夏玉米品種花期耐熱性鑒定與評價

高英波 張慧 王竹 薄麗秀 武智民 薛艷芳 錢欣 代紅翠 韓小偉 李宗新

摘要：花期高溫是影響夏玉米穩產和高產的重要因素之一，篩選和推廣耐熱性較強的玉米品種是減少高溫熱害損失的有效途徑。以10個山東省主推玉米品種為試材，研究高溫對不同夏玉米品種產量、產量構成因素及穗部性狀的影響，繼而通過主成分分析、聚類分析和各品種的表現進行綜合評定，篩選確定夏玉米花期耐熱性評價指標，并以此對10個玉米品種進行花期耐高溫能力強弱分類。結果表明，花期高溫脅迫下，10個玉米品種產量、穗粒數和穗數分別比對照平均降低27.19%、9.31%和7.31%。主成分分析表明，產量、行粒數、穗粒數、禿尖長和穗數可作為花期玉米耐高溫篩選的主要鑒定指標;10個夏玉米品種耐高溫能力具有較大差異，其中鄭單958、魯單818和中單909為耐高溫型品種，農大108為中度耐高溫型品種，登海605和農華101等6個品種為高溫敏感型品種。本研究得出產量、行粒數、穗粒數、禿尖長和穗數可作為花期玉米品種耐高溫能力評價的主要鑒定指標，鄭單958、魯單818和中單909可用于易發生玉米花期高溫熱害區域種植。

關鍵詞：夏玉米;高溫脅迫;耐熱性;主成分分析;聚類分析

中圖分類號：S513.037 ?文獻標識號：A ?文章編號：1001-4942（2019）06-0043-06

Abstract High temperature during flowering stage is one of the important factors affecting high and stable yield of summer maize. Screening and popularizing maize varieties with higher heat tolerance is an effective way to reduce the loss of heat stress. The field experiment was carried out with 10 maize hybrids as test materials that were widely grown in Shandong Province. The effects of high temperature treatment on yield， yield components and ear characters of different maize genotypes were studied， and the cultivars were classified on the basis of their heat tolerant ability by means of principal component analysis and cluster analysis. The results showed that yield， ear grain number and ear numbers of the 10 maize cultivars decreased by 27.19%， 9.31% and 7.31% under high temperature stress， respectively. The principal component analysis results showed that yield， ear grain number， barren tip length and ear numbers were the most significant factors and could be recommended as the main indexes to identify heat tolerance of summer maize at flowering period. These 10 maize varieties could be divided into 3 groups： heat-tolerant varieties， moderate heat-tolerant varieties and heat-sensitive varieties. Zhengdan 958， Ludan 818 and Zhongdan 909 were heat-tolerant varieties， which could be used for cultivation in high-temperature areas prone to heat damage.

Keywords Summer maize; Heat stress; Heat tolerance; Principal component analysis; Cluster analysis

IPCC（2013）第5次評估報告自然科學基礎部分指出，從1880～2012年，全球平均地表溫度升高0.85℃，21世紀末這一升幅可能達到1.0～3.7℃[1]。隨著全球變暖趨勢加重，高溫已成為影響作物生產的主要因素之一。高溫脅迫導致全球糧食作物產量顯著下降，使得糧食安全存在巨大威脅[2]。玉米作為我國三大糧食作物之首，其產量占三大糧食作物產量的比重已超過42.64%[3]，是事關我國糧食安全的重要作物。

近年來，我國黃淮海地區30%以上年份玉米花期會遇到35℃以上高溫，這已成為影響玉米安全生產的重要因素[4]。玉米生長季內，在不考慮降水、施肥和田間管理等因素影響下，全球平均溫度每升高1℃將造成玉米減產7.4%[5]。花粒期是玉米對高溫脅迫最敏感的時期之一，該生育階段遭遇異常高溫天氣會造成籽粒敗育率增加[4，6]、灌漿持續期縮短[7，8]、源庫協調能力降低[9-11]，導致單位面積穗數、穗粒數及粒重三者失衡，產量下降。前人研究發現不同基因型玉米間耐熱性存在顯著差異[12]，吐絲期和灌漿前期高溫脅迫對溫帶玉米種質資源的影響大于熱帶玉米種質資源[13]，相比熱敏感型玉米品種，耐熱型玉米品種產量和品質受高溫影響較小[14]。因此，研究玉米不同品種的耐熱性和篩選耐高溫能力強的玉米品種，對實現夏玉米高產穩產具有重要的現實意義。

目前，相關研究多集中在高溫脅迫對玉米生長發育、籽粒建成及生理等的影響，而對不同基因型玉米雜交種耐熱性鑒定及綜合評價較少，同時缺乏篩選和鑒定玉米相關耐高溫指標的研究。鑒于此，本研究以山東省10個主推玉米品種為材料，采用人工模擬增溫處理，對玉米產量及相關指標進行測定和分析，以期篩選出玉米花粒期耐高溫的主要鑒定指標和耐高溫能力較強的玉米品種，以指導山東省玉米種植布局、品種選育與分布。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年6—10月在山東省農業科學院玉米研究所章丘龍山實驗基地（117°32′E，36°43′N）進行。土壤為棕壤土，0～40 cm土層有機質含量為10.6 g/kg、全氮含量為1.1 g/kg、全磷含量為8.0 g/kg、全鉀含量為6.2 g/kg、堿解氮12.3 mg/kg、有效磷7.9 mg/kg、速效鉀41.3mg/kg。

1.2 試驗材料

本研究選用鄭單958、浚單20、魯單818、魯單1108、登海605、農華101、農大108、先玉335、屯玉808、中單909共計10個山東省主推夏玉米品種作為試材。

1.3 試驗設計

試驗設高溫（HT）和對照（CK，田間自然狀態）2個處理。高溫處理方法：選用長×寬×高=16 m×11 m×3.5 m的鋼管搭建溫室框架，固定于田間，周圍用透光率95%的樹脂薄膜圍?。厥翼敳考爸車鷺渲∧ぞ芫砥?，以利于氣體交換），于吐絲期至吐絲后10天期間每天9—17時進行塑料薄膜覆蓋以形成高溫處理，處理結束后卷起頂部及周圍樹脂薄膜，使玉米處于自然條件下生長。

玉米種植密度為每公頃67 500株，行距60 cm，行長5 m。溫室內（高溫處理）每品種種植5行，室外（CK）每品種種植15行。處理期間采用杭州路格科技有限公司生產的L95-8型全自動溫濕度記錄儀對處理和對照的溫度和相對濕度進行實時測定，其中高溫處理時段棚內平均溫度比對照增加2.93℃，相對濕度增加5.07%（圖1）。統一施N：180 kg/hm2，P2O5：90 kg/hm2，K2O：90 kg/hm2。磷鉀肥為磷酸二銨（P2O5：46%）和硫酸鉀（K2O：50%），做種肥一次施入;氮肥為尿素，按照4∶ 6分為種肥與大喇叭口期追肥施入。生長期間保持充足的水分供應。

2.2 高溫脅迫對玉米各性狀耐熱系數的影響

由表2可知，不同雜交種各性狀的耐熱系數存在差異，且同一品種的不同性狀間耐熱系數差異較大。高溫脅迫下，各品種禿尖長普遍呈增大趨勢，穗長、穗粗、行粒數、穗粒數、千粒重和產量則普遍呈下降趨勢。其中，鄭單958、魯單818、中單909除禿尖長外，各指標耐熱系數均較大，表現出較強的耐高溫能力，登海605、浚單20和農華101各指標耐熱系數均較小，耐高溫能力較弱。

2.3 高溫脅迫對玉米各性狀相關系數的影響

對高溫脅迫下玉米品種9個性狀的耐熱系數進行相關性分析發現，部分性狀間達到顯著或極顯著水平。穗粒數與行粒數、穗行數相關性較高，其相關系數分別達到0.903和0.824;行粒數、千粒重、穗粗與產量顯著正相關，相關系數分別為0.653、0.580、0.574;禿尖長和產量極顯著負相關，相關系數為-0.857;穗數與穗行數顯著負相關，相關系數為-0.755（表3）。

2.4 高溫脅迫對玉米各性狀影響情況的主成分分析

從各指標耐熱系數與相關性來看，不同玉米品種對高溫脅迫的穗部性狀及產量特性的響應數據比較離散，利用化學計量學中的主成分分析和模糊聚類方法進行分析，把離散數據標準化處理，以便對樣品的相似性進行明確的評價。運用SPSS 18.0軟件對10個玉米品種的9個單一性狀的標準化值進行主成分分析（表4），表明：第Ⅰ主成分的貢獻率為42.768 %，第Ⅱ主成分的貢獻率為26.740%，第Ⅲ主成分的貢獻率為15.052%，即前三個主成分的累計貢獻率達84.560%，可作為數據分析的有效成分。

由表5可以看出，第Ⅰ主成分可解釋9個耐高溫性狀42.768%的變化，主要反映的是玉米的產量性狀，與穗粒數、行粒數和產量相關最大，表明高溫脅迫下，穗粒數、行粒數和產量可作為評價玉米耐高溫能力的重要鑒定指標。第Ⅱ主成分與禿尖長、穗數具有較大正相關關系。第Ⅲ主成分與穗長相關較大。

3 討論與結論

玉米在吐絲開花期生長的適宜溫度為25～28℃[16]，該時期遭遇高溫脅迫可導致結實率差形成禿頂[17，18]、穗粒數降低[11，19]、產量降低[9，20]。本研究結果表明，高溫脅迫下，不同夏玉米品種9個性狀指標中除禿尖長呈增加趨勢外，其余8個指標均呈現不同程度的下降趨勢，不同基因型玉米品種產量、穗粒數及穗數受高溫脅迫影響不同，其中產量、穗粒數和穗數下降幅度較大，分別為5.45%～52.34%、2.56%～21.00%和4.87%～10.49%。產量降低主要是由穗粒數和穗數降低引起，穗粒數的降低主要是行粒數減少所致。

近年來，黃淮海區域極端高溫天氣頻發且持續時間長，主要集中在7月下旬至8月上旬。該階段夏玉米正處于吐絲至灌漿初期，是對高溫熱害最敏感時期，該時期遭遇高溫脅迫會對玉米產量造成嚴重影響，籽粒減產幅度為11.31%～42.70%[12]。在該時期進行高溫脅迫處理，鑒選夏玉米耐高溫品種及評價指標體系對高溫易發區夏玉米品種選育、推廣應用具有實際指導意義。本研究考察了花期高溫脅迫下不同夏玉米品種的9個性狀指標，計算各指標耐熱系數，采用隸屬函數法進行標準化處理，通過主成分分析，從9個指標中鑒選出產量、穗粒數、行粒數、禿尖長和穗數可作為評價夏玉米花粒期耐高溫能力的主要指標。根據計算出的F值，采用系統聚類分析將供試夏玉米品種分為耐熱型、中度耐熱型和熱敏感型三個類群，篩選出鄭單958、魯單818和中單909三個花期耐熱性較強的夏玉米品種。

高溫脅迫對玉米生長發育的影響是一個復雜的過程，由多種性狀共同體現。對光合生理特性、穗分化、結實性、淀粉合成酶和保護酶活性等均會產生不同程度的影響。選用多個指標比用單一指標更能全面反映玉米的耐熱性。本研究對花粒期耐高溫夏玉米品種鑒選、耐熱性綜合評價只考察了產量、產量構成及穗部性狀，未能深入研究高溫脅迫對夏玉米生理生化特性等相關指標的影響。有必要進一步結合不同生育階段、形態結構及生理生化特性等相關指標開展耐高溫型夏玉米品種鑒選研究。

參 考 文 獻：

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