不同類型玉米種抗旱性田間實驗

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干旱脅迫是中國玉米生產發展與產量提高的第一限制因素，特別是在西北干旱半干旱地區，一般干旱使玉米減產25％左右，大旱年減產30％～35％，旱災嚴重年份部分地區幾乎絕收［1－2］。增強玉米自身抗旱能力是減少干旱威脅的一種重要、經濟、有效的途徑［3－4］。準確評價玉米品種的抗旱性是培育和篩選抗旱玉米品種的重要前提［5－6］。有關學者已從生理、生態、遺傳和育種［4，6－7］等不同角度對玉米抗旱性做了大量研究，提出與抗旱性有關的生理生化和形態等第二性狀指標，并從不同程度應用到玉米育種實踐中［7－9］。由于抗旱性是多個性狀作用的結果，任何單項指標對玉米抗旱性評價，都難以獲得準確有效的結果，必須進行綜合評價［3，5］，同時作物的生產是一個種群過程，而非個體的表現［9］。因此，玉米抗旱性鑒定與評價，應在群體條件下進行研究［10－11］。通過在西北干旱地區進行的大田鑒定，本試驗探究不同玉米品種在干旱條件下的形態與產量性狀；采用產量抗旱指數為評價參數，分析各性狀與參數間的關系；運用逐步回歸分析、灰色關聯分析、主成分分析和聚類分析，選擇出有效的綜合評價指標，對各品種的抗旱性進行分類。篩選出有效抗旱性鑒定評價參數和指標，明確不同基因型玉米品種的抗旱性，為玉米抗旱材料的鑒選、抗旱遺傳育種及節水栽培理論和方法提供參考依據。

1材料與方法

1．1試驗設計

試驗在西北農林科技大學農作物示范園（E108°7′，N34°52′）進行，試驗地前茬作物為冬小麥，土壤為壚土，土壤0～20cm耕層的有機質為12．1g／kg、全氮為0．963g／kg、有效氮為52．6mg／kg、速效磷為10．4mg／kg、速效鉀為272mg／kg。玉米生育期間降水量與氣溫見圖1，與歷年降水量和氣溫相比較，溫度增高，降水量減少。供試玉米品種見表1。采用2因素裂區設計，主區因素為水分，設置干旱脅迫和正常灌水（對照）2個處理，副區因素為品種，每小區5行，行距0．667m，行長5．5m，小區面積16．5m2，密度60000株／hm2。4次重復，其中1個重復供取樣測定，其余3個重復收獲計產。正常灌水處理：苗期、拔節期、抽雄期、灌漿期4個生育期灌水量均為每小區1．2m3（低壓管道出水口處用水表測量）。干旱脅迫處理：即前期控水（出苗后至吐絲一直不灌水，依靠自然降雨，吐絲后與正常灌水相同）。為減少灌水處理的水分滲漏，灌水和不灌水處理間用隔離區隔開。2008年6月至10月降雨量296．1mm，為歷年平均值（360．5mm）的82．07％。玉米出苗至吐絲期降雨較少，僅為126．1mm，為歷年平均值（174．5mm）的72．26％。施肥水平為純N20kg／667m2，純P10kg／667m2，其中40％氮肥和全部的磷肥作為底肥一次施入，60％的氮肥喇叭口期（13葉展）作為追肥施入。其余管理同大田。

1．2測定項目與方法

1．2．1雌雄開花間隔（ASI）生長期內記載吐絲和散粉間隔時間，單位為天（d）。

1．2．2葉卷曲度采用目測法按郭龍彪等［12］田間鑒定將葉卷曲度分為5個級別。卷曲級別＝∑（N×S／T），N為同一級別卷曲株數，S為卷葉級別值，T為總株數。

1．2．3保綠性采用目測法按MahalashmiV［13］的方法，綠葉片數在整株綠葉數中的比例分為0～9個級別，0級為0～10％相對綠葉面積，9級為90％～100％相對綠葉面積。

1．2．4產量性狀玉米散粉結束后每一行測量10株株高和穗位高；成熟后實收中間兩行稱鮮質量，根據兩行鮮質量、果穗數得到單穗鮮質量的平均值，利用單穗鮮質量的平均值選取其中10個果穗，考查每穗穗長、穗行數、行粒數、百粒質量、禿尖長、籽粒曬干后采用Kette888型水分儀測定籽粒含水量，將含水量統一折算為14％計算單株穗質量和單株粒質量。分別計算產量抗旱系數（DroughtCoefficient，DC）和抗旱指數（DroughtResistanceIndex，DI）：DC＝干旱產量／對照產量，DI＝DC×干旱產量／所有品種干旱處理產量。

1．3數據處理

采用DPS軟件的單因素方差分析（ANO－VA）檢驗各指標在不同水分水平下的差異性，采用SigmaPlot10．0軟件作圖。

2結果與分析

2．1干旱脅迫對玉米籽粒產量的影響

由圖2可看出，玉米干旱處理的籽粒產量均明顯低于正常處理，不同品種間產量及其受干旱影響的程度有較大差異。干旱處理下各品種的產量比正常處理降低80．97～220．19kg，平均減少160．34kg，變異系數為26．32％，表明不同基因型玉米品種產量對干旱脅迫的相應程度不同。正常處理的產量與干旱處理的產量顯著正相關（r＝0．4566）（圖3－A），在正常灌溉水平下高產的品種在干旱情況下也具有高產的潛力，鄭單958、浚單20、先玉335、秦龍11、栗玉2號、富友9號等16個玉米品種可適應較寬的干旱脅迫，但并不意味著在干旱條件下篩選品種沒有必要，進一步通過抗旱性鑒定，篩選出5個最優抗旱豐產性品種（圖3－B）。且籽粒產量呈連續的正態或偏正態分布，為典型的數量性狀，足以說明玉米抗旱機制極為復雜，因此，篩選抗旱性狀指標進行抗旱機制及育種研究至關重要。

2．2不同玉米品種抗旱表觀性狀相關及有效指標的篩選

理論上干旱敏感品種在干旱條件下會出現缺水癥狀。分別取正常和干旱處理的單株調查抗旱相關的性狀指標，從圖4可以看出，所有調查樣品的性狀均表現一定的變異，在同一供水條件下各樣品性狀的變異幅度相差很大，變異系數從小到大的順序是株高＜穗粗＜穗行數＜穗長＜穗粒數＜行粒數＜千粒質量＜產量＜穗位高＜結實長＜葉卷曲度＜雌雄開花間隔＜保綠性。其中，產量和保綠性在品種間變異較大，而株高、穗粗和穗行數變異較小，不同供水條件下性狀的變異程度也不同。在干旱脅迫下，除個別性狀如株高、穗粗和行粒數等，大部分性狀品種間的變異大于供水條件，說明干旱脅迫加大品種間的差異，表明不同品種具有不同的忍耐干旱脅迫的能力。為了選擇有效的抗旱性評價指標，對品種各性狀間的關系進行分析。從表2可看出，正常灌水下，DC與DI評價參數除與產量、千粒質量和保綠性達極顯著或顯著相關外，與其他9個性狀間相關性不顯著。而在干旱脅迫條件下，單株產量、行粒數、穗粒數、雌雄開花間隔和保綠性與DC和DI分別呈顯著正相關和極顯著負相關，其中雌雄開花間隔和保綠性與DI相關系數分別為0．9115、0．7943，且在干旱脅迫下與產量呈極顯著相關（r＝0．7943，r＝－0．5389）。由圖5可看出，在干旱脅迫下產量與雌雄開花間隔和保綠性均極顯著相關（r＝0．5924，r＝0．5462），說明這2個形態指標在干旱條件下直接影響品種的抗旱性。由通徑分析可知，雌雄開花間隔和保綠性對抗旱指數的貢獻為0．4381和0．4528。綜合灰色關聯分析的結果（表3），形態指標雌雄開花間隔、保綠性和產量性狀指標單株產量、穗粒數為表征玉米抗旱性的關鍵指標。即由這4個指標來評價和鑒定品種的抗旱性強弱。

2．3不同玉米品種的抗旱性評價與鑒定

根據綜合評價篩選出穗粒數、單穗產量、雌雄開花間隔和保綠性4個指標，對不同基因型玉米品種的抗旱性進行聚類分析，結果表明（圖6），第Ⅰ類是東單11至豫玉22等26個品種，為不抗旱類型；第Ⅱ類是天泰10號至長城799等20個品種，為中抗類型；第Ⅲ類是鄭單958、先玉335、粟玉2號等5個品種，為抗旱類型；與根據產量抗旱指數對玉米品種的抗旱性聚類結果（圖7）比較，形態指標綜合評價品種抗旱性，再次從15個抗旱品種篩選出5個，說明以形態指標結合產量抗旱指數來評價品種抗旱性具有準確性和可靠性，也佐證篩選形態指標雌雄開花間隔和保綠性的典型性。

3討論

玉米是否抗旱最終體現在產量方面［14］，玉米抗旱性對產量及其構成因素的影響已有大量的研究報道，產量作為抗旱研究的重要因素之一具有可行性和有效性，受到眾多科研工作者的關注和重視［8－9］。在以往研究中，較多的是產量抗旱系數，這種方法只能說明旱地玉米的穩產性，未能說明其高產性或高產潛力的可塑性，而抗旱指數是在抗旱系數的基礎上考慮到脅迫產量，表明抗旱基因型同時具有干旱脅迫下產量高和抗旱系數的雙重標準［1－2］。本研究以玉米產量抗旱指數為基礎，得出有效雌雄開花間隔、保綠性形態指標與產量呈極顯著相關的結果（r＝0．7943，r＝－0．5389），與羅淑平［6］和BanzingerM等［7］的結論相一致。說明雌雄開花間隔期、保綠性等形態指標可應用于玉米抗旱品種的鑒定和篩選。玉米抗旱性是由多種因素相互作用而構成的一個較為復雜的綜合性狀，用單一指標很難準確評定玉米的抗旱性，必須將多個指標運用不同的分析方法進行綜合分析，才能真實評價玉米抗旱性的本質［3，5］。本研究通過田間鑒定，以產量抗旱指數為評價參數，運用逐步回歸分析、灰色關聯分析和聚類分析，篩選出雌雄開花間隔、保綠性形態指標與產量性狀，以這3個指標對玉米抗旱性進行綜合評價，鑒選出抗旱性好的鄭單958、粟玉2號、先玉335等5個品種和陜單902、豫玉22、沈單16、陜單308等26個抗旱性差的品種。從產量抗旱指數進行聚類的15個抗旱品種篩選出5個，說明以形態指標結合產量抗旱指數來評價品種抗旱性具有準確性，也驗證了雌雄開花間隔和保綠性的可靠性。

4結論

干旱處理下玉米品種籽粒產量均比正常處理明顯降低，雌雄開花間隔增加，株高和穗位高降低，穗短小，禿尖多，穗粒數少，粒質量輕，最終導致產量下降。雌雄開花間隔、保綠性與產量抗旱指數之間呈極顯著或顯著相關。并利用這些指標鑒選出鄭單958、粟玉2號、富友9號、先玉335等5個抗旱性好的品種和陜單902、豫玉22、沈單16、陜單308等26個抗旱性差的品種。雌雄開花間隔、保綠性形態性狀是田間鑒定玉米抗旱性綜合評價有效的指標，運用形態指標結合產量性狀來評價玉米品種抗旱性較為客觀、簡單易行。