黄淮海区域两个不同生育期夏玉米品种的籽粒灌浆和脱水特性比较

张莹莹，卢道文，孙海潮，牛永锋，董文恒，李永江，张 盼，张晓辉，庞文喜，史丽丽，张 君，唐保军

(1.安阳市农业科学院，河南 安阳 455000；2.河南省农业科学院粮食作物研究所，河南 郑州 450002)

玉米是我国种植面积最大、总产量最高的第一大粮食作物，对保障国家粮食安全和满足市场需求发挥着主力军作用[1～2]。随着城镇化和土地流转的加速，生产成本的增加，全程机械化尤其是籽粒机收已成为玉米生产发展的趋势和方向[3～4]。黄淮海地区为我国玉米优势主产区之一，该地区复杂的气候因素和一年两熟的种植模式对品种熟期、籽粒含水率高低、籽粒脱水快慢、抗逆性提出了更高的要求[5]。在玉米籽粒发育进程中，籽粒含水率变化是一个复杂的动态发展过程，明确黄淮海地区主推夏玉米品种的籽粒脱水特性，对选育籽粒含水率低、脱水快的品种有重要的意义。

前人研究发现，玉米籽粒脱水速率是影响玉米收获期含水率的主要因素之一[6]，生理成熟后的脱水速率与收获时籽粒含水率有密切关系[7]，万泽华等[8]、张凤启等[9]研究发现不同玉米品种间的收获期籽粒含水率和脱水速率存在显著性差异。众多研究表明，玉米籽粒脱水速率受遗传因素的影响，且受基因加性效应的控制，可稳定遗传[10～12]。Krishnan等[13]研究发现，生理成熟期玉米籽粒干物质达到最大值，之后籽粒含水率迅速下降，此时脱水速率决定收获期籽粒含水率。刘思奇等[14]研究认为籽粒含水率与苞叶含水率呈极显著正相关。Zuber等[15]研究认为苞叶含水率和脱水速率是决定玉米籽粒水分下降速率和收获期含水率的主要因素。李璐璐[16]等研究认为籽粒含水率变化与苞叶、穗轴含水率变化达到极显著正相关水平。

玉米品种安玉308是由安阳市农业科学院创新选育[17]，已成为黄淮海地区主推玉米品种之一[18]。研究以安玉308和郑单958为试验材料，从玉米生理成熟期前后开始观测百粒干物重、籽粒、苞叶、穗轴、穗柄含水率的变化，分析品种间的差异，为该地区机收品种的筛选及选育提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

选用玉米品种安玉308和黄淮海区域推广面积最大的玉米品种郑单958为试验材料，于2019年和2020年在安阳市农业科学院试验基地(安阳永和，36°1′N，114°5′E)和河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地(新乡原阳，35°10′N，113°47′E)进行，密度67 500株/hm2，10行区，行长5 m，3次重复。2019年6月10日播种，2020年6月17日播种，玉米田间管理同大田常规。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 生育进程 田间调查玉米的出苗期、吐丝期、授粉期、生理成熟期。

1.2.2 籽粒干物重和籽粒含水率测定 每小区雌穗吐丝前选择生长一致的植株进行套袋，统一授粉并记载授粉日期。2019年、2020年分别从授粉后28 d开始取样，各小区取样3株，每7 d取样1次，接近生理成熟期2-3 d取样一次，黑层出现作为判定品种的生理成熟期，直到授粉后70 d收获。

采用烘干法测百粒干物重和籽粒、苞叶、穗轴、穗柄的含水量。参照徐田军等[19]的方法分别计算籽粒、苞叶、穗轴、穗柄的水分相关指标。

含水量(g)=鲜重(g)-干重(g)

含水率(%)=含水量(g)/鲜重(g)×100%

平均脱水速率(%/d)=(授粉后28 d含水率-收获期含水率)/间隔天数

生理成熟前籽粒脱水速率(%/d)=(授粉后28 d含水率-生理成熟期含水率)/间隔天数

生理成熟后籽粒脱水速率(%/d)=(生理成熟期含水率-收获期籽粒含水率)/间隔天数

以授粉后天数(t)为自变量，百粒干物重(W)为因变量，用Richards方程W=a/(1+eb-ct)1/d模拟籽粒灌浆过程。式中：W为粒重，a为最终粒重，t为授粉后天数，b、c、d为回归方程所确定的参数，其中，b为初值参数，c为生长速率参数，d为形状参数。以授粉后天数(t)为自变量，籽粒、苞叶、穗轴、穗柄含水率(MC)为因变量，用Logistic方程MC=a/[1+(t/b)c]模拟各器官含水率变化过程。式中，MC为各器官含水率，a为籽粒初始含水率，b为初值参数，c为生长速率参数。

1.3 数据处理与分析

用Excel 2007进行数据处理和作图。用Curve Expert Professional 2.7.3进行曲线拟合，所用数据为逐次测定结果的均值。用DPS 18.10进行方差分析，其中处理间差异显著性采用LSD法进行检验。

2 结果与分析

2.1 安玉308和郑单958生育进程的比较

两年两地数据表明，安玉308比郑单958吐丝早，安玉308的生育期均值为104.5 d，郑单958为110 d，安玉308比郑单958平均提早5.5 d；但是授粉到生理成熟两个品种历时相近，2019年两个品种授粉到生理成熟平均历时59 d，2020年历时56 d(表1)。

表1 安玉308和郑单958生育进程的比较(月-日)

2.2 百粒干物重变化

从图1可以看出授粉后28 d至授粉后49 d安玉308与郑单958的籽粒干物重迅速增长，授粉后49 d至生理成熟期籽粒干物重积累比较缓慢，2019年和2020年生理成熟期安玉308的百粒干物重分别为35.01 g、34.18 g，郑单958分别为32.47 g、32.40 g，安玉308的平均百粒干物重比郑单958高2.16 g。

图1 安玉308和郑单958干物质积累动态变化

从表2可以看出，授粉后28d至授粉后49 d安玉308的平均灌浆速率为0.76 g/d，郑单958为0.60 g/d，比郑单958快0.16 g/d；授粉后49 d至授粉后59 d郑单958的平均灌浆速率比安玉308快0.05 g/d，前期较大的灌浆速率使安玉308的百粒干物重始终高于郑单958。

表2 安玉308和郑单958籽粒灌浆速率比较

2.3 籽粒含水率和脱水速率

玉米籽粒含水率与授粉后天数的关系用Curve Expert Professional 2.7.3做散点图，可采用Logistic Power函数y=a/[1+(x/b)c]进行曲线拟合(图2)，在籽粒灌浆的前期两品种间的籽粒含水率没有明显的差别，后期两品种间的差别逐渐明显。

图2 籽粒含水率随授粉时间的变化

2019年郑单958和安玉308的生理成熟期籽粒含水率分别为30.12±0.55%、29.68±0.29%，2020年郑单958和安玉308的生理成熟期籽粒含水率分别为31.25±0.22%、31.03±0.65%，安玉308生理成熟期籽粒含水率略低于郑单958，品种间差异不显著；授粉后63 d两品种间的籽粒含水率差异逐渐明显，安玉308的含水率低于郑单958；2019年郑单958和安玉308收获期籽粒含水率分别为24.87±0.49%和22.00±0.68%，相差2.87%，2020年郑单958和安玉308收获期籽粒含水率分别为24.82±0.72%和21.41±0.54%，相差3.41%，两年数据表明安玉308收获期籽粒含水率平均比郑单958低3.14%，品种间呈显著性差异。

安玉308生理成熟前籽粒脱水速率略大于郑单958，品种间差异不显著；生理成熟后平均籽粒脱水速率比郑单958高0.20%/d，品种间差异显著(表3)。

表3 安玉308和郑单958的籽粒含水率和脱水速率

2.4 苞叶、穗轴和穗柄含水率变化

品种间的苞叶、穗轴、穗柄含水率随着授粉时间的增加均呈下降趋势。两个品种间的苞叶含水率在授粉后42 d之前差异不大，授粉后42 d后安玉308的苞叶脱水速率快于郑单958；穗轴含水率品种间差异显著，安玉308的穗轴含水率始终低于郑单958；穗柄含水率变化幅度不大，品种间差异不显著(图3)。

图3 苞叶、穗轴、穗柄含水率随授粉时间的变化

2.5 产量及相关性状

穗长、穗粗、轴粗、百粒重和产量在品种间达到显著性差异。安玉308的平均穗粗比郑单958细0.20 cm，但是轴粗比郑单958细0.30 cm，穗长比郑单958长0.57 cm，同时百粒重比郑单958高2.16 g，这就是安玉308比郑单958产量高的原因。安玉308平均比郑单958的产量高652.72 kg/hm2，较郑单958增产6.89 %(表4)。

表4 安玉308与郑单958的产量及相关性状比较

3 结论与讨论

籽粒脱水方面，相关研究报道玉米生理成熟后的籽粒脱水速率在品种间存在显著性差异。玉米收获期籽粒含水率是由生理成熟期籽粒含水率和生理成熟后籽粒脱水速率共同决定的，该性状可高度遗传[20]。研究结果表明，安玉308的生理成熟期籽粒含水率比郑单958略低，但是生理成熟后籽粒脱水速率每天比郑单958高0.20%，最终收获期籽粒含水率比郑单958低3.14%，品种间差异显著。

籽粒灌浆与脱水过程密切相关，玉米生理成熟后粒重处于恒定状态，但水分迅速散失，不同品种之间水分散失速度存在明显差异，因此认为这一阶段籽粒脱水速率决定收获期籽粒含水率[21]。研究结果表明，授粉后28 d至授粉后49 d安玉308与郑单958的籽粒干物重迅速增长，安玉308的灌浆速度比郑单958快，最终安玉308的百粒干物重比郑单958高2.16 g。虽然百粒干物重达到最大值，但籽粒脱水还要持续一段时间，安玉308比郑单958的吐丝期早5.5 d，但是授粉至生理成熟历时相同，这就保证了安玉308在生理成熟后有足够的时间进行籽粒脱水。同时，品种间籽粒含水率、脱水速率的差异与植株许多性状有一定的相关性，如苞叶、穗轴、穗柄等[22～24]。安玉308的穗轴含水率始终低于郑单958；两品种苞叶含水率在授粉后42 d之间差别不大，但之后安玉308的苞叶脱水速度明显加快。

产量性状方面，虽然安玉308穗粗较郑单958细0.2 cm，但轴粗细0.3 cm，穗子比郑单958长0.57 cm，百粒重高2.16 g这就使安玉308比郑单958的产量高652.72 kg/hm2，较郑单958增产6.89%。由此可见，安玉308比郑单958提早进入籽粒灌浆阶段，灌浆速度比郑单958快，百粒重比郑单958高，后期有足够的时间进行籽粒脱水且脱水速度也快，这就是安玉308比郑单958产量高且收获时籽粒含水量低的原因。

试验仅在百粒干物重、籽粒含水率及脱水速率、产量性状进行了比较，其他影响含水率与产量的因素如温度、湿度、风速、灾害天气这些因子也需要进一步综合分析。