欠量灌水方法用于玉米抗旱性鑒定和評價研究

唐懷君，謝小清，趙連佳，孫寶成，黎 裕，王天宇，劉 成

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊830091;2.中國農業科學院作物科學研究所，北京10081)

欠量灌水方法用于玉米抗旱性鑒定和評價研究

唐懷君1，謝小清1，趙連佳1，孫寶成1，黎 裕2，王天宇2，劉 成1

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊830091;2.中國農業科學院作物科學研究所，北京10081)

【目的】研究欠量灌水脅迫下，玉米抗旱性鑒定和評價所需的最佳灌水量，為玉米抗旱性的準確鑒定提供參考依據。【方法】以5個當前新疆主栽玉米品種為材料，在全生育期進行梯度欠量灌水脅迫處理，分析欠量灌水對玉米產量及抗旱性的影響。【結果】隨著灌水總量5 283～2 283 m3/hm2逐漸降低，5個玉米品種的產量和抗旱性均呈下降趨勢。灌水量在3 975 m3/hm2時5個玉米品種的產量和抗旱性差異最大。欠量灌水脅迫下單株產量與穗粒數和行粒數呈極顯著正相關，與百粒重的相關性不顯著。【結論】欠量灌水的供水總量為正常灌水對照的3/4時(3 975 m3/hm2)，5個玉米雜交種產量下降一半，抗旱系數差異最大化，可用于玉米的抗旱性鑒定和評價。

玉米;全生育期;欠量灌水脅迫;抗旱性;鑒定方法

0 引言

【研究意義】干旱是影響玉米生產最主要的因素之一，每年因干旱使我國玉米產量損失近20%～30%［1］。抗旱性是玉米品種穩定性的一個重要方面［2］，鑒定玉米的抗旱性，是進行玉米育種的基礎。玉米的抗旱性具有階段性，不同生育期具有不同的抗旱性。實踐證明，玉米抗旱性的鑒定和評價難度較大［3］。因此，研究抗旱鑒定新方法，對進一步提高玉米抗旱鑒定的準確性至關重要。【前人研究進展】近年來，國內外學者從不同方面開展了玉米抗旱性鑒定研究，提出了各種抗旱鑒定與評價的方法。其中包括:玉米萌芽期抗旱性鑒定研究［4，5］，玉米萌發期生物延遲發光評價［6］，苗期反復干旱［7］，拔節期干旱脅迫［8］，開花期干旱脅迫［9］，全生育期干旱脅迫［10］，盆栽模擬干旱鑒定方法，干旱棚、抗旱池或人工氣候室法［11］，梯度水分脅迫處理鑒定方法［12］等。這些研究多側重于在實驗室或旱棚條件下進行，與大田條件相差甚遠;同時，田間干旱脅迫研究主要集中在苗期、拔節期或開花期進行，其中開花期受旱對玉米產量影響最大［13］。【本研究切人點】玉米開花期干旱脅迫的抗旱鑒定應用最多，而針對玉米整個生育期欠量灌水脅迫的抗旱性研究相對較少。在干旱區大田條件下，選用當前新疆主要推廣的5個玉米雜交種為試驗材料，進行梯度欠量灌水脅迫處理，研究玉米雜交種最佳的脅迫強度。【擬解決的關鍵問題】研究不同水分欠量處理，對玉米株高、穗位高、果穗性狀、籽粒性狀，以及玉米產量和抗旱性等影響，確定玉米欠量灌水脅迫下抗旱性鑒定和評價所需的最佳灌水量，為開發大規模玉米抗旱性田間鑒定新方法提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇在新疆主栽的玉米雜交種5個，分別為:新玉9號、新玉33號、張玉1233號、先玉335、鄭單958。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2016年在新疆烏魯木齊市北郊新疆農業科學院安寧渠試驗場進行。試驗區土壤肥力水平中等。該試驗場2016年玉米生長期5～9月的降雨量合計為1 533 m3/hm2。試驗采用梯度欠量水分脅迫處理，1個正常灌水對照和4個干旱脅迫處理，共5個水分處理區，每個處理內3次重復，隨機區組。每個材料4行，行長3 m，行距0.6 m，株距0.3 m。5個水分處理的總灌水量分別為5 283(CK)、4 533、3 783、3 033和2 283 m3/hm2，對應供水比例為100%、86%、72%、57%和43%。表1

表1 不同處理灌水時間和灌水量Table1Irrigating time and water amount in different water treatments(m3/hm2)

1.2.2 抗旱性評價

干旱脅迫后在收獲前分別測定株高、穗位高和有效穗數，收獲后測定單株粒重、穗粒數、百粒重、穗長和穗粗。用3個重復的單株粒重平均值作為產量衡量指標［14］，用抗旱系數評價抗旱性［15］:抗旱系數=水分脅迫處理區的產量/正常灌水對照區的產量。

1.3 數據處理

用Excel 2007和Statistica10.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 各指標的方差

研究表明，株高、穗位高、穗行數、行粒數、穗重、穗長、穗粗、穗粒數和單株產量9個性狀在處理間的差異都達到了極顯著水平，百粒重在處理間的差異不顯著。正常或干旱脅迫條件下，玉米的株高、穗位高、穗行數、行粒數、穗重、穗長、穗粗、穗粒數和單株產量等性狀在不同水分處理間變化較大，而百粒重受梯度欠量灌水脅迫處理的影響較小。表2

2.2 梯度欠量灌水脅迫下玉米單株產量與產量性狀的相關性

研究表明，在正常灌水情況下單株產量與穗長呈極顯著正相關，相關系數為0.719＊＊;在梯度欠量灌水不同脅迫下，單株產量與行粒數均呈極顯著或顯著正相關，相關系數分別為0.834＊＊、0.757＊＊、0.801＊＊、0.584*，單株產量與穗粒數均也呈極顯著正相關，相關系數分別為0.798＊＊、0.730＊＊、0.786＊＊、0.656＊＊;單株產量與百粒重和穗行數除在T4處理呈顯著相關外，在其它4個處理中均不顯著。說明欠量灌水脅迫通過影響穗粒數和行粒數而影響單株產量，百粒重和穗行數則相對穩定，對產量的影響較小。表3

表2 不同干旱脅迫處理間10個指標方差Table2 Variance analysis of 10 indexes among different drought stress treatments

表3 欠量灌水脅迫下單株產量與其它性狀相關系數Table3 Correlation Coefficient of Plant yield with other characters under difficult irrigation stress

2.3 梯度欠量灌水對玉米產量的影響

5個玉米材料在正常灌水(5 283 m3/hm2)條件下具有不同的產量，但隨著梯度灌水量的減少，其產量均呈現遞減趨勢。說明玉米產量與土壤含水量有密切的關系。圖1

欠量灌水脅迫處理間的產量差異除T4與T5之間不顯著外，其它處理間的產量差異均達到了顯著水平。說明欠量灌水對產量的影響較大。處理T3與T1、T2、T4、T5之間產量差異極顯著，且T3處理的產量較T1產量減少了51.31%，欠量灌水在T3處理對產量的影響最大。表4

2.4 欠量灌水脅迫后玉米抗旱性的變化

研究表明，在灌水量5 283～2 283 m3/hm2，隨著灌水總量的逐漸減少，5個玉米品種的抗旱系數逐漸下降。在充分灌水(5 283 m3/hm2)和極端脅迫處理(2 283 m3/hm2)條件下，5個玉米品種的抗旱性變化較小(標準差stdev分別為0和0.07)，但在3 033～4 533 m3/hm2欠量灌水處理區，5個玉米材料的抗旱性變化較大(stdev=0.09－0.19)，差異最大的處理是3 750～4 500 m3/hm2處理(stdev=0.16－0.19)。產量下降一半(抗旱系數0.5)時，欠量供水總量為3 750～4 500 m3/hm2，平均3 975 m3/ hm2，與正常灌水對照的供水總量5 283 m3/ hm2的比值為0.75(脅迫強度)，該脅迫處理區間，材料間的抗旱性差異最大。欠量灌溉處理總供水量為正常灌溉的3/4時，玉米的抗旱性鑒定效果最佳。圖2

圖1 玉米產量與累計供水量間的關系Fig.1 Relationship between maize yield and cumulative water supply

表4 不同干旱脅迫處理間的產量差異Table4 Yield difference of different drought stress treatments

圖2 欠量灌水脅迫下5個玉米品種抗旱性變化Fig.2 Drought resistance effect on five materials under shortage of irrigation stress

3 討論

目前，玉米抗旱材料的鑒定和評價有很多種方法，如PEG干旱模擬試驗［16］、田間自然少雨條件試驗、不同生育時期的干旱脅迫［17］下進行抗旱鑒定。實踐證明，玉米抗旱性的鑒定和評價是一項復雜的工作，干旱試驗的脅迫時間和脅迫程度易受試驗材料、鑒定地點、氣候等［18］的影響，因此需要選擇好的鑒定方法。玉米產量構成因子受環境影響變化較大，且不同鑒定方法和條件下其產量性狀對產量影響的比重和排序也會發生變化。周旭梅［19］和劉化濤［20］等研究認為百粒重是影響產量的首要因子，穗粒數是決定產量的重要因素。唐懷君［21］和劉化濤等［20］研究指出，穗粒數是影響產量的重要因素，而百粒重對單株產量的影響較小。試驗結果表明，欠量灌水脅迫通過影響穗粒數和行粒數而影響單株產量，百粒重和穗行數則相對穩定，對產量的影響較小。

以往的研究多集中在某一個生育期抗旱性鑒定，而全生育期的抗旱性鑒定研究的力度仍然不足。為確保玉米抗旱性鑒定和評價的準確性，新方法的開創性研究十分必要。采用全生育期欠量灌水的水分脅迫處理，通過5個玉米品種全生育期梯度欠量灌水脅迫下的產量—水分試驗，確定了5個玉米品種產量下降一半的需水量，以及各材料在不同灌水總量的水分敏感性。研究表明，隨著各次灌水量的減少，5個玉米品種的產量隨著灌水總量的減少均呈現遞減趨勢，且玉米減產的程度因全生育期不同欠量灌水總量而異。5個玉米品種產量下降一半需水量為3 975 m3/hm2(正常灌水總量的75%)時抗旱性差異最大化，表明在全生育期欠量灌水總量為正常灌水的3/4時，抗旱鑒定結果最佳。以往新疆烏魯木齊安寧渠干旱脅迫處理試驗中，脅迫強度為0.77。欠量灌溉最佳脅迫強度0.75，兩者基本一致。

4 結論

以5個玉米雜交種為試驗材料，將玉米全生育期作為一個整體，對欠量灌水方法用于玉米抗旱性鑒定和評價進行了研究。行粒數(16.99＊＊)、穗粒數(21.92＊＊)和單株產量(33.03＊＊)性狀在欠量灌水處理間的差異都達到了極顯著水平，百粒重(0.74)在欠量灌水處理間的差異不顯著;在欠量灌水不同干旱脅迫下，單株產量與穗粒數呈極顯著正相關(相關系數分別為0.798＊＊、0.730＊＊、0.786＊＊、0.656＊＊)，單株產量與行粒數呈顯著或極顯著正相關(相關系數分別為0.834＊＊、0.757＊＊、0.801＊＊、0.584*)，單株產量與百粒重除在T4處理呈顯著相關外與其它處理均不顯著。欠量灌水脅迫處理通過影響穗粒數和行粒數而影響單株產量，百粒重則相對穩定，

對產量的影響較小。

T3處理的產量較T1產量減少了51.31%。產量下降一半(抗旱系數0.5)時，欠量供水總量為3 750～4 500 m3/hm2，平均3 975 m3/ hm2，與正常灌水對照的供水總量5 283 m3/ hm2的比值為0.75(脅迫強度)時，材料間的抗旱性差異最大。因此，欠量灌溉處理總供水量為正常灌溉的3/4(3 975 m3/hm2)時，玉米的抗旱性鑒定效果最佳，可用于玉米抗旱性的鑒定和評價。

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Study on the Evaluation and Identification of Maize Drought Resistance by Using the Method of Water Shortage Irrigation

TANG Huai－jun1，XIE Xiao－qing1，ZHAO Lian－jia1，SUN Bao－cheng1，LI Yu2，WANG Tian－yu2，LIU－Cheng1
(1.Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China; 2.Institute of Crop Sciences，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China)

【Objective】This project aims to study the optimal irrigation amount for drought resistance identification and evaluation of maize under shortage water stress in order to provide a reference for the identification of drought resistance of maize.【Method】The present 5 main varieties in Xinjiang were used as experimental materials，the effects of irrigation on yield and drought resistance of 5 varieties were studied under the condition of insufficient irrigation during the whole growth period.【Result】The results showed that the yield and drought resistance of the 5 materials showed a downward trend with the gradual decrease of total 5，283－2，283 m3/hm2.When the irrigation amount was 3，795 m3/hm2，the yield and drought resistance of the 5 materials were the biggest.There was a significant positive correlation between the yield and grain number per ear，and grain number per row，and no correlation with 100 grain weight.【Conclusion】The total amount of water supplied by the control of irrigation was 3/4(3，795 m3/hm2) under normal irrigation，the yield of the five maize hybrids decreased by half，and the difference of drought resistance coefficient was maximized，which could be used for the identification and evaluation of drought resistance in maize.

maize;the whole growth period;shortage of irrigation stress;drought resistance;identification method

LI Cheng(1968－)，female，researcher，master tutor，research direction:drought resistance of grain crops，(E－mail)liuchengxj@126.com

S513

A

1001－4330(2017)05－0804－07

10.6048/j.issn.1001－4330.2017.05.003

2017－03－20

國家重點研發計劃課題“玉米種質資源精準鑒定與創新利用”(2016YFD0100103);新疆農業科學院農業科技創新平臺能力提升建設專項“農業部西北玉米抗旱生物學科學觀測實驗站”(XJNKYPT－2017－007)

唐懷君(1983－)，男，安徽人，助理研究員，研究方向為糧食作物抗旱性，(E－mail)tanghuaijun83@sina.com

劉成(1968－)，女，甘肅人，研究員，碩士生導師，研究方向為糧食作物抗旱性，(E－mail)liuchengxj@126.com

Supported by:The National Key Research and Development Program of China"accurate identification and innovative utilization of maize germplasm resources"(2016YFD0100103);The construction of special on the innovation topic and ability to ascend of Xinjiang academy of agricultural sciences agricultural science and technology"northwest agriculture drought－resistant observation station in biology science"(XJNKYPT－2017－007)