玉米生理成熟后田間脫水期間的籽粒重量與含水率變化

李璐璐，王克如，謝瑞芝，明博，趙磊，李姍姍，侯鵬，李少昆

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玉米生理成熟后田間脫水期間的籽粒重量與含水率變化

李璐璐，王克如，謝瑞芝，明博，趙磊，李姍姍，侯鵬，李少昆

（中國農業(yè)科學院作物科學研究所/農業(yè)部作物生理生態(tài)重點實驗室，北京 100081）

【目的】黃淮海夏播玉米區(qū)收獲期偏早、籽粒含水率普遍偏高，制約了機械粒收的收獲質量，延期收獲能夠降低收獲期籽粒含水率，但是該過程是否因籽粒重量下降造成產量損失尚不明確。本文開展玉米生理成熟后田間站稈脫水期間籽粒含水率與粒重變化情況研究，為機械粒收技術的推廣應用提供依據。【方法】本研究于2015年和2016年在河南新鄉(xiāng)中國農業(yè)科學院綜合試驗站進行，選擇22個當前主要種植品種為供試材料，采取統一授粉，連續(xù)測定籽粒重量與籽粒含水率變化。其中，2015年授粉后26 d開始測定，生理成熟后26—52 d結束；2016年授粉后11 d開始測定，生理成熟后16—35 d結束。分析生理成熟后田間脫水期間籽粒含水率與粒重變化。【結果】22個參試品種生理成熟期百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g；籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%。22個品種生理成熟后分別經過16—52 d田間站稈晾曬后，百粒干重為22.9—38.4 g，平均為32.0 g；籽粒含水率為12.9%—24.4%，平均為17.3%。生理成熟前籽粒重量隨著授粉后天數增加而逐漸增加，不同測試時期之間存在顯著差異；生理成熟后隨著田間站稈時間延長，籽粒含水率變化呈極顯著下降趨勢，而籽粒重量未表現出顯著變化，不同熟期品種和不同年份結果表現一致；生理成熟后籽粒重量與籽粒含水率之間不存在顯著相關關系。【結論】黃淮海夏玉米生理成熟后田間站稈晾曬脫水期間，籽粒含水率顯著下降，而籽粒重量并未發(fā)生顯著變化，延期收獲降低了籽粒含水率，并且不會因粒重下降造成產量損失。

黃淮海；夏玉米；生理成熟；粒重；籽粒含水率

0 引言

【研究意義】機械粒收是玉米生產的發(fā)展方向，為降低機械收獲破碎損失和控制收獲后籽粒的烘干成本，需要較傳統生理成熟期收獲推遲至含水率降至28%或25%以下[1-4]，該過程大約需要13.5—29.5 d[5]。以往的研究多以生理成熟為最佳收獲期[6-8]，延遲收獲后玉米籽粒的脫水速率和粒重變化受到多方關注。【前人研究進展】玉米籽粒乳線消失、胚部黑層出現是玉米生理成熟的標志，此時籽粒干重達最大值[9-12]，通常認為籽粒含水率在20%—40%之間[6-8,12-18]。多數研究證實，玉米生理成熟后田間站稈期間粒重沒有顯著變化[5,10,19-21]，但也有一些研究認為生理成熟后有些品種粒重隨著籽粒含水率下降而變化[22-23]。PASZKIEWICZ等[24]研究了42個玉米雜交種生理成熟后粒重的變化，結果發(fā)現有5個雜交種粒重發(fā)生了變化，當籽粒含水率從35%降至15%，有些品種的粒重是增加的，而有些品種粒重下降，年際間的變化不一致，他們認為生理成熟后粒重是否下降，不同品種間表現有差異，同時生理成熟后天氣對粒重變化有影響。NIELSEN等[22]研究發(fā)現，某些品種的籽粒在黑層出現后，含水率每降1%，籽粒干重也降1%，并認為主要與籽粒呼吸消耗有關；FINCK[23]也有相似的報道。【本研究切入點】在機械粒收方式下，玉米生理成熟后田間站稈期間粒重和籽粒含水率的變化是影響適宜收獲時期的確定和機械粒收技術推廣的重要因素，國內對此鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】研究團隊于2015和2016年在河南新鄉(xiāng)開展了持續(xù)2年、涉及22個品種的系統觀測，調查分析玉米生理成熟后田間站稈脫水期間籽粒脫水與粒重的變化趨勢及兩者的關系，為黃淮海夏播玉米區(qū)機械粒收技術的推廣應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2015和2016年在河南新鄉(xiāng)中國農業(yè)科學院黃淮海綜合試驗站進行，2015年選用11個品種，采用隨機區(qū)組設計，每小區(qū)3次重復，小區(qū)長8 m，寬5.4 m，面積43.2 m2。2016年選用17個品種，兩年中有部分品種相同（表1），大區(qū)種植，各品種面積140.1 m2，長18 m，寬7.8 m。2015年6月16日播種，2016年6月4日播種，種植密度均為75 000株/hm2，田間管理同當地大田生產。

1.2 測定項目與方法

記錄各小區(qū)的出苗和吐絲日期，在吐絲之前，每小區(qū)標記200株生長一致、無病蟲害的代表性植株并進行雌穗套袋。吐絲后0—3 d進行統一授粉，以確保供試植株授粉日期一致，并記錄授粉日期。以乳線消失、黑層完全形成為生理成熟的判定依據，記錄各小區(qū)有標記植株的生理成熟日期。生理成熟前每5 d取一次樣，接近生理成熟期取樣間隔縮短至1—3 d，生理成熟后恢復為每5 d取一次樣，取樣時避開降雨天氣。取樣時選取標記植株果穗，手工脫粒，取果穗中部籽粒，稱鮮重后在烘箱中85℃烘干至恒重，稱量干重。2015年從授粉后26 d開始取樣，每小區(qū)取3個果穗，3次重復，每品種共9個果穗，測定至11月14日止；2016年從授粉后11 d開始取樣，每品種取5個果穗，測定至10月17日止。

表1 供試品種

籽粒含水率計算公式為：含水率（%）=（鮮重-干重）/鮮重×100。

1.3 粒重變化分析方法

（1）根據各參試品種授粉后不同時期百粒干重變化測試結果，以MMF Model生長曲線[25]擬合籽粒干重變化動態(tài)，并進行歸一化處理，MMF Model方程形式如下所示：

=

式中，a、b、c、d為方程參數，為自變量，即授粉后天數，為因變量，即百粒干重。擬合得到的籽粒逐日變化數據與測試最后日期的擬合值進行歸一化處理，得到不同品種授粉后逐日粒重變化進程（0.0—1.0）。利用MATLAB繪制各品種粒重逐日變化的等值線圖，以不同灰度等級表示籽粒粒重占擬合最高值的百分比。

（2）對不同時期百粒干重測試結果進行多重比較，差異顯著性檢驗采用Duncan的SSR檢驗法，顯著性水平為0.05。

1.4 氣象條件

2015年玉米生長季，平均氣溫為22.3℃，累計積溫3 385.3℃，累計降水379.0 mm（圖1）；2016年玉米生長季，平均氣溫為25.6℃，累計積溫3 487.5℃，累計降水830.3 mm，其中7月9日當天降水高達414 mm（圖2）。

1.5 數據處理

用Excel 2007和MATLAB 7.5.0進行數據計算和作圖，用Cure Expert Professional 2.2.0 進行粒重變化的曲線擬合，用SPSS 16.0進行數據的統計分析。

2 結果

2.1 玉米生理成熟及站稈脫水后的籽粒含水率與粒重

2015和2016年共使用了22個供試品種，生理成熟后田間站桿脫水天數16—52 d。生理成熟期籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%，百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g；測定結束時籽粒含水率為12.9%—24.4%，平均為17.3%，百粒干重為22.9—38.4 g，平均為32.0 g。方差分析顯示，同一品種、同一年份生理成熟期和測定結束時，籽粒含水率存在極顯著差異，而百粒干重無顯著差異（表2）。

2.2 玉米生理成熟前后粒重的變化

2015和2016年，各參試品種籽粒干重與授粉后天數的擬合方程2均在0.95—0.99。結果表明，雖然不同玉米品種從授粉到生理成熟的天數有差異，同一品種不同年份間也有變化，但所有參試品種的粒重變化規(guī)律相同：相鄰測試粒重有顯著變化的均分布于該品種生理成熟前，接近生理成熟時粒重增加達到高峰；而自生理成熟后，連續(xù)取樣的粒重及其與生理成熟期的粒重間無顯著差異，即生理成熟至生理成熟后一段時間（16—52 d），玉米田間站稈脫水期間粒重無顯著變化（圖3）。此外，由于2016年玉米生育期內熱量條件好于2015年，相同測試品種（鄭單958、先玉335、中單909、農華101、農華816、京農科728）生理成熟日期較2015年均有所提前。

2.3 不同類型玉米品種生理成熟后籽粒含水率和粒重的變化

不同熟期品種生理成熟后田間站稈脫水持續(xù)時間及其所處環(huán)境不同，為進一步了解站稈期間籽粒含水率與粒重的變化趨勢，從參試品種中選擇不同熟期品種進行對比分析。其中，2015年以禾田1號、京農科728和先玉335為早熟、中熟、晚熟品種代表，生育期依次為99 d、104 d和120 d；2016年，以豐墾139、京農科728和先玉335為早熟、中熟、晚熟品種代表，生育期分別為93 d、100 d和114 d。結果表明（表3—4），田間自然條件下，3個熟期品種籽粒含水率均隨著生理成熟后天數的增加呈不斷下降趨勢并最終趨于穩(wěn)定，同一品種最后一次測定的籽粒含水率值均與生理成熟期測定值之間存在極顯著差異；而3個品種的百粒干重隨著生理成熟后天數的延長未發(fā)生顯著變化，兩年間的規(guī)律一致。

2.4 玉米生理成熟后籽粒含水率與粒重變化的關系

2015和2016年，玉米生理成熟后田間站稈脫水階段累計得到184個樣本的籽粒含水率與粒重值，同步分析表明，生理成熟后籽粒含水率逐漸下降并趨于穩(wěn)定，而粒重自生理成熟期直到測試結束基本保持穩(wěn)定，并未隨著生理成熟后田間站稈天數的延長而發(fā)生顯著變化（圖4）。

表2 玉米生理成熟期和測定結束時籽粒含水率與百粒干重

PM：生理成熟期。**表示在0.01水平差異顯著；*表示在0.05水平上差異顯著；NS表示差異不顯著。下同

PM: Physiological maturity. ** represents significantly different at the 0.01 level; * represents significantly different at the 0.05 level; NS represents no significant difference. The same as below

兩年結果均表明，生理成熟后，田間自然條件下，隨著籽粒含水率降低，22個參試品種粒重保持穩(wěn)定，籽粒重量與含水率之間沒有顯著相關關系（圖5）。

表3 2015年不同熟期代表性品種生理成熟后籽粒含水率與粒重的變化

表4 2016年不同熟期代表性品種生理成熟后籽粒含水率和粒重的變化

圖1 2015年氣溫和降水

圖2 2016年氣溫和降水

品種由上到下按照生理成熟日期由長到短排列。相鄰測試粒重有顯著差異的時期用*表示；不顯著的用○表示。各品種生理成熟日期以虛線連接

圖4 玉米生理成熟后籽粒含水率與粒重變化

圖5 生理成熟后籽粒含水率與粒重的關系

3 討論

美國Purdue University 的NIELSEN等[22]用3個玉米雜交種果穗的中部籽粒進行了4年觀測，發(fā)現4年中有3年所有品種的粒重在生理成熟后均表現出隨籽粒含水率下降而下降的現象，平均籽粒含水率下降1%，相應粒重也下降1%，其中，雜交種Pioneer 3245降幅最大，達到1.3%，他們認為粒重的下降主要與籽粒呼吸作用有關。ELMORE等[20]分別研究了生理成熟后果穗頂部、中部和基部籽粒粒重隨含水率下降的變化，均未發(fā)現粒重有顯著變化，其分析認為籽粒含水率測試方法的不同可能導致了與NIELSEN等研究結果的差異。粒重的計算要用到籽粒含水率，NIELSEN等對含水率的測定使用的是電子水分測定儀，而ELMORE等使用烘干法測定籽粒含水率。有研究認為當含水率低于25%時，使用電子水分儀測量籽粒含水率時，精度會明顯下降[26-28]，籽粒含水率測定方法的不同可能是造成結論不一致的原因。PORDESIMO等[21]研究了風干、曬干和烘干3種籽粒干燥方法下粒重的變化，在生理成熟后不同測定時期之間，均未發(fā)現粒重有顯著差異。PORDESIMO等分析NIELSEN等的研究結果，認為其存在以下問題：4年的試驗中有3年觀測到了粒重的下降，但是還有1年沒有觀測到相似的結果；NIELSEN等采用回歸分析進行籽粒含水率和籽粒重量的擬合，2值較低，且未標注回歸分析的顯著性檢驗結果，籽粒含水率接近15%的樣本量較多，不均勻的樣本分布對回歸分析影響較大；在進行回歸分析之前沒有對測試樣本進行均值比較和差異顯著性檢驗。本文對22個品種果穗中部籽粒的系統觀測表明，玉米生理成熟后田間站稈脫水的16—52 d期間粒重均無顯著變化，與NIELSEN等的研究結果不一致，但是與以往多數報道結果一致[5,10,19-21]。

籽粒呼吸作用通常被認為是可能導致粒重下降的主要原因。KNITTLE等[19]在實驗室內的研究表明，當籽粒含水率為50%、溫度27.8℃時籽粒呼吸速率最大，當含水率降至15.5%時呼吸速率最低。當溫度較高時，呼吸增加將導致粒重下降，尤其是籽粒受損傷后，呼吸作用可能導致粒重下降加速[29]。ELMORE等[20]的研究表明，美國玉米帶籽粒收獲時平均氣溫在4.4—10℃，按照這個溫度，由于呼吸作用使完整籽粒的粒重下降1%大約需要25—50 d，遠長于文獻報道中含水率下降1%需要的天數。本研究是在黃淮海夏玉米區(qū)開展的測試，生理成熟期籽粒含水率處在30%左右，平均氣溫在18—22℃，田間站稈晾曬歷時16—52 d，均未發(fā)現粒重顯著下降。由此，推廣到在東北春玉米區(qū)，該區(qū)秋季氣溫下降較快，一般在玉米生理成熟后氣溫已降至10℃以下的較低水平，如果籽粒保持完整，因呼吸作用導致的粒重下降是可以忽略不計的。需要指出的是，本研究是基于健康果穗和籽粒的研究，有關生理成熟后因穗、粒腐和害蟲破壞籽粒完整性后是否會導致呼吸速率加速引起粒重下降需要進一步研究。

4 結論

2015和2016年在黃淮海夏玉米區(qū)測試結果表明，生理成熟期22個主要栽培玉米品種籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%，百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g。生理成熟后持續(xù)16—52 d的田間站稈自然脫水期間，籽粒含水率顯著下降，而粒重并未隨籽粒含水率下降發(fā)生顯著變化，因此，生理成熟后粒重不應成為機械粒收技術收獲時期考慮的因素。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Corn Kernel Weight and Moisture Content After Physiological Maturity in Field

LI LuLu, WANG KeRu, XIE RuiZhi, MING Bo, ZHAO Lei, LI ShanShan, HOU Peng, LI ShaoKun

(Institute o f Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】 In Huang-huai-hai Plain, the earlier harvesting date and the higher grain moisture content of summer maize reduces the harvest quality of mechanical grain harvest technology. The delayed harvest can reduce the grain moisture content. It remains unknown whether the grain weight and the yield will decrease or not during the field drying process. Clearing the changes of maize grain moisture and grain weight after physiological maturity is of benefit to promoting the application of grain mechanical harvesting technology. 【Method】 In 2015 and 2016, twenty two mainly planted cultivars were investigated in Comprehensive Experiment Stations of Chinese Academy of Agricultural Sciences located in Xinxiang, Henan. Controlled pollination was applied in every cultivar. In 2015, from the 26thday after pollination to the 26th- 52thday after physiological maturity, the grain weight and grain moisture were measured to analyze their changes. In 2016, the same traits were measured from the 11thday after pollination to the 16th- 35thday after physiological maturity.【Result】 Results showed that the average 100-kernel dry weight was 30.8 g at physiological maturity ranging from 23.3 g to 37.4 g. The average kernel moisture content was 27.5% at physiological maturity ranging from 21.5% to 33.1%. When all cultivars were finally tested after the long drying-down in field, the average 100-kernel dry weight was 32.0 g ranging from 22.9 g to 38.4g and the average kernel moisture content was 17.3% ranged from 12.9% to 24.4%. Before physiological maturity, the kernel weight increased significantly with the days after pollination. After physiological maturity, the kernel moisture content reduced significantly while the kernel weight kept stable. There was no statistically significant correlation between the kernel moisture content and the kernel weight after physiological maturity.【Conclusion】In Huang-huai-hai Plain, during the drying-down in field, corn kernel moisture content reduced significantly after physiological maturity while kernel dry weight was stable. The delayed harvest is of help for lower kernel moisture content and can’t decrease the yield due to the loss of kernel weight.

Huang-Huai-Hai; summer maize; physiological maturity; kernel weight; grain moisture content

2017-03-20；

2017-05-08

國家自然科學基金（31371575）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300101）、國家玉米產業(yè)技術體系項目（CARS-02-25）、中國農業(yè)科學院農業(yè)科技創(chuàng)新工程

王克如，Tel：010-82108595；E-mail：wkeru01@163.com。通信作者李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn

聯系方式：李璐璐，Tel：010-82108595；E-mail：1044330186@qq.com。