授粉后降雨对玉米杂交种结实以及籽粒性状的影响

曲思泛，马乙傲，刘宁，王本峰，张春庆，吴承来

（1.山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018；2.山东中农天泰种业有限公司，山东 平邑 273300）

随着全球气候的变化，极端天气的出现也变得更加频繁，对农业生产产生极大影响。由于受到干旱的影响，秘鲁每周的香蕉出口下降25%［1］，美国加州的油梨生产也受到干旱的影响［2］。与此同时，强降雨也导致茶叶［3］、甘蔗［4］、咖啡［5］等经济作物产量大幅下降。

玉米为我国的主要作物，黄淮海地区为主要种植区之一。其主要栽培方式为夏直播，花期会与雨热同期的气象因素重叠，授粉过程中会遇到连阴雨天气情况。花期降雨特别是连续阴雨会导致开花延迟、结实率降低，而且阴雨条件下气温降低、湿度增大，影响花药开裂同时导致柱头分泌物被冲淡流失，最终造成籽粒质量及产量降低。因此，本试验以郑单958为材料，研究授粉后降雨对玉米产量及其籽粒形状的影响，以期为灾害评估和雨后调优栽培提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年在位于山东省平邑县的山东中农天泰种业股份有限公司试验基地（117°25′E，35°07′N）进行。供试玉米品种为郑单958，夏播生育期96天。

1.2 试验设计与处理

试验小区为4行区种植，行长5 m，行距0.5 m，密度67 500株/hm2。随机区组排列，重复3次。6月15日播种，田间管理同当地大田。

1.2.1 人工授粉 选取株型整齐一致的植株，于吐丝前统一套袋并挂牌标记，吐丝后第4天选取吐丝一致、花丝充足的雌穗进行人工饱和授粉，授粉后立刻套好纸袋。

1.2.2 模拟降雨 降雨采用人工模拟方式进行，设授粉后（hours after pollination，HAP）间隔0、1、2、6、12、24 h降雨，并以授粉后不进行模拟降雨（下简称降雨）为对照（CK）共7个处理。降雨量参照《国家气象局颁布的降水强度等级划分标准》（2008）中的中雨（10.0～24.9 mm）执行，设模拟降雨量为15 mm，通过计算穗部横截面积，转为喷42 mL/穗。采用V159002喷雾器按处理水量均匀喷布授粉后花丝，喷后将纸袋重新套回雌穗，并在纸袋上喷水以模拟连续阴雨的潮湿环境。

1.3 调查测定项目及方法

以籽粒出现黑色层为标准统一收获晾晒，选取20个果穗测定产量及籽粒性状。用Patrn DA7200近红外品质分析仪测定籽粒营养成分。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016整理数据，SPSS 26.0软件进行数据分析，显著性检验采用Tukey’s-b（K）进行，采用GraphPad Prism 8.0.2软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 授粉后降雨对玉米产量性状的影响

2.1.1 对结实率和出籽率的影响 方差分析结果（表1）表明，处理间结实率的差异达极显著水平，而重复间无显著差异。由图1A、1B可见，授粉后降雨显著降低郑单958的结实率及出籽率，且降雨间隔时间越短，两者受影响程度越大。授粉后立即进行降雨（0 h）结实率较对照降低59.04个百分点，授粉后24 h降雨结实率仍出现显著差异，下降15.69个百分点。相较于对照，授粉后12 h之前降雨出籽率显著下降，12 h后降雨对出籽率有一定影响但差异不显著。授粉后不同时间降雨处理的果穗结实情况如图2所示。

图2 授粉后不同时间降雨处理的果穗

表1 不同处理玉米结实率的差异性分析

2.1.2 对产量的影响 由图1C可见，随着授粉后降雨间隔时间的缩短，郑单958产量相较于对照显著降低。授粉后立即降雨，产量为5 429.57 kg/hm2，比对照降低65.82%，其它各降雨处理分别降低12.03%（24 h）、29.49%（12 h）、35.75%（6 h）、42.07%（2 h）、54.36%（1 h）。

图1 授粉后降雨对产量及其相关性状的影响

2.2 授粉后降雨对玉米穗部性状的影响

由图3A、3B可以看出，随着授粉后降雨时间间隔的缩短，穗长、穗粗较对照大多显著降低，0 h时穗长、穗粗较对照分别降低29.42%及16.73%。图3C、3D显示，授粉后降雨穗轴长较对照显著降低，穗轴粗受到一定影响，但各处理间差异多不显著。这表明由降雨引起的穗长变化是由穗轴长的变化所引起，而穗粗的变化并不是由穗轴粗的变化所引起，而可能是由于籽粒性状的改变造成穗粗降低。

图3 授粉后降雨对穗部性状的影响

授粉后降雨对穗行数的影响较小（图4A），差异均不显著。降雨造成的结实率降低使得行粒数较对照显著降低（图4B）。

图4 授粉后降雨对穗行数及行粒数的影响

2.3 授粉后降雨对玉米籽粒与品质性状的影响

由图5A可以看出，授粉后各时间段降雨对百粒重产生的影响有差异，其中授粉后0 h降雨百粒重为46.26 g，较对照显著增加17.21%，除授粉后24 h降雨百粒重较对照低，其它处理均有一定增加。

图5B显示，授粉后降雨，籽粒体积较对照有一定的下降但差异不显著。

图5C显示，授粉后降雨显著提高玉米籽粒蛋白质相对含量（24 h除外），且授粉后降雨间隔时间越短，增幅越大，0 h降雨处理的籽粒蛋白质相对含量为14.11%，较对照（10.71%）增加3.4个百分点。

图5D显示，授粉后降雨处理降低籽粒淀粉相对含量（24 h除外），且授粉后降雨间隔时间越短，淀粉含量降幅越大，授粉后0 h降雨其淀粉含量为63.04%，较对照（66.39%）下降3.35个百分点。

图5 授粉后降雨对籽粒性状的影响

3 讨论与结论

魏良民［6］发现花期降雨会严重损害食葵的产量以及商品性。卢合全［7］、代建龙［8］等报道，苗期降雨会显著降低棉花的出苗率并影响产量。姜春光等［9］发现，模拟降雨会影响糯玉米对养分的吸收。前人还对模拟酸雨喷施小麦进行过研究:武德传等［10］在小麦生育后期模拟酸雨后发现，降雨的pH值越低，小麦生物量积累越慢；卞雅姣等［11］研究发现，酸雨胁迫不仅影响小麦产量，而且对品质也有明显影响。Wang等［12］发现酸雨会显著影响水稻产量。本试验研究模拟中雨对玉米结实的影响，结果表明授粉后降雨对郑单958产量产生显著影响，授粉与降雨的间隔时间越短，产量降幅越大。授粉后降雨不仅稀释柱头上的粘性物质，使得花粉与柱头的粘附性降低，同时花粉吸水后破裂使得精细胞与卵细胞的结合率降低，从而导致结实率降低，严重影响产量。

蛋白质作为玉米籽粒的重要营养组成，是重要的加工指标，同时也能为籽粒萌发提供必需的氨基酸。试验表明，授粉后降雨会使玉米籽粒蛋白质相对含量显著增加，增加的原因可能是籽粒体积较对照降低后籽粒蛋白质含量的浓缩效应所致［10］。淀粉作为籽粒萌发中主要的供能物质，含量高低会影响籽粒的萌发［13］。本研究结果表明，授粉后降雨会显著降低籽粒淀粉相对含量，且间隔时间越短，降幅越大，这与前人的研究结论基本一致［14］。籽粒蛋白质、淀粉含量是判断玉米籽粒品质的重要指标［15］。降雨导致的籽粒淀粉含量降低会影响籽粒品质，进而造成经济损失。

综上所述，授粉后降雨会显著影响玉米产量以及籽粒营养成分含量，尽管提高了籽粒蛋白质相对含量，但淀粉含量和产量的降低以及籽粒发霉使得籽粒的加工品质下降。同时籽粒营养成分含量的改变会对后期籽粒的萌发以及加工造成影响。为减少由于降雨造成的损失，播种时应将玉米花期与连续降雨期错开，避免散粉期遭遇连阴雨。