玉米籽粒构型与产量和抗旱性的关系分析

张 磊，谢小清，唐怀君，孙宝成，刘 成

(新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】干旱是影响粮食稳产高产的重要环境因素[1]，近年来随着全球性气候变化，干旱有明显加重趋势，对粮食安全生产带来严重威胁并制约玉米产量的提高[2-3]。玉米籽粒是构成玉米产量的基础，寻找对抗旱性有突出贡献的籽粒构型，以及可能引起品种抗旱性和产量出现差异的籽粒构型，分析玉米籽粒构型与产量和抗旱性的关系，对玉米抗旱育种和绿色节水生产有重要意义。【前人研究进展】有研究将表型水平对籽粒性状与产量的相关关系进行了探讨[4]，发现籽粒构型与产量具有显著相关性，籽粒构型可分为大小性状和形状性状，玉米籽粒大小与粒重呈高度正相关[5]，其中，粒长作为籽粒大小的决定因素之一，与产量呈显著正相关[6]，粒宽与产量呈负相关，粒厚与产量呈正相关[7]。【本研究切入点】干旱是影响玉米生产的最主要非生物胁迫因素，受旱后玉米籽粒性状发生变化，造成玉米减产。前人的研究多集中在籽粒大小与产量的相关性研究，对于籽粒形状研究较少，有关干旱胁迫下玉米籽粒构型变化引起产量和抗旱性变化的研究报道更是少见。多数干旱胁迫的籽粒构型研究只局限于盆栽处理，在大田情况下也只是设置水旱分区2个处理[8-9]，结论有一定的局限性。研究10个玉米杂交种的籽粒性状随灌水比例的变化趋势。【拟解决的关键问题】选择10份玉米杂交种材料，设置6个梯度的大田欠量灌水处理，研究灌水量减少过程中玉米籽粒性状的变化趋势，分析玉米耐旱性鉴定的辅助指标，为玉米耐旱育种和节水栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

10个试验材料为新疆主推玉米品种：先玉335、新玉9号、新玉23号、新玉24号、新玉38号、新玉46号、新玉54号、新玉60号、张玉1233、郑单958。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在新疆农业科学院安宁渠综合试验场进行，海拔590 m。玉米生育期内：日均气温10～35℃，降雨50～70 mm，蒸发量1 500～1 700 mm，大气和土壤双重干旱。

采用滴灌覆膜种植，地膜宽度0.7 m，膜间距0.4 m。膜上种植2行，膜上行距0.4 m，膜间行距0.7 m，平均行距0.55 m，株距0.3 m，种植密度4 040株/667m2。10个材料种植于6个水分处理区，每个材料在各水分区重复3次，每个重复种植6行，随机区组设计。

设置100%、80%、60%、40%、20%、0共6个灌水处理(T1至T6)。在玉米播种期、拔节期、喇叭口期、抽雄开花期、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期和灌浆末期，分8次滴灌水。种子播种后各处理区统一滴灌45 m3/667m2，确保蹲苗阶段的土壤供水；后续7次滴灌，各处理在45 m3/667m2的基础上按照100%、80%、60%、40%、20%和0的比例减少，每次分别为45、36、27、18、9、0 m3/667m2。玉米生长期共降水66 mm，折合降水44 m3/667m2。包括自然降水和人工滴灌在内，T1至T6处理的总供水量依次为404、341、278、215、152、89 m3/667m2。表1

表1 欠量滴灌方案和总供水量Table 1 Irrigation scheme and total water amount

1.2.2 指标测定

采用智能化考种系统测定玉米籽粒性状。

(1)籽粒产量：单株粒重(Plant Grain Weight，PGW)，百粒重(Hundred Grain Weight，HGW)；

(2)籽粒大小：粒长(Grain Length，GL)，粒宽(Grain Width，GW)，粒厚(Grain Thickness，GT)；

(3)籽粒形状：圆形性(Grain Circularity，Circ)=F/S，S=πR2。其中F为玉米籽粒平置俯视情况下所占区域面积，S为玉米籽粒平置俯视情况下最小外接圆的面积，R为以玉米籽粒中心的最小外接圆的半径。圆形性的数值范围0～1；矩形性(Grain Rectangularity，Rect)=F/S，其中F为玉米籽粒平置俯视情况下所占区域面积，S为玉米籽粒平置俯视情况下最小外接矩形的面积。矩形性的取值范围为0～1。

(4)籽粒颜色：粒色R(Grain Color-R)为籽粒RGB颜色的红色分量值；粒色G(Grain Color-G)为籽粒RGB颜色的绿色分量值；粒色B(Grain Color-B)为籽粒RGB颜色的蓝色分量值。3个颜色分量的数值范围均为0～255。

1.3 数据处理

数据经Excel整理，用Statistica软件分析。

2 结果与分析

2.1 玉米籽粒产量性状随灌水比例增加的变化

2.1.1 单株粒重

研究表明，在灌水比例0时单株粒重最低，在灌水比例趋近100%时达到最大。分别为先玉335、新玉24号、新玉38号、新玉60号、新玉9号、张玉1233；分别是新玉23号、新玉46号、新玉54号、郑单958，这4个品种在60%灌水比例时已接近最大产量，随着灌水比例下降，玉米受旱逐渐加重，玉米的单株粒重表现为逐渐降低。图1

2.1.2 不同玉米品种百粒重随灌水比例增加的影响

研究表明，10个品种的百粒重均随灌水比例的增加而呈现增加趋势。在灌水比例0%时百粒重最低，在灌水比例趋近于100%时达到最大。在100%灌水比例时百粒重达到最高的品种有8个，分别为先玉335、新玉24号、新玉38号、新玉46号、新玉54号、新玉60号、新玉9号、郑单958；而有2个品种单株粒重在灌水比例60%时达到最高，分别是新玉23号、张玉1233，这2个品种在缺水40%时仍有足够的灌浆能力。随着灌水比例的下降，玉米受旱逐渐加重，百粒重表现为逐渐降低。图2

2.2 玉米籽粒性状平均值随灌水量增加的变化

研究表明，玉米杂交种单株粒重分别为47.7、115.5、143.6、185.9、194.9和214.9 g；百粒重分别为26.6、31.1、31.7、35.1、35.8和36.6 g；粒长分别为10.90、11.90、12.09、12.74、12.78和13.14 mm；粒宽分别为7.45、7.95、8.05、8.30、8.36和8.53 mm；矩形性分别为0.800、0.804、0.805、0.807、0.808、0.809；粒色R分别为143.1、145.8、146.9、148.9、150.4、152.0；粒色G分别为149.3、152.9、154.1、152.8、155.0、155.3。单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、矩形性、粒色R、粒色G均随灌水比例的增加呈增加趋势。

灌水量随0%、20%、40%、60%、80%、100%比例增加的情况下，粒厚平均值分别为5.55、5.48、5.33、5.02、5.17和5.04 mm；圆形性平均值分别为0.728、0.702、0.696、0.677、0.678、0.671；粒色B平均值分别为156.5、158.8、156.4、154.1、154.0、152.9。粒厚、圆形性、粒色B随灌水比例的增加呈降低趋势。图3

2.3 不同灌水处理间玉米籽粒相关性状差异性

研究表明，10个籽粒性状中有9个在水分处理间达到显著以上水平。其中单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、圆形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例间差异达到极显著水平(P<0.01)，粒厚在不同灌水比例间差异达到显著水平(P=0.018)，粒色B在不同灌水比例间差异不显著(P=0.160 2)；单株粒重(F值=603)>百粒重(F值=215.2)>粒长(F值=138.9)>矩形性(F值=112)>粒宽(F值=74.2)>圆形性(F值=49.6)>粒色R(F值=27.7)>粒色G(F值=11.4)>粒厚(F值=6.1)>粒色B(F值=2)。表2

表2 不同灌水比例下10个玉米籽粒相关性状变化方差Table 2 ANOVA table of effects of irrigation ratio on 10 maize grain related traits

3 讨 论

大多数有关籽粒性状抗旱性的研究，均采用水旱分区2个梯度的方法，试验结果只能反映性状的变化，而不能体现变化趋势，研究采用梯度欠量灌水法，在6个水分梯度条件下观察到籽粒性状明显的变化趋势。

在密度一定的情况下，玉米籽粒的最终产量直接取决于单株粒数和百粒重。作为籽粒产量的重要组成部分，百粒重主要由粒长、粒宽、粒厚等籽粒性状决定[10]。研究分析发现，随着受旱情况的逐渐加重，玉米单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、矩形性、粒色R、粒色G持续降低，籽粒的粒厚、圆形性、粒色B则持续增加。百粒重、粒长与单株粒重随灌水比例的变化趋势相同，互为正相关关系，这一结果与李永祥[11]、张向歌[12]等的研究结果相同；研究中，粒宽与单株粒重变化趋势一致，互为正相关，而粒厚与单株粒重变化趋势相反，互为负相关，这些结果与朱春杰[7]研究结果不太一致。

4 结 论

10个玉米品种的单株粒重均随灌水比例的增加而呈现增加趋势。在灌水100%时单株粒重达到最高的品种有6个，而有4个品种单株粒重在灌水比例60%时达到最高，更多灌水的增产作用不大。百粒重均随灌水比例的增加而呈现增加趋势，在100%灌水比例时百粒重达到最高的品种有8个，而有2个品种单株粒重在灌水比例60%时达到最高，随着灌水比例的下降，玉米受旱逐渐加重，百粒重表现为逐渐降低。单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、矩形性、粒色R、粒色G均随灌水比例的增加呈增加趋势。10个籽粒性状中有9个在水分处理间达到显著以上水平。其中单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、圆形性、矩形性、粒色R、粒色G在不同灌水比例间差异达到极显著水平，粒厚在不同灌水比例间差异达到显著水平。

10个玉米品种单株粒重均随灌水比例的增加而呈现增加趋势，其中，早熟品种新玉46号、新玉54号、新玉9号在0%～60%灌水比例下是单株粒重增加幅度较大，随后增加灌水，单株粒重增加缓慢或停止，新玉54号从0%～100%灌水比例下单株粒重增幅为56%、19.5%、14.4%、0%、6%；中晚熟品种先玉335、张玉1233等单株粒重在0%～100%灌水比例下均呈现持续增加趋势，先玉335从0%～100%灌水比例下单株粒重增幅为44%、85%、86%、11%、18.6%。10个玉米品种单百粒重随灌水比例增加趋势与单株粒重相同，部分材料新玉23号、张玉1233在灌水比例60%时百粒重达到最大值，其余材料均在灌水比例100%时百粒重最大。

10个玉米品种的籽粒性状的平均值随灌水比例呈现正向增加趋势的有单株粒重(47.7～214.9 g)、百粒重(26.6～36.6 g)、粒长(10.90～13.14 mm)、粒宽(7.45～8.53 mm)、矩形性(0.800～0.809)、粒色R(143.1～152.0)、粒色G(149.3～155.3)；随灌水比例呈现反向降低趋势的有粒厚(5.55～5.04 mm)、圆形性(0.728～0.671)、粒色B(156.5～152.9)。从减少灌水量角度看，随着灌水比例减小、受旱加重，籽粒的单株粒重、百粒重、粒长、粒宽、矩形性、粒色R、粒色G均降低，而籽粒的粒厚、圆形性、粒色B则增加。

不同灌水比例对玉米籽粒性状影响的大小顺序为单株粒重>百粒重>粒长>矩形性>粒宽>圆形性>粒色R>粒色G>粒厚>粒色B， F值分别为603**、215.2**、138.9**、112**、74.2**、49.6**、27.7**、11.4**、6.1*、2。这些性状或可用于玉米耐旱性鉴定和玉米抗旱育种。