不同种植密度玉米苞叶性状差异及其与收获期籽粒含水率的相关性研究

尚赏，郭书亚，张艳，汤其宁，卢广远

(商丘市农林科学院，河南 商丘 476000)

玉米作为重要的粮食、经济和饲料三元作物，其生产、收获各环节正朝着全程机械化发展，籽粒机收是未来发展的重要方向[1-3]。 收获时的籽粒含水率是影响玉米机械粒收质量的一个关键因素[4-6]，随着籽粒含水率的升高，机械粒收的破碎率也随之升高[7，8]，对商品籽粒的品质影响较大，也会增加后期籽粒烘干成本和籽粒储存引发霉变的几率[9-11]。 有研究表明，籽粒含水量动态变化与穗轴、茎秆、苞叶含水量有极显著正相关关系，收获期籽粒含水量与穗长、穗粗、粒长、雄穗分支等呈显著正相关关系，与株高呈显著负相关关系[12]。 籽粒脱水速率与苞叶、穗轴、穗柄和风速等因素有极显著正相关关系，与大气湿度有显著负相关关系[13]。 邓杰等[14]对35 份国外玉米材料的分析表明，收获时籽粒含水量与轴重、百粒重和穗粗呈极显著正相关关系，与穗长、行粒数呈显著负相关关系。 还有研究表明，收获期籽粒含水量与籽粒的粒型、淀粉含量呈显著负相关，与籽粒脂肪含量呈极显著正相关[15]。

前人大量研究表明，收获期籽粒含水率与玉米果穗性状密切相关。 苞叶是由玉米果穗穗柄部叶鞘发育而成的变态叶，是储存营养物质的重要器官，通过苞叶的光合作用还可为果穗运输碳水化合物，为籽粒灌浆提供合适的环境，玉米成熟后还可保护籽粒减少病害和虫害[16]。 前人在苞叶性状与籽粒含水率及脱水速率关系研究方面取得很多进展:有研究表明收获期籽粒含水率与苞叶含水率、苞叶层数呈极显著正相关关系，与苞叶宽度呈显著正相关关系[17]；苞叶长度、“苞叶长度/果穗长度”都与生理成熟后的籽粒脱水速率呈显著负相关[18]；去除玉米苞叶后籽粒脱水速度快，对籽粒灌浆速度有显著影响[19，20]；对15 个自交系组配的54 个杂交组合的分析表明，苞叶和穗轴的含水量对成熟期籽粒含水量影响最大，并且籽粒含水量与容重有显著负相关关系[21]。 本试验在前人研究基础上，选取豫东地区4 个主栽夏播玉米品种为材料，系统研究苞叶性状在不同种植密度下的差异变化及其与收获期籽粒含水率的相关性，以期找到影响收获期籽粒含水率的主要苞叶性状，为玉米苞叶性状的育种改良和筛选适宜机械粒收的品种提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在河南省商丘市农林科学院试验基地(薛庄:N 34°50′，E 115°64′)进行。 试验点属于暖温带大陆性季风气候，玉米生育期间(6月至10月)降雨量和气温见图1。 生育期总降雨量626.4 mm，当日最大降雨量115.7 mm，当日最低平均温度9.6℃，当日最高平均温度30.5℃(气象数据由商丘市气象局提供)。 试验地前茬作物为冬小麦。

图1 玉米生育期间降雨量和日平均温度

1.2 试验设计与田间管理

试验采用裂区设计，种植密度为主区，玉米品种为副区。 试验设置3 个种植密度，分别为6.0万株/hm2、7.5 万株/hm2和9.0 万株/hm2，分别记作D1、D2 和D3；选取4 个豫东地区主栽夏播玉米品种郑单958、先玉335、联创808 和裕丰303，表中记作ZD958、XY335、LC808 和YF303，其生育期为100～106 d。 随机区组排列，重复3 次。

等行距播种，行距60 cm，株距依种植密度而定。 5 行区，行长6 m。 6月8 日统一播种，9月27 日统一收获。 其它田间管理措施与大田生产相同。

1.3 测定项目及方法

每小区收取中间两行带有玉米穗柄及完整苞叶的果穗，每个品种选取3 株整齐一致果穗，每个密度处理重复3 次，依次进行苞叶松紧度、苞叶层数、苞叶长、苞叶宽、苞叶鲜重、苞叶干重和果穗长、籽粒含水率测定。 具体测定和计算方法如下:

1.3.1 苞叶松紧度 选取有完整苞叶果穗，用软尺围绕果穗中部测量蓬松状态下最外层苞叶的最大长度，记为L1，之后测其软尺拉紧状态下的长度，记为L2，苞叶松紧度＝L1/L2。

1.3.2 苞叶层数、苞叶长及苞叶宽 采用从外向内逐层计数的方法查数果穗苞叶层数。 将每层苞叶平铺，用直尺测量苞叶长度，在苞叶1/2 处测量苞叶宽度。 每重复测量3 个果穗，取其平均值。

1.3.3 苞叶鲜重、苞叶干重和苞叶含水率 将每穗所有层数苞叶在电子秤上称重，取其平均值记作苞叶鲜重，然后放在烘箱中105℃杀青30 min，再80℃烘干至恒重称重，取其平均值记作苞叶干重。 苞叶含水率(%)＝(苞叶鲜重-苞叶干重)/苞叶鲜重×100 。

1.3.4 苞叶包裹度 用直尺测量果穗长。 苞叶包裹度＝穗长/苞叶长。

1.3.5 收获期籽粒含水率 果穗脱粒后使用谷物水分测量仪(LDS-1G)测其水分含量。

1.4 数据统计与分析

使用Microsoft Excel 2010 进行数据统计、计算和作图，DPS 7.5 软件进行多重比较和方差分析，LSD 法进行处理间差异显著性检验，SPSS 23软件进行相关性分析，其结果用Person 相关系数表示。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度下4 个玉米品种苞叶性状差异分析

2.1.1 苞叶长和苞叶宽分析 通过对不同种植密度下4 个玉米品种苞叶长和苞叶宽的多重比较和方差分析(表1)可以看出，随着种植密度增加，苞叶长逐渐减小，D1 密度下苞叶最长，均值为24.01 cm，D2 和D3 密度下苞叶长均值较D1 分别降低4.8%和12.3%。 不同品种间比较，先玉335苞叶长最短，均值为21.15 cm，极显著低于其它品种；裕丰303 苞叶最长，均值为23.82 cm，极显著高于先玉335 和联创808，与郑单958 之间差异不显著。 种植密度、品种间对苞叶长的影响均达到极显著水平，但种植密度与品种互作对苞叶长的影响不显著。

表1 不同种植密度下4 个玉米品种的苞叶长和苞叶宽

随着种植密度增加，苞叶宽逐渐减小，D1 密度下苞叶宽最宽，均值为13.51 cm，D2 和D3 密度下苞叶宽均值较D1 分别降低10.9%和16.6%。不同品种间比较，裕丰303 苞叶最宽，显著高于其它品种，均值为13.17 cm；先玉335 苞叶宽最小，极显著低于其它品种，均值为11.24 cm。 种植密度、品种间、密度与品种互作对苞叶宽的影响均达到极显著水平。

2.1.2 苞叶鲜重和苞叶干重分析 不同密度下4个玉米品种苞叶鲜重、干重的多重比较和方差分析结果(表2)得知，随着种植密度增加，苞叶鲜重和干重的变化趋势一致，都呈逐渐减少趋势，D1密度下苞叶鲜重、干重最重，均值分别为16.96 g和13.98 g，D2 和D3 密度下苞叶鲜重、干重较D1分别降低8.8%、21.3%和4.6%、15.7%。 不同品种间比较，裕丰303 苞叶鲜重、干重最重，极显著高于其它品种，分别为20.35 g 和17.16 g；郑单958 苞叶鲜重、干重最低，极显著低于其它品种，分别为10.45 g 和8.87 g。 苞叶鲜重、干重的方差分析结果表明，密度、品种间、密度与品种互作对苞叶鲜重、干重的影响均达到极显著水平。

表2 不同种植密度下4 个玉米品种的苞叶鲜重和苞叶干重

2.1.3 苞叶层数和苞叶含水率分析 由表3 可知，随着种植密度增加，苞叶层数逐渐减少，各品种D1 密度下苞叶层数最多，均值为10.28 层，D2和D3 密度下分别减少为9.64 层和8.72 层。 不同品种间比较，裕丰303 苞叶层数最多，极显著高于其它品种，为10.59 层；郑单958 苞叶层数最少，为8.82 层，极显著低于裕丰303 和联创808，与先玉335 差异不显著。 方差分析结果表明，密度、品种间对苞叶层数影响达到极显著，但密度与品种互作对其影响不显著。

通过不同种植密度下4 个玉米品种苞叶含水率的多重比较和方差分析结果(表3)可以看出，苞叶含水率随密度增加而降低，各品种D1 密度下最高，均值为17.37%，D2 和D3 密度较D1 密度下苞叶含水率均值降低3.68 个、5.71 个百分点。不同品种间比较，裕丰303 苞叶含水率最高，极显著高于先玉335 和联创808，与郑单958 差异不显著；先玉335 苞叶含水率最低，显著低于其它品种。 密度、品种间对苞叶含水率的影响均达到极显著水平，但密度与品种互作对其影响不显著。

表3 不同种植密度下4 个玉米品种的苞叶层数和苞叶含水率

2.1.4 苞叶包裹度和苞叶松紧度分析 苞叶包裹度是果穗被苞叶长度包裹程度的衡量，苞叶松紧度是苞叶在蓬松状态与紧致状态下围绕果穗最外层苞叶的最大长度比值之比较，这两个指标均对果穗通风和脱水产生一定影响。 通过对不同种植密度下4 个玉米品种苞叶包裹度和苞叶松紧度的多重比较和方差分析结果(表4)可以看出，随着密度增加，苞叶包裹度均值先是略有降低再略有升高，但不同密度处理下差异不明显。 苞叶松紧度随密度降低而增高，D1 密度下均值最小，为1.06，D2、D3 密度下均值较D1 增高0.94%和3.77%。不同品种间比较，郑单958 苞叶包裹度均值极显著低于其它品种；裕丰303 苞叶松紧度均值显著低于先玉335 和联创808，与郑单958 差异不显著。 品种对苞叶包裹度的影响达到极显著水平，但密度、密度与品种互作对其影响不显著。 密度、品种对苞叶松紧度的影响均达到极显著水平，但密度与品种互作对其影响不显著。

表4 不同种植密度下4 个玉米品种的苞叶包裹度和苞叶松紧度

2.2 种植密度对收获期籽粒含水率的影响

由图2 可知，随着密度增加，收获期玉米籽粒含水率逐渐减小，D1 密度下籽粒含水率均值最高，为33.56%，D2、D3 较D1 分别减少1.78 个、2.17个百分点，D1 与D2、D3 密度下籽粒含水率均值差异显著，D2 与D3 间差异不显著。

图2 不同种植密度对收获期籽粒含水率的影响

D1 密度下4 个品种收获期籽粒含水率有差异显著，裕丰303、ZD958 显著高于其它2 个品种；D2、D3 密度下先玉335 收获期籽粒含水率显著低于其它3 个品种，其它3 个品种间差异不显著。 3 个密度下裕丰303 收获期籽粒含水率均值最高，先玉335 均值最低。

2.3 苞叶性状与收获时籽粒含水率的相关分析

收获时籽粒含水率是影响玉米机械粒收质量的一个重要因素，与果穗发育状况和苞叶性状有密切关系[6，22]。 由表5 可以看出，收获时籽粒含水率与苞叶长、苞叶宽、苞叶层数、苞叶鲜重和苞叶含水率呈极显著正相关，相关系数分别为0.768、0.845、0.594、0.473 和0.935；与苞叶干重呈显著正相关，相关系数为0.409；与苞叶松紧度呈极显著负相关，相关系数为-0.678；与苞叶包裹度呈负相关，但不显著。 苞叶性状与籽粒含水率的相关程度为苞叶含水率＞苞叶宽＞苞叶长＞苞叶松紧度＞苞叶层数＞苞叶鲜重＞苞叶干重，即与收获期籽粒含水率相关性最大的是苞叶含水率，所以机械粒收时应着重考虑苞叶含水率对收获质量的影响。

表5 苞叶性状与收获时籽粒含水率的相关性

3 讨论与结论

3.1 种植密度对苞叶性状的影响

增密种植技术是玉米增产的重要途径之一[23]。 王荣焕等[24]研究表明种植密度和播期对不同玉米品种机收时籽粒含水率的影响不同。 张顺风等[17]研究表明种植密度对不同品种干物质积累和苞叶性状有显著影响。 本研究结果表明，除密度对苞叶包裹度的影响未达到显著水平外，其它苞叶性状在密度、品种间的差异均达到极显著水平。 种植密度由D1 增加到D3，苞叶长、苞叶宽均值分别降低12.3%和16.6%，苞叶层数均值由10.28 层降低到8.72 层，苞叶鲜重、干重均值分别降低21.3%和15.7%，苞叶含水率均值降低5.71个百分点，本研究结果与张顺风等[17]在研究苞叶长、苞叶宽、苞叶层数、苞叶质量对密度响应的变化趋势结果一致。 李璐璐等[18]研究表明“苞叶长度/果穗长度”指标与生理成熟后籽粒脱水速率呈极显著负相关关系，苞叶较短更有利于籽粒生理成熟后期脱水。 本研究中，苞叶包裹度是穗长与苞叶长的比值，结果表明密度对苞叶包裹度的影响不显著，但品种对苞叶包裹度的影响极显著，说明所选品种自身的包裹度差异不同，育种过程中可通过苞叶长度的性状改良降低收获期籽粒含水率。 密度对苞叶松紧度有极显著影响，密度由D1 增加到D3，苞叶松紧度呈上升趋势，表明合理密植有利于苞叶蓬松，对籽粒脱水有一定的促进作用。

3.2 苞叶性状与收获期籽粒含水率的关系

苞叶性状与籽粒含水率密切相关。 张林等[22]研究表明收获期籽粒含水率与苞叶长呈极显著正相关，与苞叶片数呈正相关，但不显著。 闫淑琴等[25]研究表明玉米自然脱水速率与苞叶长、宽、面积呈显著负相关。 张文杰等[26]研究表明不同取样时间、不同品种间籽粒含水量有极显著差异。 卢道文等[27]研究表明苞叶含水量与籽粒含水量呈极显著正相关，与籽粒脱水速率呈极显著负相关。 与前人研究苞叶性状指标相比，本试验增加苞叶包裹度和苞叶松紧度2 个指标，能够较为系统地表征玉米苞叶性状，较为全面地分析苞叶性状与收获期籽粒含水率的关系。 本研究结果表明，收获期籽粒含水率与苞叶长、苞叶宽、苞叶层数、苞叶含水率呈极显著正相关，这与前人研究苞叶性状对收获期含水率的正负相关性结果一致，但个别苞叶性状与收获期籽粒含水率的显著性有差别，但总的相关性方向一致[17，22，27]。 在这8 个苞叶性状指标中，只有苞叶包裹度和苞叶松紧度与收获时籽粒含水率呈负相关，其中松紧度与籽粒含水率呈极显著负相关，说明苞叶松紧度越大，苞叶越蓬松，越有利于籽粒田间脱水，收获时籽粒含水率越小。

3.3 种植密度与收获期籽粒含水率

我国的玉米育种方向主要以产量为主，但随着机械粒收技术的发展，如何提高机械粒收质量成为育种发展的重要方向之一。 籽粒破碎率高是机械粒收技术应用推广面临的主要问题，而破碎率与收获时的籽粒含水率呈极显著正相关[4，6]。有研究表明，机收时籽粒含水率在15.47% ～24.78%之间破碎率可达到低于5%的机收标准[28]。 本试验所选4 个玉米品种，种植密度由D1 增加到D3，收获期籽粒含水率降低2.17 个百分点。 王兵等[29]研究表明，收获期籽粒含水率随密度增加而增加，本研究结果与之相反，可能与所选品种和环境因素有关，也可能与选择的收获日期距生理成熟期的长短不同有关。 本研究结果表明，密度对收获期籽粒含水率的影响达到显著水平(P＜0.05)，收获期籽粒含水率虽略有所降低，但最低均值为31.4%，并不能满足机收质量的标准。 孔凡磊等[30]研究表明，在四川春玉米收获比传统收获时间推迟10～15 d，籽粒含水率降低，可达到机械粒收标准。 本研究认为，可以在合理密植的同时推迟收获时间，并可考虑选择苞叶含水率较低、苞叶长较短、苞叶宽较小、苞叶层数较少、苞叶松紧度较大的品种来降低收获期籽粒含水率，提高玉米机械粒收质量。