玉米籽粒構(gòu)型與產(chǎn)量和抗旱性的關(guān)系分析

張 磊，謝小清，唐懷君，孫寶成，劉 成

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱是影響糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要環(huán)境因素[1]，近年來隨著全球性氣候變化，干旱有明顯加重趨勢，對糧食安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅并制約玉米產(chǎn)量的提高[2-3]。玉米籽粒是構(gòu)成玉米產(chǎn)量的基礎(chǔ)，尋找對抗旱性有突出貢獻(xiàn)的籽粒構(gòu)型，以及可能引起品種抗旱性和產(chǎn)量出現(xiàn)差異的籽粒構(gòu)型，分析玉米籽粒構(gòu)型與產(chǎn)量和抗旱性的關(guān)系，對玉米抗旱育種和綠色節(jié)水生產(chǎn)有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有研究將表型水平對籽粒性狀與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了探討[4]，發(fā)現(xiàn)籽粒構(gòu)型與產(chǎn)量具有顯著相關(guān)性，籽粒構(gòu)型可分為大小性狀和形狀性狀，玉米籽粒大小與粒重呈高度正相關(guān)[5]，其中，粒長作為籽粒大小的決定因素之一，與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[6]，粒寬與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，粒厚與產(chǎn)量呈正相關(guān)[7]。【本研究切入點(diǎn)】干旱是影響玉米生產(chǎn)的最主要非生物脅迫因素，受旱后玉米籽粒性狀發(fā)生變化，造成玉米減產(chǎn)。前人的研究多集中在籽粒大小與產(chǎn)量的相關(guān)性研究，對于籽粒形狀研究較少，有關(guān)干旱脅迫下玉米籽粒構(gòu)型變化引起產(chǎn)量和抗旱性變化的研究報(bào)道更是少見。多數(shù)干旱脅迫的籽粒構(gòu)型研究只局限于盆栽處理，在大田情況下也只是設(shè)置水旱分區(qū)2個(gè)處理[8-9]，結(jié)論有一定的局限性。研究10個(gè)玉米雜交種的籽粒性狀隨灌水比例的變化趨勢。【擬解決的關(guān)鍵問題】選擇10份玉米雜交種材料，設(shè)置6個(gè)梯度的大田欠量灌水處理，研究灌水量減少過程中玉米籽粒性狀的變化趨勢，分析玉米耐旱性鑒定的輔助指標(biāo)，為玉米耐旱育種和節(jié)水栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

10個(gè)試驗(yàn)材料為新疆主推玉米品種：先玉335、新玉9號、新玉23號、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉54號、新玉60號、張玉1233、鄭單958。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠綜合試驗(yàn)場進(jìn)行，海拔590 m。玉米生育期內(nèi)：日均氣溫10～35℃，降雨50～70 mm，蒸發(fā)量1 500～1 700 mm，大氣和土壤雙重干旱。

采用滴灌覆膜種植，地膜寬度0.7 m，膜間距0.4 m。膜上種植2行，膜上行距0.4 m，膜間行距0.7 m，平均行距0.55 m，株距0.3 m，種植密度4 040株/667m2。10個(gè)材料種植于6個(gè)水分處理區(qū)，每個(gè)材料在各水分區(qū)重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)種植6行，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

設(shè)置100%、80%、60%、40%、20%、0共6個(gè)灌水處理(T1至T6)。在玉米播種期、拔節(jié)期、喇叭口期、抽雄開花期、灌漿初期、灌漿中期、灌漿后期和灌漿末期，分8次滴灌水。種子播種后各處理區(qū)統(tǒng)一滴灌45 m3/667m2，確保蹲苗階段的土壤供水；后續(xù)7次滴灌，各處理在45 m3/667m2的基礎(chǔ)上按照100%、80%、60%、40%、20%和0的比例減少，每次分別為45、36、27、18、9、0 m3/667m2。玉米生長期共降水66 mm，折合降水44 m3/667m2。包括自然降水和人工滴灌在內(nèi)，T1至T6處理的總供水量依次為404、341、278、215、152、89 m3/667m2。表1

表1 欠量滴灌方案和總供水量Table 1 Irrigation scheme and total water amount

1.2.2 指標(biāo)測定

采用智能化考種系統(tǒng)測定玉米籽粒性狀。

(1)籽粒產(chǎn)量：單株粒重(Plant Grain Weight，PGW)，百粒重(Hundred Grain Weight，HGW)；

(2)籽粒大?。毫ｉL(Grain Length，GL)，粒寬(Grain Width，GW)，粒厚(Grain Thickness，GT)；

(3)籽粒形狀：圓形性(Grain Circularity，Circ)=F/S，S=πR2。其中F為玉米籽粒平置俯視情況下所占區(qū)域面積，S為玉米籽粒平置俯視情況下最小外接圓的面積，R為以玉米籽粒中心的最小外接圓的半徑。圓形性的數(shù)值范圍0～1；矩形性(Grain Rectangularity，Rect)=F/S，其中F為玉米籽粒平置俯視情況下所占區(qū)域面積，S為玉米籽粒平置俯視情況下最小外接矩形的面積。矩形性的取值范圍為0～1。

(4)籽粒顏色：粒色R(Grain Color-R)為籽粒RGB顏色的紅色分量值；粒色G(Grain Color-G)為籽粒RGB顏色的綠色分量值；粒色B(Grain Color-B)為籽粒RGB顏色的藍(lán)色分量值。3個(gè)顏色分量的數(shù)值范圍均為0～255。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理，用Statistica軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米籽粒產(chǎn)量性狀隨灌水比例增加的變化

2.1.1 單株粒重

研究表明，在灌水比例0時(shí)單株粒重最低，在灌水比例趨近100%時(shí)達(dá)到最大。分別為先玉335、新玉24號、新玉38號、新玉60號、新玉9號、張玉1233；分別是新玉23號、新玉46號、新玉54號、鄭單958，這4個(gè)品種在60%灌水比例時(shí)已接近最大產(chǎn)量，隨著灌水比例下降，玉米受旱逐漸加重，玉米的單株粒重表現(xiàn)為逐漸降低。圖1

2.1.2 不同玉米品種百粒重隨灌水比例增加的影響

研究表明，10個(gè)品種的百粒重均隨灌水比例的增加而呈現(xiàn)增加趨勢。在灌水比例0%時(shí)百粒重最低，在灌水比例趨近于100%時(shí)達(dá)到最大。在100%灌水比例時(shí)百粒重達(dá)到最高的品種有8個(gè)，分別為先玉335、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉54號、新玉60號、新玉9號、鄭單958；而有2個(gè)品種單株粒重在灌水比例60%時(shí)達(dá)到最高，分別是新玉23號、張玉1233，這2個(gè)品種在缺水40%時(shí)仍有足夠的灌漿能力。隨著灌水比例的下降，玉米受旱逐漸加重，百粒重表現(xiàn)為逐漸降低。圖2

2.2 玉米籽粒性狀平均值隨灌水量增加的變化

研究表明，玉米雜交種單株粒重分別為47.7、115.5、143.6、185.9、194.9和214.9 g；百粒重分別為26.6、31.1、31.7、35.1、35.8和36.6 g；粒長分別為10.90、11.90、12.09、12.74、12.78和13.14 mm；粒寬分別為7.45、7.95、8.05、8.30、8.36和8.53 mm；矩形性分別為0.800、0.804、0.805、0.807、0.808、0.809；粒色R分別為143.1、145.8、146.9、148.9、150.4、152.0；粒色G分別為149.3、152.9、154.1、152.8、155.0、155.3。單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均隨灌水比例的增加呈增加趨勢。

灌水量隨0%、20%、40%、60%、80%、100%比例增加的情況下，粒厚平均值分別為5.55、5.48、5.33、5.02、5.17和5.04 mm；圓形性平均值分別為0.728、0.702、0.696、0.677、0.678、0.671；粒色B平均值分別為156.5、158.8、156.4、154.1、154.0、152.9。粒厚、圓形性、粒色B隨灌水比例的增加呈降低趨勢。圖3

2.3 不同灌水處理間玉米籽粒相關(guān)性狀差異性

研究表明，10個(gè)籽粒性狀中有9個(gè)在水分處理間達(dá)到顯著以上水平。其中單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、圓形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例間差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，粒厚在不同灌水比例間差異達(dá)到顯著水平(P=0.018)，粒色B在不同灌水比例間差異不顯著(P=0.160 2)；單株粒重(F值=603)>百粒重(F值=215.2)>粒長(F值=138.9)>矩形性(F值=112)>粒寬(F值=74.2)>圓形性(F值=49.6)>粒色R(F值=27.7)>粒色G(F值=11.4)>粒厚(F值=6.1)>粒色B(F值=2)。表2

表2 不同灌水比例下10個(gè)玉米籽粒相關(guān)性狀變化方差Table 2 ANOVA table of effects of irrigation ratio on 10 maize grain related traits

3 討 論

大多數(shù)有關(guān)籽粒性狀抗旱性的研究，均采用水旱分區(qū)2個(gè)梯度的方法，試驗(yàn)結(jié)果只能反映性狀的變化，而不能體現(xiàn)變化趨勢，研究采用梯度欠量灌水法，在6個(gè)水分梯度條件下觀察到籽粒性狀明顯的變化趨勢。

在密度一定的情況下，玉米籽粒的最終產(chǎn)量直接取決于單株粒數(shù)和百粒重。作為籽粒產(chǎn)量的重要組成部分，百粒重主要由粒長、粒寬、粒厚等籽粒性狀決定[10]。研究分析發(fā)現(xiàn)，隨著受旱情況的逐漸加重，玉米單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G持續(xù)降低，籽粒的粒厚、圓形性、粒色B則持續(xù)增加。百粒重、粒長與單株粒重隨灌水比例的變化趨勢相同，互為正相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果與李永祥[11]、張向歌[12]等的研究結(jié)果相同；研究中，粒寬與單株粒重變化趨勢一致，互為正相關(guān)，而粒厚與單株粒重變化趨勢相反，互為負(fù)相關(guān)，這些結(jié)果與朱春杰[7]研究結(jié)果不太一致。

4 結(jié) 論

10個(gè)玉米品種的單株粒重均隨灌水比例的增加而呈現(xiàn)增加趨勢。在灌水100%時(shí)單株粒重達(dá)到最高的品種有6個(gè)，而有4個(gè)品種單株粒重在灌水比例60%時(shí)達(dá)到最高，更多灌水的增產(chǎn)作用不大。百粒重均隨灌水比例的增加而呈現(xiàn)增加趨勢，在100%灌水比例時(shí)百粒重達(dá)到最高的品種有8個(gè)，而有2個(gè)品種單株粒重在灌水比例60%時(shí)達(dá)到最高，隨著灌水比例的下降，玉米受旱逐漸加重，百粒重表現(xiàn)為逐漸降低。單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均隨灌水比例的增加呈增加趨勢。10個(gè)籽粒性狀中有9個(gè)在水分處理間達(dá)到顯著以上水平。其中單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、圓形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例間差異達(dá)到極顯著水平，粒厚在不同灌水比例間差異達(dá)到顯著水平。

10個(gè)玉米品種單株粒重均隨灌水比例的增加而呈現(xiàn)增加趨勢，其中，早熟品種新玉46號、新玉54號、新玉9號在0%～60%灌水比例下是單株粒重增加幅度較大，隨后增加灌水，單株粒重增加緩慢或停止，新玉54號從0%～100%灌水比例下單株粒重增幅為56%、19.5%、14.4%、0%、6%；中晚熟品種先玉335、張玉1233等單株粒重在0%～100%灌水比例下均呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，先玉335從0%～100%灌水比例下單株粒重增幅為44%、85%、86%、11%、18.6%。10個(gè)玉米品種單百粒重隨灌水比例增加趨勢與單株粒重相同，部分材料新玉23號、張玉1233在灌水比例60%時(shí)百粒重達(dá)到最大值，其余材料均在灌水比例100%時(shí)百粒重最大。

10個(gè)玉米品種的籽粒性狀的平均值隨灌水比例呈現(xiàn)正向增加趨勢的有單株粒重(47.7～214.9 g)、百粒重(26.6～36.6 g)、粒長(10.90～13.14 mm)、粒寬(7.45～8.53 mm)、矩形性(0.800～0.809)、粒色R(143.1～152.0)、粒色G(149.3～155.3)；隨灌水比例呈現(xiàn)反向降低趨勢的有粒厚(5.55～5.04 mm)、圓形性(0.728～0.671)、粒色B(156.5～152.9)。從減少灌水量角度看，隨著灌水比例減小、受旱加重，籽粒的單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均降低，而籽粒的粒厚、圓形性、粒色B則增加。

不同灌水比例對玉米籽粒性狀影響的大小順序?yàn)閱沃炅Ｖ?百粒重>粒長>矩形性>粒寬>圓形性>粒色R>粒色G>粒厚>粒色B， F值分別為603**、215.2**、138.9**、112**、74.2**、49.6**、27.7**、11.4**、6.1*、2。這些性狀或可用于玉米耐旱性鑒定和玉米抗旱育種。