不完全双列杂交玉米组合抗倒伏综合评价

杨明花,刘 强,廖必勇,彭云承,布阿依夏木·那曼提,达吾来·杰克山

(新疆伊犁州农业科学研究所,新疆伊宁 835000)

0 引 言

【研究意义】玉米是重要的粮饲兼用原料作物[1]。随着玉米全程机械化进程加快,玉米面积和种植密度增加,对玉米抗倒性提出了更高的要求,玉米抗倒性也直接影响到玉米产量、品质和机械收获的质量,研究玉米抗倒性是当前玉米育种和栽培需要解决的问题,而茎秆是玉米抗倒性最直接表型,影响该性状的因素较多[2-3]。我国每年因倒伏造成产量损失达5%～20%,严重的可达到70%以上[4]。玉米倒伏中30%～60%为茎倒伏,对产量的影响最大[5-8]。茎秆倒伏性强的品种是玉米籽粒机械化收获的基础,茎秆是植株抗倒伏性的最直接表型,但该性状的影响因素较多。目前,大部分研究通过茎皮穿刺强度、茎秆弯折强度、茎秆弯曲强度等指标来评价植株的抗倒伏能力[9-10]。研究玉米茎秆抗倒伏性,对提高品种抗倒伏能力具有重要意义。【前人研究进展】许莹莹等[11]研究表明,增加茎秆抗推力、茎粗和穗粗有利于提高品种抗倒能力和单株质量。王峥等[12]研究表明,百粒质量、穗粒数下降是导致倒伏玉米产量下降的主要原因。李树岩等[13]研究表明,倒伏会导致果穗长度显著缩短,穗粗显著降低,影响产量。【本研究切入点】曹庆军等[14]研究表明,倒伏减产会影响穗粒数的减少,百粒重的降低,穗长和穗粗降低、秃尖长度增加是造成玉米穗粒数下降的主要原因。需研究不同玉米杂交组合植株形态和茎秆力学与玉米抗倒伏的关系以及倒伏对产量的综合评价。【拟解决的关键问题】以4份玉米自交系为测验种,9份玉米高代选系为待测系,采用NCⅡ不完全双列杂交组配的36个组合为材料,研究不同玉米杂交组合茎秆性状及其产量性状的关系,筛选可以用来鉴定玉米倒伏能力的指标,为选育玉米新品种抗倒性和适宜籽粒机械化收获理论研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

9份经群体混粉选育的S7高代选系,分别为S7-1、S7-2、S7-3、S7-4、S7-5、S7-6、S7-7、S7-8和S7-9,4 份测验种,分别为1、2、3和4。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

按照不完全双列杂交设计,2020年7月在伊犁州农业科学研究所试验地杂交组配得到36份组合,2021年4月将 36份杂交组合在试验基地种植。采用随机区组设计,2 行区,3 次重复,行长 5.00 m,行距 60 cm,株距 17 cm,田间管理同大田管理。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 产量及其构成因素

玉米收获期,测量穗长、穗粗(中间位置)、穗行数、行粒数、百粒重等产量性状;用游标卡尺测定基部第3节茎粗(基3粗)、基部第4节茎粗(基4粗)、穗下第1节茎粗(穗下1粗)。

1.2.2.2 茎秆力学特征

每行选取3棵代表植株,在玉米灌浆期用浙江托普仪器有限公司的数显植物茎秆强度检测仪(型号 YYD-1),参考勾玲[15]方法测量。

茎秆穿刺强度N/mm2(RPS):测定基部第3节间穿刺强度(基3穿)、穗下第1节穿刺强度(穗下1穿),将横断面积为1 mm2的测头在茎秆节间中部垂直于茎秆方向匀速缓慢插入,读取穿透茎秆表皮的最大值。

弯曲强度(BS):基部第 4 节间测量弯曲强度(基4弯)、穗下第1节间(穗下1弯)在测量穿刺强度之后,再次测量弯曲强度。

茎秆抗推力(N) :在植株基部第3节中部(大约离地面20 cm处) 以茎秆的短轴方向垂直推倒至45°角,瞬间读取并记录数据。

1.2.3 指标计算

各综合指标的隶属函数值:

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin).

式中,j= 1,2,…,n;μ(Xj)是第j个综合指标的隶属函数值,Xj为第j个综合指标测定值,Xmin和Xmax分别表示第j个综合指标的最小值和最大值。

各综合指标的权重:

Wj=pj/∑Pj。

式中,j=1,2,…,n;Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的权重;pj为各品种的第j个综合指标的贡献率。

各杂交组合综合评价指数D值:

D=∑nj= 1[U(X1)×W1],j= 1,2,…n。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Excel2010 整理数据,采用 DPS15.10和SPSS22分析数据。

2 结果与分析

2.1 不同玉米杂交组合茎秆性状与单株粒重相关性

研究表明,不同玉米品种单株粒重与基部第3节穿刺强度(基3穿)、穗下第1节穿刺强度(穗下1穿)、基部第4节弯曲强度(基4弯)、穗下第1节弯曲强度(穗下1弯)和茎秆抗推力表现为极显著正相关,相关系数分别为0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,穿刺强度、弯曲强度和茎秆抗推力与玉米杂交组合单株粒重相关, 基部第3节穿刺强度(基3穿)、基部第4节弯曲强度(基4弯)、穗下第1弯曲强度(穗下1弯)与茎秆抗推力表现为极显著正相关,相关系数分别为 0.611 4**、0.644 0**和 0. 556 0**,单株粒重与茎粗表现为负相关,茎秆穿刺强度、弯曲强度和茎秆抗推力与单株产量呈正相关,增加茎秆的穿刺强度、弯曲强度、茎秆抗推力有利于提高品种抗倒能力和单株产量。表1

2.2 不同玉米杂交组合产量性状与茎秆抗倒性状相关性

研究表明,株高、行粒数、单株粒重与茎秆抗推力呈显著正相关关系,分别为0.388*、0.387*、0.490**,穗长、百粒重与茎秆抗推力呈正相关关系,穗高、秃尖长、穗粗、轴粗、穗行数、生育期与茎秆抗推力呈负相关关系,秃尖长、穗行数与茎秆抗推力呈显著水平(-0.402*、-0.388*),株高、穗长、行粒数与单株粒重呈显著正相关关系,秃尖长、穗行数、轴粗与单株粒重均呈负相关。穗高、穗行数与生育期呈极显著正相关关系,轴粗、百粒重与生育期呈极显著负相关关系。穗长与行粒数(0.574**)、株高与穗高(0.561**)呈极显著正相关关系。表2

2.3 不同杂交玉米组合主成分

研究表明,将8个测定指标:X1为株高,X2为穗粗,X3为行粒数,X4为单株粒重,X5为基3穿,X6为基4弯,X7为穗下1弯,X8为茎秆抗推力。前5个主成分的特征向量值和贡献率,累计贡献率达到了89.98%,第1主成分贡献率最大,达到了49.40%,第2主成分贡献率为14.24%,第3主成分贡献率为10.97%,第4、第5主成分贡献率为分别达到了8.47%、6.90%,特征值分别为3.95、1.14、0.88、0.68和0.55。第1主成分贡献包括基部第3节间穿刺强度、基部4节间弯曲强度、穗下第1节间弯曲强度等选择,这些性状与组合茎秆拉力强度相关,称为玉米茎秆因子。第2主成分贡献主要表现为玉米茎秆抗推力,对应的载荷值较大的倒伏性状植株茎秆抗推力因子。第3主成分贡献主要表现为玉米基部第三节穿刺强度因子,第4主成分贡献主要表现为玉米茎秆抗推力因子,第5主成分贡献主要表现为玉米株高因子。表3,表4

2.4 不同玉米品种综合指标权重的确定及材料的综合评价

研究表明,组合16的D值最大,为0.92,综合指标最强,组合6和35的D值最小,为0.40,其综合指标最差。遗传距离为5.0时,可将36个组合供试材料分为3类,杂交组合11、16、18、20、22、23、24、25和27为抗倒性强的9个组合; 2、5、6、8、9、10、15、17、19、28、29、30、33和35为抗倒性弱的14个组合;1、3、4、7、12、13、14、21、26、31、32、34和36为抗倒性中的13个组合。图1

表1 不同玉米品种茎秆抗倒性状与产量相关性

图1 供试材料综合性的聚类

表3 S7代杂交组合主成分载荷矩阵

表4 杂交组合主成分分析得分、隶属函数值

续表4 杂交组合主成分分析得分、隶属函数值

3 讨 论

玉米的茎秆抗推力作为评价玉米倒伏的指标之一[15],因试验操作简单、快捷,常用来判定玉米抗倒性强弱。研究结果表明,抗倒性强的玉米品种的茎秆抗推力大于抗倒性弱的玉米品种且差异显著,茎秆抗推力可以作为评价玉米抗倒伏的指标之一。

李永忠[16]、孙世贤等[17]研究表明,玉米倒伏不仅与株高、茎粗等植株形态性状有关,而且与茎秆的机械强度关系密切。张芳魁[18]研究表明,玉米的株高、穗高、近地节间长度、茎粗、茎节质量及茎秆的力学性能均影响倒伏。Martin S A等[19]研究表明茎粗对植株的抗倒性能影响最大,王雅楠等[20]茎秆基部节间的穿刺强度及压碎强度随节间的上升逐渐降低,且与株高存在显著正相关关系,刘卫星等[21]研究表明,茎秆力学性状中以基部第3节的差异最显著,郝玉波等[22],研究表明,早熟品种较中晚熟品种株高、穗高低,节间重、密度和穿刺强度大,有利于茎秆抗倒伏,而中晚熟品种较早熟品种节间长度小、粗度大和抗折断力强,杨青华等[23]研究表明影响倒伏的主要指标穿刺强度的直接作用最大。

赵仁全等[24]研究表明,抗倒伏性强的品种增产的主要因子具有较高的千粒质量。刘卫星等[21]研究表明,抗倒伏性强的品种产量及产量构成因素平均值高于抗倒伏性弱的品种,增产22.7% 。

李雁等[25]对28个玉米杂交组合进行了主成分分析及综合评价,筛选出7个较优组合。丁璐等[26]进行了26个玉米杂交组合农艺性状的相关性和主成分分析,筛选出了与对照农艺性状相接近的组合。李帅等[27]对30个玉米杂交组合农艺性状鉴定与综合评价研究,筛选出12个优秀组合,王平等[28]对65个玉米品种的光温资源利用效率进行了综合评价,筛选出28个品种具有较高光温资源利用能力。

4 结 论

基部第3节穿刺强度、穗下第1节穿刺强度、基部第4节弯曲强度、穗下第1节弯曲强度、单株粒重与茎秆抗推力表现为为极显著正相关,相关系数分别为0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,增加茎秆的穿刺强度、弯曲强度、茎秆抗推力有利于提高品种抗倒能力和单株产量。株高、行粒数、单株粒重与茎秆抗推力呈显著正相关关系,分别为0.388、0.387、0.490,穗长、百粒重与茎秆抗推力呈正相关关系,穗高、秃尖、穗粗、轴粗、生育期与茎秆抗推力呈负相关关系,单株粒重秃尖、穗行数与茎秆抗推力呈显著水平(-0.402、-0.388),茎秆抗推力强的、行粒数多的玉米品种产量越高。

筛选出9个组合为抗倒性强的品种。14个杂交组合为抗倒性差的组合。13个杂交组合为抗倒性中等。