16個玉米雜交種的抗旱性評價

趙 霞，劉詩慧，張國方，張銀娜，穆心愿，馬智艷，馬西云，丁 勇，張鳳啟，張 君，唐保軍*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所/河南省玉米生物學(xué)重點實驗室，河南 鄭州 450002； 2.河南省種子管理站，河南 鄭州 450002； 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002； 4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 科研管理處，河南 鄭州 450002)

干旱是玉米生產(chǎn)中普遍存在且嚴(yán)重制約其產(chǎn)量的一個重要非生物因素。玉米的抗旱性是指玉米對干旱的適應(yīng)性和抵抗能力，即在土壤干旱或大氣干燥條件下，玉米所具有受傷害最輕、產(chǎn)量下降最少的能力[1-4]。近幾年，由于氣候變化，干旱已成為威脅河南省玉米生產(chǎn)的最重要因素[5-7]。在節(jié)水栽培中，使用抗旱品種是一種經(jīng)濟(jì)有效的手段，在作物抗旱性育種中也需要篩選和鑒定抗性遺傳資源[3]。國內(nèi)外學(xué)者對玉米的抗旱性鑒定研究較多[6-11]，從農(nóng)藝性狀入手，研究各性狀指標(biāo)與產(chǎn)量和抗旱性之間的關(guān)系，可以為玉米抗旱育種、品種評價和生產(chǎn)提供最直接且簡單易行的選擇依據(jù)[12-14]。目前，玉米品種區(qū)域試驗在審定品種過程中大多采用多年多點試驗[15]，還沒有設(shè)定專門的玉米抗旱性鑒定試驗。為探討河南省夏玉米主栽品種的抗旱性，選取16個已經(jīng)審定通過的玉米雜交種對其進(jìn)行了抗旱性評價，以期為玉米節(jié)水栽培、抗旱玉米品種選育和評價提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試玉米品種為鄭單958、鄭單1002、浚單20、鄭單538等16個已經(jīng)審定通過的玉米雜交品種，種子為單粒精播種子，由育種單位提供。其中，鄭單958為河南省玉米品種區(qū)域試驗的對照品種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013年、2014年在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所作物抗逆中心(35.04°N、113.68°E，海拔63.40 m) 的試驗池中進(jìn)行，試驗池上方有電動防雨棚，可隔絕降雨，晴天防雨棚完全開放，雨天關(guān)閉。試驗池體積為3.25 m×1.85 m×2.00 m，池面與地面平，以保證池面以上的小氣候與大田相同，試驗池配有灌溉設(shè)施，可利用智能水表按預(yù)先設(shè)好的水量進(jìn)行噴灌。試驗池中土壤為潮土，地力均勻一致，質(zhì)地中壤，2013年和2014年耕層有機(jī)質(zhì)含量分別為1.32 g/kg和1.34 g/kg、堿解氮含量分別為64.38 mg/kg和63.17 mg/kg、速效磷含量分別為26.41 mg/kg和24.59 mg/kg、速效鉀含量分別為72.68 mg/kg和73.36 mg/kg。同年所有試驗池中土壤養(yǎng)分含量、土壤質(zhì)地和土層厚度基本一致。前茬小麥產(chǎn)量為8 000 kg/hm2左右。

試驗設(shè)干旱脅迫、非干旱脅迫2個處理，肥料作為底肥一次性施入，播前保持土壤含水量大于等于田間持水量的85%以保證出苗。其中，干旱脅迫處理播種前使0～50 cm土層水分達(dá)到田間持水量的85%，出苗后至收獲每3 d測定土壤水分含量，視墑情補(bǔ)水，保持土壤含水量為田間持水量的60%[16]，以保證一定產(chǎn)量；非干旱脅迫處理設(shè)置在相鄰池子內(nèi)，保持土壤含水量≥85%田間持水量。試驗采用條播，池子南北行向種植，每個品種每個處理種植1個池子，5行/池，每行10株，中間3行作為3個重復(fù)。采用等行距種植，播種深度為5 cm[17]。共用32個池子。其他田間管理措施同大田規(guī)范管理。

1.3 測定項目

調(diào)查各品種2個處理的生育時期，記載出苗期、抽雄期、吐絲期、成熟期，計算生育期。收獲前調(diào)查株高、穗位高、莖粗，收獲后測定穗長、穗粗、軸粗、穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量與產(chǎn)量。

1.4 抗旱性相關(guān)指標(biāo)分析

1.4.1 非干旱脅迫與干旱脅迫性狀值的差值 選取與玉米生長及穗部性狀相關(guān)的11 個性狀指標(biāo)的平均值進(jìn)行非干旱脅迫處理性狀值與干旱脅迫處理性狀值的差值計算，計算出每個品種各性狀的差值以及所有參試品種各性狀的最大差值、最小差值及平均差值。

1.4.2 抗旱系數(shù)與抗旱指數(shù) 用3個重復(fù)的產(chǎn)量平均值作為衡量指標(biāo)，計算抗旱系數(shù)與抗旱指數(shù)，用于抗旱評價。抗旱系數(shù)(DRC)和2個抗旱指數(shù)(DRI-1[18]和DRI-2[19])分別按下列公式計算：

式中，Ya表示參試品種干旱脅迫處理的產(chǎn)量；Ym表示參試品種非干旱脅迫處理的產(chǎn)量；Y-a表示所有參試品種干旱脅迫處理的平均產(chǎn)量；YA表示對照品種(鄭單958)的干旱脅迫處理的產(chǎn)量；YM表示對照品種(鄭單958)非干旱脅迫處理的產(chǎn)量。抗旱級別評價參照唐保軍等[18]的標(biāo)準(zhǔn)。

1.4.3 抗旱性綜合評價 參照抗旱指數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)度分析[20]，采用DPS統(tǒng)計分析軟件中的灰色關(guān)聯(lián)度程序進(jìn)行抗旱性綜合評價。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS 6.55和Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的生長指標(biāo)差異

由表1可見，16個玉米雜交種中，非干旱脅迫與干旱脅迫處理的生育期差值最大為5.52 d，最小為2.43 d，干旱處理使玉米的生育期延長，16個玉米雜交種的生育期平均延長3.78 d；抽雄期差值最大為3.74 d，最小為1.49 d，干旱脅迫使玉米抽雄期平均推遲2.38 d；吐絲期差值最大為2.34 d，最小為0.56 d，干旱脅迫使玉米吐絲期平均推遲1.45 d；株高差值最大為10.13 cm，最小為5.65 cm，干旱使玉米株高平均降低 7.64 cm；穗位高差值最大為5.93 cm，最小為1.53 cm，干旱脅迫使玉米穗位高平均降低 4.31 cm；莖粗差值不大，平均差值僅為0.21 cm。

從表1可以看出，非干旱脅迫與干旱脅迫處理的指標(biāo)差值在品種間差異較大。蠡玉16號和中科4號的株高、穗位高差值均較高，其在干旱脅迫處理下生育期、抽雄期、吐絲期較非干旱脅迫處理延長的時間也較長；而鄭單958、鄭單1002、鄭單538的株高、穗位高差值均較小，其在干旱脅迫處理下生育期、抽雄期、吐絲期延長的時間也相對較短，說明各性狀與抗旱性之間存在密切關(guān)系?？购敌院玫挠衩灼贩N，其在非干旱脅迫與干旱脅迫處理下的株高、穗位高差值較小，且干旱脅迫處理下生育期、抽雄期、吐絲期延長的時間相對較短。

表1 各玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的生長指標(biāo)差值

2.2 玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素差異

由表2可見，16個玉米雜交種中，非干旱脅迫與干旱脅迫處理的穗長差值最大為3.67 cm，最小為0.15 cm，干旱脅迫使玉米穗長平均減少1.67 cm；穗粗差值最大為0.41 cm，最小為0 cm，干旱脅迫使玉米穗粗平均減少0.26 cm；軸粗差值最大為0.17 cm，最小為0 cm，干旱脅迫使玉米軸粗平均減少 0.09 cm；穗粒質(zhì)量差值最大為64.29 g，最小為25.60 g，干旱脅迫使玉米穗粒質(zhì)量平均減少43.97 g；百粒質(zhì)量差值最大為12.46 g，最小為7.04 g，干旱脅迫使玉米百粒質(zhì)量平均減少9.30 g。

從表2可以看出，非干旱脅迫與干旱脅迫處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)差值在品種間差異較大。其中，蠡玉16和中科4號的穗長、穗粗、軸粗、穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量差異均較高，而鄭單958、鄭單1002、鄭單538以上各項指標(biāo)差異均較小，這一表現(xiàn)與表1中各品種的生長指標(biāo)差值表現(xiàn)一致。

表2 各玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)差值

2.3 玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的產(chǎn)量差值、抗旱系數(shù)及抗旱指數(shù)

由表3可見，非干旱脅迫與干旱脅迫處理間產(chǎn)量差值較小的玉米雜交種有浚單20、鄭單538、鄭單1002和鄭單958，而蠡玉16和中科4號處理間產(chǎn)量差值較大。抗旱系數(shù)是抗旱性鑒定的一個指標(biāo)，抗旱性強(qiáng)的抗旱系數(shù)相應(yīng)就高。16個玉米雜交種的抗旱系數(shù)為0.82～0.97，其中，鄭單958、鄭單1002、浚單20、鄭單538的抗旱系數(shù)較高，中科4號、蠡玉16的抗旱系數(shù)較小。

根據(jù)以往研究玉米干旱評價的抗旱指數(shù)指標(biāo)[18-19]，選取典型的2個抗旱指數(shù)(DRI-1、DRI-2)進(jìn)行計算。其中，DRI-1的計算利用了所有參試品種的平均產(chǎn)量，DRI-2的計算利用了對照品種的產(chǎn)量，2個抗旱指數(shù)所反映的供試玉米雜交種的抗旱能力大小趨勢相同。由表3可以看出，2個抗旱指數(shù)計算后，值最大的品種均為鄭單1002，值最小的品種均為蠡玉16和中科4號。

參照已經(jīng)發(fā)布的河南省玉米雜交種抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)程(DB41/T 1368—2017)[18]，抗旱指數(shù)(DRI-1)≥1.20為1級，1.00～1.19為2級，0.80～0.99為3級，0.60～0.79為4級，≤0.59為5級。參試品種中，鄭單1002、鄭單958、鄭單538等3個玉米雜交種抗旱級別為2級，占參試品種的18.75%；浚單20、偉科702、豫單606、先玉808、豫安3號、鄭單528、先玉335、德單121、中種8號、農(nóng)華101、橋玉8號11個雜交種抗旱級別為3級，屬中等抗旱品種，占68.75%；蠡玉16和中科4號2個雜交種抗旱級別為4級。本試驗中參試玉米品種均是目前黃淮海夏玉米種植區(qū)的主栽玉米品種，可見，當(dāng)前生產(chǎn)中，中等抗旱的玉米品種居多。

表3 各玉米雜交種非干旱脅迫與干旱脅迫處理的產(chǎn)量及其差值、抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)

2.4 玉米雜交種抗旱指數(shù)(DRI-1)與各項指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

利用灰色關(guān)聯(lián)度法分析16個玉米雜交種各項指標(biāo)的平均值與DRI-1的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表4)。從表4可以看出，DRI-1與各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度大小依次為產(chǎn)量、穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、穗長、穗粗、生育期、軸粗、穗位高、莖粗、株高。該結(jié)果為利用玉米雜交種的產(chǎn)量指標(biāo)評價其抗旱性提供了科學(xué)依據(jù)。

表4 玉米雜交種各指標(biāo)與DRI-1的灰色關(guān)聯(lián)度及排序

3 結(jié)論與討論

干旱是影響玉米穩(wěn)產(chǎn)的重要生態(tài)因素，玉米抗旱育種及評價是眾多農(nóng)業(yè)科研單位的研究重點。簡單而又準(zhǔn)確地評價玉米品種的抗旱性非常必要[6-7,12-14]。

本研究表明，不同玉米品種對干旱脅迫的響應(yīng)不同。非干旱脅迫處理與干旱脅迫處理之間指標(biāo)值的差異大小可用來評價品種的耐旱性?？购迪禂?shù)是衡量產(chǎn)量變幅的重要指標(biāo)，抗旱指數(shù)則是在評價抗旱性的同時兼顧豐產(chǎn)性的一個重要指標(biāo)。DRI-1和DRI-2兩個抗旱指數(shù)均能評價作物的抗旱程度，DRI-1考慮了干旱脅迫下所有參試品種的平均產(chǎn)量，DRI-2則考慮了對照品種的產(chǎn)量。筆者認(rèn)為，在現(xiàn)今眾多玉米品種進(jìn)入市場的時代，僅應(yīng)用玉米品種區(qū)域試驗中的對照品種也未必合理，建議優(yōu)先采用DRI-1評價作物的抗旱程度，同時再結(jié)合玉米區(qū)域試驗中的多年多點試驗對玉米雜交種的抗旱性進(jìn)行鑒定。

根據(jù)本試驗研究結(jié)果，依據(jù)抗旱指數(shù)進(jìn)行分析，鄭單1002、鄭單958、鄭單538等3個玉米雜交種抗旱級別為2級，抗旱能力較強(qiáng)；浚單20、偉科702、豫單606、先玉808、豫安3號、鄭單528、先玉335、德單121、中種8號、農(nóng)華101、橋玉8號11個玉米雜交種抗旱級別為3級，屬中等抗旱品種；蠡玉16和中科4號2個玉米雜交種抗旱級別為4級，抗旱能力較弱。

生態(tài)條件的變化使得對玉米新品種的評價不能僅限于產(chǎn)量、抗病蟲性、抗倒性等方面，也應(yīng)拓展到對非生物逆境的抵抗性和適應(yīng)性評價，特別是水分、溫度、光照等極端年份引發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害方面。已通過審定的玉米品種對于包括抗旱在內(nèi)的抗逆性還需要更深入的研究。

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