玉米果穗性狀及其抗旱性隨灌水量的變化規律

謝小清,唐懷君,張磊,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】干旱災害制約了玉米產量的提高[1-2]。采用抗旱鑒定方法篩選抗旱玉米種質,改良提高玉米品種抗旱性,是減少因干旱帶來的損失最經濟而有效的途徑[3]。產量是鑒定玉米品種抗旱性的關鍵指標,玉米產量主要由單位面積穗數、穗粒數和百粒重共同決定[4]。研究玉米果穗性狀與產量及抗旱性的關系,對于玉米抗旱性鑒定和抗旱育種具有重要意義。【前人研究進展】在玉米苗期[5]、拔節期[6]、抽雄期[7]和開花期[8-10]等不同時期進行干旱脅迫,與水區對照相比,干旱使得果穗性狀發生變化,如行粒數、穗行數、穗長、穗粗等下降,禿尖增加等。但干旱脅迫程度以及干旱持續時間差異較大[11-12],果穗的性狀變化趨勢并不一致。【本研究切入點】特定時期特定干旱處理的脅迫,不足以明確玉米果穗性狀受旱后的變化趨勢。需研究玉米雜交種的果穗性狀隨灌水量減少的變化趨勢,以明確果穗性狀的受旱影響趨勢。【擬解決的關鍵問題】選擇12份玉米雜交種進行6個水分梯度的干旱脅迫試驗,在玉米拔節至成熟期設置6個梯度的大田欠量灌水處理,研究灌水量減少過程中9個玉米果穗性狀的變化趨勢,優選玉米抗旱性鑒定的主要指標,為玉米抗旱育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

12個材料為新疆主推玉米雜交種:先玉335、KWS1553、新引M753、新玉9號、新玉23號、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉59號、新玉60號、新玉90號、鄭單958。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2019年5～10月在新疆農業科學院綜合試驗場進行。采用滴灌覆膜種植,采用寬度0.7 m地膜。每膜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60 600株/hm2,12個雜交種分別在各水分處理區重復3次,每個重復種植6行,行長3.0 m,每個小區面積3.3 m×3 m,隨機區組設計。

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灌出苗水675 m3/hm2,確保蹲苗階段的土壤水分供應;此后各時期每個水分處理均灌水7次,灌水時間相同,但灌水量不同,各處理在675 m3/hm2的基礎上按照 100%、80%、60%、40%、20%和0%的比例減少。灌水量每次分別為675、540、405、270、135和0 m3/hm2。全生育期各處理的總灌水量分別為5 400、4 455、3 510、2 565、1 620和675 m3/hm2。玉米生長期共降水64.2 mm,折合降水642 m3/hm2。包括自然降水和人工滴灌在內,各處理的總供水量依次為6 042、5 097、4 152、3 207、2 262和1 317m3/hm2。表1

表1 欠量滴灌方案和總灌水量

1.2.2 測定指標

取各灌水處理小區中間1膜的果穗,行長3 m,測定以下指標:

總穗數(Total number of ears):計數每膜的果穗數量。

單穗重(Single ear weight):電子稱重每膜果穗,總重量除以總穗數,得到單穗重。

穗粒數(Grain number per ear):單個果穗上的籽粒數量。

穗長(Ear length):測量從穗基部到頂端的長度(mm)。

穗粗(Ear diameter):測量果穗中間部分直徑(mm)。

穗行數(Kernel rows per ear):計數果穗中部的籽粒行數。

行粒數(Kernel numbers per row):計數果穗上單行的籽粒數。

禿尖(Bare tip length):測量果穗頂端不結實部分的長度(mm)。

百粒重(Hundred grain weight):脫粒后,取大小均勻的100粒玉米籽粒稱重。

某一性狀受旱后的相對變化量(Relative Change Amount,RCA%)=((不充分灌水區數值-充分灌水區數值)/充分灌水區數值)×100%。

1.3 數據處理

數據經 Excel整理分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 玉米雜交種產量隨灌水量減少的變化

研究表明,12個玉米雜交種的單穗重在灌水80%和100%時最高,隨著灌水量的減少,參試雜交種的單穗重都呈下降趨勢。其中,KWS533、新玉24號、新玉38號、新玉46號、新玉59號、新玉60號、新玉90號和鄭單958八個雜交種在灌水100%時產量處于最大水平,而先玉335、新引M753、新玉9號、新玉23號四個雜交種則在灌水80%時處于最大水平。12個雜交種從灌水量100%下降到80%后的產量增減百分數在-7.0%～3.1%,平均下降1.8%。除了新玉46號之外,其它雜交種在缺水20%的情況下,產量沒有較大的下降。表2,圖1

圖1 12個玉米雜交種的單穗重隨灌水量減少呈下降趨勢

表2 灌水量100%和80%條件下玉米雜交種產量變化

2.2 玉米雜交種果穗性狀隨灌水量減少的變化

研究表明,從灌水量100%減少到0%,12個雜交種的單穗重平均值從248.6 g下降到61.9 g,下降75.1%;總穗數平均值分別為從25.1個下降11.9個,下降52.4%;穗粒數平均值從740.9粒下降到264.3粒,下降64.3%;百粒重平均值分別為34.6 g下降到26.8 g,下降22.4%;穗行數平均值從16.5行下降到15.1行,下降8.7%;行粒數從40.3粒下降到17.8粒,下降55.9%;穗長平均數從208.2 mm下降到117.6 mm,下降43.5%;穗粗平均數從56.4 mm下降到44.5 mm,下降21.1%;禿尖平均值從11.7 mm增加到16.5 mm,增加40.5%。12個玉米雜交種的單穗重、總穗數、穗粒數、百粒重、穗行數、行粒數、穗長、穗粗的平均值都隨著灌水量的減少而下降,而禿尖的平均值則表現為增加,穗行數的變化趨勢不明顯。表3

表3 不同水分處理下玉米雜交種果穗性狀平均值變化

2.3 玉米雜交種果穗性狀受旱后的相對變化

研究表明,隨著灌水量的減少,12個玉米雜交種的果穗性狀相對變化量除禿尖表現為遞增趨勢外,其他8個性狀都呈現遞減的趨勢。灌水量從100%減少到80%,9個果穗性狀的相對變化量為-2.3%～4.9%,均值為-0.6%。隨著灌水量逐漸減少,果穗性狀變化由不明顯轉變為明顯。灌水量從80%減少到60%,單穗重相對變化量從-1.6%減少到-17.6%,禿尖相對變化量從4.9%增加到17.0%;灌水量從60%減少到40%,穗粒數、行粒數和穗長的相對變化量分別從-8.2%、-6.7%和-6.1%減少到-17.0%、-13.9%和-11.6%;灌水量從40%減少到20%,總穗數和穗粗的相對變化量分別從-7.2%、-6.7%減少到-27.3%、-13.4%;灌水量從20%減少到0%,穗行數相對變化量從-1.9%減少到-8.7%。在灌水量減少的過程中,果穗性狀對干旱變化從不敏感轉變為敏感,果穗性狀對干旱的敏感程度從大到小順序:單穗重、禿尖、穗粒數、行粒數、穗長、總穗數、百粒重、穗粗和穗行數。圖2

注:Y-坐標軸為相對變化量,X-坐標軸為水分處理

3 討 論

3.1作物抗旱性與作物的種類、品種基因型等有關,也受干旱程度發生時期、強度及持續時間的影響[13]。在密度合理的情況下,玉米產量直接取決于玉米果穗各性狀的關系,而果穗長短決定行粒數的多少,粒排數決定果穗粗細,單穗重有穗粒重和穗軸重組成[14]。研究結果表明,隨著灌水量減少、干旱脅迫增強,玉米的單穗重、穗粒數呈現遞減趨勢,與唐懷君等[15]研究結果一致。隨著灌水量減少、干旱脅迫增強,果穗的穗粒數、穗粒重、行粒數、穗長、穗寬均下降,與孫寶成等[8]、趙小強等[10]研究結果一致,干旱脅迫抑制了玉米果穗的發育。羅迪漢等[16]的研究顯示穗重、行粒數等產量構成因素隨灌溉定額的增大而呈增加趨勢,穗長和穗行數規律性不強,各處理間差異不顯著。研究結果中,單穗重、行粒數、穗長均隨灌水量的減少呈遞減趨勢,穗行數對水分變化的影響較小,但穗長變化與羅迪漢等[16]的研究結果不同。

3.2多數針對玉米穗部農藝性狀分析研究都與產量相關,且局限于在特定時期進行干旱脅迫,一般只是設置水區、旱區兩個處理,不足以明確玉米果穗性狀與灌水量之間的變化趨勢。在水分梯度環境中研究玉米穗部性狀的變化規律,其結果更具普遍性。研究采用梯度欠量灌水法,整個生育期內控制6個水分處理觀察到果穗性狀隨水分改變而變化的趨勢。

3.3趙麗英[17]和Turner[18]等認為,在一定條件下,適度水分虧缺不會對作物產量造成影響,研究結果表明,當缺水20%的輕度干旱脅迫條件下,9個果穗性狀的變化幅度均小于5%,適當減少灌水量,對單穗重、總穗數、穗粒數、百粒重、穗行數、行粒數、穗長、穗粗、禿尖等性狀影響不大。在玉米雜交種整個生育期內節水20%產量無明顯下降。

3.4隨著灌水量逐漸減少,干旱脅迫由輕度轉變為中度和重度,單穗重、總穗數、穗粒數、百粒重、穗行數、行粒數、穗長、穗粗、禿尖等果穗性狀的變化也從不明顯轉變為明顯。研究表明,中度干旱(缺水40%～60%)條件下,玉米雜交種的單穗重、穗粒數、行粒數和禿尖有較大的變化;而在重度干旱條件下(缺水80%以上),雜交種的總穗數、穗長、百粒重和穗粗才出現明顯下降。

4 結 論

4.1全生育期每次灌水量減少20%,12份玉米雜交種的單穗重、總穗數、穗粒數、百粒重、穗行數、行粒數、穗長、穗粗、禿尖等性狀變化幅度均小于5%。節水20%對產量影響不大。

4.2隨著灌水量逐漸減少,玉米的單穗重、總穗數、穗粒數、百粒重、行粒數、穗長、穗粗呈遞減趨勢,禿尖呈遞增趨勢,穗行數則變化不大。

4.3在中度干旱(節水40%～60%)條件下,單穗重、禿尖、穗粒數和行粒數可作為抗旱性鑒定的重要指標;在重度干旱條件下(缺水80%以上),穗長、百粒重、總穗數和穗粗可作為玉米極端抗旱性鑒定的輔助指標。