冀中南地區不同玉米品種抗旱性比較研究

岳海旺，卜俊周，陳淑萍，彭海成，魏建偉，李 潔，郭安強，謝俊良

(河北省農林科學院 旱作農業研究所/河北省農作物抗旱研究重點實驗室，河北 衡水 053000)

冀中南地區不同玉米品種抗旱性比較研究

岳海旺，卜俊周*，陳淑萍，彭海成，魏建偉，李 潔，郭安強，謝俊良**

(河北省農林科學院 旱作農業研究所/河北省農作物抗旱研究重點實驗室，河北 衡水 053000)

在干旱防雨棚內，利用生產上推廣種植的10個玉米雜交種進行抗旱性比較試驗。試驗設干旱脅迫(僅苗期灌水一次)和正常灌水兩種處理，測定與玉米抗旱性有關的11個農藝和生理生化指標。結果表明：干旱對玉米產量、主要農藝性狀和生理生化指標有顯著影響；穗粗、穗行數、千粒重、脯氨酸、ASI等指標均可作為玉米不同時期的抗旱性鑒定指標，株高、穗位高、穗長、禿尖、MDA和葉綠素含量可作為抗旱性鑒定的參考指標。綜合隸屬度分析結果表明，衡單6272為強抗，偉科702為抗，鄭單958、浚單20、農華101、魯單981為中抗，先玉335、登海605、中單909和蠡玉37為弱抗品種。

玉米；品種；抗旱性；綜合隸屬度

玉米是河北省第一大作物，常年種植面積333.33 萬hm2左右，集糧食、飼料、加工原料等多種功能于一身，重要性不言而喻[1-3]。冀中南地區位于河北省中南部，是河北省玉米主要產區，冬小麥-夏玉米一年兩季，屬典型的暖溫帶大陸性季風氣候，特點是冬季干寒少雪，夏季炎熱多雨，春季干燥多風沙，秋季晴朗，冷暖適中[4]。據資料統計，河北省每年平均受旱面積達238.3萬hm2。玉米品種的抗旱性研究愈來愈受到人們的重視。生產上通過改變玉米栽培方法、改善玉米生長環境等措施不能從根本上解決干旱問題，而種植抗旱性強的品種是一種經濟、有效的抗旱措施[5]。

本研究選用冀中南地區目前主推的10個玉米品種，在干旱防雨棚內，采用抗旱系數、抗旱指數、產量隸屬度和綜合隸屬度為主要參數，分析比較了不同品種植株農藝和生理生化性狀的差異，明確了各個玉米品種的抗旱性，以期為篩選鑒定抗旱玉米品種、為玉米產業化發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以衡單6272、鄭單958、浚單20、先玉 335、登海605、中單909、農華101、魯單981、蠡玉37和偉科702等10個目前生產上推廣種植的玉米雜交種品種為材料。

1. 2 試驗設計

試驗于2015年在河北省農林科學院旱作農業節水試驗站(河北省深州市護駕遲鎮)干旱棚內進行，試驗站位于東經115°42′、北緯37°44′，海拔20 m，年平均降水量520 mm，其中70%的降水集中在7～8月份。年平均氣溫12.6 ℃，無霜期206 d。

棚內為正方形水泥池，每個池子邊長4 m，深2 m，下不封底，試驗前土壤養分情況見表1。播種前茬為小麥，試驗分干旱處理和正常處理兩部分，晴天防雨棚完全開放，雨天關閉，整個試驗過程不接雨水，利用智能水表控制預先設好的水量進行滴灌。正常處理部分于6月19日、7月25日、8月13日和9月4日各澆水1次。干旱處理部分播種時澆足底墑水，僅在7月25日澆水1次，其他管理條件相同。隨機區組設計，7行區，等行距播種行距60.0 cm，株距24.7 cm，小區面積12.05 m2，重復3次。6月19日播種，10月9日收獲。成熟后各小區中間5行收獲計產。

表1 試驗前干旱棚土壤養分情況

1.3 測定指標及標準

1.3.1 農藝性狀指標 每小區選取有代表性植株8株，測定株高、穗位高；收獲后從每行第2個果穗開始連續收獲8個果穗用于考種，測量穗長、穗粗、禿尖、穗行數、千粒重并計算籽粒產量。同時記錄玉米抽雄至吐絲的時間間隔(ASI)。

1.3.2 生理生化指標 在抽雄灌漿期測定各項生理生化指標，按照張志良[6]的方法計算各項指標。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定，葉綠素含量采用分光光度法測定。

1.4 計算方法

1.4.1 產量抗旱系數(Cd)和產量抗旱指數 (DRI)

其計算公式如下：Cd=Yd/Yw

DRI=(Yd/Yw)×(Yd/Ymd)

其中，Yd為干旱脅迫條件下的產量，Yw為正常灌水條件下的產量，Ymd為供試雜交種在干旱脅迫條件下的平均產量。

參照玉米全生育期抗旱性評價標準[7]對10個品種進行抗旱性鑒定。抗旱指數按5級劃分標準，1級≥1.20為極強(HR)；2級1.01～1.19為強(R)；3級0.81～1.00為中等(MR)；4級0.60～0.80為弱(S)；5級≤0.60為極弱(HS)。

1.4.2 隸屬度計算 采用模糊隸屬函數計算各抗旱指標及各測量指標相對值在各品種的具體隸屬值，隸屬度公式為：

Uij= (Xij-Ximin) /(Ximax-Ximin)

公式中：Uij為某品種對于第i項指標的隸屬度；Xij為某品種對于第i項指標的測定值；Ximin為全部品種第i項指標的最小值；Ximax為全部品種第i項指標的最大值；i為某項指標，j為某個品種。隸屬度按5級標準劃分：隸屬度≥0.7為強抗，定為Ⅰ級；≥0.6為抗，定為Ⅱ級；≥0.4為中抗，定為Ⅲ級；≥0.3為弱抗，定為Ⅳ級；<0.3為不抗，定為Ⅴ級[8]。

1.5 數據處理

采用DPS軟件對數據進行統計與差異顯著性分析，采用Excel軟件進行數據整理和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種正常和干旱脅迫下小區產量及抗旱性評價

由表2可知，10個參試玉米品種的抗旱指數為0.513～1.020，抗旱指數最高的是衡單6272，達到1.020；魯單981最低，抗旱指數為0.513。抗旱級別從2級到5級，沒有出現抗旱性極強的品種。抗旱性強的品種有衡單6272和浚單20兩個品種；有3個品種抗旱性表現中等，分別是鄭單958、蠡玉37和偉科702；先玉335和農華101抗旱性表現為弱；抗旱性為極弱的有3個品種，分別是登海605、中單909和魯單981。不同玉米品種在正常灌溉處理條件下的產量差異較小，而在干旱脅迫下產量水平則存在明顯差異，抗旱性強和抗旱性中等的品種之間產量差異大部分不顯著，抗旱性強和抗旱性弱的品種之間差異達到了極顯著水平，而抗旱性中等的品種和抗旱性弱的品種之間差異大部分不顯著。

產量結果經方差分析(LSD法多重比較)，各品種正常處理和干旱處理間差異達到極顯著水平，說明不同品種產量有顯著差異，在干旱處理情況下，灌溉對玉米產量有顯著的影響。

2.2 干旱脅迫對不同玉米品種農藝性狀的影響

本試驗各品種在兩種處理下主要農藝性狀結果見表3。由表3可以看出，干旱脅迫顯著降低了玉米株高、穗位高、穗長、穗粒數、穗行數和千粒重，增加了ASI和禿尖長。在干旱處理下，10個品種中，先玉335株高最高，為265.25 cm，蠡玉37最低，株高為196.63 cm；穗位高最高的是鄭單958，最低的是中單909，分別為104.88和76.13 cm；ASI最大的是魯單981，最小的是衡單6272，分別為8.63和6.00 d；穗長、穗粗和千粒重最大的是衡單6272，分別為17.09 cm、4.06 cm和341.63 g，穗長和千粒重最小的分別是魯單981和登海605，測定值分別為13.96 cm和264.63 g；穗粗最小的是先玉335和中單909，同為3.53 cm。衡單6272禿尖最小，穗行數最大，分別為0.79 cm和13.8，魯單981禿尖最大，中單909穗行數最小，分別為1.79 cm和12.3。

表2 干旱脅迫下各品種產量表現及抗旱性評價結果

注：同列不同大、小寫字母分別表示差異達極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)水平。

表4為正常灌溉處理和干旱處理條件下，各品種主要農藝性狀的平均表現。結果表明，ASI和禿尖長傷害率較大，均達到了90%以上，說明干旱脅迫對其影響大。株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數和千粒重傷害率在20%以下，受影響相對較小。

2.3 干旱脅迫下不同玉米品種丙二醛含量的比較

對10個供試玉米雜交種干旱脅迫下丙二醛含量分析發現(表5)，各品種的丙二醛(MDA)含量較正常處理均有明顯增加，且差異達到極顯著水平。在干旱脅迫下，魯單981傷害率最大，達到了40.63%，衡單6272最小，傷害率為15.30%。本研究表明：衡單6272抗旱性最強，魯單981最差。近年來，干旱脅迫下植物的自由基傷害學說已經被越來越多的證據所支持，丙二醛是自由基進行細胞膜脂過氧化傷害的最終產物之一，因此，在作物抗旱研究中一直將MDA 的含量作為反映細胞膜脂過氧化傷害水平的重要指標[9-10]。

2.4 干旱脅迫下不同玉米品種葉片脯氨酸含量比較

脯氨酸是植物體內一種具有滲透調節性的物質。在植物體遇到干旱脅迫時，脯氨酸含量較對照均表現為上升趨勢，抗旱品種積累的游離脯氨酸相對較多, 不抗旱品種累積的則較少[11]。由表6可見，正常處理條件下，不同玉米品種葉片脯氨酸含量不同，變幅為17.03～67.29 μg/g，干旱脅迫后均有不同程度的增加，且差異達到了極顯著水平，不同品種之間的脯氨酸積累量也存在很大差異，其中衡單6272、農華101、浚單20和偉科702的含量相對較高，登海605、魯單981的含量相對較低。干旱脅迫后各品種脯氨酸含量呈不同程度增加，衡單6272積累量最大，魯單981最小，積累量分別為222.96%和80.06%。本研究表明：衡單6272抗旱性最強，魯單981最差。

2.5 干旱脅迫下葉綠素含量比較

干旱脅迫后，不同玉米品種葉片葉綠素分解速度不同。抽雄吐絲期玉米葉綠素含量最高，在此期間內遇到干旱脅迫會加快葉綠素分解的速度，影響玉米光合作用，從而影響產量[12]。因此，葉綠素含量相對穩定的玉米品種可以較好地抵御干旱脅迫所造成的傷害，維持較高的光合速率。由表7可以看出，正常處理條件下，葉綠素含量存在品種差異性，變化范圍為6.74～9.87 mg/dm2。干旱脅迫后10個品種的葉綠素含量均有所降低，降低程度因品種而異，衡單6272兩種處理下差異達到了顯著水平，其余品種差異均達到了極顯著水平。衡單6272傷害率最低，為10.29%；先玉335、登海605、農華101、魯單981和蠡玉37傷害率均在30%以上。說明在干旱脅迫下，衡單6272葉綠素含量下降速度較緩而維持正常的光合作用，其余品種葉綠素含量顯著下降，從而影響正常的光合作用。

2.6 干旱脅迫下玉米產量與各性狀的相關性分析

分析干旱脅迫條件下玉米產量與各性狀之間的相關性，選出與產量顯著相關的性狀作為玉米品種抗旱性的鑒定指標。由表8可見，干旱脅迫下，穗粗、穗行數、千粒重、脯氨酸與產量呈顯著或極顯著正相關，ASI與產量呈極顯著負相關，說明雌雄開花間隔時間長的品種抗旱性差、產量低，以上5項調查指標均可作為玉米不同時期的抗旱性鑒定指標。株高、穗位高、穗長、禿尖、MDA和葉綠素含量與產量間的相關性不顯著，但與其他指標的相關性達到顯著水平。因此，可將其作為抗旱性鑒定的參考指標。

表3 干旱脅迫對不同玉米品種主要抗旱性狀的影響

表4 兩種處理條件下玉米主要農藝性狀的平均表現

表5 水分脅迫下不同品種玉米葉片丙二醛含量差異 μg/g

表6 干旱脅迫下不同品種玉米葉片脯氨酸含量差異 μg/g

2.7 各品種抗旱性指標隸屬度分析

由于玉米抗旱性是多基因綜合作用的結果，用單項指標對抗旱性無法進行全面評價，故應用模糊隸屬法對每個品種各項指標進行綜合評價[13]。應用模糊數學隸屬度公式進行定量轉換，計算出目標性狀指標的抗旱性隸屬度(表9)，最后用每一品種各項指標隸屬度的平均值作為品種綜合隸屬度進行比較，具有最大隸屬度的品種抗旱性最強。由表9可見，產量及主要性狀的隸屬度變化很大，很難對各品種的抗旱性做出正確評價。因此，本研究采用陳志輝提出的綜合隸屬度值來度量品種的抗旱性[14]。結果表明：各品種的綜合隸屬度按從大到小的順序依次是衡單6272、偉科702、鄭單958、浚單20、魯單981、農華101、中單909、先玉335、蠡玉37和登海605。其中衡單6272為Ⅰ級強抗，偉科702為Ⅱ級抗，鄭單958、浚單20、農華101、魯單981為Ⅲ級中抗，先玉335、登海605、中單909和蠡玉37為Ⅳ級弱抗。

2.8 抗旱性評價方法的比較

運用本研究中所使用的4種抗旱性評價方法對各品種抗旱性作出評價結果。由表10可見，抗旱系數、抗旱指數和產量隸屬度各品種抗旱性排位差別不大，說明這3種方法在抗旱性評價上無實質區別；抗旱系數、抗旱指數、產量隸屬度和綜合隸屬度排位有一定的差別。

2.9 4種抗旱性評價方法的相關性分析

4種不同抗旱性評價方法的相關分析表明(表11)，Cd與DRI、產量隸屬度兩種方法相關極顯著，而與綜合隸屬度相關不顯著；DRI與產量隸屬度相關極顯著，與綜合隸屬度相關顯著；產量隸屬度與綜合隸屬度相關顯著。本研究相關分析表明，DRI和產量隸屬度方法與Cd和綜合隸屬度相關均達到顯著水平，說明這兩種方法均能較好地評價品種的抗旱性。

表7 干旱脅迫下不同品種玉米葉片葉綠素含量差異 mg/dm2

表8 玉米產量及各性狀間的相關系數

注：“**”、“*”分別為在1%和5%水平上相關顯著。下同。

表9 各品種抗旱性指標的隸屬度

表10 4種抗旱性評價方法的比較

表11 幾種抗旱性評價方法的相關分析

3 結論與討論

3.1 結論

本研究對干旱防雨棚內兩種不同水分處理下10個品種的農藝性狀指標和生理生化指標進行了測定和比較，結果表明：在干旱脅迫處理下株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數、千粒重和對照相比均有明顯下降趨勢，下降幅度因品種而異，ASI和禿尖均比對照有所增加。

植株在受到干旱脅迫后MDA和脯氨酸含量均有所增加，葉綠素含量則呈降低趨勢。穗粗、穗行數、千粒重、脯氨酸、抗旱指數、ASI可以作為玉米不同時期的抗旱性鑒定指標。株高、穗位高、穗長、禿尖、MDA和葉綠素含量可以作為抗旱性鑒定的參考指標。運用綜合隸屬度對不同品種進行了抗旱性評價，抗旱性由強到弱依次是衡單6272、偉科702、鄭單958、浚單20、魯單981、農華101、中單909、先玉335、蠡玉37和登海605。

3.2 討論

作物抗旱性是一個復雜的數量性狀，受多基因控制，是由多種因素相互作用而構成的一個較為復雜的綜合性狀[15]。以往研究表明，用單個指標評價品種抗旱性和用多個指標綜合評價得出的結果是不完全一致的[16-17]，這表明用單一指標評價作物的抗旱性存在片面性，因此品種的抗旱性需要用多項指標綜合評價[18-23]。

模糊隸屬法消除了個別指標帶來的片面性，能較準確地評定不同品種的抗旱性[13]。本研究運用抗旱系數、抗旱指數、產量隸屬度和綜合隸屬度4種方法對不同品種進行了抗旱性比較，從4種方法中得出的高抗品種基本一致。衡單6272在4種方法中均排名第一，說明該品種在產量、植株形態、生理等方面抗旱性較強，綜合隸屬度高，與生產證明的抗旱力基本相符合。衡單6272是河北省農林科學院旱作農業研究所育成的高產、抗旱、適應性廣的玉米雜交種。2011年3月通過了河北省品種委員會審定，2011年初進行大面積推廣應用，取得了較好的社會效益。衡單6272的親本H462和H72均為抗旱性強的自交系，這與親本自交系抗旱性強所配出的組合抗旱性也強的觀點相一致[24]。偉科702和蠡玉37在4種方法中排名差距較大，還有待于進一步研究。

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(責任編輯：許晶晶)

Comparative Research on Drought Resistance of Different Maize Varieties in Central and Southern Regions of Hebei Province

YUE Hai-wang, BU Jun-zhou*, CHEN Shu-ping, PENG Hai-cheng,WEI Jian-wei, LI Jie, GUO An-qiang, XIE Jun-liang**

(Dryland Farming Research Institute, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences /Hebei Provincial Key Laboratory of Crop Drought Resistance Research, Hengshui 053000, China)

In the rain proof shelter, the drought resistances of 10 widely-planted maize hybrids were tested and compared. In this experiment, two treatments were designed, namely drought stress (irrigation only one time at seedling stage) and the control (normal irrigation at growth stage), and the eleven agronomic, physiological and biochemical traits related to drought resistance of maize were determined. The results showed that drought had significant effects on the yield and main agronomic, biochemical and physiological traits of maize. Under drought stress, ear diameter, ear row number, 1000-kernel weight, proline content and ASI could be used as the identification indexes of drought resistance of maize in different growth period; plant height, ear height, ear length, bald tip, MDA content and chlorophyll content could be used as the reference indexes of maize drought resistance identification. The results of comprehensive membership analysis indicated that: Hengdan 6272 was strongly resistant to drought; Weike 702 was resistant to drought; Zhengdan 958, Jundan 20, Nonghua 101 and Ludan 981 were moderately resistant to drought; while Xianyu 335, Denghai 605, Zhongdan 909 and Liyu 37 were weakly resistant to drought.

Maize; Variety; Drought resistance; Comprehensive membership

2016-11-28

國家玉米產業技術體系項目(nycytx-02)；河北省科技支撐計劃項目(16226323D-X)；河北省農林科學院青年基金項目(A2 015040101)。

岳海旺(1982─)，男，河北晉州人，副研究員，碩士，主要從事玉米育種及栽培研究。*并列第一作者：卜俊周。**通訊 作者：謝俊良。

S513

A

1001-8581(2017)03-0022-06