玉米自交系抗旱性鉴定试验报告

闫治斌 罗致春 段卫稷 马世军 闫富海 许清录

（甘肃省敦煌种业集团股份有限公司研究院，酒泉735000）

玉米是重要的粮食、饲料、工业原料和生物能源作物，也是旱地作物中需水量较大的作物之一，干旱是影响玉米产量的主要非生物胁迫因素。近年来，一些地区玉米花期伏旱缺水导致结实不良的问题非常突出，多造成20%～30%的减产[1]。有关研究表明，玉米在各生育期受到干旱胁迫都会造成不同程度的减产，尤其在开花期前后受到干旱胁迫对产量影响最大[2]。玉米在开花期水分充足和亏缺条件下产量表现差距很大。因此，抗旱系数（即旱区性状值Yd 与水区性状值Yw 的比值）可作为玉米抗旱性鉴定的基本指标，雌雄开花间隔期（ASI）等性状则可作为次级指标[3]。目前，关于玉米抗旱性的研究多集中在杂交品种上，对自交系材料的抗旱性鉴定及遗传机制的研究还比较少。玉米基因型间存在着广泛的抗旱遗传变异，与抗旱性有关的性状在很大程度上受加性基因效应的影响。可见，通过合理的田间鉴定试验和数据分析，准确评价常用自交系的抗旱特性，对选育抗旱玉米新品种具有重要的支撑 意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试玉米自交系共101 个，来自敦煌种业研究院西北、黄淮海、东华北3 个生态区（表1）。

表1 参试品种名称及编号

1.2 试验设计 试验地点位于甘肃省敦煌种业集团股份有限公司研究院酒泉育种基地（98°56′E，39°15′N），设置干旱胁迫和正常灌水（CK）2 个处理，每个处理3 次重复，区组随机排列，1 行区，行长4.0m，行距0.5cm，株距0.27cm，密度7.5 万株/hm2，覆膜坐墒播种。对照处理在拔节期、抽雄期、灌浆期共灌水4 次，干旱处理在花期（6 月18 日至7 月29 日）停止灌水，保持干旱41d，其他田间管理与对照一致。

1.3 观测项目及调查方法 雌雄开花间隔期（ASI）：以散粉期小区内50%植株雄穗主枝开始散粉的日期为准。吐丝期：以小区内50%雌穗花丝抽出苞叶3cm 的日期为准，计算间隔天数。叶片萎蔫度：旱区花期干旱胁迫结束前2d 调查，主要以穗位叶和穗位上下2 片叶调查，以小区内50%以上的代表性植株划分等级，由低到高分5 级记载，即5 级（在中午玉米叶片全展，叶片无受旱现象）、3 级（卷叶涉及到叶脉中央，早晨微卷）、1 级（叶片卷曲，而且叶片出现折断，呈“V”形）。籽粒干重：各试验小区等面积采收，自然晾晒1 周，脱粒称重，按14%标准水分折算籽粒产量，用经过矫正的专用水分测定仪测定籽粒含水率与容重。株高：在乳熟期选取小区内有代表性的植株5 株，从地面量至雄穗顶端的高度。穗长、穗粗：成熟收获后每小区取5 枚样穗，应用图像考种仪采集。

1.4 数据分析方法 参照路贵和等[4]的方法，以抗旱系数为主变量，采集的7 个农艺性状相对值为解释变量，进行相关性分析。选取其中相关性显著且有鉴定修正意义的性状值，以入选性状相关系数为权重，计算修正加权系数，公式如下。

WDC—综合抗旱系数；HI—抗旱系数，HI=Yd/Yw，其中Yd—旱区产量，Yw—水区产量；TR—性状相对值，TR=Xd/Xw；

TR′—性状相对值标准化数；ri——入选性状相对值与抗旱系数的相关系数；

采用Excel 2013 进行原始数据处理，并应用统计软件SAE 6.0（张仲保）进行统计描述和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 观测指标变异分析 对101 份自交系的8 个观测指标进行遗传多样性分析，从表2 可以看出，在不同处理下，8 个指标的变异系数介于4.6%～85.9%之间，说明101 份参试材料间遗传差异比较大，具有代表性。

表2 玉米自交系主要农艺性状观测值统计描述

在本试验所观测的8 个农艺性状指标两处理比较中，ASI 变异系数最大，其次是旱叶萎蔫度、籽粒干重、穗长和株高，说明这些指标在不同处理下各材料间差异大，能够进行区分筛选，参试材料遗传差异可选拔。其中籽粒干重两处理的比值即抗旱系数（HI），为目标性状指标。此指标在干旱胁迫下变异系数比灌水处理高12.7%，说明干旱胁迫有效加大了材料间的变异程度。抗旱系数与其余各指标是平行关系，可进行相关性分析。

2.2 观测值的相关性分析与次级指标筛选 以抗旱系数HI 为目标因素进行相关分析，考虑HI 与ASI、叶片萎蔫度具有不同的量纲和数量级，且一些数据实际观测差异比较小，相对值扩大了差异，需要进行数据标准化处理。采用最常见的标准差标准化（即z-score 标准化）方法，经过处理的数据被映射到[0，3]区间上。相关分析结果如下。

株高、穗位高、旱叶萎蔫度、穗长等指标与抗旱系数呈正相关（表3），说明在干旱胁迫下萎蔫越轻，植株越高、果穗越长，抗旱性越好。雌雄开花间隔期ASI 与抗旱系数极显著负相关，说明干旱胁迫下吐丝延迟，丝粉间隔拉长导致结实不良产量降低，是抗旱性的重要观测指标，另考虑延迟吐丝的自交系接受周围其他花粉结实情况，将重点应用这个指标修正抗旱系数。结合田间实际情况综合考虑后，选定ASI、株高、旱叶萎蔫度作为修正 指标。

表3 8 个因素相关系数矩阵

2.3 筛选后指标的权数 继续以抗旱系数为目标因素，与选定的ASI、株高、旱叶萎蔫度3 个指标进行相关分析，计算入选性状指标的权数 （表4）。

表4 选定指标相关系数矩阵与权数

2.4 玉米自交系抗旱性综合评价结果 玉米抗旱性是一个复杂的有机体代谢过程，评价玉米自交系抗旱性时需要进行多个性状的综合评价，在主指标抗旱系数的基础上，综合ASI、株高、旱叶萎蔫度3个指标进行加权修正，得出101 份试验材料的抗旱性综合评价指数（表5），指数越大表示抗旱性越强。并参照路贵和等[4]的逐级分类法，将101 份参试材料的综合评价指数划分为5 个级别，分级标准为：一级≥2.75，2.22 ≤二级＜2.75，1.16 ≤三级＜2.22，0.63 ≤四级＜1.16，五级＜0.63。101 份材料一级4 份，二级20 份，三级57 份，四级12 份，五级8 份，具体结果如下。

从以上综合抗旱指数来看，抗旱性优良的共有24 份材料，其中有14 份材料为东华北区域 推荐，即LH52、DH257、HL40、HL57、HL49、HL50、HL45、HL44、HL58、K10 改、939、HB7、HB5、HL47，说明东华北区域的材料抗旱性普遍较好。此 外，K6、FKM3X、DG18、MS3807、FKM9、81162、3807、DG15 等材料抗旱性差，应进一步观察了解其相关杂交种的抗旱性，预防潜在的生产 风险。

表5 玉米自交系抗旱性综合评价结果

3 结论与讨论

3.1 分析方法合理适用 前人对玉米的抗旱性评价方法研究较多，通过分析前人的评价方法，可归纳为两大类，第1 类是利用某一单一指标直接评价，第2 类是利用某一主指标及相关次级指标进行综合评价。作物抗旱性是受多基因控制的复杂数量性状，通过某个单一指标，比如抗旱系数进行评价，往往很难获得准确有效的结果。一个突出问题是田间观察有些材料吐丝不畅但结实良好，分析是由于延迟吐丝的自交系接受了周围的其他材料的花粉而结实。为剔除这类抗旱假象，需要结合雌雄开花间隔期（ASI）、叶片萎蔫度等性状指标对抗旱系数进行修正，应用综合指标进行鉴定评价。本试验以抗旱系数为主要性状指标，结合筛选到的相关次级性状指标经数据标准化处理后，应用相关及通径方法进行多元分析，得出了加权综合抗旱系数。部分材料鉴定结果经与往年种植观察情况进行比对验证，一致性较好，基本准确合理。

3.2 试验地点选择及结果应用 玉米的抗旱性表现主要受基因型和环境因素影响，田间自然干旱条件下鉴定结果更加接近大田生产，其中降雨量是一个主要影响因素。酒泉地处河西走廊西端，属大陆性干旱气候带，年均温3.9～9.3℃，无霜期127～158d，夏季干热，年均降水量87mm，蒸发量2140mm，玉米生长期间降雨稀少，蒸发量极大，是典型的绿洲灌溉农业区，非常有利于在田间自然干旱胁迫下鉴定玉米抗旱性。酒泉市的绿洲农业区，光热资源充足和灌溉条件良好，是我国玉米制种核心区域之一。本试验在酒泉市敦煌种业研究院育种基地开展，参试材料包括来自东北、华北、西北及黄淮海等不同生态区的优良稳定自交系，这些自交系在酒泉均有作为制种亲本的种植和扩繁。因此，其抗旱性鉴定结果可以应用指导相关制种基地的选择，也为各区域选优组材及选育抗旱新品种提供一定参考信息。