玉米苞叶性状与收获期子粒含水率相关性研究

张顺风,张桂萍，MARASINI Mukti，管霞，刘瑶，张凤路

(1.河北农业大学农学院,河北 保定 071001； 2.河北农业大学省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室，河北 保定 071001)

玉米种植面积的扩大，栽培和育种技术的不断改进，使中国玉米产量不断提高，在粮食作物中产量仅次于水稻居于第2位[1]。然而，玉米生产机械化程度与水稻、小麦相比较低。近年来，黄淮海夏玉米区机播率已达到93%，而机械收获水平才达67%[2-3]。不少地区的玉米收获仍然以手工摘穗为主，机械收获子粒的比例不到5%[4]，严重制约了玉米生产全程机械化发展和种植收益。玉米收获期子粒含水率是制约子粒机收的重要限制因子[5-6]，前人曾围绕苞叶质量、层数、大小和面积等性状与玉米子粒含水率的关系进行了大量研究，获得了许多有益进展[7-10]。苞叶属于玉米的变态叶，是为子粒提供营养的暂存库[11]，苞叶能为子粒的发育提供适宜的温度，且在发生冻害时，能够降低因降温引起的冻害率[12]。苞叶光合作用面积占植株总面积的7.7%，对果穗干物质的贡献达到15%，具有较高的光合产物转化能力[13]，对子粒发育作用较大。苞叶过厚、过长或过短均不利于子粒的生长发育和收获，苞叶的包裹程度、层数、质量过大均会降低子粒的脱水速率[14]。在适宜玉米子粒机收品种筛选时人们较多关注了玉米产量、子粒含水率、茎秆抗倒伏性能及抗病性能，而对苞叶性状对玉米脱水性能的影响研究明显不足。本研究采用14个不同熟性的玉米品种为材料，开展玉米苞叶性状与收获期子粒含水量的相关性研究，旨在为适宜机收品种苞叶性状的改良和筛选提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017—2019年在河北农业大学清苑试验站(115°28′E，38°53′N)进行，区域年降水量约550 mm，年平均气温12 ℃，属暖温带大陆性季风气候。采用14个不同熟性的玉米品种为材料，分别为祥玉366、祥玉269、祥玉790、方玉3701、陕单636、京农科728、华奕1702、华皖267、郑单958、利单618、新单68、ND 678、创玉107、粒收1号。各品种生育期等指标见表1。

表1 不同玉米品种的生育期 Table 1 Growing duration of different maize varieties d

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，密度为主区，设3个密度(D1：6.0万株·hm-2，D2：7.5万株·hm-2，D3：9.0万株·hm-2)，品种为副区，3次重复。采用等行距种植，行距60 cm，株距依密度确定，5行区，行长5m。田间管理与大田生产相同。于每年6月15—18日播种，10月1—4日同期收获。

1.3 测定项目与方法

自吐丝之日起，分别于吐丝期(S)、吐丝后20，30，35，40 d及收获期(H)取样，从每个处理中选取3株有代表性的玉米植株进行分解，使用电子天平称量各植株器官的鲜质量，之后在101-4B烘箱中105 ℃杀青30 min，80 ℃下烘干至质量恒定，称量各器官干物质质量。

1.3.1 生育期和生育阶段 小区内50%以上植株达到各指标的日期，即为该阶段的生育时间。

1.3.2 苞叶长度测定 将玉米果穗苞叶从外向内依次取下，计数每穗苞叶层数，并用直尺测定长度和宽度。苞叶宽度是指每片苞叶1/2长度处的宽度。

1.3.3 苞叶总面积 为果穗每片苞叶面积之和。单片苞叶面积=苞叶长×苞叶宽×0.65。

1.3.4 苞叶厚度 采用ZEISS Stemi 2000-c体式显微镜测量。

1.3.5 子粒含水率 子粒含水率=[(鲜质量-干质量)/鲜质量]×100%

1.4 数据统计方法

使用Excel 2010软件进行数据计算和作表， SAS 8.1软件进行数据统计分析。因2019年玉米大喇叭口期遭遇暴雨，部分品种倒伏严重，2017—2018年际间各性状指标趋势相同。数据分析主要采用前2 a平均试验数据。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种的穗粒质量与植株干物质量分析

对单株穗粒质量进行方差分析表明(表2)，种植密度和品种间穗粒质量差异均达极显著水平。各品种随密度增加单株穗粒质量降低：在6.0万株·hm-2密度下各品种穗粒质量为156.3 g，随密度的增加，穗粒质量分别降低了13.8%和29.6%。不同品种间单株穗粒质量分布在83.1～184.9 g，平均为133.9 g，其中，华皖267穗粒质量最大，为184.9 g·株-1，祥玉366最小，为83.1 g·株-1。种植密度与品种间的交互作用对穗粒质量的影响未达显著水平。

对单株干物质量进行方差分析表明，种植密度和品种对干物质量影响均达极显著水平。在6.0万株·hm-2密度下单株质量为290.6 g，随密度的增加，单株质量分别降低了13.1%和26.8%。不同品种间单株干物质量分布在149.5～321.4 g，平均为252.0 g，其中，华皖267干物质量最大，为321.4 g·株-1，祥玉366最小，为149.5 g·株-1。种植密度与品种的交互作用对单株干物质量的影响未达显著水平。

表2 不同玉米品种的穗粒质量与植株干物质量分析Table 2 Analysis of grain mass and plant dry mass of different maize varieties g·株-1

续表2 Continuing table 2 g·株-1

2.2 不同玉米品种的苞叶质量与苞叶层数分析

分析了不同品种单株苞叶质量和苞叶层数在各密度的变化情况(表3)。方差分析表明，种植密度和品种间苞叶质量差异均达极显著水平。在6.0万株·hm-2密度下，苞叶质量最高，平均为12.8 g，随着密度增加，苞叶质量依次降低了22.5%和36.1%。不同品种间单株苞叶质量分布在5.8～13.7 g，平均为10.3 g，其中，华皖267的苞叶质量最大，为13.7 g·株-1，祥玉366的苞叶质量最小，为5.8 g·株-1。密度与品种的交互作用对苞叶质量的影响达极显著水平。

对单株苞叶层数进行方差分析表明，种植密度和品种间对苞叶层数的影响均达极显著水平。在6.0万株·hm-2密度下，各品种苞叶层数平均为9.2层，在7.5万株·hm-2和9.0万株·hm-2密度下分别减少为8.8和8.0层。不同品种间单株苞叶层数分布在7.1～10.3层，平均为8.6层，其中，创玉107苞叶层数最多，为10.3层，祥玉269最少，为7.1层。密度与品种的交互作用对单株苞叶层数的影响未达显著水平。

表3 不同玉米品种的苞叶质量与苞叶层数分析Table 3 Analysis of husk dry mass and layers of different maize varieties

续表3 Continuing table 3

2.3 不同玉米品种的苞叶长度、宽度与苞叶面积分析

对玉米单株苞叶长度进行了方差分析(表4)。由表4可见，种植密度和品种间对玉米苞叶长度的影响均达极显著水平。不同密度间，6.0万株·hm-2苞叶长为23.1 cm，7.5和9.0万株·hm-2密度下苞叶长度分别降低了9.2%和10.5%。不同品种间单株苞叶长度分布在18.6～23.7 cm，平均为21.6 cm，其中陕单636苞叶长度最长，为23.7 cm，祥玉790苞叶长度最短，为18.6 cm 。密度与品种间的交互作用未达显著水平。

种植密度和品种间对玉米苞叶宽度的影响均达极显著水平。在低密度下，苞叶平均宽度最大，为10.2 cm，随着密度的增加，玉米苞叶平均宽度分别降低了4.2%和6.4%。不同玉米品种间苞叶平均宽度的变化为7.7～13.2 cm，平均为9.8 cm。密度与品种的交互作用对苞叶宽度的影响达极显著水平。

表4 不同玉米品种的苞叶长度、宽度与苞叶面积分析Table 4 Analysis of husk length,width and area of different maize varieties

续表4 Continuing table 4

进一步对单株苞叶面积进行方差分析表明，种植密度和品种间苞叶面积的差异均达极显著水平。在6.0万株·hm-2密度下苞叶面积最大，为0.15 m2，7.5和9.0万株·hm-2密度下苞叶面积分别降低了13.3%和26.7%。不同品种间单株苞叶面积分布在0.08～0.20 m2，平均为0.13 m2，其中郑单958苞叶面积最大，为0.20 m2，祥玉790苞叶面积最小，为0.08 m2。密度与品种的交互作用达极显著水平。

2.4 不同种植密度下苞叶质量随生育进程的变化

不同品种的苞叶质量随生育进程有着相同的变化规律。图1以祥玉269为例，比较分析了其在不同密度下苞叶质量的变化动态。不同密度下苞叶质量有相同的变化趋势，从吐丝期开始苞叶质量一直在增加，在20 d时达到峰值，之后均有不同程度降低，在收获期达到最低。不同密度间6.0万株·hm-2密度下苞叶质量最高，随密度升高而逐渐降低，3个密度下苞叶质量峰值分别为14.10，12.54，11.71 g，在收获期分别降低到8.25，5.14，4.81 g， 分别较最大值下降了41.5%，59.0%，58.9%。

2.5 不同种植密度下苞叶的厚度变化

观测表明，不同品种的果穗苞叶由外而内的苞叶厚度变化规律一致，以华奕1702为例(图2)，不同密度间苞叶平均厚度随密度升高而降低；不同层次间苞叶厚度由外而内逐渐降低，层次间差异达到显著水平。不同层次苞叶厚度变动在240.8～758.0 μm。不同层次间苞叶厚度由外到内分别为545.0，524.1，512.6，419.6，343.8，318.9 μm，最内层苞叶厚度是最外层苞叶厚度的58.5%。

图1 不同种植密度下玉米苞叶质量随生育进程变化Fig.1 Changes of husk mass with growth stages at different densities

2.6 收获期子粒含水率与苞叶性状的相关分析

子粒含水率是玉米子粒机收性能的重要参考指标，同时也与果穗苞叶性状有关。早熟品种的苞叶性状各数值均低于中晚熟品种，且收获时子粒含水率也低于中晚熟品种。对收获期子粒含水率与苞叶性状进行了相关性分析(表5)。结果表明，收获期子粒含水率与苞叶含水率、苞叶层数的相关性达到极显著水平，其相关系数分别为r=0.713**和r=0.653**；苞叶宽与子粒的含水率亦呈正相关，相关系数为r=0.522*；苞叶长、苞叶面积、苞叶质量与收获时子粒含水率也呈一定的正相关，但未达到显著水平。苞叶性状与子粒含水率的相关程度依次为苞叶含水率>苞叶层数>苞叶宽度>苞叶长度>苞叶面积>苞叶质量。

注：苞叶层数由外到内编号。Note: Husk layers numbered from outer to inner layer.

表5 玉米收获期子粒含水率与苞叶性状的相关分析Table 5 Correlation analysis between grain moisture content and husk traits at harvest

3 结论与讨论

玉米子粒机械化收获是目前中国玉米生产发展的主要趋势，而限制玉米子粒机械化收获的主要因素之一是收获期子粒含水率较高，造成子粒机收时破损率和杂质率较高，影响最终产量和质量[15-16]，且过高的含水率会给运输、干燥、储藏及加工增加许多困难和成本[17-18]。收获时子粒的含水率在22%～25%较好[15]，但在黄淮海夏玉米的主要种植区，收获期子粒含水率通常在30%～40%，很难全面实现子粒机械直收[19-20]。本试验所使用的14个夏玉米品种在冀中地区种植，收获期子粒平均含水率为33.6%，最大值为41%，最小值为23%，除早熟品种祥玉系列在收获期子粒含水率达到机械直收标准外，其他品种均达不到子粒直收的含水率标准。

玉米子粒机收关键在品种，特别是在光热资源相对较差的冀中地区。由于缺乏适宜子粒机收的夏玉米品种，造成玉米子粒机收在本区域发展缓慢。目前，在现有玉米品种中筛选高产、耐密、宜机收的玉米品种和配套栽培技术是推动玉米子粒机收发展的重要一环。玉米收获期的子粒含水率与其发育进程有关，也与果穗其他性状密切相关。玉米苞叶是果穗营养生产和贮藏器官，对果穗干物质生产具有较高的贡献[11]。苞叶可为子粒发育提供适宜的温度[21],防止或降低鸟类害虫对子粒的危害，以及减轻或避免因降雨或潮湿造成的子粒霉烂[7-8]。在玉米适宜机收品种筛选中，苞叶性状与收获期子粒含水率密切相关[9]。因此，苞叶性状也应成为筛选适宜机收品种的重要指标。刘思奇等[17]分析表明，收获时子粒含水率与苞叶含水率达极显著正相关，李璐璐等[10]和MODARRES等[22]研究认为，苞叶层数或苞叶干质量与子粒脱水速率呈显著正相关，降低苞叶层数会降低收获时子粒的含水率；而张林等[23]研究认为，苞叶长度与收获期子粒含水率表现为极显著正相关。闫淑琴等[24]和李淑芳等[25]研究认为，苞叶层数、苞叶宽度、苞叶面积与收获时子粒含水率呈显著正相关。本试验中苞叶含水率、苞叶层数、苞叶宽度与收获期子粒含水率的关系与前人研究结论一致，表明上述性状与收获期子粒含水率存在真实关系。而苞叶长度、苞叶面积、苞叶质量与收获期子粒含水率的关系与前人研究结论不同。这可能与试验环境或品种特性有关，需要进一步试验验证。

从本研究结果看，玉米穗粒质量较高的品种是目前生产上的主导品种，其主要特点表现在生育期长、叶片持绿性强、但收获期子粒含水率也相对较高，在冀中地区很难采用子粒机械直收。造成目前适宜子粒机收品种缺乏的主要原因在于过去育种目标是注重挖掘高产潜力而忽视了机械收获对子粒水分的要求所致。本研究认为，在今后选育和筛选适宜子粒机收的玉米品种时，除关注子粒产量、茎秆力学特征和抗病性外，也要把与子粒的含水率密切相关的苞叶性状指标作为重要选择依据，可选择苞叶层数较少，苞叶宽度较小和含水率较低的品种。