成熟期玉米籽粒含水量与主要农艺性状的相关分析

张采波1,， 余庭跃， 文守云1,， 张 玮

(1.重庆市农业科学院， 重庆 401329； 2.重庆中一种业有限公司， 重庆 400060)

玉米是我国重要的粮食、饲料和经济作物，在国民经济发展中占有重要地位。随着玉米种植规模的扩大和农村劳动力的逐渐流失，机械化耕种成为玉米产业的必然发展趋势[1-2]。籽粒含水量是判断是否适合机械粒收的重要指标，籽粒含水量过高不利于机械化采收，还会给籽粒干燥、储藏、加工等后续工作造成困难[3-5]。重庆地处西南山区，气候潮湿多雨，玉米籽粒含水量过高，常因收获期持续阴雨等恶劣天气致使籽粒霉烂，影响玉米产量和品质。因此，选育生理成熟且收获时含水率低的玉米品种，能够供机械化及时采收，保证玉米商品品质，并有效降低晾晒、贮藏和加工所消耗成本，是现阶段育种工作者所面临的严峻问题[6]。

表1 果穗各部位含水量方差分析

表2 杂交组合产量相关性状方差分析

本研究以西南地区常用玉米自交系为材料，配制杂交组合，对杂交组合在收获期的苞叶、穗柄、穗轴含水量及穗长、穗粗、穗行数、行粒数、出籽率、百粒重、容重等农艺性状进行相关分析，旨在找出与玉米籽粒含水量关联密切的农艺性状，为筛选籽粒低含水量玉米材料，培育适宜机械粒收的玉米新品种提供材料基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为西南地区常用的15个玉米自交系，2017年冬在海南配制成54个杂交玉米组合，由重庆中一种业有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2018年春在重庆市农业科学院垫江试验基地进行，54个杂交组合每份播种3行，行长4 m，行距3 m，小区面积12 m2，随机区组试验设计，3次重复，四周设4行以上保护行。2018年3月20日播种，8月1日收获。

1.3 测定项目与方法

在雌穗吐丝前对各个玉米组合进行套袋，每个组合套袋20个果穗；雌穗吐丝后取本小区植株花粉进行人工混合授粉，每个组合授粉15个果穗，并标注授粉日期。由于本研究所选的15份玉米自交系生育期差异不大，杂交组合授粉日期相近，所有组合均在授粉后45 d(果穗黑胚层形成)开始取样，每个组合每次取5个果穗，共随机取样3次。取样后剥离苞叶、穗柄、籽粒和穗轴，统计苞叶层数，苞叶、穗柄、穗轴全部称其鲜重，籽粒取每穗中部100颗(共500粒)称鲜重，然后在105 ℃的高温烘箱中杀青0.5 h，再75 ℃恒温烘干至恒重，分别称量苞叶、穗柄、籽粒和穗轴的干重。苞叶、穗柄、籽粒、穗轴的含水量计算公式如下:

含水量(%)=[(鲜重-干重)/鲜重]×100%。

小区剩余果穗全部收获计产，每小区取10个果穗测量穗长、穗粗、穗行数、出籽率等产量相关性状。

1.4 数据分析

采用Excel 2016软件进行数据统计，SAS 9.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 方差分析

对供试的54个杂交玉米组合的苞叶层数、苞叶含水量、穗柄含水量、籽粒含水量、穗轴含水量和产量相关性状进行方差分析，结果见表1、表2。供试杂交组合在苞叶层数、果穗各部位含水量及产量相关性状上的差异均达到极显著水平，说明这些杂交组合在各性状之间存在真实差异，可进一步对各性状作相关和通经分析。

2.2 成熟期籽粒含水量与主要农艺性状的相关性分析

成熟期籽粒含水量与苞叶层数、果穗各部位含水量及产量相关性状的相关分析结果见表3。籽粒含水量与苞叶层数、苞叶含水量、穗轴含水量的相关系数达到极显著水平，相关系数分别为0.482 8、0.755 7和0.619 8，说明随着果穗苞叶层数的增加、苞叶含水量和穗轴含水量的提高，籽粒含水量也随之提高。穗长、行粒数与籽粒含水量呈显著正相关，相关系数分别为0.315 2和0.293 6，说明增长穗长、增加行粒数也在一定程度上提高了籽粒的含水量。出籽率和容重与籽粒含水量呈显著负相关，相关系数分别为-0.308 1和-0.271 8，说明提高杂交组合的出籽率和增加籽粒容重有利于降低籽粒的含水量。穗柄含水量、穗粗、秃尖长度、穗行数、单穗粒重、百粒重与籽粒含水量的相关系数不显著，说明这些性状对成熟期籽粒含水量的影响不大。

2.3 主要农艺性状对成熟期籽粒含水量的通径分析

为进一步明确籽粒含水量与各因素的直接作用和间接作用大小，删除穗柄含水量、穗粗等与籽粒含水量相关系数表现不显著的性状，对苞叶层数、苞叶含水量、穗轴含水量、穗长、行粒数、出籽率和容重等7个与籽粒含水量相关系数达到显著或极显著的性状进行通径分析，结果见表4。由表4可知，直接通径系数大小依次为：苞叶含水量(0.481 9)>穗轴含水量(0.248 8)>穗长(0.138 7)>苞叶层数(0.082 7)>行粒数(0.054 9)>容重(-0.094 2)>出籽率(-0.172 5)。

表3 籽粒含水量与各性状的相关分析

性状指标籽粒含水量苞叶层数苞叶含水量穗柄含水量穗轴含水量穗粗穗长籽粒含水量1苞叶层数0.4828**1苞叶含水量0.7557**0.5095**1穗柄含水量0.19620.03220.16931穗轴含水量0.6198**0.3208*0.5717**0.4812**1穗粗0.1106-0.02010.0997-0.00870.10661穗长0.3152*0.11560.20880.05410.1914-0.4365**1秃尖-0.21430.0426-0.1715-0.4088**-0.2779*0.0927-0.0802穗行数0.11080.03300.2691*0.22610.3326*0.5957**-0.1462行粒数0.2936*0.09490.24880.10110.1379-0.4382**0.6349**出籽率-0.3081*-0.2846*-0.18380.0197-0.1087-0.17080.1290容重-0.2718*-0.0468-0.15960.0862-0.1707-0.3771**-0.0646单穗粒重0.1487-0.16970.06640.10870.1348-0.00670.5441**百粒重-0.1768-0.0159-0.2563-0.2011-0.23940.1499-0.2220性状指标秃尖穗行数行粒数出籽率容重单穗粒重百粒重籽粒含水量苞叶层数苞叶含水量穗柄含水量穗轴含水量穗粗穗长秃尖1穗行数-0.09141行粒数-0.5081**-0.11991出籽率-0.0807-0.00240.12791容重0.1203-0.2758*-0.11330.22721单穗粒重-0.5194**0.18020.5137**0.3289*-0.13211百粒重0.2348-0.3456*-0.5329**0.13920.2985*-0.06451

表4 各性状对籽粒含水量的通径分析

性状直接通径系数间接通径系数苞叶层数苞叶含水量轴重含水量穗长行粒数出籽率容重苞叶层数0.0827—0.24550.07980.01600.00520.04910.0044苞叶含水量0.48190.0421—0.14230.02900.01370.03170.0150轴重含水量0.24880.02650.2755-0.02660.00760.01870.0161穗长0.13870.00960.10060.0476-0.0349-0.02230.0061行粒数0.05490.00780.11990.03430.0881—-0.02210.0107出籽率-0.1725-0.0235-0.0886-0.02700.01790.0070—-0.0214容重-0.0942-0.0039-0.0769-0.0425-0.0090-0.0062-0.0392—

苞叶含水量对籽粒含水量的直接通径系数最大，其次为穗轴含水量，穗轴含水量通过苞叶含水量的间接作用效应达0.275 5，苞叶层数对籽粒含水量的直接通径系数为0.082 7，通过苞叶含水量起得间接作用效应达0.245 5，说明对籽粒含水量影响最大的因素是苞叶的含水量，减少苞叶层数、降低苞叶和穗轴的含水量有助于降低成熟期籽粒的含水量。穗长、行粒数对籽粒含水量的直接通径系数较小，而通过苞叶层数、苞叶和穗轴含水量等间接因素影响作用较大，说明穗长和行粒数改变对籽粒含水量的作用效应较小。出籽率和容重对籽粒含水量的直接通径系数为负值，说明提高出籽率和增加籽粒容重能在一定程度上降低成熟期籽粒的含水量。

2.4 苞叶层数与籽粒含水量的关系

将所有被测果穗按苞叶层数的不同分为五类，分别统计不同苞叶层数的籽粒含水量，结果见图1。由图1可知，6层苞叶和7层苞叶果穗的平均籽粒含水量相同，均为37.7%，8、9、10层苞叶果穗的平均籽粒含水量分别为39.8%、41.8%、42.1%，籽粒含水量与苞叶层数呈线性回归关系，回归系数R为91.9%。苞叶层数越多，籽粒含水量越高，反之亦然。

图1 苞叶层数与籽粒含水量的关系

2.5 苞叶含水量与籽粒含水量的关系

将54个杂交组合的苞叶含水量与籽粒含水量进行作图分析，结果见图2。由图2可知，籽粒含水量平均低于苞叶含水量，籽粒含水量与苞叶含水量成协同变化趋势，说明苞叶含水量对籽粒含水量的影响较显著，在育种材料选择上可通过对苞叶含水量的选择来实现对籽粒含水量的同步选择。

2.6 籽粒类型与籽粒含水量的关系

将供试材料按籽粒类型的不同分为硬粒型、半马齿型和马齿型3类，分别计算不同类型籽粒的含水量，结果见图3。硬粒型和半马齿型籽粒平均含水量分别为37.4%和38.3%，差异不大，马齿型籽粒的含水量为41.0%，较硬粒型与半马齿型籽粒的含水量有较大差异。硬粒型或半马齿型组合平均籽粒含水量比马齿型组合低，这与张树光等[7]和李璐璐等[8]的研究结果一致。

图2 苞叶含水量与籽粒含水量的关系

图3 籽粒类型与籽粒含水量的关系

3 结论与讨论

从玉米雌穗授粉到籽粒生理成熟是一个较长的生物学过程，成熟期的早晚受光照、温度、水分等外界自然条件和材料自身遗传特性影响，成熟期又与籽粒含水量及脱水速率密切相关，早熟品种一般有着较快的籽粒自然脱水速率，收获时籽粒含水量通常较低[9-12]。不同玉米材料由于生育期不同，抽雄授粉日期不同，籽粒灌浆期所经历的外界光照、温度、水分条件不同，会对籽粒成熟及含水量造成一定的影响。为尽量减少因外界自然条件不同对供试材料籽粒含水量的影响，本研究选择的15份玉米自交系生育期差异不大，杂交组合授粉日期相近，且均在雌穗授粉45 d后取样，因此可基本忽略因组合生育期不同造成的外界环境不同对籽粒含水量的影响。

关于植株农艺性状、产量及相关性状与玉米籽粒含水量及脱水速率的关系，前人已做了不少研究[13-16]。本研究结果认为，对籽粒含水量影响最大的因素是苞叶和穗轴含水量，苞叶层数、苞叶含水量、穗轴含水量、穗长、行粒数与籽粒含水量呈显著或极显著正相关，出籽率与籽粒含水量呈显著负相关，这与张树光等[7]、李璐璐等[8]的研究结果基本一致。此外，本研究还发现，容重与籽粒含水量呈显著负相关，这可能是因为籽粒容重高，内溶物充实，水分含量相对较少。关于籽粒类型与籽粒含水量的关系前人研究争议较大[2-3,5]，不同研究者甚至得出完全相反的结论，这可能与研究者所选遗传材料、取样时间、光照温度等环境条件不同有关。本研究结果显示，马齿型组合的籽粒含水量高于半马齿型和硬粒型，这也在一定程度上印证了通常该地区马齿型组合生理成熟期籽粒水分含量较高，收获后晾晒过程籽粒失水较多，而硬粒型和半马齿型组合晾晒过程失水较少。

籽粒含水量高低是判断品种是否适合机械粒收的重要指标。研究显示，在我国的很多玉米产区，收获时玉米籽粒含水量通常为30%～40%，目前还难以全面实现机械粒收[1-2]。本研究54个杂交玉米组合的平均籽粒含水量为39.9%，最大值为47.1%，最小值为27.2%。多数杂交组合在收获期籽粒含水量比北方玉米品种籽粒含水量高，这可能与西南地区潮湿的气候条件有关，同时，不同杂交组合收获期籽粒含水量变化差异大，通过育种改良有望逐步选育出适合机械粒收的低含水量玉米品种。

为降低生产劳动力成本和提高玉米品质，育种策略应作相应调整，选育成熟期籽粒低含水量，适应机械粒收的玉米品种应用推广。在育种过程中可结合籽粒含水量与农艺性状的相关性对遗传材料进行选择，选择苞叶层数较少，苞叶、穗轴含水量较低，穗长、行粒数适中，出籽率、容重较高的遗传材料改良利用，较易组配出成熟期籽粒低含水量的玉米品种。此外，育种上还应注重材料株高、株型、生育期、果穗产量、籽粒品质、抗倒抗病等遗传性状的同步改良，才能选育出真正满足生产需求的高产、优质、宜机收的玉米新品种。