黃淮海區(qū)域兩個不同生育期夏玉米品種的籽粒灌漿和脫水特性比較

張瑩瑩，盧道文，孫海潮，牛永鋒，董文恒，李永江，張 盼，張曉輝，龐文喜，史麗麗，張 君，唐保軍

(1.安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 安陽 455000；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，河南 鄭州 450002)

玉米是我國種植面積最大、總產(chǎn)量最高的第一大糧食作物，對保障國家糧食安全和滿足市場需求發(fā)揮著主力軍作用[1～2]。隨著城鎮(zhèn)化和土地流轉(zhuǎn)的加速，生產(chǎn)成本的增加，全程機(jī)械化尤其是籽粒機(jī)收已成為玉米生產(chǎn)發(fā)展的趨勢和方向[3～4]。黃淮海地區(qū)為我國玉米優(yōu)勢主產(chǎn)區(qū)之一，該地區(qū)復(fù)雜的氣候因素和一年兩熟的種植模式對品種熟期、籽粒含水率高低、籽粒脫水快慢、抗逆性提出了更高的要求[5]。在玉米籽粒發(fā)育進(jìn)程中，籽粒含水率變化是一個復(fù)雜的動態(tài)發(fā)展過程，明確黃淮海地區(qū)主推夏玉米品種的籽粒脫水特性，對選育籽粒含水率低、脫水快的品種有重要的意義。

前人研究發(fā)現(xiàn)，玉米籽粒脫水速率是影響玉米收獲期含水率的主要因素之一[6]，生理成熟后的脫水速率與收獲時籽粒含水率有密切關(guān)系[7]，萬澤華等[8]、張鳳啟等[9]研究發(fā)現(xiàn)不同玉米品種間的收獲期籽粒含水率和脫水速率存在顯著性差異。眾多研究表明，玉米籽粒脫水速率受遺傳因素的影響，且受基因加性效應(yīng)的控制，可穩(wěn)定遺傳[10～12]。Krishnan等[13]研究發(fā)現(xiàn)，生理成熟期玉米籽粒干物質(zhì)達(dá)到最大值，之后籽粒含水率迅速下降，此時脫水速率決定收獲期籽粒含水率。劉思奇等[14]研究認(rèn)為籽粒含水率與苞葉含水率呈極顯著正相關(guān)。Zuber等[15]研究認(rèn)為苞葉含水率和脫水速率是決定玉米籽粒水分下降速率和收獲期含水率的主要因素。李璐璐[16]等研究認(rèn)為籽粒含水率變化與苞葉、穗軸含水率變化達(dá)到極顯著正相關(guān)水平。

玉米品種安玉308是由安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新選育[17]，已成為黃淮海地區(qū)主推玉米品種之一[18]。研究以安玉308和鄭單958為試驗材料，從玉米生理成熟期前后開始觀測百粒干物重、籽粒、苞葉、穗軸、穗柄含水率的變化，分析品種間的差異，為該地區(qū)機(jī)收品種的篩選及選育提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

選用玉米品種安玉308和黃淮海區(qū)域推廣面積最大的玉米品種鄭單958為試驗材料，于2019年和2020年在安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地(安陽永和，36°1′N，114°5′E)和河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地(新鄉(xiāng)原陽，35°10′N，113°47′E)進(jìn)行，密度67 500株/hm2，10行區(qū)，行長5 m，3次重復(fù)。2019年6月10日播種，2020年6月17日播種，玉米田間管理同大田常規(guī)。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 生育進(jìn)程 田間調(diào)查玉米的出苗期、吐絲期、授粉期、生理成熟期。

1.2.2 籽粒干物重和籽粒含水率測定 每小區(qū)雌穗吐絲前選擇生長一致的植株進(jìn)行套袋，統(tǒng)一授粉并記載授粉日期。2019年、2020年分別從授粉后28 d開始取樣，各小區(qū)取樣3株，每7 d取樣1次，接近生理成熟期2-3 d取樣一次，黑層出現(xiàn)作為判定品種的生理成熟期，直到授粉后70 d收獲。

采用烘干法測百粒干物重和籽粒、苞葉、穗軸、穗柄的含水量。參照徐田軍等[19]的方法分別計算籽粒、苞葉、穗軸、穗柄的水分相關(guān)指標(biāo)。

含水量(g)=鮮重(g)-干重(g)

含水率(%)=含水量(g)/鮮重(g)×100%

平均脫水速率(%/d)=(授粉后28 d含水率-收獲期含水率)/間隔天數(shù)

生理成熟前籽粒脫水速率(%/d)=(授粉后28 d含水率-生理成熟期含水率)/間隔天數(shù)

生理成熟后籽粒脫水速率(%/d)=(生理成熟期含水率-收獲期籽粒含水率)/間隔天數(shù)

以授粉后天數(shù)(t)為自變量，百粒干物重(W)為因變量，用Richards方程W=a/(1+eb-ct)1/d模擬籽粒灌漿過程。式中：W為粒重，a為最終粒重，t為授粉后天數(shù)，b、c、d為回歸方程所確定的參數(shù)，其中，b為初值參數(shù)，c為生長速率參數(shù)，d為形狀參數(shù)。以授粉后天數(shù)(t)為自變量，籽粒、苞葉、穗軸、穗柄含水率(MC)為因變量，用Logistic方程MC=a/[1+(t/b)c]模擬各器官含水率變化過程。式中，MC為各器官含水率，a為籽粒初始含水率，b為初值參數(shù)，c為生長速率參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。用Curve Expert Professional 2.7.3進(jìn)行曲線擬合，所用數(shù)據(jù)為逐次測定結(jié)果的均值。用DPS 18.10進(jìn)行方差分析，其中處理間差異顯著性采用LSD法進(jìn)行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 安玉308和鄭單958生育進(jìn)程的比較

兩年兩地數(shù)據(jù)表明，安玉308比鄭單958吐絲早，安玉308的生育期均值為104.5 d，鄭單958為110 d，安玉308比鄭單958平均提早5.5 d；但是授粉到生理成熟兩個品種歷時相近，2019年兩個品種授粉到生理成熟平均歷時59 d，2020年歷時56 d(表1)。

表1 安玉308和鄭單958生育進(jìn)程的比較(月-日)

2.2 百粒干物重變化

從圖1可以看出授粉后28 d至授粉后49 d安玉308與鄭單958的籽粒干物重迅速增長，授粉后49 d至生理成熟期籽粒干物重積累比較緩慢，2019年和2020年生理成熟期安玉308的百粒干物重分別為35.01 g、34.18 g，鄭單958分別為32.47 g、32.40 g，安玉308的平均百粒干物重比鄭單958高2.16 g。

圖1 安玉308和鄭單958干物質(zhì)積累動態(tài)變化

從表2可以看出，授粉后28d至授粉后49 d安玉308的平均灌漿速率為0.76 g/d，鄭單958為0.60 g/d，比鄭單958快0.16 g/d；授粉后49 d至授粉后59 d鄭單958的平均灌漿速率比安玉308快0.05 g/d，前期較大的灌漿速率使安玉308的百粒干物重始終高于鄭單958。

表2 安玉308和鄭單958籽粒灌漿速率比較

2.3 籽粒含水率和脫水速率

玉米籽粒含水率與授粉后天數(shù)的關(guān)系用Curve Expert Professional 2.7.3做散點圖，可采用Logistic Power函數(shù)y=a/[1+(x/b)c]進(jìn)行曲線擬合(圖2)，在籽粒灌漿的前期兩品種間的籽粒含水率沒有明顯的差別，后期兩品種間的差別逐漸明顯。

圖2 籽粒含水率隨授粉時間的變化

2019年鄭單958和安玉308的生理成熟期籽粒含水率分別為30.12±0.55%、29.68±0.29%，2020年鄭單958和安玉308的生理成熟期籽粒含水率分別為31.25±0.22%、31.03±0.65%，安玉308生理成熟期籽粒含水率略低于鄭單958，品種間差異不顯著；授粉后63 d兩品種間的籽粒含水率差異逐漸明顯，安玉308的含水率低于鄭單958；2019年鄭單958和安玉308收獲期籽粒含水率分別為24.87±0.49%和22.00±0.68%，相差2.87%，2020年鄭單958和安玉308收獲期籽粒含水率分別為24.82±0.72%和21.41±0.54%，相差3.41%，兩年數(shù)據(jù)表明安玉308收獲期籽粒含水率平均比鄭單958低3.14%，品種間呈顯著性差異。

安玉308生理成熟前籽粒脫水速率略大于鄭單958，品種間差異不顯著；生理成熟后平均籽粒脫水速率比鄭單958高0.20%/d，品種間差異顯著(表3)。

表3 安玉308和鄭單958的籽粒含水率和脫水速率

2.4 苞葉、穗軸和穗柄含水率變化

品種間的苞葉、穗軸、穗柄含水率隨著授粉時間的增加均呈下降趨勢。兩個品種間的苞葉含水率在授粉后42 d之前差異不大，授粉后42 d后安玉308的苞葉脫水速率快于鄭單958；穗軸含水率品種間差異顯著，安玉308的穗軸含水率始終低于鄭單958；穗柄含水率變化幅度不大，品種間差異不顯著(圖3)。

圖3 苞葉、穗軸、穗柄含水率隨授粉時間的變化

2.5 產(chǎn)量及相關(guān)性狀

穗長、穗粗、軸粗、百粒重和產(chǎn)量在品種間達(dá)到顯著性差異。安玉308的平均穗粗比鄭單958細(xì)0.20 cm，但是軸粗比鄭單958細(xì)0.30 cm，穗長比鄭單958長0.57 cm，同時百粒重比鄭單958高2.16 g，這就是安玉308比鄭單958產(chǎn)量高的原因。安玉308平均比鄭單958的產(chǎn)量高652.72 kg/hm2，較鄭單958增產(chǎn)6.89 %(表4)。

表4 安玉308與鄭單958的產(chǎn)量及相關(guān)性狀比較

3 結(jié)論與討論

籽粒脫水方面，相關(guān)研究報道玉米生理成熟后的籽粒脫水速率在品種間存在顯著性差異。玉米收獲期籽粒含水率是由生理成熟期籽粒含水率和生理成熟后籽粒脫水速率共同決定的，該性狀可高度遺傳[20]。研究結(jié)果表明，安玉308的生理成熟期籽粒含水率比鄭單958略低，但是生理成熟后籽粒脫水速率每天比鄭單958高0.20%，最終收獲期籽粒含水率比鄭單958低3.14%，品種間差異顯著。

籽粒灌漿與脫水過程密切相關(guān)，玉米生理成熟后粒重處于恒定狀態(tài)，但水分迅速散失，不同品種之間水分散失速度存在明顯差異，因此認(rèn)為這一階段籽粒脫水速率決定收獲期籽粒含水率[21]。研究結(jié)果表明，授粉后28 d至授粉后49 d安玉308與鄭單958的籽粒干物重迅速增長，安玉308的灌漿速度比鄭單958快，最終安玉308的百粒干物重比鄭單958高2.16 g。雖然百粒干物重達(dá)到最大值，但籽粒脫水還要持續(xù)一段時間，安玉308比鄭單958的吐絲期早5.5 d，但是授粉至生理成熟歷時相同，這就保證了安玉308在生理成熟后有足夠的時間進(jìn)行籽粒脫水。同時，品種間籽粒含水率、脫水速率的差異與植株許多性狀有一定的相關(guān)性，如苞葉、穗軸、穗柄等[22～24]。安玉308的穗軸含水率始終低于鄭單958；兩品種苞葉含水率在授粉后42 d之間差別不大，但之后安玉308的苞葉脫水速度明顯加快。

產(chǎn)量性狀方面，雖然安玉308穗粗較鄭單958細(xì)0.2 cm，但軸粗細(xì)0.3 cm，穗子比鄭單958長0.57 cm，百粒重高2.16 g這就使安玉308比鄭單958的產(chǎn)量高652.72 kg/hm2，較鄭單958增產(chǎn)6.89%。由此可見，安玉308比鄭單958提早進(jìn)入籽粒灌漿階段，灌漿速度比鄭單958快，百粒重比鄭單958高，后期有足夠的時間進(jìn)行籽粒脫水且脫水速度也快，這就是安玉308比鄭單958產(chǎn)量高且收獲時籽粒含水量低的原因。

試驗僅在百粒干物重、籽粒含水率及脫水速率、產(chǎn)量性狀進(jìn)行了比較，其他影響含水率與產(chǎn)量的因素如溫度、濕度、風(fēng)速、災(zāi)害天氣這些因子也需要進(jìn)一步綜合分析。