玉米果穗性狀及其抗旱性隨灌水量的變化規(guī)律

謝小清,唐懷君,張磊,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】干旱災(zāi)害制約了玉米產(chǎn)量的提高[1-2]。采用抗旱鑒定方法篩選抗旱玉米種質(zhì),改良提高玉米品種抗旱性,是減少因干旱帶來的損失最經(jīng)濟(jì)而有效的途徑[3]。產(chǎn)量是鑒定玉米品種抗旱性的關(guān)鍵指標(biāo),玉米產(chǎn)量主要由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重共同決定[4]。研究玉米果穗性狀與產(chǎn)量及抗旱性的關(guān)系,對于玉米抗旱性鑒定和抗旱育種具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在玉米苗期[5]、拔節(jié)期[6]、抽雄期[7]和開花期[8-10]等不同時(shí)期進(jìn)行干旱脅迫,與水區(qū)對照相比,干旱使得果穗性狀發(fā)生變化,如行粒數(shù)、穗行數(shù)、穗長、穗粗等下降,禿尖增加等。但干旱脅迫程度以及干旱持續(xù)時(shí)間差異較大[11-12],果穗的性狀變化趨勢并不一致?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】特定時(shí)期特定干旱處理的脅迫,不足以明確玉米果穗性狀受旱后的變化趨勢。需研究玉米雜交種的果穗性狀隨灌水量減少的變化趨勢,以明確果穗性狀的受旱影響趨勢?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選擇12份玉米雜交種進(jìn)行6個(gè)水分梯度的干旱脅迫試驗(yàn),在玉米拔節(jié)至成熟期設(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9個(gè)玉米果穗性狀的變化趨勢,優(yōu)選玉米抗旱性鑒定的主要指標(biāo),為玉米抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

12個(gè)材料為新疆主推玉米雜交種:先玉335、KWS1553、新引M753、新玉9號、新玉23號、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉59號、新玉60號、新玉90號、鄭單958。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年5～10月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場進(jìn)行。采用滴灌覆膜種植,采用寬度0.7 m地膜。每膜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60 600株/hm2,12個(gè)雜交種分別在各水分處理區(qū)重復(fù)3次,每個(gè)重復(fù)種植6行,行長3.0 m,每個(gè)小區(qū)面積3.3 m×3 m,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

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)一灌出苗水675 m3/hm2,確保蹲苗階段的土壤水分供應(yīng);此后各時(shí)期每個(gè)水分處理均灌水7次,灌水時(shí)間相同,但灌水量不同,各處理在675 m3/hm2的基礎(chǔ)上按照 100%、80%、60%、40%、20%和0%的比例減少。灌水量每次分別為675、540、405、270、135和0 m3/hm2。全生育期各處理的總灌水量分別為5 400、4 455、3 510、2 565、1 620和675 m3/hm2。玉米生長期共降水64.2 mm,折合降水642 m3/hm2。包括自然降水和人工滴灌在內(nèi),各處理的總供水量依次為6 042、5 097、4 152、3 207、2 262和1 317m3/hm2。表1

表1 欠量滴灌方案和總灌水量

1.2.2 測定指標(biāo)

取各灌水處理小區(qū)中間1膜的果穗,行長3 m,測定以下指標(biāo):

總穗數(shù)(Total number of ears):計(jì)數(shù)每膜的果穗數(shù)量。

單穗重(Single ear weight):電子稱重每膜果穗,總重量除以總穗數(shù),得到單穗重。

穗粒數(shù)(Grain number per ear):單個(gè)果穗上的籽粒數(shù)量。

穗長(Ear length):測量從穗基部到頂端的長度(mm)。

穗粗(Ear diameter):測量果穗中間部分直徑(mm)。

穗行數(shù)(Kernel rows per ear):計(jì)數(shù)果穗中部的籽粒行數(shù)。

行粒數(shù)(Kernel numbers per row):計(jì)數(shù)果穗上單行的籽粒數(shù)。

禿尖(Bare tip length):測量果穗頂端不結(jié)實(shí)部分的長度(mm)。

百粒重(Hundred grain weight):脫粒后,取大小均勻的100粒玉米籽粒稱重。

某一性狀受旱后的相對變化量(Relative Change Amount,RCA%)=((不充分灌水區(qū)數(shù)值-充分灌水區(qū)數(shù)值)/充分灌水區(qū)數(shù)值)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng) Excel整理分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米雜交種產(chǎn)量隨灌水量減少的變化

研究表明,12個(gè)玉米雜交種的單穗重在灌水80%和100%時(shí)最高,隨著灌水量的減少,參試雜交種的單穗重都呈下降趨勢。其中,KWS533、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉59號、新玉60號、新玉90號和鄭單958八個(gè)雜交種在灌水100%時(shí)產(chǎn)量處于最大水平,而先玉335、新引M753、新玉9號、新玉23號四個(gè)雜交種則在灌水80%時(shí)處于最大水平。12個(gè)雜交種從灌水量100%下降到80%后的產(chǎn)量增減百分?jǐn)?shù)在-7.0%～3.1%,平均下降1.8%。除了新玉46號之外,其它雜交種在缺水20%的情況下,產(chǎn)量沒有較大的下降。表2,圖1

圖1 12個(gè)玉米雜交種的單穗重隨灌水量減少呈下降趨勢

表2 灌水量100%和80%條件下玉米雜交種產(chǎn)量變化

2.2 玉米雜交種果穗性狀隨灌水量減少的變化

研究表明,從灌水量100%減少到0%,12個(gè)雜交種的單穗重平均值從248.6 g下降到61.9 g,下降75.1%;總穗數(shù)平均值分別為從25.1個(gè)下降11.9個(gè),下降52.4%;穗粒數(shù)平均值從740.9粒下降到264.3粒,下降64.3%;百粒重平均值分別為34.6 g下降到26.8 g,下降22.4%;穗行數(shù)平均值從16.5行下降到15.1行,下降8.7%;行粒數(shù)從40.3粒下降到17.8粒,下降55.9%;穗長平均數(shù)從208.2 mm下降到117.6 mm,下降43.5%;穗粗平均數(shù)從56.4 mm下降到44.5 mm,下降21.1%;禿尖平均值從11.7 mm增加到16.5 mm,增加40.5%。12個(gè)玉米雜交種的單穗重、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗的平均值都隨著灌水量的減少而下降,而禿尖的平均值則表現(xiàn)為增加,穗行數(shù)的變化趨勢不明顯。表3

表3 不同水分處理下玉米雜交種果穗性狀平均值變化

2.3 玉米雜交種果穗性狀受旱后的相對變化

研究表明,隨著灌水量的減少,12個(gè)玉米雜交種的果穗性狀相對變化量除禿尖表現(xiàn)為遞增趨勢外,其他8個(gè)性狀都呈現(xiàn)遞減的趨勢。灌水量從100%減少到80%,9個(gè)果穗性狀的相對變化量為-2.3%～4.9%,均值為-0.6%。隨著灌水量逐漸減少,果穗性狀變化由不明顯轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@。灌水量從80%減少到60%,單穗重相對變化量從-1.6%減少到-17.6%,禿尖相對變化量從4.9%增加到17.0%;灌水量從60%減少到40%,穗粒數(shù)、行粒數(shù)和穗長的相對變化量分別從-8.2%、-6.7%和-6.1%減少到-17.0%、-13.9%和-11.6%;灌水量從40%減少到20%,總穗數(shù)和穗粗的相對變化量分別從-7.2%、-6.7%減少到-27.3%、-13.4%;灌水量從20%減少到0%,穗行數(shù)相對變化量從-1.9%減少到-8.7%。在灌水量減少的過程中,果穗性狀對干旱變化從不敏感轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾?果穗性狀對干旱的敏感程度從大到小順序:單穗重、禿尖、穗粒數(shù)、行粒數(shù)、穗長、總穗數(shù)、百粒重、穗粗和穗行數(shù)。圖2

注:Y-坐標(biāo)軸為相對變化量,X-坐標(biāo)軸為水分處理

3 討 論

3.1作物抗旱性與作物的種類、品種基因型等有關(guān),也受干旱程度發(fā)生時(shí)期、強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間的影響[13]。在密度合理的情況下,玉米產(chǎn)量直接取決于玉米果穗各性狀的關(guān)系,而果穗長短決定行粒數(shù)的多少,粒排數(shù)決定果穗粗細(xì),單穗重有穗粒重和穗軸重組成[14]。研究結(jié)果表明,隨著灌水量減少、干旱脅迫增強(qiáng),玉米的單穗重、穗粒數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢,與唐懷君等[15]研究結(jié)果一致。隨著灌水量減少、干旱脅迫增強(qiáng),果穗的穗粒數(shù)、穗粒重、行粒數(shù)、穗長、穗寬均下降,與孫寶成等[8]、趙小強(qiáng)等[10]研究結(jié)果一致,干旱脅迫抑制了玉米果穗的發(fā)育。羅迪漢等[16]的研究顯示穗重、行粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素隨灌溉定額的增大而呈增加趨勢,穗長和穗行數(shù)規(guī)律性不強(qiáng),各處理間差異不顯著。研究結(jié)果中,單穗重、行粒數(shù)、穗長均隨灌水量的減少呈遞減趨勢,穗行數(shù)對水分變化的影響較小,但穗長變化與羅迪漢等[16]的研究結(jié)果不同。

3.2多數(shù)針對玉米穗部農(nóng)藝性狀分析研究都與產(chǎn)量相關(guān),且局限于在特定時(shí)期進(jìn)行干旱脅迫,一般只是設(shè)置水區(qū)、旱區(qū)兩個(gè)處理,不足以明確玉米果穗性狀與灌水量之間的變化趨勢。在水分梯度環(huán)境中研究玉米穗部性狀的變化規(guī)律,其結(jié)果更具普遍性。研究采用梯度欠量灌水法,整個(gè)生育期內(nèi)控制6個(gè)水分處理觀察到果穗性狀隨水分改變而變化的趨勢。

3.3趙麗英[17]和Turner[18]等認(rèn)為,在一定條件下,適度水分虧缺不會對作物產(chǎn)量造成影響,研究結(jié)果表明,當(dāng)缺水20%的輕度干旱脅迫條件下,9個(gè)果穗性狀的變化幅度均小于5%,適當(dāng)減少灌水量,對單穗重、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、禿尖等性狀影響不大。在玉米雜交種整個(gè)生育期內(nèi)節(jié)水20%產(chǎn)量無明顯下降。

3.4隨著灌水量逐漸減少,干旱脅迫由輕度轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸群椭囟?單穗重、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、禿尖等果穗性狀的變化也從不明顯轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@。研究表明,中度干旱(缺水40%～60%)條件下,玉米雜交種的單穗重、穗粒數(shù)、行粒數(shù)和禿尖有較大的變化;而在重度干旱條件下(缺水80%以上),雜交種的總穗數(shù)、穗長、百粒重和穗粗才出現(xiàn)明顯下降。

4 結(jié) 論

4.1全生育期每次灌水量減少20%,12份玉米雜交種的單穗重、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、禿尖等性狀變化幅度均小于5%。節(jié)水20%對產(chǎn)量影響不大。

4.2隨著灌水量逐漸減少,玉米的單穗重、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、行粒數(shù)、穗長、穗粗呈遞減趨勢,禿尖呈遞增趨勢,穗行數(shù)則變化不大。

4.3在中度干旱(節(jié)水40%～60%)條件下,單穗重、禿尖、穗粒數(shù)和行粒數(shù)可作為抗旱性鑒定的重要指標(biāo);在重度干旱條件下(缺水80%以上),穗長、百粒重、總穗數(shù)和穗粗可作為玉米極端抗旱性鑒定的輔助指標(biāo)。