不完全雙列雜交玉米組合抗倒伏綜合評價

楊明花,劉 強,廖必勇,彭云承,布阿依夏木·那曼提,達吾來·杰克山

(新疆伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆伊寧 835000)

0 引 言

【研究意義】玉米是重要的糧飼兼用原料作物[1]。隨著玉米全程機械化進程加快,玉米面積和種植密度增加,對玉米抗倒性提出了更高的要求,玉米抗倒性也直接影響到玉米產(chǎn)量、品質(zhì)和機械收獲的質(zhì)量,研究玉米抗倒性是當(dāng)前玉米育種和栽培需要解決的問題,而莖稈是玉米抗倒性最直接表型,影響該性狀的因素較多[2-3]。我國每年因倒伏造成產(chǎn)量損失達5%～20%,嚴(yán)重的可達到70%以上[4]。玉米倒伏中30%～60%為莖倒伏,對產(chǎn)量的影響最大[5-8]。莖稈倒伏性強的品種是玉米籽粒機械化收獲的基礎(chǔ),莖稈是植株抗倒伏性的最直接表型,但該性狀的影響因素較多。目前,大部分研究通過莖皮穿刺強度、莖稈彎折強度、莖稈彎曲強度等指標(biāo)來評價植株的抗倒伏能力[9-10]。研究玉米莖稈抗倒伏性,對提高品種抗倒伏能力具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】許瑩瑩等[11]研究表明,增加莖稈抗推力、莖粗和穗粗有利于提高品種抗倒能力和單株質(zhì)量。王崢等[12]研究表明,百粒質(zhì)量、穗粒數(shù)下降是導(dǎo)致倒伏玉米產(chǎn)量下降的主要原因。李樹巖等[13]研究表明,倒伏會導(dǎo)致果穗長度顯著縮短,穗粗顯著降低,影響產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】曹慶軍等[14]研究表明,倒伏減產(chǎn)會影響穗粒數(shù)的減少,百粒重的降低,穗長和穗粗降低、禿尖長度增加是造成玉米穗粒數(shù)下降的主要原因。需研究不同玉米雜交組合植株形態(tài)和莖稈力學(xué)與玉米抗倒伏的關(guān)系以及倒伏對產(chǎn)量的綜合評價?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以4份玉米自交系為測驗種,9份玉米高代選系為待測系,采用NCⅡ不完全雙列雜交組配的36個組合為材料,研究不同玉米雜交組合莖稈性狀及其產(chǎn)量性狀的關(guān)系,篩選可以用來鑒定玉米倒伏能力的指標(biāo),為選育玉米新品種抗倒性和適宜籽粒機械化收獲理論研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

9份經(jīng)群體混粉選育的S7高代選系,分別為S7-1、S7-2、S7-3、S7-4、S7-5、S7-6、S7-7、S7-8和S7-9,4 份測驗種,分別為1、2、3和4。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

按照不完全雙列雜交設(shè)計,2020年7月在伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗地雜交組配得到36份組合,2021年4月將 36份雜交組合在試驗基地種植。采用隨機區(qū)組設(shè)計,2 行區(qū),3 次重復(fù),行長 5.00 m,行距 60 cm,株距 17 cm,田間管理同大田管理。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

玉米收獲期,測量穗長、穗粗(中間位置)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量性狀;用游標(biāo)卡尺測定基部第3節(jié)莖粗(基3粗)、基部第4節(jié)莖粗(基4粗)、穗下第1節(jié)莖粗(穗下1粗)。

1.2.2.2 莖稈力學(xué)特征

每行選取3棵代表植株,在玉米灌漿期用浙江托普儀器有限公司的數(shù)顯植物莖稈強度檢測儀(型號 YYD-1),參考勾玲[15]方法測量。

莖稈穿刺強度N/mm2(RPS):測定基部第3節(jié)間穿刺強度(基3穿)、穗下第1節(jié)穿刺強度(穗下1穿),將橫斷面積為1 mm2的測頭在莖稈節(jié)間中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入,讀取穿透莖稈表皮的最大值。

彎曲強度(BS):基部第 4 節(jié)間測量彎曲強度(基4彎)、穗下第1節(jié)間(穗下1彎)在測量穿刺強度之后,再次測量彎曲強度。

莖稈抗推力(N) :在植株基部第3節(jié)中部(大約離地面20 cm處) 以莖稈的短軸方向垂直推倒至45°角,瞬間讀取并記錄數(shù)據(jù)。

1.2.3 指標(biāo)計算

各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值:

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin).

式中,j= 1,2,…,n;μ(Xj)是第j個綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值,Xj為第j個綜合指標(biāo)測定值,Xmin和Xmax分別表示第j個綜合指標(biāo)的最小值和最大值。

各綜合指標(biāo)的權(quán)重:

Wj=pj/∑Pj。

式中,j=1,2,…,n;Wj表示第j個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的權(quán)重;pj為各品種的第j個綜合指標(biāo)的貢獻率。

各雜交組合綜合評價指數(shù)D值:

D=∑nj= 1[U(X1)×W1],j= 1,2,…n。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel2010 整理數(shù)據(jù),采用 DPS15.10和SPSS22分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米雜交組合莖稈性狀與單株粒重相關(guān)性

研究表明,不同玉米品種單株粒重與基部第3節(jié)穿刺強度(基3穿)、穗下第1節(jié)穿刺強度(穗下1穿)、基部第4節(jié)彎曲強度(基4彎)、穗下第1節(jié)彎曲強度(穗下1彎)和莖稈抗推力表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,穿刺強度、彎曲強度和莖稈抗推力與玉米雜交組合單株粒重相關(guān), 基部第3節(jié)穿刺強度(基3穿)、基部第4節(jié)彎曲強度(基4彎)、穗下第1彎曲強度(穗下1彎)與莖稈抗推力表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為 0.611 4**、0.644 0**和 0. 556 0**,單株粒重與莖粗表現(xiàn)為負(fù)相關(guān),莖稈穿刺強度、彎曲強度和莖稈抗推力與單株產(chǎn)量呈正相關(guān),增加莖稈的穿刺強度、彎曲強度、莖稈抗推力有利于提高品種抗倒能力和單株產(chǎn)量。表1

2.2 不同玉米雜交組合產(chǎn)量性狀與莖稈抗倒性狀相關(guān)性

研究表明,株高、行粒數(shù)、單株粒重與莖稈抗推力呈顯著正相關(guān)關(guān)系,分別為0.388*、0.387*、0.490**,穗長、百粒重與莖稈抗推力呈正相關(guān)關(guān)系,穗高、禿尖長、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、生育期與莖稈抗推力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,禿尖長、穗行數(shù)與莖稈抗推力呈顯著水平(-0.402*、-0.388*),株高、穗長、行粒數(shù)與單株粒重呈顯著正相關(guān)關(guān)系,禿尖長、穗行數(shù)、軸粗與單株粒重均呈負(fù)相關(guān)。穗高、穗行數(shù)與生育期呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,軸粗、百粒重與生育期呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。穗長與行粒數(shù)(0.574**)、株高與穗高(0.561**)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。表2

2.3 不同雜交玉米組合主成分

研究表明,將8個測定指標(biāo):X1為株高,X2為穗粗,X3為行粒數(shù),X4為單株粒重,X5為基3穿,X6為基4彎,X7為穗下1彎,X8為莖稈抗推力。前5個主成分的特征向量值和貢獻率,累計貢獻率達到了89.98%,第1主成分貢獻率最大,達到了49.40%,第2主成分貢獻率為14.24%,第3主成分貢獻率為10.97%,第4、第5主成分貢獻率為分別達到了8.47%、6.90%,特征值分別為3.95、1.14、0.88、0.68和0.55。第1主成分貢獻包括基部第3節(jié)間穿刺強度、基部4節(jié)間彎曲強度、穗下第1節(jié)間彎曲強度等選擇,這些性狀與組合莖稈拉力強度相關(guān),稱為玉米莖稈因子。第2主成分貢獻主要表現(xiàn)為玉米莖稈抗推力,對應(yīng)的載荷值較大的倒伏性狀植株莖稈抗推力因子。第3主成分貢獻主要表現(xiàn)為玉米基部第三節(jié)穿刺強度因子,第4主成分貢獻主要表現(xiàn)為玉米莖稈抗推力因子,第5主成分貢獻主要表現(xiàn)為玉米株高因子。表3,表4

2.4 不同玉米品種綜合指標(biāo)權(quán)重的確定及材料的綜合評價

研究表明,組合16的D值最大,為0.92,綜合指標(biāo)最強,組合6和35的D值最小,為0.40,其綜合指標(biāo)最差。遺傳距離為5.0時,可將36個組合供試材料分為3類,雜交組合11、16、18、20、22、23、24、25和27為抗倒性強的9個組合; 2、5、6、8、9、10、15、17、19、28、29、30、33和35為抗倒性弱的14個組合;1、3、4、7、12、13、14、21、26、31、32、34和36為抗倒性中的13個組合。圖1

表1 不同玉米品種莖稈抗倒性狀與產(chǎn)量相關(guān)性

圖1 供試材料綜合性的聚類

表3 S7代雜交組合主成分載荷矩陣

表4 雜交組合主成分分析得分、隸屬函數(shù)值

續(xù)表4 雜交組合主成分分析得分、隸屬函數(shù)值

3 討 論

玉米的莖稈抗推力作為評價玉米倒伏的指標(biāo)之一[15],因試驗操作簡單、快捷,常用來判定玉米抗倒性強弱。研究結(jié)果表明,抗倒性強的玉米品種的莖稈抗推力大于抗倒性弱的玉米品種且差異顯著,莖稈抗推力可以作為評價玉米抗倒伏的指標(biāo)之一。

李永忠[16]、孫世賢等[17]研究表明,玉米倒伏不僅與株高、莖粗等植株形態(tài)性狀有關(guān),而且與莖稈的機械強度關(guān)系密切。張芳魁[18]研究表明,玉米的株高、穗高、近地節(jié)間長度、莖粗、莖節(jié)質(zhì)量及莖稈的力學(xué)性能均影響倒伏。Martin S A等[19]研究表明莖粗對植株的抗倒性能影響最大,王雅楠等[20]莖稈基部節(jié)間的穿刺強度及壓碎強度隨節(jié)間的上升逐漸降低,且與株高存在顯著正相關(guān)關(guān)系,劉衛(wèi)星等[21]研究表明,莖稈力學(xué)性狀中以基部第3節(jié)的差異最顯著,郝玉波等[22],研究表明,早熟品種較中晚熟品種株高、穗高低,節(jié)間重、密度和穿刺強度大,有利于莖稈抗倒伏,而中晚熟品種較早熟品種節(jié)間長度小、粗度大和抗折斷力強,楊青華等[23]研究表明影響倒伏的主要指標(biāo)穿刺強度的直接作用最大。

趙仁全等[24]研究表明,抗倒伏性強的品種增產(chǎn)的主要因子具有較高的千粒質(zhì)量。劉衛(wèi)星等[21]研究表明,抗倒伏性強的品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素平均值高于抗倒伏性弱的品種,增產(chǎn)22.7% 。

李雁等[25]對28個玉米雜交組合進行了主成分分析及綜合評價,篩選出7個較優(yōu)組合。丁璐等[26]進行了26個玉米雜交組合農(nóng)藝性狀的相關(guān)性和主成分分析,篩選出了與對照農(nóng)藝性狀相接近的組合。李帥等[27]對30個玉米雜交組合農(nóng)藝性狀鑒定與綜合評價研究,篩選出12個優(yōu)秀組合,王平等[28]對65個玉米品種的光溫資源利用效率進行了綜合評價,篩選出28個品種具有較高光溫資源利用能力。

4 結(jié) 論

基部第3節(jié)穿刺強度、穗下第1節(jié)穿刺強度、基部第4節(jié)彎曲強度、穗下第1節(jié)彎曲強度、單株粒重與莖稈抗推力表現(xiàn)為為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,增加莖稈的穿刺強度、彎曲強度、莖稈抗推力有利于提高品種抗倒能力和單株產(chǎn)量。株高、行粒數(shù)、單株粒重與莖稈抗推力呈顯著正相關(guān)關(guān)系,分別為0.388、0.387、0.490,穗長、百粒重與莖稈抗推力呈正相關(guān)關(guān)系,穗高、禿尖、穗粗、軸粗、生育期與莖稈抗推力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,單株粒重禿尖、穗行數(shù)與莖稈抗推力呈顯著水平(-0.402、-0.388),莖稈抗推力強的、行粒數(shù)多的玉米品種產(chǎn)量越高。

篩選出9個組合為抗倒性強的品種。14個雜交組合為抗倒性差的組合。13個雜交組合為抗倒性中等。