玉米果穗性状及其抗旱性随灌水量的变化规律

谢小清,唐怀君,张磊,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】干旱灾害制约了玉米产量的提高[1-2]。采用抗旱鉴定方法筛选抗旱玉米种质,改良提高玉米品种抗旱性,是减少因干旱带来的损失最经济而有效的途径[3]。产量是鉴定玉米品种抗旱性的关键指标,玉米产量主要由单位面积穗数、穗粒数和百粒重共同决定[4]。研究玉米果穗性状与产量及抗旱性的关系,对于玉米抗旱性鉴定和抗旱育种具有重要意义。【前人研究进展】在玉米苗期[5]、拔节期[6]、抽雄期[7]和开花期[8-10]等不同时期进行干旱胁迫,与水区对照相比,干旱使得果穗性状发生变化,如行粒数、穗行数、穗长、穗粗等下降,秃尖增加等。但干旱胁迫程度以及干旱持续时间差异较大[11-12],果穗的性状变化趋势并不一致。【本研究切入点】特定时期特定干旱处理的胁迫,不足以明确玉米果穗性状受旱后的变化趋势。需研究玉米杂交种的果穗性状随灌水量减少的变化趋势,以明确果穗性状的受旱影响趋势。【拟解决的关键问题】选择12份玉米杂交种进行6个水分梯度的干旱胁迫试验,在玉米拔节至成熟期设置6个梯度的大田欠量灌水处理,研究灌水量减少过程中9个玉米果穗性状的变化趋势,优选玉米抗旱性鉴定的主要指标,为玉米抗旱育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

12个材料为新疆主推玉米杂交种:先玉335、KWS1553、新引M753、新玉9号、新玉23号、新玉24号、新玉38号、新玉46号、新玉59号、新玉60号、新玉90号、郑单958。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2019年5～10月在新疆农业科学院综合试验场进行。采用滴灌覆膜种植,采用宽度0.7 m地膜。每膜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60 600株/hm2,12个杂交种分别在各水分处理区重复3次,每个重复种植6行,行长3.0 m,每个小区面积3.3 m×3 m,随机区组设计。

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灌出苗水675 m3/hm2,确保蹲苗阶段的土壤水分供应;此后各时期每个水分处理均灌水7次,灌水时间相同,但灌水量不同,各处理在675 m3/hm2的基础上按照 100%、80%、60%、40%、20%和0%的比例减少。灌水量每次分别为675、540、405、270、135和0 m3/hm2。全生育期各处理的总灌水量分别为5 400、4 455、3 510、2 565、1 620和675 m3/hm2。玉米生长期共降水64.2 mm,折合降水642 m3/hm2。包括自然降水和人工滴灌在内,各处理的总供水量依次为6 042、5 097、4 152、3 207、2 262和1 317m3/hm2。表1

表1 欠量滴灌方案和总灌水量

1.2.2 测定指标

取各灌水处理小区中间1膜的果穗,行长3 m,测定以下指标:

总穗数(Total number of ears):计数每膜的果穗数量。

单穗重(Single ear weight):电子称重每膜果穗,总重量除以总穗数,得到单穗重。

穗粒数(Grain number per ear):单个果穗上的籽粒数量。

穗长(Ear length):测量从穗基部到顶端的长度(mm)。

穗粗(Ear diameter):测量果穗中间部分直径(mm)。

穗行数(Kernel rows per ear):计数果穗中部的籽粒行数。

行粒数(Kernel numbers per row):计数果穗上单行的籽粒数。

秃尖(Bare tip length):测量果穗顶端不结实部分的长度(mm)。

百粒重(Hundred grain weight):脱粒后,取大小均匀的100粒玉米籽粒称重。

某一性状受旱后的相对变化量(Relative Change Amount,RCA%)=((不充分灌水区数值-充分灌水区数值)/充分灌水区数值)×100%。

1.3 数据处理

数据经 Excel整理分析并作图。

2 结果与分析

2.1 玉米杂交种产量随灌水量减少的变化

研究表明,12个玉米杂交种的单穗重在灌水80%和100%时最高,随着灌水量的减少,参试杂交种的单穗重都呈下降趋势。其中,KWS533、新玉24号、新玉38号、新玉46号、新玉59号、新玉60号、新玉90号和郑单958八个杂交种在灌水100%时产量处于最大水平,而先玉335、新引M753、新玉9号、新玉23号四个杂交种则在灌水80%时处于最大水平。12个杂交种从灌水量100%下降到80%后的产量增减百分数在-7.0%～3.1%,平均下降1.8%。除了新玉46号之外,其它杂交种在缺水20%的情况下,产量没有较大的下降。表2,图1

图1 12个玉米杂交种的单穗重随灌水量减少呈下降趋势

表2 灌水量100%和80%条件下玉米杂交种产量变化

2.2 玉米杂交种果穗性状随灌水量减少的变化

研究表明,从灌水量100%减少到0%,12个杂交种的单穗重平均值从248.6 g下降到61.9 g,下降75.1%;总穗数平均值分别为从25.1个下降11.9个,下降52.4%;穗粒数平均值从740.9粒下降到264.3粒,下降64.3%;百粒重平均值分别为34.6 g下降到26.8 g,下降22.4%;穗行数平均值从16.5行下降到15.1行,下降8.7%;行粒数从40.3粒下降到17.8粒,下降55.9%;穗长平均数从208.2 mm下降到117.6 mm,下降43.5%;穗粗平均数从56.4 mm下降到44.5 mm,下降21.1%;秃尖平均值从11.7 mm增加到16.5 mm,增加40.5%。12个玉米杂交种的单穗重、总穗数、穗粒数、百粒重、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的平均值都随着灌水量的减少而下降,而秃尖的平均值则表现为增加,穗行数的变化趋势不明显。表3

表3 不同水分处理下玉米杂交种果穗性状平均值变化

2.3 玉米杂交种果穗性状受旱后的相对变化

研究表明,随着灌水量的减少,12个玉米杂交种的果穗性状相对变化量除秃尖表现为递增趋势外,其他8个性状都呈现递减的趋势。灌水量从100%减少到80%,9个果穗性状的相对变化量为-2.3%～4.9%,均值为-0.6%。随着灌水量逐渐减少,果穗性状变化由不明显转变为明显。灌水量从80%减少到60%,单穗重相对变化量从-1.6%减少到-17.6%,秃尖相对变化量从4.9%增加到17.0%;灌水量从60%减少到40%,穗粒数、行粒数和穗长的相对变化量分别从-8.2%、-6.7%和-6.1%减少到-17.0%、-13.9%和-11.6%;灌水量从40%减少到20%,总穗数和穗粗的相对变化量分别从-7.2%、-6.7%减少到-27.3%、-13.4%;灌水量从20%减少到0%,穗行数相对变化量从-1.9%减少到-8.7%。在灌水量减少的过程中,果穗性状对干旱变化从不敏感转变为敏感,果穗性状对干旱的敏感程度从大到小顺序:单穗重、秃尖、穗粒数、行粒数、穗长、总穗数、百粒重、穗粗和穗行数。图2

注:Y-坐标轴为相对变化量,X-坐标轴为水分处理

3 讨 论

3.1作物抗旱性与作物的种类、品种基因型等有关,也受干旱程度发生时期、强度及持续时间的影响[13]。在密度合理的情况下,玉米产量直接取决于玉米果穗各性状的关系,而果穗长短决定行粒数的多少,粒排数决定果穗粗细,单穗重有穗粒重和穗轴重组成[14]。研究结果表明,随着灌水量减少、干旱胁迫增强,玉米的单穗重、穗粒数呈现递减趋势,与唐怀君等[15]研究结果一致。随着灌水量减少、干旱胁迫增强,果穗的穗粒数、穗粒重、行粒数、穗长、穗宽均下降,与孙宝成等[8]、赵小强等[10]研究结果一致,干旱胁迫抑制了玉米果穗的发育。罗迪汉等[16]的研究显示穗重、行粒数等产量构成因素随灌溉定额的增大而呈增加趋势,穗长和穗行数规律性不强,各处理间差异不显著。研究结果中,单穗重、行粒数、穗长均随灌水量的减少呈递减趋势,穗行数对水分变化的影响较小,但穗长变化与罗迪汉等[16]的研究结果不同。

3.2多数针对玉米穗部农艺性状分析研究都与产量相关,且局限于在特定时期进行干旱胁迫,一般只是设置水区、旱区两个处理,不足以明确玉米果穗性状与灌水量之间的变化趋势。在水分梯度环境中研究玉米穗部性状的变化规律,其结果更具普遍性。研究采用梯度欠量灌水法,整个生育期内控制6个水分处理观察到果穗性状随水分改变而变化的趋势。

3.3赵丽英[17]和Turner[18]等认为,在一定条件下,适度水分亏缺不会对作物产量造成影响,研究结果表明,当缺水20%的轻度干旱胁迫条件下,9个果穗性状的变化幅度均小于5%,适当减少灌水量,对单穗重、总穗数、穗粒数、百粒重、穗行数、行粒数、穗长、穗粗、秃尖等性状影响不大。在玉米杂交种整个生育期内节水20%产量无明显下降。

3.4随着灌水量逐渐减少,干旱胁迫由轻度转变为中度和重度,单穗重、总穗数、穗粒数、百粒重、穗行数、行粒数、穗长、穗粗、秃尖等果穗性状的变化也从不明显转变为明显。研究表明,中度干旱(缺水40%～60%)条件下,玉米杂交种的单穗重、穗粒数、行粒数和秃尖有较大的变化;而在重度干旱条件下(缺水80%以上),杂交种的总穗数、穗长、百粒重和穗粗才出现明显下降。

4 结 论

4.1全生育期每次灌水量减少20%,12份玉米杂交种的单穗重、总穗数、穗粒数、百粒重、穗行数、行粒数、穗长、穗粗、秃尖等性状变化幅度均小于5%。节水20%对产量影响不大。

4.2随着灌水量逐渐减少,玉米的单穗重、总穗数、穗粒数、百粒重、行粒数、穗长、穗粗呈递减趋势,秃尖呈递增趋势,穗行数则变化不大。

4.3在中度干旱(节水40%～60%)条件下,单穗重、秃尖、穗粒数和行粒数可作为抗旱性鉴定的重要指标;在重度干旱条件下(缺水80%以上),穗长、百粒重、总穗数和穗粗可作为玉米极端抗旱性鉴定的辅助指标。