不同基因型夏玉米果穗脫水特性綜合評價

趙紅香　張慧　孫旭東　王慶成　劉開昌　劉霞　韓壯　王獻忠　李宗新

摘要：機械化直接收獲玉米籽粒是目前亟待解決的難題，玉米果穗脫水特性成為研究重點。本試驗以黃淮海區域36個主推夏玉米品種為研究對象，測定生理成熟前后玉米果穗各部位的含水量、脫水速率，運用主成分和聚類分析獲得果穗脫水性較強的品種。結果表明：不同基因型夏玉米果穗的籽粒、苞葉和穗軸含水量兩兩間極顯著相關，而脫水速率兩兩間不相關；36個主推品種中登海605、青農105、農華101和金陽光7號為該地區果穗脫水性較強的品種；果穗脫水性較強品種的苞葉、穗軸和籽粒含水量為36%、58%、29%左右；籽粒含水量不是機收粒的關鍵限制因素。

關鍵詞：夏玉米；含水量；脫水速率；玉米果穗

中圖分類號：S513.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）12-0018-05

農業機械化是實現農業現代化的重要標志，我國農業生產中，玉米、水稻和小麥三大糧食作物，小麥基本實現了全程機械化生產[1]，水稻機械化生產技術處于迅猛發展階段[2，3]，而玉米機械化收獲在理論和實踐上均不夠成熟，其機械化發展成為瓶頸[4]。美國、加拿大玉米收獲機械與配套生產技術都比較成熟和先進[5，6]。我國現有玉米品種繁多，生育期長短不齊，各地生態特點、種植制度和耕作方式差異很大，都是制約我國玉米機械化收獲的主要因素[7～9]。黃淮海地區是我國重要的玉米產區，小麥、玉米一年兩熟制是該地區主要種植制度，該區域生產上推廣應用的夏玉米品種繁多，品種類型和性狀差異較大，缺乏科學的夏玉米機械化收獲標準，導致玉米機械化收獲損失大、直接收獲籽粒技術難以實現[10，11]。因此，明確夏玉米果穗的脫水特性對實現機械化生產具有重要指導意義。

在玉米生產中，適宜的收獲期是提高產量和品質的保證，果穗脫水特性是確保玉米機械化收粒的前提[12]。我國通常以玉米果穗的苞葉枯白松散、籽粒含水量33%左右、黑色層形成作為收獲參考[13～15]，實踐證明，這一參考標準的生產指導作用較差，缺乏可靠理論依據，有待進一步研究明確。國內對不同品種玉米籽粒脫水速率的報道較多[16～18]，對果穗各部位脫水特性綜合評價的研究較少。本試驗以36個黃淮海區域主推玉米品種為研究對象，通過測定玉米生理成熟前后果穗各部位含水量和脫水速率，運用主成分和聚類分析篩選出果穗脫水性較強的夏玉米品種，以期為黃淮海地區機收籽粒夏玉米品種的選育及配套栽培技術提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料與設計

試驗于2013年6月～10月在山東省農業科學院玉米研究所龍山試驗基地（117°32′E，36°43′N）進行。該地屬溫帶大陸季風性氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年均降水量693.4 mm，年均氣溫13.6℃，年均日照時數2 558.3 h，無霜期209 d，具黃淮海區域典型特點。試驗地前茬為冬小麥，棕壤土，土層深厚，地下水在5 m以下。

選用黃淮海夏玉米區36個主推品種（表2）為研究對象。采用隨機區組設計，重復3次。種植密度為6.75萬株/hm2，行距0.66 m，行長5 m，每小區種植8行。定苗后一次性施入玉米專用復合肥（17-17-17）600 kg/hm2，其它管理同一般高產田。

1.2測定項目與方法

從9月15日開始取樣，每3天取1次，各品種每次取3份果穗，共取樣6次。果穗脫水速率計算方法：烘干法測定籽粒、苞葉（含穗柄）、穗軸的含水量，根據2次相鄰樣品含水量，計算果穗日脫水速率。脫水速率（%/d）=100×（前1次含水量-后1次含水量）/兩次取樣相隔天數。

1.3玉米果穗脫水性評價體系的建立

1.3.1最小數據集（MDS）的選取 MDS的選擇完全取決于試驗目的[19，20]，本試驗主要目的是為選育果穗脫水性強的夏玉米品種及配套栽培技術提供一些參考。黃淮海麥-玉兩熟區玉米的收獲時間一般是10月1日，因此，選該日收獲果穗的脫水性進行綜合評價。選擇影響機收的果穗指標即籽粒、苞葉（含穗柄）、穗軸三者的含水量作為MDS，運用因子分析法對各指標因子進行主成分分析，得到各指標因子主成分（PC）的特征值和貢獻率。

1.3.2權重的確定本研究計算權重運用客觀賦值法，也就是用主成分分析確定權重值，用某指標的公因子方差占所有指標公因子方差總和的比例來表示[21，22]。

1.3.3隸屬度函數值的計算方法[22]

1.3.4綜合評價模型的建立[21，22]

式中，D值為不同基因型夏玉米果穗脫水性強弱指數；Wj表示第j個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度即權重。

1.4 數據分析

采用DPS 7.05軟件進行差異顯著性分析，用SPSS 18.0軟件進行描述性統計、主成分分析和聚類分析，采用Microsoft Excel 2007作圖表。

2結果與分析

2.1不同基因型夏玉米果穗各部位含水量、脫水速率相關性分析

由圖1可以看出，玉米果穗的苞葉和穗軸、籽粒和苞葉、籽粒和穗軸的含水量Pearson相關分析得出的R值分別為0.549、0.858、0.540，經顯著性分析得P值都小于0.01，因此果穗苞葉、穗軸和籽粒的含水量兩兩間都極顯著相關。苞葉和穗軸、籽粒和苞葉、籽粒和穗軸脫水速率Pearson相關分析得出的R值分別為0.118、0.095、0.009，經顯著性分析，P值都大于0.05，因此三者脫水速率間不相關。

2.2不同基因型夏玉米果穗脫水性綜合評價

由表1看出，穗軸、苞葉、籽粒含水量的權重值分別為0.456、0.453、0.091，因子的權重值越高在評價時占得份額就越大。各品種籽粒的含水量為29%左右，權重值比較小；穗軸的含水量為70%左右，能直接影響機械化操作，其權重值較高；苞葉本身因干枯含水量較低，但機械化操作需要將穗柄納入苞葉中，而穗柄的含水量較高，因此苞葉的含水量也較高，權重值也較高。

根據公式計算出不同基因型夏玉米果穗各指標因子的隸屬度函數值和最終的D值（表2），D值的大小表示各品種果穗脫水性強弱，D值越接近1表明該品種在該地區種植果穗脫水性越強。金陽光7號的果穗脫水指數最大，為0.72，說明其果穗的脫水性較強，中科11的果穗脫水指數最小，為0.04，說明其果穗的脫水性較差。

依據D值通過最大距離法聚類分析，結果（圖2）表明，36個品種劃分為3類，果穗脫水性較強的品種有4個：登海605、青農105、農華101和金陽光7號；果穗脫水性較差的品種有10個：金海604、蠡玉37、金海5號、屯玉808、魯單9066、登海661、諾達1號、魯單9088、中科11和東單60；中間型品種：浚單20、青農8號、濟玉1號、連勝15、連勝188、德利農988、齊單1號、鄭單

3討論與結論

Zuber 等[23]研究指出，玉米苞葉厚度與籽粒含水量呈顯著負相關， Crane 等[24]也研究發現，玉米生理成熟后的籽粒脫水速率與果柄、苞葉長度、籽粒形狀和大小存在著密切的關系。本試驗也發現不同基因型夏玉米果穗中籽粒、苞葉和穗軸的含水量兩兩間極顯著相關，而脫水速率兩兩間不相關。有研究發現，乳線位置年際間、品種間差異較大，黑色層出現早晚不能充分反映生理成熟狀況，不能用來作為機械直接收獲玉米籽粒的依據[25～27]。還有研究證實，機械直接收獲籽粒且較小限度破壞種子要求籽粒含水量在25%～19%，含水量低于15%時機械較嚴重損傷籽粒[28]。本試驗通過對果穗脫水性綜合評價獲得的4個脫水性較強品種的苞葉、穗軸和籽粒含水量為36%、58%、29%左右，試驗中36個品種的籽粒含水量多在29%左右，因此，籽粒含水量不是阻礙機械化進程的關鍵因素。

本試驗通過主成分分析獲得各品種的D值，D值越接近1表明該品種在當地種植果穗的脫水性越強，金陽光7號的D值最大，為0.72，與1.00還存在很大差距，可見，改善果穗脫水特性的潛力很大。通過聚類分析將36個品種分成3類，果穗脫水性強的品種只占試驗品種的1/9。因此，育種方面，建議培育出生理成熟時能迅速脫水的品種，使各部位的含水量迅速降低以利于機械收獲；栽培方面，建議在麥-玉兩熟區域，為實現玉米機械化收粒目標，在不影響小麥冬前基本苗前提下，可適當調整玉米晚收小麥晚播，使果穗各部位含水量降低以利于機械作業。

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