玉米籽粒構型與產量和抗旱性的關系分析

張 磊，謝小清，唐懷君，孫寶成，劉 成

(新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱是影響糧食穩產高產的重要環境因素[1]，近年來隨著全球性氣候變化，干旱有明顯加重趨勢，對糧食安全生產帶來嚴重威脅并制約玉米產量的提高[2-3]。玉米籽粒是構成玉米產量的基礎，尋找對抗旱性有突出貢獻的籽粒構型，以及可能引起品種抗旱性和產量出現差異的籽粒構型，分析玉米籽粒構型與產量和抗旱性的關系，對玉米抗旱育種和綠色節水生產有重要意義。【前人研究進展】有研究將表型水平對籽粒性狀與產量的相關關系進行了探討[4]，發現籽粒構型與產量具有顯著相關性，籽粒構型可分為大小性狀和形狀性狀，玉米籽粒大小與粒重呈高度正相關[5]，其中，粒長作為籽粒大小的決定因素之一，與產量呈顯著正相關[6]，粒寬與產量呈負相關，粒厚與產量呈正相關[7]。【本研究切入點】干旱是影響玉米生產的最主要非生物脅迫因素，受旱后玉米籽粒性狀發生變化，造成玉米減產。前人的研究多集中在籽粒大小與產量的相關性研究，對于籽粒形狀研究較少，有關干旱脅迫下玉米籽粒構型變化引起產量和抗旱性變化的研究報道更是少見。多數干旱脅迫的籽粒構型研究只局限于盆栽處理，在大田情況下也只是設置水旱分區2個處理[8-9]，結論有一定的局限性。研究10個玉米雜交種的籽粒性狀隨灌水比例的變化趨勢。【擬解決的關鍵問題】選擇10份玉米雜交種材料，設置6個梯度的大田欠量灌水處理，研究灌水量減少過程中玉米籽粒性狀的變化趨勢，分析玉米耐旱性鑒定的輔助指標，為玉米耐旱育種和節水栽培提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

10個試驗材料為新疆主推玉米品種：先玉335、新玉9號、新玉23號、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉54號、新玉60號、張玉1233、鄭單958。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗在新疆農業科學院安寧渠綜合試驗場進行，海拔590 m。玉米生育期內：日均氣溫10～35℃，降雨50～70 mm，蒸發量1 500～1 700 mm，大氣和土壤雙重干旱。

采用滴灌覆膜種植，地膜寬度0.7 m，膜間距0.4 m。膜上種植2行，膜上行距0.4 m，膜間行距0.7 m，平均行距0.55 m，株距0.3 m，種植密度4 040株/667m2。10個材料種植于6個水分處理區，每個材料在各水分區重復3次，每個重復種植6行，隨機區組設計。

設置100%、80%、60%、40%、20%、0共6個灌水處理(T1至T6)。在玉米播種期、拔節期、喇叭口期、抽雄開花期、灌漿初期、灌漿中期、灌漿后期和灌漿末期，分8次滴灌水。種子播種后各處理區統一滴灌45 m3/667m2，確保蹲苗階段的土壤供水；后續7次滴灌，各處理在45 m3/667m2的基礎上按照100%、80%、60%、40%、20%和0的比例減少，每次分別為45、36、27、18、9、0 m3/667m2。玉米生長期共降水66 mm，折合降水44 m3/667m2。包括自然降水和人工滴灌在內，T1至T6處理的總供水量依次為404、341、278、215、152、89 m3/667m2。表1

表1 欠量滴灌方案和總供水量Table 1 Irrigation scheme and total water amount

1.2.2 指標測定

采用智能化考種系統測定玉米籽粒性狀。

(1)籽粒產量：單株粒重(Plant Grain Weight，PGW)，百粒重(Hundred Grain Weight，HGW)；

(2)籽粒大小：粒長(Grain Length，GL)，粒寬(Grain Width，GW)，粒厚(Grain Thickness，GT)；

(3)籽粒形狀：圓形性(Grain Circularity，Circ)=F/S，S=πR2。其中F為玉米籽粒平置俯視情況下所占區域面積，S為玉米籽粒平置俯視情況下最小外接圓的面積，R為以玉米籽粒中心的最小外接圓的半徑。圓形性的數值范圍0～1；矩形性(Grain Rectangularity，Rect)=F/S，其中F為玉米籽粒平置俯視情況下所占區域面積，S為玉米籽粒平置俯視情況下最小外接矩形的面積。矩形性的取值范圍為0～1。

(4)籽粒顏色：粒色R(Grain Color-R)為籽粒RGB顏色的紅色分量值；粒色G(Grain Color-G)為籽粒RGB顏色的綠色分量值；粒色B(Grain Color-B)為籽粒RGB顏色的藍色分量值。3個顏色分量的數值范圍均為0～255。

1.3 數據處理

數據經Excel整理，用Statistica軟件分析。

2 結果與分析

2.1 玉米籽粒產量性狀隨灌水比例增加的變化

2.1.1 單株粒重

研究表明，在灌水比例0時單株粒重最低，在灌水比例趨近100%時達到最大。分別為先玉335、新玉24號、新玉38號、新玉60號、新玉9號、張玉1233；分別是新玉23號、新玉46號、新玉54號、鄭單958，這4個品種在60%灌水比例時已接近最大產量，隨著灌水比例下降，玉米受旱逐漸加重，玉米的單株粒重表現為逐漸降低。圖1

2.1.2 不同玉米品種百粒重隨灌水比例增加的影響

研究表明，10個品種的百粒重均隨灌水比例的增加而呈現增加趨勢。在灌水比例0%時百粒重最低，在灌水比例趨近于100%時達到最大。在100%灌水比例時百粒重達到最高的品種有8個，分別為先玉335、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉54號、新玉60號、新玉9號、鄭單958；而有2個品種單株粒重在灌水比例60%時達到最高，分別是新玉23號、張玉1233，這2個品種在缺水40%時仍有足夠的灌漿能力。隨著灌水比例的下降，玉米受旱逐漸加重，百粒重表現為逐漸降低。圖2

2.2 玉米籽粒性狀平均值隨灌水量增加的變化

研究表明，玉米雜交種單株粒重分別為47.7、115.5、143.6、185.9、194.9和214.9 g；百粒重分別為26.6、31.1、31.7、35.1、35.8和36.6 g；粒長分別為10.90、11.90、12.09、12.74、12.78和13.14 mm；粒寬分別為7.45、7.95、8.05、8.30、8.36和8.53 mm；矩形性分別為0.800、0.804、0.805、0.807、0.808、0.809；粒色R分別為143.1、145.8、146.9、148.9、150.4、152.0；粒色G分別為149.3、152.9、154.1、152.8、155.0、155.3。單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均隨灌水比例的增加呈增加趨勢。

灌水量隨0%、20%、40%、60%、80%、100%比例增加的情況下，粒厚平均值分別為5.55、5.48、5.33、5.02、5.17和5.04 mm；圓形性平均值分別為0.728、0.702、0.696、0.677、0.678、0.671；粒色B平均值分別為156.5、158.8、156.4、154.1、154.0、152.9。粒厚、圓形性、粒色B隨灌水比例的增加呈降低趨勢。圖3

2.3 不同灌水處理間玉米籽粒相關性狀差異性

研究表明，10個籽粒性狀中有9個在水分處理間達到顯著以上水平。其中單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、圓形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例間差異達到極顯著水平(P<0.01)，粒厚在不同灌水比例間差異達到顯著水平(P=0.018)，粒色B在不同灌水比例間差異不顯著(P=0.160 2)；單株粒重(F值=603)>百粒重(F值=215.2)>粒長(F值=138.9)>矩形性(F值=112)>粒寬(F值=74.2)>圓形性(F值=49.6)>粒色R(F值=27.7)>粒色G(F值=11.4)>粒厚(F值=6.1)>粒色B(F值=2)。表2

表2 不同灌水比例下10個玉米籽粒相關性狀變化方差Table 2 ANOVA table of effects of irrigation ratio on 10 maize grain related traits

3 討 論

大多數有關籽粒性狀抗旱性的研究，均采用水旱分區2個梯度的方法，試驗結果只能反映性狀的變化，而不能體現變化趨勢，研究采用梯度欠量灌水法，在6個水分梯度條件下觀察到籽粒性狀明顯的變化趨勢。

在密度一定的情況下，玉米籽粒的最終產量直接取決于單株粒數和百粒重。作為籽粒產量的重要組成部分，百粒重主要由粒長、粒寬、粒厚等籽粒性狀決定[10]。研究分析發現，隨著受旱情況的逐漸加重，玉米單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G持續降低，籽粒的粒厚、圓形性、粒色B則持續增加。百粒重、粒長與單株粒重隨灌水比例的變化趨勢相同，互為正相關關系，這一結果與李永祥[11]、張向歌[12]等的研究結果相同；研究中，粒寬與單株粒重變化趨勢一致，互為正相關，而粒厚與單株粒重變化趨勢相反，互為負相關，這些結果與朱春杰[7]研究結果不太一致。

4 結 論

10個玉米品種的單株粒重均隨灌水比例的增加而呈現增加趨勢。在灌水100%時單株粒重達到最高的品種有6個，而有4個品種單株粒重在灌水比例60%時達到最高，更多灌水的增產作用不大。百粒重均隨灌水比例的增加而呈現增加趨勢，在100%灌水比例時百粒重達到最高的品種有8個，而有2個品種單株粒重在灌水比例60%時達到最高，隨著灌水比例的下降，玉米受旱逐漸加重，百粒重表現為逐漸降低。單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均隨灌水比例的增加呈增加趨勢。10個籽粒性狀中有9個在水分處理間達到顯著以上水平。其中單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、圓形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例間差異達到極顯著水平，粒厚在不同灌水比例間差異達到顯著水平。

10個玉米品種單株粒重均隨灌水比例的增加而呈現增加趨勢，其中，早熟品種新玉46號、新玉54號、新玉9號在0%～60%灌水比例下是單株粒重增加幅度較大，隨后增加灌水，單株粒重增加緩慢或停止，新玉54號從0%～100%灌水比例下單株粒重增幅為56%、19.5%、14.4%、0%、6%；中晚熟品種先玉335、張玉1233等單株粒重在0%～100%灌水比例下均呈現持續增加趨勢，先玉335從0%～100%灌水比例下單株粒重增幅為44%、85%、86%、11%、18.6%。10個玉米品種單百粒重隨灌水比例增加趨勢與單株粒重相同，部分材料新玉23號、張玉1233在灌水比例60%時百粒重達到最大值，其余材料均在灌水比例100%時百粒重最大。

10個玉米品種的籽粒性狀的平均值隨灌水比例呈現正向增加趨勢的有單株粒重(47.7～214.9 g)、百粒重(26.6～36.6 g)、粒長(10.90～13.14 mm)、粒寬(7.45～8.53 mm)、矩形性(0.800～0.809)、粒色R(143.1～152.0)、粒色G(149.3～155.3)；隨灌水比例呈現反向降低趨勢的有粒厚(5.55～5.04 mm)、圓形性(0.728～0.671)、粒色B(156.5～152.9)。從減少灌水量角度看，隨著灌水比例減小、受旱加重，籽粒的單株粒重、百粒重、粒長、粒寬、矩形性、粒色R、粒色G均降低，而籽粒的粒厚、圓形性、粒色B則增加。

不同灌水比例對玉米籽粒性狀影響的大小順序為單株粒重>百粒重>粒長>矩形性>粒寬>圓形性>粒色R>粒色G>粒厚>粒色B， F值分別為603**、215.2**、138.9**、112**、74.2**、49.6**、27.7**、11.4**、6.1*、2。這些性狀或可用于玉米耐旱性鑒定和玉米抗旱育種。