不同株高雜交種玉米抗倒伏特性及雜種優(yōu)勢

潘志遠，段燕燕，常寶學(xué)，崔振坤，祁炳琴，胡 靜，勾 玲

(1.石河子大學(xué)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室/石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003；2. 新疆九圣禾種子標準研究院有限公司，新疆昌吉 831100)

0 引言

【研究意義】我國玉米種植面積和產(chǎn)量已占到糧食作物的三分之一[1]。但由于玉米生長期間常遇高溫干旱、暴雨大風(fēng)等異常天氣或病蟲害發(fā)生等不利因素的干擾而造成田間倒伏，對玉米穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)影響較大。當(dāng)前制約玉米密植高產(chǎn)主要限制因素之一為田間倒伏[2]。倒伏會導(dǎo)致葉片正?？臻g分布被破壞，使其光合效率降低，干物質(zhì)積累減少。特別是玉米莖稈發(fā)生折斷，會使莖稈的輸導(dǎo)系統(tǒng)遭到破壞，影響葉片水分、養(yǎng)分的供給，造成玉米減產(chǎn)。嚴重時會使植株死亡，甚至出現(xiàn)絕產(chǎn)。全世界每年因莖折損失的玉米產(chǎn)量5%～20%[3]。增強玉米抗倒性對提高玉米產(chǎn)量具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】玉米莖稈抗倒伏能力取決于多個性狀的共同作用[4]。株高降低會使植株重心降低，能顯著提升玉米的抗倒能力。株高與倒伏有密切關(guān)系[5]。玉米莖稈穗位高、地上部第三節(jié)莖粗及穿刺強度等指標與其抗倒性有顯著性關(guān)系。莖粗較大、穿刺強度較強，莖稈的抗倒性就越高[6,7]。玉米雜交種抗倒性與其親本有密切關(guān)系[8]。玉米雜交種株高與其雙親均呈顯著性正相關(guān)[9]；穗位高與其父本有顯著性正相關(guān)關(guān)系[10]?！颈狙芯壳腥朦c】但不同株高玉米雜交種F1的抗倒性與其親本有怎樣的內(nèi)在聯(lián)系，還不十分清楚。不同株高玉米雜交種抗倒伏性的雜種優(yōu)勢差異如何，還需做進一步深入研究與探討。【擬解決的關(guān)鍵問題】將玉米雜交種F1依據(jù)株高分為矮稈、中稈、高稈三種類型，選用9個玉米雜交種及其親本為材料，研究玉米植株形態(tài)、莖稈強度及抗倒伏性等性狀與株高的相互關(guān)系及其雜種優(yōu)勢，為玉米抗倒品種篩選與大面積密植高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用不同株高玉米雜交種及其親本自交系，高稈材料：鑫海158、新科891和郁青358及其親本；中稈材料：九圣禾2468、九圣禾581和新玉47及其親本；矮稈材料：DM1114、九玉D03和九圣禾235及其親本，共計27份材料。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗2019～2020年于新疆昌吉九圣禾產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)進行，小區(qū)安排為2膜4行30+70(cm)寬窄行配置，行長3 m，行數(shù)4行。株距約24 cm，留苗密度為6 000 株/667m2(90 000株/hm2)。于4月22日播種，9月12日收獲。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田模式一致。

1.2.2 測定指標

植株形態(tài)：于玉米抽雄期田間隨機取生長一致有代表性連續(xù)的5株，用卷尺測量其株高(PH)、穗位高(EH)，并計算其穗位系數(shù)(EHC)。株高是地面離玉米雄穗頂部的高度。穗位高是指地面至第一果穗著生節(jié)位的高度。

穗位系數(shù) = 穗位高/株高。

節(jié)間形態(tài)：于玉米抽雄期在田間隨機取長勢一致有代表性的5株，用直尺測定玉米基部第3節(jié)間長度(IL)，用游標卡尺測量取節(jié)間1/2處直徑，即莖粗(SW)，并計算其莖粗系數(shù)(SDC)。

莖粗系數(shù)=莖粗/莖長。

基部節(jié)間強度(Rind penetration strength，縮寫RPS)：用莖稈強度測定儀測定第3節(jié)間中部莖稈強度。用莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司，中國杭州)將一定橫斷面積(如 1 mm2)的測頭，在節(jié)間中部短軸面垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取穿透莖稈表皮的最大穿刺強度。

田間倒伏：于玉米收獲前對各小區(qū)植株倒伏情況進行調(diào)查，記錄田間總倒伏株數(shù)，分別調(diào)查根倒株數(shù)和莖折株數(shù)，測量莖折高度及發(fā)生節(jié)位。

田間總倒伏率=(莖折數(shù)+根倒數(shù))/ 小區(qū)總株數(shù) ×100%。

莖折率 (Stem break rate)= 莖折株數(shù) / 小區(qū)總株數(shù) ×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS24.0進行方差分析，并計算雜種優(yōu)勢。超母優(yōu)勢(%)=(F1-P1)/P1×100。超父優(yōu)勢(%)=(F1-P2)/P2×100。雜種優(yōu)勢指數(shù)(%)=F1/MP×100。F1：雜交種一代；MP：父母本性狀均值；P1：母本；P2：父本。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株高玉米雜交種植株性狀及雜種優(yōu)勢差異

研究表明，矮稈類型穗位高在60～80 cm；中稈類型穗位在90～98 cm；高稈類型穗位高在150 cm左右，且不同類型雜交種間穗位高存在顯著差異。由植株高度由矮稈到高稈類型的穗位系數(shù)分別為0.39～0.4、0.36～0.38和0.3～0.35，且矮稈與高稈類型穗位系數(shù)之間差異顯著。玉米雜交種穗位高與株高密切相關(guān)。隨著株高的提高，穗位高、穗位系數(shù)也會升高，玉米倒伏的風(fēng)險加大。

供試玉米雜交種的株高均表現(xiàn)較高的正向雜種優(yōu)勢。除矮稈材料外，中稈和高稈類型品種株高超母優(yōu)勢均高于超父優(yōu)勢。株高雜種優(yōu)勢指數(shù)表現(xiàn)高稈類型明顯高于矮稈類型，由矮稈到高稈分別為111%～118%、128%～130%和131%～142%。表1

表1 不同株高玉米雜交種植株性狀比較

玉米穗位高的超母優(yōu)勢高于超父優(yōu)勢，由矮稈到高稈類型表現(xiàn)逐漸升高的趨勢，且穗位高的雜種優(yōu)勢指數(shù)也隨株高的增加而提高。不同類型品種穗位高雜種優(yōu)勢分別為86%～123%、121%～136%和139%～150%。玉米雜交種穗位系數(shù)超父、超母優(yōu)勢均較低，雜種優(yōu)勢表現(xiàn)高稈類型大于矮稈類型。圖1

圖1 不同株高玉米雜交種植株性狀雜種優(yōu)勢比較

2.2 不同株高玉米雜交種莖節(jié)性狀及雜種優(yōu)勢比較

研究表明，玉米雜交種基部節(jié)間長度隨著株高的升高而伸長，莖粗系數(shù)變小，而節(jié)粗變化差異不顯著。矮稈類型基部節(jié)間長度變幅在10.1～13.8 cm，中稈類型為14.8～16.7 cm，高稈類型變幅度為16.7～18.6 cm。高稈類型莖粗系數(shù)最低，變幅在0.10～0.13；矮稈類型最低，為0.15～0.19，且兩者莖粗系數(shù)差異達顯著水平。玉米雜交種株高與基部節(jié)間長度密切相關(guān)。表2

表2 不同株高玉米雜交種莖節(jié)性狀比較

高稈玉米基部節(jié)間長度正向雜種優(yōu)勢均表現(xiàn)比較高，且超母優(yōu)勢大于超父優(yōu)勢。而矮稈類型雜種優(yōu)勢指數(shù)較低(<100%)，中親優(yōu)勢和超母、超父優(yōu)勢指數(shù)也偏低，且多為負值。玉米雜交種莖粗的超母優(yōu)勢和超父優(yōu)勢偏低，不同類型差異不大。莖粗系數(shù)的雜種優(yōu)勢相關(guān)指數(shù)則表現(xiàn)矮稈類型大于高稈類型。選擇株高越低的自交系做父母本，其基部節(jié)間長度的雜交優(yōu)勢會降低，雜交種F1的節(jié)間長度會縮短，莖粗系數(shù)會變大。圖2

圖2 不同株高玉米雜交種莖節(jié)性狀雜種優(yōu)勢比較

2.3 不同株高玉米雜交種莖稈穿刺強度、倒伏率及雜種優(yōu)勢的比較

研究表明，不同株高雜交種玉米基部節(jié)間莖稈穿刺強度變化差異較大，高稈類型品種莖稈穿刺強度較中稈、矮稈均低。莖稈穿刺強度的雜種優(yōu)勢指數(shù)較強，且超父優(yōu)勢大于超母優(yōu)勢(九圣禾2468除外)。矮稈類型莖稈穿刺強度的雜種優(yōu)勢指數(shù)最高，為140%～155%左右，高稈材料最低在100%～128%，且易發(fā)生莖折。玉米親本植株高度越高，其雜交種穿刺強度越低。選擇自交系植株高度較低的材料做父母本，有利于提高莖稈抗倒伏強度，降低田間發(fā)生倒伏的風(fēng)險。表3

表3 不同株高玉米雜交種莖稈穿刺強度、倒伏率及雜種優(yōu)勢

2.4 玉米植株及節(jié)間性狀與抗倒伏性狀相關(guān)性

研究表明，莖稈穿刺強度與株高、穗位高呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與穗位系數(shù)、節(jié)粗和莖折率呈負相關(guān)；與莖粗系數(shù)正相關(guān)。莖折率與株高、穗位高、穗位系數(shù)和節(jié)間長度呈正相關(guān)，與莖稈穿刺強度呈負相關(guān)關(guān)系。表4

表4 玉米雜交種植株性狀與抗倒伏能力相關(guān)性比較

3 討 論

高密度種植條件下玉米更容易發(fā)生莖折[11]。玉米株高、穗位高等指標對莖倒伏有重要的影響。燕樹鋒[13]研究表明，株高與穗位高與倒伏率呈正相關(guān)的結(jié)果。玉米雜交系植株性狀與其親本自交系密切相關(guān)[12]。玉米株高、穗位高的超高親優(yōu)勢高，雜種優(yōu)勢較強[14,15]。玉米第3節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)與倒伏有密切關(guān)系，馬曉君[16]研究認為,倒伏率與節(jié)間直徑、與基部節(jié)間長度呈顯著正相關(guān)。而與基部節(jié)間長度和莖粗系數(shù)呈負相關(guān)或極顯著負相關(guān)[16]，玉米基部第3節(jié)間直徑與倒伏呈負相關(guān)關(guān)系[17]。莖粗系數(shù)與倒伏也呈負相關(guān)關(guān)系[18]，薛金濤等[19]研究發(fā)現(xiàn)玉米的抗倒強度與穗下莖粗呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與莖長呈負相關(guān)關(guān)系。玉米莖稈強度代表玉米抗折斷能力的一個重要指標，研究認為玉米地上部第3 莖節(jié)穿刺強度能較好反映出莖稈抗倒伏的能力[20]，莖稈穿刺阻力與倒伏性呈極顯著相關(guān)[21]。

試驗研究表明，玉米雜交種的穗位系數(shù)與穗位高與株高變化呈顯著正相關(guān)關(guān)系，高稈玉米雜交種穗位、穗位系數(shù)均表現(xiàn)較高，田間莖折率也高。表明植株高度提高，田間發(fā)生莖折的風(fēng)險加大。玉米雜交種穗位高的雜種優(yōu)勢指數(shù)和超親優(yōu)勢較強；穗位系數(shù)的雜種優(yōu)勢指數(shù)較強，玉米雜交種穗位高的超母優(yōu)勢表現(xiàn)出矮稈<中稈<高稈的趨勢。玉米雜交種基部節(jié)間長度超母優(yōu)勢大于超父優(yōu)勢，玉米基部節(jié)間長度隨株高的升高而伸長，而莖粗系數(shù)隨株高升高而降低?；抗?jié)間長度，節(jié)粗、莖粗系數(shù)的雜種優(yōu)勢指數(shù)較強，莖粗系數(shù)低于其雙親，莖粗與雙親變化不大。莖稈穿刺強度的雜種優(yōu)勢較強，且超父優(yōu)勢大于超母優(yōu)勢。玉米莖稈穿刺強度與株高、穗位高、基部節(jié)間長度呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與莖粗無顯著相關(guān)性。

4 結(jié) 論

玉米株高與莖稈抗倒伏能力有密切關(guān)系，株高較矮的雜交種其穗位高和穗位系數(shù)較低，基部節(jié)間長度短，莖粗系數(shù)較高，莖稈穿刺強度較高，田間倒伏率低，具有良好的抗倒性能。在玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗倒伏品種選育過程中，重視親本自交系特別是母本高度和父本穿刺強度的選擇，有利于提高雜交種的抗倒伏性。