欠量灌水方法用于玉米抗旱性鉴定和评价研究

唐怀君，谢小清，赵连佳，孙宝成，黎 裕，王天宇，刘 成

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐830091;2.中国农业科学院作物科学研究所，北京10081)

欠量灌水方法用于玉米抗旱性鉴定和评价研究

唐怀君1，谢小清1，赵连佳1，孙宝成1，黎 裕2，王天宇2，刘 成1

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐830091;2.中国农业科学院作物科学研究所，北京10081)

【目的】研究欠量灌水胁迫下，玉米抗旱性鉴定和评价所需的最佳灌水量，为玉米抗旱性的准确鉴定提供参考依据。【方法】以5个当前新疆主栽玉米品种为材料，在全生育期进行梯度欠量灌水胁迫处理，分析欠量灌水对玉米产量及抗旱性的影响。【结果】随着灌水总量5 283～2 283 m3/hm2逐渐降低，5个玉米品种的产量和抗旱性均呈下降趋势。灌水量在3 975 m3/hm2时5个玉米品种的产量和抗旱性差异最大。欠量灌水胁迫下单株产量与穗粒数和行粒数呈极显著正相关，与百粒重的相关性不显著。【结论】欠量灌水的供水总量为正常灌水对照的3/4时(3 975 m3/hm2)，5个玉米杂交种产量下降一半，抗旱系数差异最大化，可用于玉米的抗旱性鉴定和评价。

玉米;全生育期;欠量灌水胁迫;抗旱性;鉴定方法

0 引言

【研究意义】干旱是影响玉米生产最主要的因素之一，每年因干旱使我国玉米产量损失近20%～30%［1］。抗旱性是玉米品种稳定性的一个重要方面［2］，鉴定玉米的抗旱性，是进行玉米育种的基础。玉米的抗旱性具有阶段性，不同生育期具有不同的抗旱性。实践证明，玉米抗旱性的鉴定和评价难度较大［3］。因此，研究抗旱鉴定新方法，对进一步提高玉米抗旱鉴定的准确性至关重要。【前人研究进展】近年来，国内外学者从不同方面开展了玉米抗旱性鉴定研究，提出了各种抗旱鉴定与评价的方法。其中包括:玉米萌芽期抗旱性鉴定研究［4，5］，玉米萌发期生物延迟发光评价［6］，苗期反复干旱［7］，拔节期干旱胁迫［8］，开花期干旱胁迫［9］，全生育期干旱胁迫［10］，盆栽模拟干旱鉴定方法，干旱棚、抗旱池或人工气候室法［11］，梯度水分胁迫处理鉴定方法［12］等。这些研究多侧重于在实验室或旱棚条件下进行，与大田条件相差甚远;同时，田间干旱胁迫研究主要集中在苗期、拔节期或开花期进行，其中开花期受旱对玉米产量影响最大［13］。【本研究切人点】玉米开花期干旱胁迫的抗旱鉴定应用最多，而针对玉米整个生育期欠量灌水胁迫的抗旱性研究相对较少。在干旱区大田条件下，选用当前新疆主要推广的5个玉米杂交种为试验材料，进行梯度欠量灌水胁迫处理，研究玉米杂交种最佳的胁迫强度。【拟解决的关键问题】研究不同水分欠量处理，对玉米株高、穗位高、果穗性状、籽粒性状，以及玉米产量和抗旱性等影响，确定玉米欠量灌水胁迫下抗旱性鉴定和评价所需的最佳灌水量，为开发大规模玉米抗旱性田间鉴定新方法提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选择在新疆主栽的玉米杂交种5个，分别为:新玉9号、新玉33号、张玉1233号、先玉335、郑单958。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2016年在新疆乌鲁木齐市北郊新疆农业科学院安宁渠试验场进行。试验区土壤肥力水平中等。该试验场2016年玉米生长期5～9月的降雨量合计为1 533 m3/hm2。试验采用梯度欠量水分胁迫处理，1个正常灌水对照和4个干旱胁迫处理，共5个水分处理区，每个处理内3次重复，随机区组。每个材料4行，行长3 m，行距0.6 m，株距0.3 m。5个水分处理的总灌水量分别为5 283(CK)、4 533、3 783、3 033和2 283 m3/hm2，对应供水比例为100%、86%、72%、57%和43%。表1

表1 不同处理灌水时间和灌水量Table1Irrigating time and water amount in different water treatments(m3/hm2)

1.2.2 抗旱性评价

干旱胁迫后在收获前分别测定株高、穗位高和有效穗数，收获后测定单株粒重、穗粒数、百粒重、穗长和穗粗。用3个重复的单株粒重平均值作为产量衡量指标［14］，用抗旱系数评价抗旱性［15］:抗旱系数=水分胁迫处理区的产量/正常灌水对照区的产量。

1.3 数据处理

用Excel 2007和Statistica10.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各指标的方差

研究表明，株高、穗位高、穗行数、行粒数、穗重、穗长、穗粗、穗粒数和单株产量9个性状在处理间的差异都达到了极显著水平，百粒重在处理间的差异不显著。正常或干旱胁迫条件下，玉米的株高、穗位高、穗行数、行粒数、穗重、穗长、穗粗、穗粒数和单株产量等性状在不同水分处理间变化较大，而百粒重受梯度欠量灌水胁迫处理的影响较小。表2

2.2 梯度欠量灌水胁迫下玉米单株产量与产量性状的相关性

研究表明，在正常灌水情况下单株产量与穗长呈极显著正相关，相关系数为0.719＊＊;在梯度欠量灌水不同胁迫下，单株产量与行粒数均呈极显著或显著正相关，相关系数分别为0.834＊＊、0.757＊＊、0.801＊＊、0.584*，单株产量与穗粒数均也呈极显著正相关，相关系数分别为0.798＊＊、0.730＊＊、0.786＊＊、0.656＊＊;单株产量与百粒重和穗行数除在T4处理呈显著相关外，在其它4个处理中均不显著。说明欠量灌水胁迫通过影响穗粒数和行粒数而影响单株产量，百粒重和穗行数则相对稳定，对产量的影响较小。表3

表2 不同干旱胁迫处理间10个指标方差Table2 Variance analysis of 10 indexes among different drought stress treatments

表3 欠量灌水胁迫下单株产量与其它性状相关系数Table3 Correlation Coefficient of Plant yield with other characters under difficult irrigation stress

2.3 梯度欠量灌水对玉米产量的影响

5个玉米材料在正常灌水(5 283 m3/hm2)条件下具有不同的产量，但随着梯度灌水量的减少，其产量均呈现递减趋势。说明玉米产量与土壤含水量有密切的关系。图1

欠量灌水胁迫处理间的产量差异除T4与T5之间不显著外，其它处理间的产量差异均达到了显著水平。说明欠量灌水对产量的影响较大。处理T3与T1、T2、T4、T5之间产量差异极显著，且T3处理的产量较T1产量减少了51.31%，欠量灌水在T3处理对产量的影响最大。表4

2.4 欠量灌水胁迫后玉米抗旱性的变化

研究表明，在灌水量5 283～2 283 m3/hm2，随着灌水总量的逐渐减少，5个玉米品种的抗旱系数逐渐下降。在充分灌水(5 283 m3/hm2)和极端胁迫处理(2 283 m3/hm2)条件下，5个玉米品种的抗旱性变化较小(标准差stdev分别为0和0.07)，但在3 033～4 533 m3/hm2欠量灌水处理区，5个玉米材料的抗旱性变化较大(stdev=0.09－0.19)，差异最大的处理是3 750～4 500 m3/hm2处理(stdev=0.16－0.19)。产量下降一半(抗旱系数0.5)时，欠量供水总量为3 750～4 500 m3/hm2，平均3 975 m3/ hm2，与正常灌水对照的供水总量5 283 m3/ hm2的比值为0.75(胁迫强度)，该胁迫处理区间，材料间的抗旱性差异最大。欠量灌溉处理总供水量为正常灌溉的3/4时，玉米的抗旱性鉴定效果最佳。图2

图1 玉米产量与累计供水量间的关系Fig.1 Relationship between maize yield and cumulative water supply

表4 不同干旱胁迫处理间的产量差异Table4 Yield difference of different drought stress treatments

图2 欠量灌水胁迫下5个玉米品种抗旱性变化Fig.2 Drought resistance effect on five materials under shortage of irrigation stress

3 讨论

目前，玉米抗旱材料的鉴定和评价有很多种方法，如PEG干旱模拟试验［16］、田间自然少雨条件试验、不同生育时期的干旱胁迫［17］下进行抗旱鉴定。实践证明，玉米抗旱性的鉴定和评价是一项复杂的工作，干旱试验的胁迫时间和胁迫程度易受试验材料、鉴定地点、气候等［18］的影响，因此需要选择好的鉴定方法。玉米产量构成因子受环境影响变化较大，且不同鉴定方法和条件下其产量性状对产量影响的比重和排序也会发生变化。周旭梅［19］和刘化涛［20］等研究认为百粒重是影响产量的首要因子，穗粒数是决定产量的重要因素。唐怀君［21］和刘化涛等［20］研究指出，穗粒数是影响产量的重要因素，而百粒重对单株产量的影响较小。试验结果表明，欠量灌水胁迫通过影响穗粒数和行粒数而影响单株产量，百粒重和穗行数则相对稳定，对产量的影响较小。

以往的研究多集中在某一个生育期抗旱性鉴定，而全生育期的抗旱性鉴定研究的力度仍然不足。为确保玉米抗旱性鉴定和评价的准确性，新方法的开创性研究十分必要。采用全生育期欠量灌水的水分胁迫处理，通过5个玉米品种全生育期梯度欠量灌水胁迫下的产量—水分试验，确定了5个玉米品种产量下降一半的需水量，以及各材料在不同灌水总量的水分敏感性。研究表明，随着各次灌水量的减少，5个玉米品种的产量随着灌水总量的减少均呈现递减趋势，且玉米减产的程度因全生育期不同欠量灌水总量而异。5个玉米品种产量下降一半需水量为3 975 m3/hm2(正常灌水总量的75%)时抗旱性差异最大化，表明在全生育期欠量灌水总量为正常灌水的3/4时，抗旱鉴定结果最佳。以往新疆乌鲁木齐安宁渠干旱胁迫处理试验中，胁迫强度为0.77。欠量灌溉最佳胁迫强度0.75，两者基本一致。

4 结论

以5个玉米杂交种为试验材料，将玉米全生育期作为一个整体，对欠量灌水方法用于玉米抗旱性鉴定和评价进行了研究。行粒数(16.99＊＊)、穗粒数(21.92＊＊)和单株产量(33.03＊＊)性状在欠量灌水处理间的差异都达到了极显著水平，百粒重(0.74)在欠量灌水处理间的差异不显著;在欠量灌水不同干旱胁迫下，单株产量与穗粒数呈极显著正相关(相关系数分别为0.798＊＊、0.730＊＊、0.786＊＊、0.656＊＊)，单株产量与行粒数呈显著或极显著正相关(相关系数分别为0.834＊＊、0.757＊＊、0.801＊＊、0.584*)，单株产量与百粒重除在T4处理呈显著相关外与其它处理均不显著。欠量灌水胁迫处理通过影响穗粒数和行粒数而影响单株产量，百粒重则相对稳定，

对产量的影响较小。

T3处理的产量较T1产量减少了51.31%。产量下降一半(抗旱系数0.5)时，欠量供水总量为3 750～4 500 m3/hm2，平均3 975 m3/ hm2，与正常灌水对照的供水总量5 283 m3/ hm2的比值为0.75(胁迫强度)时，材料间的抗旱性差异最大。因此，欠量灌溉处理总供水量为正常灌溉的3/4(3 975 m3/hm2)时，玉米的抗旱性鉴定效果最佳，可用于玉米抗旱性的鉴定和评价。

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Study on the Evaluation and Identification of Maize Drought Resistance by Using the Method of Water Shortage Irrigation

TANG Huai－jun1，XIE Xiao－qing1，ZHAO Lian－jia1，SUN Bao－cheng1，LI Yu2，WANG Tian－yu2，LIU－Cheng1
(1.Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China; 2.Institute of Crop Sciences，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China)

【Objective】This project aims to study the optimal irrigation amount for drought resistance identification and evaluation of maize under shortage water stress in order to provide a reference for the identification of drought resistance of maize.【Method】The present 5 main varieties in Xinjiang were used as experimental materials，the effects of irrigation on yield and drought resistance of 5 varieties were studied under the condition of insufficient irrigation during the whole growth period.【Result】The results showed that the yield and drought resistance of the 5 materials showed a downward trend with the gradual decrease of total 5，283－2，283 m3/hm2.When the irrigation amount was 3，795 m3/hm2，the yield and drought resistance of the 5 materials were the biggest.There was a significant positive correlation between the yield and grain number per ear，and grain number per row，and no correlation with 100 grain weight.【Conclusion】The total amount of water supplied by the control of irrigation was 3/4(3，795 m3/hm2) under normal irrigation，the yield of the five maize hybrids decreased by half，and the difference of drought resistance coefficient was maximized，which could be used for the identification and evaluation of drought resistance in maize.

maize;the whole growth period;shortage of irrigation stress;drought resistance;identification method

LI Cheng(1968－)，female，researcher，master tutor，research direction:drought resistance of grain crops，(E－mail)liuchengxj@126.com

S513

A

1001－4330(2017)05－0804－07

10.6048/j.issn.1001－4330.2017.05.003

2017－03－20

国家重点研发计划课题“玉米种质资源精准鉴定与创新利用”(2016YFD0100103);新疆农业科学院农业科技创新平台能力提升建设专项“农业部西北玉米抗旱生物学科学观测实验站”(XJNKYPT－2017－007)

唐怀君(1983－)，男，安徽人，助理研究员，研究方向为粮食作物抗旱性，(E－mail)tanghuaijun83@sina.com

刘成(1968－)，女，甘肃人，研究员，硕士生导师，研究方向为粮食作物抗旱性，(E－mail)liuchengxj@126.com

Supported by:The National Key Research and Development Program of China"accurate identification and innovative utilization of maize germplasm resources"(2016YFD0100103);The construction of special on the innovation topic and ability to ascend of Xinjiang academy of agricultural sciences agricultural science and technology"northwest agriculture drought－resistant observation station in biology science"(XJNKYPT－2017－007)