授粉后降雨對玉米雜交種結實以及籽粒性狀的影響

曲思泛，馬乙傲，劉寧，王本峰，張春慶，吳承來

（1.山東農業大學農學院/作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018；2.山東中農天泰種業有限公司，山東 平邑 273300）

隨著全球氣候的變化，極端天氣的出現也變得更加頻繁，對農業生產產生極大影響。由于受到干旱的影響，秘魯每周的香蕉出口下降25%［1］，美國加州的油梨生產也受到干旱的影響［2］。與此同時，強降雨也導致茶葉［3］、甘蔗［4］、咖啡［5］等經濟作物產量大幅下降。

玉米為我國的主要作物，黃淮海地區為主要種植區之一。其主要栽培方式為夏直播，花期會與雨熱同期的氣象因素重疊，授粉過程中會遇到連陰雨天氣情況。花期降雨特別是連續陰雨會導致開花延遲、結實率降低，而且陰雨條件下氣溫降低、濕度增大，影響花藥開裂同時導致柱頭分泌物被沖淡流失，最終造成籽粒質量及產量降低。因此，本試驗以鄭單958為材料，研究授粉后降雨對玉米產量及其籽粒形狀的影響，以期為災害評估和雨后調優栽培提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年在位于山東省平邑縣的山東中農天泰種業股份有限公司試驗基地（117°25′E，35°07′N）進行。供試玉米品種為鄭單958，夏播生育期96天。

1.2 試驗設計與處理

試驗小區為4行區種植，行長5 m，行距0.5 m，密度67 500株/hm2。隨機區組排列，重復3次。6月15日播種，田間管理同當地大田。

1.2.1 人工授粉 選取株型整齊一致的植株，于吐絲前統一套袋并掛牌標記，吐絲后第4天選取吐絲一致、花絲充足的雌穗進行人工飽和授粉，授粉后立刻套好紙袋。

1.2.2 模擬降雨 降雨采用人工模擬方式進行，設授粉后（hours after pollination，HAP）間隔0、1、2、6、12、24 h降雨，并以授粉后不進行模擬降雨（下簡稱降雨）為對照（CK）共7個處理。降雨量參照《國家氣象局頒布的降水強度等級劃分標準》（2008）中的中雨（10.0～24.9 mm）執行，設模擬降雨量為15 mm，通過計算穗部橫截面積，轉為噴42 mL/穗。采用V159002噴霧器按處理水量均勻噴布授粉后花絲，噴后將紙袋重新套回雌穗，并在紙袋上噴水以模擬連續陰雨的潮濕環境。

1.3 調查測定項目及方法

以籽粒出現黑色層為標準統一收獲晾曬，選取20個果穗測定產量及籽粒性狀。用Patrn DA7200近紅外品質分析儀測定籽粒營養成分。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016整理數據，SPSS 26.0軟件進行數據分析，顯著性檢驗采用Tukey’s-b（K）進行，采用GraphPad Prism 8.0.2軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 授粉后降雨對玉米產量性狀的影響

2.1.1 對結實率和出籽率的影響 方差分析結果（表1）表明，處理間結實率的差異達極顯著水平，而重復間無顯著差異。由圖1A、1B可見，授粉后降雨顯著降低鄭單958的結實率及出籽率，且降雨間隔時間越短，兩者受影響程度越大。授粉后立即進行降雨（0 h）結實率較對照降低59.04個百分點，授粉后24 h降雨結實率仍出現顯著差異，下降15.69個百分點。相較于對照，授粉后12 h之前降雨出籽率顯著下降，12 h后降雨對出籽率有一定影響但差異不顯著。授粉后不同時間降雨處理的果穗結實情況如圖2所示。

圖2 授粉后不同時間降雨處理的果穗

表1 不同處理玉米結實率的差異性分析

2.1.2 對產量的影響 由圖1C可見，隨著授粉后降雨間隔時間的縮短，鄭單958產量相較于對照顯著降低。授粉后立即降雨，產量為5 429.57 kg/hm2，比對照降低65.82%，其它各降雨處理分別降低12.03%（24 h）、29.49%（12 h）、35.75%（6 h）、42.07%（2 h）、54.36%（1 h）。

圖1 授粉后降雨對產量及其相關性狀的影響

2.2 授粉后降雨對玉米穗部性狀的影響

由圖3A、3B可以看出，隨著授粉后降雨時間間隔的縮短，穗長、穗粗較對照大多顯著降低，0 h時穗長、穗粗較對照分別降低29.42%及16.73%。圖3C、3D顯示，授粉后降雨穗軸長較對照顯著降低，穗軸粗受到一定影響，但各處理間差異多不顯著。這表明由降雨引起的穗長變化是由穗軸長的變化所引起，而穗粗的變化并不是由穗軸粗的變化所引起，而可能是由于籽粒性狀的改變造成穗粗降低。

圖3 授粉后降雨對穗部性狀的影響

授粉后降雨對穗行數的影響較小（圖4A），差異均不顯著。降雨造成的結實率降低使得行粒數較對照顯著降低（圖4B）。

圖4 授粉后降雨對穗行數及行粒數的影響

2.3 授粉后降雨對玉米籽粒與品質性狀的影響

由圖5A可以看出，授粉后各時間段降雨對百粒重產生的影響有差異，其中授粉后0 h降雨百粒重為46.26 g，較對照顯著增加17.21%，除授粉后24 h降雨百粒重較對照低，其它處理均有一定增加。

圖5B顯示，授粉后降雨，籽粒體積較對照有一定的下降但差異不顯著。

圖5C顯示，授粉后降雨顯著提高玉米籽粒蛋白質相對含量（24 h除外），且授粉后降雨間隔時間越短，增幅越大，0 h降雨處理的籽粒蛋白質相對含量為14.11%，較對照（10.71%）增加3.4個百分點。

圖5D顯示，授粉后降雨處理降低籽粒淀粉相對含量（24 h除外），且授粉后降雨間隔時間越短，淀粉含量降幅越大，授粉后0 h降雨其淀粉含量為63.04%，較對照（66.39%）下降3.35個百分點。

圖5 授粉后降雨對籽粒性狀的影響

3 討論與結論

魏良民［6］發現花期降雨會嚴重損害食葵的產量以及商品性。盧合全［7］、代建龍［8］等報道，苗期降雨會顯著降低棉花的出苗率并影響產量。姜春光等［9］發現，模擬降雨會影響糯玉米對養分的吸收。前人還對模擬酸雨噴施小麥進行過研究:武德傳等［10］在小麥生育后期模擬酸雨后發現，降雨的pH值越低，小麥生物量積累越慢；卞雅姣等［11］研究發現，酸雨脅迫不僅影響小麥產量，而且對品質也有明顯影響。Wang等［12］發現酸雨會顯著影響水稻產量。本試驗研究模擬中雨對玉米結實的影響，結果表明授粉后降雨對鄭單958產量產生顯著影響，授粉與降雨的間隔時間越短，產量降幅越大。授粉后降雨不僅稀釋柱頭上的粘性物質，使得花粉與柱頭的粘附性降低，同時花粉吸水后破裂使得精細胞與卵細胞的結合率降低，從而導致結實率降低，嚴重影響產量。

蛋白質作為玉米籽粒的重要營養組成，是重要的加工指標，同時也能為籽粒萌發提供必需的氨基酸。試驗表明，授粉后降雨會使玉米籽粒蛋白質相對含量顯著增加，增加的原因可能是籽粒體積較對照降低后籽粒蛋白質含量的濃縮效應所致［10］。淀粉作為籽粒萌發中主要的供能物質，含量高低會影響籽粒的萌發［13］。本研究結果表明，授粉后降雨會顯著降低籽粒淀粉相對含量，且間隔時間越短，降幅越大，這與前人的研究結論基本一致［14］。籽粒蛋白質、淀粉含量是判斷玉米籽粒品質的重要指標［15］。降雨導致的籽粒淀粉含量降低會影響籽粒品質，進而造成經濟損失。

綜上所述，授粉后降雨會顯著影響玉米產量以及籽粒營養成分含量，盡管提高了籽粒蛋白質相對含量，但淀粉含量和產量的降低以及籽粒發霉使得籽粒的加工品質下降。同時籽粒營養成分含量的改變會對后期籽粒的萌發以及加工造成影響。為減少由于降雨造成的損失，播種時應將玉米花期與連續降雨期錯開，避免散粉期遭遇連陰雨。