土培條件下玉米萌發(fā)期耐旱鑒評技術(shù)體系研究

張春宵，李淑芳，劉旭洋，劉杰，劉文平，劉學(xué)巖，李春輝，王天宇，李曉輝

土培條件下玉米萌發(fā)期耐旱鑒評技術(shù)體系研究

張春宵1，李淑芳1，劉旭洋2，劉杰1，劉文平1，劉學(xué)巖1，李春輝2，王天宇2，李曉輝1

（1吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所，吉林公主嶺 136100；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081）

【目的】中國玉米主產(chǎn)區(qū)多為干旱、半干旱地區(qū)，播種后遇旱問題時常發(fā)生，生產(chǎn)上實現(xiàn)良好的出苗與成苗率是保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。鑒于不同的玉米品種對萌發(fā)期干旱脅迫反應(yīng)不一，構(gòu)建玉米萌發(fā)期耐旱評價技術(shù)體系，鑒定不同品種萌發(fā)期耐旱性，為玉米品種篩選與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā恳詮奶镩g耕層采集的土壤為介質(zhì)，設(shè)置從種子不能發(fā)芽到全部發(fā)芽的土壤含水量13個梯度，在25℃光照培養(yǎng)箱條件下測定5個代表性品種種子發(fā)芽率，建立不同土壤水分脅迫條件與發(fā)芽率的Logistic擬合方程，確立50%種子發(fā)芽率時土壤含水量（GW50）；在此基礎(chǔ)上，以5個品種GW50平均值作為干旱處理強(qiáng)度，對32份品種的發(fā)芽率等11個性狀進(jìn)行測定，通過相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析等方法，解析種子發(fā)芽率與其他相關(guān)性狀間的關(guān)系。【結(jié)果】在13個水分梯度下5個品種的發(fā)芽率擬合Logistic方程的決定系數(shù)2為0.978—0.992，基于Logistic方程估算GW50為18.2%—18.7%，GW50平均值為18.5%。以18.5%土壤含水量作為干旱脅迫處理水平，對32份品種的發(fā)芽率等11個性狀的分析結(jié)果顯示，發(fā)芽率與胚芽鮮重、胚根鮮重、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率具有顯著的相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)均小于0.5，分別為0.36、0.40和0.38，而發(fā)芽率與胚根數(shù)等7個性狀沒有顯著的相關(guān)性。聚類分析結(jié)果表明，基于發(fā)芽率以外10個性狀的聚類分析將32個品種分為三類，分別包含13、10和9個品種，但這三類品種間的發(fā)芽率均值沒有顯著差異，說明這10個性狀不能反映脅迫條件下的發(fā)芽率水平。對11個性狀的主成分分析表明發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率在第一主成分具有較高的特征值，第一主成分對總方差的貢獻(xiàn)率達(dá)到36.3%，這三個性狀可以作為萌發(fā)期耐旱性評價的關(guān)鍵指標(biāo)。基于建立的萌發(fā)期耐旱鑒定技術(shù)體系，所鑒定的32個品種中有4個屬于萌發(fā)期耐旱型，22個屬于為中間型，7個屬于萌發(fā)期干旱敏感型?！窘Y(jié)論】明確了限制種子發(fā)芽率50%的土壤干旱脅迫強(qiáng)度，提出種子發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率可作為萌發(fā)期耐旱鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建了玉米萌發(fā)期耐旱鑒定技術(shù)方法體系。

玉米；萌發(fā)期；土壤干旱；耐旱性；鑒評體系

0 引言

【研究意義】玉米是中國重要的糧食作物，在保障國家糧食安全方面具有舉足輕重的作用[1]。然而，中國玉米種植面積的三分之二分布在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)，頻發(fā)的干旱嚴(yán)重阻礙玉米生產(chǎn)的發(fā)展[2]，特別是在中國的北方春玉米區(qū)，播種期是干旱少雨的季節(jié)，時常受到春旱的威脅[3]，而且近年來機(jī)械單粒播種的快速推廣應(yīng)用，由萌發(fā)期干旱引起的缺苗斷壟對玉米生產(chǎn)造成的損失表現(xiàn)尤為明顯[4]。因此，確立玉米萌發(fā)期耐旱鑒評的干旱處理方法和技術(shù)指標(biāo)，科學(xué)鑒定評價玉米品種萌發(fā)期的耐旱性，對新品種鑒定、篩選與應(yīng)用具有重要的實際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】以往玉米耐旱研究多集中在大田干旱法、土壤盆栽法和PEG模擬干旱脅迫等方法。大田干旱法通過控制灌水量進(jìn)行干旱處理，貼合生產(chǎn)實際中的干旱脅迫，多應(yīng)用于苗后全生育期的耐旱鑒評[5-7]。盆栽土壤干旱脅迫易于控制土壤水分，是玉米苗后借助設(shè)施耐旱研究中常用的干旱處理方法，適合玉米苗期耐旱鑒評[8-9]。通過聚乙二醇（PEG）或甘露醇（mannitol）的水分脅迫處理是實驗室常用的一種模擬干旱方式，然而這種方法會導(dǎo)致植物組織快速脫水，而且PEG、甘露醇本身會被植物吸收[10]。針對玉米的不同生長發(fā)育時期耐旱性評價，研究者采用不同的性狀指標(biāo)。玉米的苗期耐旱性多以存活率、葉片相對含水量、葉綠素含量、光合速率等指標(biāo)進(jìn)行評價[8-9,11]。在玉米的開花期及全生育期多以散粉-吐絲間隔、產(chǎn)量等為指標(biāo)評價耐旱性[5-7]。自Hall等[12]在1983年首次提出干旱下玉米的散粉-吐絲間隔（anthesis-silking interval，ASI）與產(chǎn)量顯著關(guān)聯(lián)，ASI成為了評價玉米耐旱性的經(jīng)典性狀指標(biāo)[13-16]。【本研究切入點】縱觀國內(nèi)外玉米耐旱鑒定研究，萌發(fā)期耐旱性受到的關(guān)注較少，目前，少數(shù)報道采用PEG模擬干旱研究萌發(fā)期耐旱，所開展的PEG脅迫發(fā)芽率、發(fā)芽勢等性狀耐旱性評價[17-22]，雖然與耐旱性有密切的關(guān)系，但是與玉米實際生產(chǎn)中的大田土壤干旱還有差別[10]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以耕層土壤為介質(zhì)，設(shè)置13個土壤含水量梯度測定代表性玉米品種萌發(fā)期的發(fā)芽率，建立擬合Logistic模型估算50%種子萌發(fā)率時的土壤含水量（50% germination rate soil water content，GW50）水平，確定進(jìn)行玉米萌發(fā)期耐旱性鑒定適宜脅迫強(qiáng)度，并以GW50為干旱處理強(qiáng)度，對32份玉米雜交種的發(fā)芽率等11個性狀進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定萌發(fā)期耐旱鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建土培條件下玉米萌發(fā)期耐旱鑒定評價技術(shù)體系，從而為大規(guī)模的萌發(fā)期耐旱材料鑒定和后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)、提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為32份商業(yè)化玉米品種（表1），除吉單系列品種由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所和吉農(nóng)高新技術(shù)發(fā)展股份有限公司提供外，其余均從吉林省公主嶺市種子市場購買。

1.2 干旱處理方法

試驗采用土壤干旱法，挖取吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺試驗基地（124°48′34″E、43°30′23″N）0—20 cm耕層土壤，風(fēng)干粉碎過篩，105℃烘干8 h，使其完全干燥，根據(jù)所需處理脅迫強(qiáng)度于土壤中加入定量水，充分混勻后放入塑料桶（內(nèi)徑16.5 cm、高20 cm）至14.5 cm。將玉米種子均勻播于2 cm深，覆蓋3 cm干土，每個桶播種50粒種子，加蓋阻止水分蒸發(fā)。放入培養(yǎng)箱中25℃避光萌發(fā)。

1.3 不同水分梯度下的發(fā)芽率擬合分析

以玉米品種鄭單958、吉農(nóng)大819、登海605、吉單551、優(yōu)迪919為試驗材料，設(shè)置15.0%、15.5%、16.0%、16.5%、17.0%、17.5%、18.0%、18.5%、19.0%、19.5%、20.0%、20.5%和21.0%共13個土壤含水量梯度（絕對土壤含水量，即加水重量/土壤干重×100%）。水分梯度處理方法與材料種植同上，每個處理50粒種子，采用完全隨機(jī)設(shè)計，并且每2 d隨機(jī)交換位置。處理第8天測定種子發(fā)芽率（germination rate，GR），發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)為萌發(fā)出的幼根達(dá)到粒長、幼芽達(dá)到粒長1/2[23]。利用Curve Expert 1.4軟件對各玉米品種在13個土壤含水量梯度及其獲得的發(fā)芽率進(jìn)行基于Logistic模型方程=/(1+Be-CX)[24]擬合，式中為發(fā)芽率，為最大發(fā)芽率，為土壤含水量，B和C為常數(shù)。根據(jù)模型估算GW50。

1.4 GW50脅迫強(qiáng)度下的表型鑒定

以GW50為脅迫處理強(qiáng)度、土壤含水量22.0%為正常對照，每個處理設(shè)3次重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子，采用完全隨機(jī)設(shè)計，并且每2 d隨機(jī)交換位置。對32份玉米品種在處理第8天測定發(fā)芽率、胚根長（radicle length，RL）、胚芽長（germ length，GL）、種子鮮重（seed fresh weight，SFW）、胚芽鮮重（germ fresh weight，GFW）、胚根鮮重（radical fresh weight，RFW）、種子干重（seed dry weight，SDW）、胚芽干重（germ dry weight，GDW）、胚根干重（radicle dry weight，RDW）、胚根數(shù)（radicle number，RN）和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率（storage material transport rate，SMTR）。其中，發(fā)芽率的鑒定標(biāo)準(zhǔn)同上；使用游標(biāo)卡尺測量胚根長和胚芽長；種子鮮重、胚芽鮮重、胚根鮮重在去土洗凈擦干后使用天平測定；種子干重、胚芽干重、胚根干重在取樣后105℃殺青20 min，80℃烘干至恒重，使用天平測定重量；人工調(diào)查胚根數(shù)；貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率=（芽干重＋根干重）/（芽干重＋根干重＋種子干重）×100%[25]。耐旱系數(shù)（drought tolerance coefficient，DTC）=（干旱處理性狀值/正常對照性狀值）×100%[26]。

表1 32份商業(yè)化玉米品種

1.5 表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Excel 2010、SPSS 21.0和R 3.5.3軟件，對32份玉米品種在GW50和對照下的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行各性狀相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析。采用Z-score標(biāo)準(zhǔn)化歸一化方法，對干旱脅迫下的發(fā)芽率和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式為Z=(X-X)/X，其中Z為樣品歸一化處理后的數(shù)據(jù)，X為樣品原始數(shù)據(jù)，X為所有樣品的性狀的平均值，x為所有樣品數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果

2.1 5份玉米品種在不同土壤含水量梯度下的發(fā)芽率變化及GW50的確定

以鄭單958、吉農(nóng)大819、登海605、吉單551、優(yōu)迪919共5份品種為試驗材料，在13個土壤含水量梯度下進(jìn)行種子發(fā)芽率測定。結(jié)果表明，土壤含水量低于16.5%時，所有材料的發(fā)芽率為0；土壤含水量達(dá)到20.5%時，所有材料的發(fā)芽率為100%（圖1）。對不同土壤含水量梯度與所測定的5份品種發(fā)芽率進(jìn)行基于回歸方程Logistic擬合，其擬合度（2）變化區(qū)間為0.978—0.992，可以較好地模擬種子發(fā)芽率隨土壤含水量的變化過程（圖1和表2）。本試驗條件下5份品種的GW50值為18.2%—18.7%，平均為18.5%。

圖1 不同土壤含水量下種子發(fā)芽率擬合的Logistic回歸曲線

表2 5份玉米品種在不同土壤含水量下的發(fā)芽率擬合Logistic方程

GW50：50%種子萌發(fā)率時的土壤含水量 GW50: 50% germination rate soil water content

2.2 GW50脅迫強(qiáng)度下32份品種的萌發(fā)相關(guān)性狀鑒定

以GW50為旱脅迫強(qiáng)度，以土壤含水量22.0%為非脅迫對照，對32份品種的發(fā)芽率等11個性狀進(jìn)行測定和分析顯示，在正常條件下，所有材料的發(fā)芽率≥96%（表3）。與對照相比，GW50干旱脅迫下除種子鮮重、種子干重外其余性狀均值都呈現(xiàn)降低，并且種子發(fā)芽率、胚芽鮮重、胚芽干重、胚芽長、胚根鮮重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率的表型變異系數(shù)均呈現(xiàn)增加，其中種子發(fā)芽率的變異系數(shù)增加幅度最大（表3）?；谂哐旷r重、胚芽干重、胚芽長、胚根鮮重、胚根干重、胚根長、胚根數(shù)、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率的耐旱系數(shù)平均值都小于100%，說明干旱脅迫下胚芽和胚根的生長、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運都受到了不同程度的抑制作用。其中，種子發(fā)芽率耐旱系數(shù)的平均值為60.17%；胚芽鮮重、胚芽干重和胚芽長這三個性狀耐旱系數(shù)的平均值均小于30%，貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)率耐旱系數(shù)的平均值為35.87%；而胚根鮮重、胚根干重、胚根長和胚根數(shù)耐旱系數(shù)平均值變化范圍是39.46%—86.26%，表明萌發(fā)期干旱對胚芽的生長影響更大。

2.3 GW50脅迫強(qiáng)度下發(fā)芽率與其他性狀的相關(guān)性分析

在GW50脅迫強(qiáng)度下，發(fā)芽率與胚芽鮮重、胚根鮮重、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率具有顯著的相關(guān)性（＜0.05），但相關(guān)系數(shù)（）均小于0.5，分別為0.36、0.40和0.38（圖2-A）。胚芽鮮重和胚芽長有顯著（=0.87，＜0.05）的相關(guān)性。此外，胚根鮮重、胚根干重和胚根數(shù)顯著（＜0.05）正相關(guān)，但胚根長與胚根鮮重、胚根干重、胚根數(shù)均沒有顯著的相關(guān)性（＞0.05）。由于貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率是由胚芽干重、胚根干重和種子干重計算而來，這些性狀間具有顯著（＜0.05）的相關(guān)性。對以上性狀的耐旱系數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率耐旱系數(shù)與其他10個性狀耐旱系數(shù)的相關(guān)系數(shù)也均小于0.5（圖2-B），表明在干旱下玉米種子的萌發(fā)能力和萌發(fā)后的生長能力是2種不同的抗旱性狀。貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與胚芽干重、胚根干重和種子干重間的耐旱系數(shù)具有顯著的相關(guān)性（＜0.05）。

表3 GW50脅迫強(qiáng)度和非脅迫對照下32份品種的萌發(fā)相關(guān)性狀變異分析

Mean GW50：平均50%萌發(fā)率土壤含水量；DTC：耐旱系數(shù)；GR：種子發(fā)芽率；GFW：胚芽鮮重；GDW：胚芽干重；GL：胚芽長；RFW：胚根鮮重；RDW：胚根干重；RL：胚根長；RN：胚根數(shù)；SFW：種子鮮重；SDW：種子干重；SMTR：貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率。下同

Mean GW50: Mean 50% germination rate soil water content; DTC: drought tolerance coefficient; GR: germination rate; GFW: germ fresh weight; GDW: germ dry weight; GL: germ length; RFW: radical fresh weight; RDW: radicle dry weight; RL: radicle length; RN: radicle number; SFW: seed fresh weight; SDW: seed dry weight; SMTR: storage material transport rate. The same as below

2.4 GW50脅迫強(qiáng)度下萌發(fā)相關(guān)性狀的聚類分析

根據(jù)GW50處理條件下除發(fā)芽率外其他10個性狀的聚類分析結(jié)果，32個玉米品種可以分為3種類型，分別包含13、10和9個品種（圖3-A），以上3種類型品種在GW50下的發(fā)芽率的平均值沒有顯著（＞0.05）差異（圖3-B）。根據(jù)這10個性狀耐旱系數(shù)的聚類分析結(jié)果，32個品種可以分為2種類型，分別包含19和13個品種（圖3-C），這2種類型品種在GW50下的發(fā)芽率的平均值也沒有顯著（＞0.05）差異（圖3-D）。結(jié)果表明，玉米在干旱脅迫下的萌發(fā)能力和萌發(fā)后的生長勢是由不同的遺傳和生理機(jī)制控制的，沒有明顯關(guān)聯(lián)。

2.5 GW50脅迫強(qiáng)度下影響萌發(fā)期耐旱性性狀的主成分分析

為了確定11個性狀中的關(guān)鍵耐旱評價性狀，對GW50下的32個品種的11個性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明第一主成分和第二主成分對總方差的貢獻(xiàn)率分別為36.3%和19.1%（圖4），發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率對干旱處理下樣品PCA分析的第一主成分具有較高的特征向量和特征值，表明這三個指標(biāo)是玉米萌發(fā)期耐旱鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)。

A、B分別代表平均半萌發(fā)土壤含水量處理下表型的相關(guān)分析結(jié)果和性狀耐旱系數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果。GR：種子發(fā)芽率；GFW：胚芽鮮重；GDW：胚芽干重；GL：胚芽長；RFW：胚根鮮重；RDW：胚根干重；RL：胚根長；RN：胚根數(shù)；SFW：種子鮮重；SDW：種子干重；SMTR：貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率。下同

2.6 對32份品種的萌發(fā)期耐旱性評價

對發(fā)芽率、胚芽干重和 貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率3個指標(biāo)計算Z值（Z-score）進(jìn)行歸一化處理，以3個指標(biāo)的平均Z值綜合評價玉米品種的萌發(fā)期耐旱性（表4）。結(jié)果顯示，以32個品種平均Z值的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為分界點，將全部品種分為萌發(fā)期耐旱型、中間型和干旱敏感型3種類型，其中吉單511、東農(nóng)254等4個品種屬于萌發(fā)期耐旱型，鄭單958、先玉335等22個品種屬于中間型，吉單53、吉單631等7個品種屬于萌發(fā)期干旱敏感型。

A、B為GW50下基于除發(fā)芽率外其他10個性狀的聚類分析結(jié)果和不同分類材料的發(fā)芽率；C、D為基于這10個性狀耐旱系數(shù)的聚類分析結(jié)果和不同分類材料的發(fā)芽率

圖4 GW50脅迫下性狀的主成分分析

3 討論

中國的玉米主產(chǎn)區(qū)大多分布在干旱、半干旱地區(qū)，且多為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)，萌發(fā)期干旱導(dǎo)致的減產(chǎn)嚴(yán)重影響玉米生長發(fā)育進(jìn)程和產(chǎn)量[2]。目前，玉米萌發(fā)期耐旱相關(guān)的研究多采用PEG脅迫模擬干旱。余貴海等[22]采用20%的PEG溶液模擬干旱，以發(fā)芽率、發(fā)芽勢等性狀對14個玉米雜交種進(jìn)行了耐旱性評價。任楊柳等[21]以PEG處理254份玉米自交系，通過隸屬函數(shù)法對發(fā)芽率、苗高等性狀綜合評價苗期耐旱性。除玉米外，許多植物的萌發(fā)期耐旱研究也多使用PEG處理開展相關(guān)研究[27-29]。盡管PEG模擬干旱是常用的萌發(fā)期干旱處理方法，但與實際生產(chǎn)的土壤干旱有一定的差異[10]。為了研究玉米種子在不同水分脅迫條件下的萌發(fā)響應(yīng)、構(gòu)建萌發(fā)期耐旱性鑒定方法體系，本研究以大田土壤為介質(zhì)，設(shè)置13個土壤含水量梯度，對不同玉米品種的發(fā)芽率等相關(guān)性狀進(jìn)行測定和分析，建立不同土壤含水量梯度與所測發(fā)芽率的Logistic擬合模型，計算限制種子發(fā)芽率50%的土壤含水量GW50，為以土壤為介質(zhì)進(jìn)行萌發(fā)期耐旱鑒定的脅迫強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)，驗證性試驗表明所確立的脅迫強(qiáng)度可有效用于玉米萌發(fā)期耐旱鑒定評價。

表4 32份玉米品種發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率的結(jié)果及均一化值列表

玉米萌發(fā)期耐旱鑒評的相關(guān)研究多采用隸屬函數(shù)法等方法以多指標(biāo)、多性狀進(jìn)行綜合評價，并取得了顯著的進(jìn)展。例如，余貴海等[22]通過隸屬函數(shù)法以PEG脅迫條件下發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長等性狀對14個玉米雜交種進(jìn)行萌發(fā)期耐旱評價。張倩等[18]以PEG脅迫條件下發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長等性狀通過隸屬函數(shù)法對9個玉米雜交種進(jìn)行萌發(fā)期耐旱評價。成鍇等[20]以PEG脅迫條件下發(fā)芽率等10個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值對52個玉米雜交種進(jìn)行萌發(fā)期耐旱的綜合評價。任楊柳等[21]對254份玉米自交系，通過隸屬函數(shù)法以PEG脅迫條件下發(fā)芽率、苗高等性狀綜合評價苗期耐旱性。針對以上研究提出的性狀，進(jìn)一步探索土壤水分脅迫條件下有效、實用的評價指標(biāo)顯得十分重要。本研究在土壤水分GW50脅迫條件下，對萌發(fā)相關(guān)的11個性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率具有較高的特征向量和特征值，提出玉米萌發(fā)期的發(fā)芽率是重要的評價指標(biāo)性狀，結(jié)合胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率就可以較全面地評價玉米萌發(fā)期的耐旱性，為確定土培條件下選擇適合種子萌發(fā)期耐旱性測定性狀提供了參考依據(jù)。

建立科學(xué)實用的玉米抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范，是篩選玉米抗旱種質(zhì)資源、培育玉米抗旱品種、布局新品種適宜區(qū)域的前提和基礎(chǔ)。針對玉米苗期、花期、灌漿期的耐旱性已有較多的研究報道，育種家選出了一批耐旱品種，基礎(chǔ)研究工作者研究者們挖掘了一些控制耐旱性的遺傳位點和基因[8-16]，取得了顯著的進(jìn)展。萌發(fā)期是玉米耐旱的重要時期，本研究構(gòu)建的玉米品種萌發(fā)期耐旱性鑒定評價方法體系，為后續(xù)玉米轉(zhuǎn)種質(zhì)資源及品種的批量規(guī)?；b定具有重要的意義。同時，所采取的研究思路、試驗設(shè)計、脅迫處理與條件控制、性狀調(diào)查、統(tǒng)計分析、鑒定評價指標(biāo)等方面為后續(xù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了工作基礎(chǔ)。當(dāng)然，玉米的耐旱性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，涉及多種生理機(jī)制，又受到不同生育時期、干旱時間、干旱強(qiáng)度的影響，對多個時期的耐旱性進(jìn)行綜合評價鑒定、找出其相互關(guān)系及共性機(jī)制對全面解析玉米耐旱性，是今后應(yīng)該加強(qiáng)的重點工作。隨著對玉米抗旱性研究的深入和水平的提高，必將對玉米產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的推動作用。

4 結(jié)論

通過13個土壤含水量梯度與所測定的發(fā)芽率擬合的Logistic模型，確定了限制玉米發(fā)芽率50%的土壤含水量GW50為18.5%，為適宜的脅迫處理強(qiáng)度；以此為脅迫條件，對32份玉米品種的11個性狀進(jìn)行分析，確立了發(fā)芽率、胚芽干重和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率是萌發(fā)期耐旱鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)，可用于通量化玉米萌發(fā)期的耐旱鑒定。

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Establishment of Evaluation System for Drought Tolerance at Maize Germination Stage under Soil Stress

ZHANG ChunXiao1, LI ShuFang1, LIU XuYang2, LIU Jie1, LIU WenPing1, LIU XueYan1, LI ChunHui2, WANG TianYu2, LI XiaoHui1

(1Crop Germplasm Resources Institute, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Gongzhuling 136100, Jilin;2Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

【Objective】The main maize-producing areas in China are mostly arid and semi-arid areas, in which drought often occurred after sowing. The sufficient germination rate is key precondition for maize production. However, the decreasing germination rate caused by drought threatens the production of maize. Thus, it is of great importance to discover the drought tolerant maize varieties at germination stage, which relies on the establishment of evaluation system for drought tolerant maize at germination stage. 【Method】In the present study, 13 soil water content treatments, which represented the maize germination rates from 0 to 100%, were set using field soil and the germination rates of five representative maize hybrids were analyzed. The 50% germination rate soil water content (GW50) was determined based on the Logistic formula of germination rate and soil water content in five representative maize hybrids. Subsequently, 32 maize hybrids were treated with GW50as drought condition. The relationships between germination rates of 32 hybrids and other 10 traits were investigated using correlation, cluster and principal component analyses. 【Result】The fitting degree (2) of Logistic regression between germination rate of five representative maize hybrids and thirteen soil water contentsranged from 0.978 to 0.992. The GW50of five representative hybrids, which were estimated by the Logistic regression formulas, ranged from 18.2%-18.7%, with mean of 18.5%. Under drought treatments of 18.5% soil water content, the germination rates of 32 hybrids showed significant correlation with germ fresh weight, radical fresh weight and storage material transport rate, but the correlation coefficients were all lower than 0.5, which was 0.36, 0.40 and 0.38, respectively. While the germination rates under GW50showed no significant correlation with other seven traits such as radicle number. Besides, cluster analysis based on 10 other traits divided 32 hybrids to three clusters, each containing thirteen, ten and nine hybrids, respectively. However, the mean germination rates of the three clusters showed no significant difference. PCA analysis revealed germination rate, germ dry weight and storage material transport rate had highest eigenvalue in first principal component, which could explain 36.3% of the total variance. These three traits could be considered as key targets for drought tolerance evaluation at germination stage. Using the soil drought method and key traits for evaluation of drought tolerance at germination stage, four, twenty-two and seven of the thirty-four hybrids were identified as drought tolerant, intermedium and drought susceptible types, respectively. 【Conclusion】In this study, soil drought treatment method of GW50was established for maize drought tolerance evaluation at germination stage. The germination rate, germ dry weight and storage material transport rate were identified as the key traits for high-throughput drought tolerance evaluation. Thus, an evaluation system for drought tolerance at maize germination stage was established.

maize (L.); germination stage; soil drought; drought tolerance; evaluation system

2019-11-03；

2020-04-08

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家玉米良種重大科研聯(lián)合攻關(guān)綠色品種鑒定評價（NB29-1）、國家重點研發(fā)項目（2016YFD0100103）

張春宵，E-mail：chunxiao1000@126.com。李淑芳，E-mail：xlsf@163.com。劉旭洋，E-mail：1021247118@qq.com。張春宵、李淑芳和劉旭洋為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者王天宇，E-mail：wangtianyu@caas.cn。通信作者李曉輝，E-mail：lixiaohui2002lix@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）