不同玉米品种的抗旱特性研究

卜俊周，魏建伟，岳海旺，彭海成，陈淑萍，谢俊良

（河北省农林科学院旱作农业研究所，衡水053000）

玉米品种适应性是品种大面积示范推广的前提［1］，选育适应性广的品种是玉米育种工作的目标［2］。研究不同类型品种的农艺和生理特征，有助于理解品种适应环境的优势性状，为广适性品种选育提供依据［3］。

近30年来，中国育成并推广了‘中单2号’‘掖单13’‘农大108’‘郑单958’‘先玉335’等一批有影响力的广适性玉米品种［4］，其基本特征是高产、稳产、广适、抗逆性好等［5-7］。研究表明高产稳产不仅与玉米株型、冠层结构、叶面积等有关，也与栽培密度、行株距、大小行有关［8-10］，但针对广适性玉米品种的生理特征研究相对较少［11-12］。‘郑单958’有高产、稳产、节水等特点，是黄淮海夏播区国家玉米区试和河北省区试对照品种，连续多年在生产上大面积推广，是第一大品种［13-14］。‘先玉335’具有高产、抗病、脱水快等特点，是东华北、黄淮区域的第二大品种。‘衡玉321’在2017年通过了河北省审定，2018年通过黄淮海审定，不仅产量潜力高，而且具有广泛的适应性。本研究在不同水分条件下，通过比较‘衡玉321’‘郑单958’和‘先玉335’的产量构成因素及生理特征，明确‘衡玉321’高产、广适性的农艺和生理特征，以期为广适性品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以玉米品种‘衡玉321’‘郑单958’和‘先玉335’为材料，于2016年6—11月在河北省农科院节水试验站的可移动防雨棚进行试验。节水试验站位于河北省深州市护驾迟镇，年平均降水量500 mm左右，其中大部分的降水集中在每年的6—8月。试验地地势平坦，旱能浇涝能排。土质为黏土，地力均匀，年日照时数2 563 h，光照充足，利于农作物生长［6］。底肥使用六国牌复合肥（N、P、K的比例为15∶15∶15，施用量为600 kg/hm2；在苗期进行中耕追施尿素，施用量为450 kg/hm2。试验以品种为主处理，干旱处理和正常灌溉2个水平为副处理，采取裂区设计，3次重复，小区长6.7 m，行距60 cm，面积20 m2。干旱处理：仅播种后浇蒙头水灌溉1次，保证出苗；正常灌溉处理：在播种后、拔节期和灌浆期各灌溉1次，共灌水3次，每次灌水量约70 mm。施肥、除草等田间管理依据大田生产进行，晴天防雨棚完全开放，雨天关闭，整个试验过程不接雨水。

1.2 调查测定项目与方法

1.2.1 叶面积指数（LAI）

采用长宽系数法测定，即叶面积LA（cm2）＝长 ×宽 ×0.75，叶面积指数（LAI）＝LA（m2）/GA（m2）GA：土地面积；LA：该土地面积上的总叶面积。分别测定抽穗前叶面积指数（LAIv）、灌浆中期叶面积指数（LAIg）和乳熟期叶面积指数（LAIh）。

1.2.2 抗旱指数

抗旱指数（DRI）＝（Yd/Yw）×（Yd/Ymd）。其中，Yd为干旱胁迫条件下的产量；Yw为正常灌水条件下的产量；Ymd为供试杂交种在干旱胁迫条件下的平均产量；Ymw为供试杂交种在正常灌水条件下的平均产量。抗旱性评价标准见表1。

表1 玉米全生育期抗旱性评价标准Table1 Evaluation criteria for drought resistance in the whole grow th period ofmaize

1.2.3 叶绿素含量（SPAD）

用叶绿素含量仪测定棒三叶的SPAD值。每小区选取10片叶，取平均值。在抽穗前（7月27日）、灌浆中期（8月30日）和乳熟期（9月20日）测定相应的 SPAD值，分别记为 SPADv、SPADg和SPADh。

1.2.4 叶片卷曲度（LRS）

LRS＝（Lw-Ln）/Lw×100%，其中，Ln表示卷曲叶缘宽度，Lw表示将卷曲的叶片展开的宽度。在晴天午后2点，对玉米叶片卷曲度进行评价，1—5级分别代表无卷曲到完全卷曲。

1.2.5 产量及农艺性状

收获前每个处理选取有代表性的植株10株，测定株高、穗位高和茎粗，收获时每个小区取中间3行进行测产，折算成产量（kg/hm2）。取有代表性10穗考种，放入烘箱于105℃杀青30 min，80℃下烘至恒重称重。考种指标包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长和百粒重。

1.2.6 数据处理与分析

使用Excel 2007进行数据整理分析，用DPS 7.05软件进行方差分析，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 农艺性状分析

干旱处理中3个参试玉米品种的株高、穗位、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重均比正常灌溉处理有明显的降低，品种间差异显著。由表2可知，在两种处理情况下，‘衡玉321’穗粗明显高于‘郑单958’和‘先玉335’，在干旱处理中尤其明显；秃尖在2种处理下变化不明显，说明秃尖对干旱胁迫不敏感。

表2 不同玉米品种在水分胁迫下农艺性状的表现Table 2 Agronom ic traits of different maize varieties under water stress

2.2 产量及其构成因素的变化

与干旱处理相比，正常灌溉处理中，‘衡玉321’‘郑单958’和‘先玉335’的籽粒产量分别增加5 056.5 kg/hm2、3 987.5 kg/hm2和 5 934 kg/hm2（表 3），穗行数增加 3.5、2.3、2.3，行粒数增加 9.2、13、11.8，百粒重增加 4.7 g、5.2 g、6.8 g（表 2）。

表3 不同水分处理对玉米产量的影响Table 3 Effects of different water treatments on yield ofmaize

2.3 抗旱指数

‘郑单958’和‘衡玉321’两个品种的抗旱指数（DRI）分别为1.098和1.028，均大于1，为“强”抗旱玉米品种。

2.4 叶绿素含量

叶绿素是植物进行光合作用最重要的部分，叶绿素含量的多少决定了玉米产量的高低［15-17］。从图1可知，在正常灌溉的条件下，玉米叶绿素含量先增加后降低，符合抛物线形状，其拟合方程为y＝-0.95x2＋3.94x＋0.58（R2＝1）。

相比正常灌溉处理，干旱处理中‘郑单958’和‘先玉335’不同时期叶绿素含量降低明显，‘衡玉321’的不同时期叶绿素含量变化不明显（图2）。说明‘衡玉321’在不同水分条件下都有较高叶绿素含量，尤其乳熟后期（9月20日）叶绿素含量与前期相比无变化，抗衰老特性表现突出。说明‘衡玉321’适应性明显强于‘郑单958’和‘先玉335’，这与3个玉米品种在实际生产上的表现是一致的。

图1 正常灌溉处理下不同玉米品种不同时期的SPAD Fig.1 SPAD of differentmaize varieties at different times under normal irrigation

图2 干旱处理下不同玉米品种不同时期的SPAD Fig.2 SPAD of different maize varieties at different stages under drought treatment

2.5 叶面积指数

正常灌溉处理（水分充足）下，在一定时期内所有品种的叶面积指数呈增大趋势，品种不同，增大的程度不同（表4）。在正常和干旱两种处理中，‘衡玉321’和‘郑单958’的叶面积指数相对稳定，‘先玉335’的叶面积指数变化明显，说明‘先玉335’对干旱胁迫敏感，适应性较差。

表4 不同处理下3个玉米品种叶面积指数比较Table 4 Leaf area index com parison of 3 maize varieties under different treatments

2.6 叶片卷曲度的变化

干旱胁迫下玉米叶片卷曲，减少了有效叶面积和蒸腾作用，有利于节约水分，使叶片光系统功能免受损害。由表5可知，品种间叶片卷曲度差异显著，在干旱环境下，‘衡玉321’叶片发生明显卷曲，与‘郑单958’表现一致，而‘先玉335’的叶片轻微卷曲。

表5 干旱处理下3个品种叶片卷曲度比较Table5 Comparison of leaf curls of 3 maize varieties under drought treatments

3 讨论

3.1 ‘衡玉321’的农艺学特征对适应性的影响

‘衡玉321’在水分充足和干旱处理中都能高产，较水分充足时，干旱条件下株高穗位明显降低。穗粗和百粒重在正常和干旱两种处理中，没有明显变化，而培育抗旱性强且高产的玉米品种的关键指标是果穗均匀、株高穗位适中、耐密性好。‘衡玉321’的父本是‘衡H13’，具有高产稳产特性，母本‘衡H14’具有抗病抗虫特性，因此‘衡玉321’兼具抗病与高产稳产基因，这是其适应性广的重要遗传基础。

3.2 ‘衡玉321’的生理特征对适应性的影响

抗旱性强的玉米品种具有较高的抗旱指数［18］和叶片卷曲度［19］，遇到水分胁迫时叶面积指数［20］变化不明显。叶绿素含量高的品种表现出抗衰老的特征［21-22］，耐旱性较强的品种叶绿素含量变化较小。本试验中，不同水分条件下‘衡玉321’的叶绿素含量变化不明显，在灌浆中期和乳熟期叶绿素含量显著高于‘郑单958’，‘郑单958’和‘先玉335’后期叶片叶绿素含量明显偏低，说明后期叶片衰老速率显著快于‘衡玉321’。‘衡玉321’叶片中叶绿素含量高，叶功能好，有利于发挥光合作用，具备获得高产的基础。

4 结论

玉米新品种‘衡玉321’具有株型紧凑、高产、穗粗、早熟等特点。干旱环境下叶片发生卷曲，叶绿素含量较高，叶功能好且衰老速率慢。穗粗和百粒重在不同水分条件下表现相对稳定，表明产量对干旱环境敏感性低。本研究后续将对环境密切相关的性状开展基因聚合与表型选择，以提高广适性品种的培育效率，选育出更多适应性强、产量高的品种。