模型[6]。李璐璐等[7]的研究結(jié)果表明，玉米籽粒含水率的變化分為2個(gè)階段，在生理成熟后含水率的變化主要受籽粒水分散失速率的影響。不同品種生理成熟后籽粒脫水速率有明顯差異[8-9]。雷蕾等[10]研究發(fā)現(xiàn)，生理成熟后玉米籽粒前期脫水速率>中期脫水速率>后期脫水速率。前人對(duì)生理成熟后籽粒脫水速率的影響因素分析得出，生理成熟后籽粒脫水速率受粒型、籽粒淀粉含量、氣象因素、栽培措施的影響[8，10]。苞葉層數(shù)少、果穗長(zhǎng)度短、松緊度低的品種籽粒脫水速率快[11-13]，穗粒數(shù)少、果穗長(zhǎng)度/行粒數(shù)小有利于籽粒脫水，而其他穗部性狀與籽粒脫水相關(guān)性不顯著[14]。張春榮等[15]的研究結(jié)果表明，收獲期的籽粒含水率與穗軸直徑呈顯著負(fù)相關(guān)，張立國(guó)等[9]研究發(fā)現(xiàn)，穗粗與生理成熟后籽粒脫水速率呈顯著正相關(guān)。前人主要研究了從授粉后不久籽粒脫水的特性并且研究主要集中于果穗的相關(guān)性狀對(duì)生理成熟后籽粒脫水的影響，而對(duì)生理成熟后玉米籽粒脫水特性缺乏系統(tǒng)的研究。本研究采用模型擬合生理成熟后籽粒含水率與積溫的關(guān)系，預(yù)測(cè)生理成熟后籽粒含水率的變化;分析生理成熟后籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片和莖稈的含水率變化，建立生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率的關(guān)系。通過(guò)本研究，建立生理成熟后籽粒含水率的預(yù)測(cè)模型，進(jìn)一步明確生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率的關(guān)系及影響生理成熟后籽粒脫水的主要因素，為加快生理成熟后籽粒脫水和適宜機(jī)械化粒收的品種選育提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在四川省德陽(yáng)市中江縣合興鄉(xiāng)新建村（31°03′N， 104°68′E）進(jìn)行。土壤類型為紫色壤土。試驗(yàn)采用大區(qū)種植，選用正紅6號(hào)（ZH6）、仲玉3號(hào)（ZY3）、先玉1171（XY1171）、成單30（CD30）4個(gè)品種，分帶種植，每帶3行（行距60 cm，帶間距120 cm，每個(gè)品種種植2帶，帶長(zhǎng)75 m），種植密度每1 hm2為60 000株。肥料用量為純氮180.0 kg/hm2、P2O5 45.0 kg/hm2和K2O 67.5 kg/hm2，氮肥于播種時(shí)施入60%，大口期施入40%，磷、鉀肥全部基施。播種日期：2018年4月8日，人工播種，田間管理同當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)。生理成熟后密切關(guān)注各品種各器官的脫水情況。試驗(yàn)氣象數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

1.2測(cè)定項(xiàng)目及計(jì)算方法

1.2.1含水率測(cè)定詳細(xì)觀測(cè)各品種的生育進(jìn)程，在玉米吐絲期，分別選取生長(zhǎng)一致、無(wú)病蟲(chóng)害、有代表性的植株200株掛牌標(biāo)記。分別于生理成熟期（以乳線消失、黑色層完全形成作為判定依據(jù)）、生理成熟后7 d、生理成熟后13 d、生理成熟后19 d、生理成熟后25 d、生理成熟后31 d，每個(gè)品種取15株掛牌植株，將植株分為籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片、莖1（莖基部至穗下第二節(jié)）、莖2（穗位上下兩節(jié)）、莖3（穗位上第二節(jié)至雄穗），分別稱鮮質(zhì)量，然后在烘箱中85 ℃烘干至恒質(zhì)量后稱取各部分的干質(zhì)量。

1.2.2含水率計(jì)算含水率=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100%

1.2.3各測(cè)定時(shí)期間器官脫水速率各測(cè)定時(shí)期間器官脫水速率[%/（℃·d）]= （前一時(shí)期器官平均含水率（%）-后一時(shí)期器官平均含水率（%））/兩時(shí)期間累計(jì)積溫（℃·d）。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 采用DPS 7.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行生理成熟后籽粒含水率動(dòng)態(tài)變化的曲線擬合。

2結(jié)果與分析

2.1生理成熟后籽粒含水率變化及其與積溫的關(guān)系

生理成熟后籽粒含水率隨著時(shí)間推進(jìn)呈現(xiàn)先緩慢降低再快速下降最后逐漸趨于平緩的變化趨勢(shì)（圖2）。利用Logistic 方程對(duì)不同品種生理成熟后籽粒含水率與積溫進(jìn)行擬合建立回歸模型，方程參數(shù)見(jiàn)表1，擬合度（R2）值為0.944～0.994。

從表1可以看出，各參試品種達(dá)到生理成熟時(shí)的含水率（A1）差異較小。不同品種生理成熟后籽粒脫水的進(jìn)程存在明顯差異，品種間t1的變異系數(shù)為39.98%，ZH6最先進(jìn)入快速脫水期?；谏沓墒旌笥衩鬃蚜：逝c積溫建立的回歸模型及生理成熟后天數(shù)與積溫的關(guān)系（圖3），以適宜機(jī)械化粒收的籽粒含水率（28%、25%）為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)籽粒含水率降至28%各品種所需生理成熟后積溫及天數(shù)分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d，當(dāng)籽粒含水率降至25%各品種所需生理成熟后積溫及天數(shù)分別為272.80～405.06 ℃·d和10.0～14.7 d，均以ZH6籽粒含水率最先降至28%、25%。將t1與生理成熟期籽粒含水率降至28%的積溫和生理成熟期籽粒含水率降至25%的積溫進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，t1與生理成熟期籽粒含水率降至28%的積溫和生理成熟期籽粒含水率降至25%的積溫均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.98，說(shuō)明縮短生理成熟后籽粒脫水前期的持續(xù)時(shí)間是加快生理成熟后籽粒脫水，降低生理成熟期籽粒含水率降至28%（25%）所需積溫（時(shí)間）的有效措施。

2.2生理成熟后各器官含水率及脫水進(jìn)程

生理成熟后玉米植株各器官含水率均表現(xiàn)出逐漸降低的變化趨勢(shì)。從圖4可以看出，各品種生理成熟期莖稈和穗軸的含水率均最高，籽粒和葉片的含水率最低，生理成熟后莖1和莖2的含水率在各時(shí)期均最高。在生理成熟期至生理成熟期后13 d，各品種器官含水率表現(xiàn)為穗軸>苞葉+果柄>籽粒，之后規(guī)律不明顯。莖稈的脫水進(jìn)程在品種間存在明顯差異，在生理成熟后19 d，仲玉3號(hào)和成單30的莖稈含水率明顯高于其他2個(gè)品種。

從表2可以看出，玉米籽粒、穗軸在生理成熟后13～19 d的脫水速率最大（所有參試品種表現(xiàn)一致），而苞葉+果柄、葉片、莖3在生理成熟后7～13 d的脫水速率最大，莖1則在生理成熟后25～31 d的脫水速率最大。籽粒在生理成熟后的脫水速率呈現(xiàn)先增加后逐漸降低的趨勢(shì)，穗軸和苞葉+果柄則表現(xiàn)出先逐漸增加后降低再增加的趨勢(shì)。各器官在生理成熟后不同時(shí)期的脫水速率在品種間存在一定的差異，正紅6號(hào)籽粒的最大脫水速率發(fā)生在生理成熟期至生理成熟期后7 d，而仲玉3號(hào)、先玉1171、成單30則在生理成熟后13 d至生理成熟后19 d期間的籽粒脫水速率最大，說(shuō)明玉米植株生理成熟后的籽粒脫水存在明顯的基因型效應(yīng)。

2.3生理成熟后籽粒與其他器官脫水特性的關(guān)系

對(duì)生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率進(jìn)行相關(guān)性擬合，從圖5可以看出，生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率均呈極顯著線性關(guān)系（R2≥0.581 9），其中與穗軸、苞葉+果柄的擬合度最高（R2=0.952 2、R2=0.801 6），從表3可以看出，不同參試品種間在籽粒含水率與其他器官含水率的相關(guān)性差異極小，表明生理成熟后各器官的脫水具有一定的同步性，這是玉米的一個(gè)共性規(guī)律。對(duì)生理成熟后籽粒與其他器官脫水速率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表4）表明，籽粒脫水速率與穗軸脫水速率呈極顯著正相關(guān)（R2=0.83），與其他器官脫水速率無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，這表明生理成熟后玉米籽粒與穗軸脫水的同步程度最高，進(jìn)一步證明了穗軸及苞葉+果柄的脫水特性決定了籽粒的脫水快慢。

3討論

3.1玉米生理成熟后籽粒脫水特性

玉米生理成熟前籽粒含水率變化與籽粒灌漿同步進(jìn)行，主要受籽粒灌漿的影響，而生理成熟后籽粒的脫水主要受脫水特性的控制，水分散失速率是決定因素[7， 16-17]。Cross[18]研究發(fā)現(xiàn)，玉米籽粒生理成熟前為生理脫水，主要受內(nèi)部生長(zhǎng)發(fā)育的控制，受環(huán)境的影響較小，生理成熟后為自然脫水，受環(huán)境因素的影響較大。生理成熟后籽粒脫水速率與溫度、風(fēng)速、降雨有關(guān)[19]。本研究將玉米生理成熟后的籽粒含水率與積溫進(jìn)行回歸模型擬合，模型擬合精度高。對(duì)4個(gè)品種建立的回歸模型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前參試品種在籽粒含水率降至28%所需生理成熟后積溫及天數(shù)分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d，積溫差為156.24 ℃·d，籽粒含水率降至25%時(shí)所需生理成熟后積溫及天數(shù)分別為272.80～405.06 ℃·d和10.0～14.7 d，積溫差為132.26 ℃·d，李璐璐等[7]的研究結(jié)果表明，在黃淮海地區(qū)籽粒含水率降至28%所需的授粉后積溫在參試品種間相差達(dá)520 ℃·d，降至25%所需的授粉后積溫在參試品種間相差達(dá)592 ℃·d，表明不同玉米品種籽粒脫水存在顯著差異，通過(guò)選擇生理成熟后脫水快的品種可有效緩解當(dāng)前中國(guó)玉米機(jī)械粒收時(shí)籽粒含水率過(guò)高的問(wèn)題，特別是西南玉米生產(chǎn)區(qū)。

選育適當(dāng)早熟、脫水速率快的品種是中國(guó)各大玉米生產(chǎn)區(qū)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化粒收的關(guān)鍵措施[8]。國(guó)外適宜機(jī)械化粒收的玉米品種在生理成熟期的籽粒含水率僅為22%～23%，收獲時(shí)含水率甚至降至15%[20]。中國(guó)目前大面積主推品種在生理成熟期的籽粒含水率多在30%以上，本研究參試品種在生理成熟期的籽粒含水率均在33%以上，因此加快玉米生理成熟后籽粒脫水以及選育生理成熟后籽粒脫水快的品種是實(shí)現(xiàn)玉米高效機(jī)械粒收的重要舉措。本研究發(fā)現(xiàn)，生理成熟后籽粒脫水快的品種進(jìn)入快速脫水期的時(shí)間t1明顯小于其他品種，表明縮短生理成熟后籽粒脫水前期的持續(xù)時(shí)間，將t1提前可以有效地加快生理成熟后籽粒的脫水，降低玉米生理成熟后籽粒含水率降至28%或25%所需積溫，因此適宜機(jī)械粒收的玉米品種應(yīng)具有生理成熟后脫水前期持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。

3.2生理成熟后籽粒與其他器官脫水特性的關(guān)系

不同玉米品種的籽粒、苞葉和穗軸含水量?jī)蓛砷g極顯著相關(guān)，然而脫水速率卻相關(guān)性不顯著[21]。賈琳等[22]的研究結(jié)果表明，籽粒脫水速率與苞葉脫水速率和含水率顯著相關(guān)，與穗軸脫水速率和含水率相關(guān)性不顯著。本研究結(jié)果顯示，生理成熟后籽粒含水率與其他各器官含水率間呈極顯著線性關(guān)系，與穗軸含水率的擬合度最高，生理成熟后玉米籽粒脫水速率與穗軸脫水速率極顯著正相關(guān)，與前人的研究結(jié)果不盡相同，這可能是由于前人在研究玉米器官脫水時(shí)始于籽粒灌漿時(shí)期，該時(shí)期籽粒含水率的變化主要受灌漿的影響變化較快，而本研究始于生理成熟期，籽粒和其他器官均表現(xiàn)為開(kāi)始逐漸脫水。籽粒在生理成熟后的脫水速率呈現(xiàn)先增加后逐漸降低的趨勢(shì)，穗軸和苞葉+果柄則表現(xiàn)出先逐漸增加后降低再增加的趨勢(shì)，這可能是由于生理成熟后籽粒與穗軸和苞葉+果柄的脫水存在水分的轉(zhuǎn)運(yùn)，而籽粒脫水的末期由于含水率低，此時(shí)水分轉(zhuǎn)運(yùn)減弱或停止，從而穗軸和苞葉+果柄的脫水速率又呈現(xiàn)出一個(gè)高峰。生理成熟后籽粒的脫水與玉米植株各器官的脫水存在密切的關(guān)系，整個(gè)植株在生理成熟后是一個(gè)各器官脫水的組合體，各器官間可能存在一定的水分轉(zhuǎn)運(yùn)。因此在選育生理成熟后玉米籽粒脫水快的品種時(shí)應(yīng)考慮其他器官的脫水特性，尤其是穗軸和苞葉應(yīng)具有快速脫水的特性。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）