不同玉米品種的抗旱特性研究

卜俊周，魏建偉，岳海旺，彭海成，陳淑萍，謝俊良

（河北省農林科學院旱作農業研究所，衡水053000）

玉米品種適應性是品種大面積示范推廣的前提［1］，選育適應性廣的品種是玉米育種工作的目標［2］。研究不同類型品種的農藝和生理特征，有助于理解品種適應環境的優勢性狀，為廣適性品種選育提供依據［3］。

近30年來，中國育成并推廣了‘中單2號’‘掖單13’‘農大108’‘鄭單958’‘先玉335’等一批有影響力的廣適性玉米品種［4］，其基本特征是高產、穩產、廣適、抗逆性好等［5-7］。研究表明高產穩產不僅與玉米株型、冠層結構、葉面積等有關，也與栽培密度、行株距、大小行有關［8-10］，但針對廣適性玉米品種的生理特征研究相對較少［11-12］。‘鄭單958’有高產、穩產、節水等特點，是黃淮海夏播區國家玉米區試和河北省區試對照品種，連續多年在生產上大面積推廣，是第一大品種［13-14］。‘先玉335’具有高產、抗病、脫水快等特點，是東華北、黃淮區域的第二大品種。‘衡玉321’在2017年通過了河北省審定，2018年通過黃淮海審定，不僅產量潛力高，而且具有廣泛的適應性。本研究在不同水分條件下，通過比較‘衡玉321’‘鄭單958’和‘先玉335’的產量構成因素及生理特征，明確‘衡玉321’高產、廣適性的農藝和生理特征，以期為廣適性品種選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

以玉米品種‘衡玉321’‘鄭單958’和‘先玉335’為材料，于2016年6—11月在河北省農科院節水試驗站的可移動防雨棚進行試驗。節水試驗站位于河北省深州市護駕遲鎮，年平均降水量500 mm左右，其中大部分的降水集中在每年的6—8月。試驗地地勢平坦，旱能澆澇能排。土質為黏土，地力均勻，年日照時數2 563 h，光照充足，利于農作物生長［6］。底肥使用六國牌復合肥（N、P、K的比例為15∶15∶15，施用量為600 kg/hm2；在苗期進行中耕追施尿素，施用量為450 kg/hm2。試驗以品種為主處理，干旱處理和正常灌溉2個水平為副處理，采取裂區設計，3次重復，小區長6.7 m，行距60 cm，面積20 m2。干旱處理：僅播種后澆蒙頭水灌溉1次，保證出苗；正常灌溉處理：在播種后、拔節期和灌漿期各灌溉1次，共灌水3次，每次灌水量約70 mm。施肥、除草等田間管理依據大田生產進行，晴天防雨棚完全開放，雨天關閉，整個試驗過程不接雨水。

1.2 調查測定項目與方法

1.2.1 葉面積指數（LAI）

采用長寬系數法測定，即葉面積LA（cm2）＝長 ×寬 ×0.75，葉面積指數（LAI）＝LA（m2）/GA（m2）GA：土地面積；LA：該土地面積上的總葉面積。分別測定抽穗前葉面積指數（LAIv）、灌漿中期葉面積指數（LAIg）和乳熟期葉面積指數（LAIh）。

1.2.2 抗旱指數

抗旱指數（DRI）＝（Yd/Yw）×（Yd/Ymd）。其中，Yd為干旱脅迫條件下的產量；Yw為正常灌水條件下的產量；Ymd為供試雜交種在干旱脅迫條件下的平均產量；Ymw為供試雜交種在正常灌水條件下的平均產量。抗旱性評價標準見表1。

表1 玉米全生育期抗旱性評價標準Table1 Evaluation criteria for drought resistance in the whole grow th period ofmaize

1.2.3 葉綠素含量（SPAD）

用葉綠素含量儀測定棒三葉的SPAD值。每小區選取10片葉，取平均值。在抽穗前（7月27日）、灌漿中期（8月30日）和乳熟期（9月20日）測定相應的 SPAD值，分別記為 SPADv、SPADg和SPADh。

1.2.4 葉片卷曲度（LRS）

LRS＝（Lw-Ln）/Lw×100%，其中，Ln表示卷曲葉緣寬度，Lw表示將卷曲的葉片展開的寬度。在晴天午后2點，對玉米葉片卷曲度進行評價，1—5級分別代表無卷曲到完全卷曲。

1.2.5 產量及農藝性狀

收獲前每個處理選取有代表性的植株10株，測定株高、穗位高和莖粗，收獲時每個小區取中間3行進行測產，折算成產量（kg/hm2）。取有代表性10穗考種，放入烘箱于105℃殺青30 min，80℃下烘至恒重稱重。考種指標包括穗長、穗粗、穗行數、行粒數、禿尖長和百粒重。

1.2.6 數據處理與分析

使用Excel 2007進行數據整理分析，用DPS 7.05軟件進行方差分析，多重比較采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀分析

干旱處理中3個參試玉米品種的株高、穗位、穗長、穗粗、穗行數、行粒數、百粒重均比正常灌溉處理有明顯的降低，品種間差異顯著。由表2可知，在兩種處理情況下，‘衡玉321’穗粗明顯高于‘鄭單958’和‘先玉335’，在干旱處理中尤其明顯；禿尖在2種處理下變化不明顯，說明禿尖對干旱脅迫不敏感。

表2 不同玉米品種在水分脅迫下農藝性狀的表現Table 2 Agronom ic traits of different maize varieties under water stress

2.2 產量及其構成因素的變化

與干旱處理相比，正常灌溉處理中，‘衡玉321’‘鄭單958’和‘先玉335’的籽粒產量分別增加5 056.5 kg/hm2、3 987.5 kg/hm2和 5 934 kg/hm2（表 3），穗行數增加 3.5、2.3、2.3，行粒數增加 9.2、13、11.8，百粒重增加 4.7 g、5.2 g、6.8 g（表 2）。

表3 不同水分處理對玉米產量的影響Table 3 Effects of different water treatments on yield ofmaize

2.3 抗旱指數

‘鄭單958’和‘衡玉321’兩個品種的抗旱指數（DRI）分別為1.098和1.028，均大于1，為“強”抗旱玉米品種。

2.4 葉綠素含量

葉綠素是植物進行光合作用最重要的部分，葉綠素含量的多少決定了玉米產量的高低［15-17］。從圖1可知，在正常灌溉的條件下，玉米葉綠素含量先增加后降低，符合拋物線形狀，其擬合方程為y＝-0.95x2＋3.94x＋0.58（R2＝1）。

相比正常灌溉處理，干旱處理中‘鄭單958’和‘先玉335’不同時期葉綠素含量降低明顯，‘衡玉321’的不同時期葉綠素含量變化不明顯（圖2）。說明‘衡玉321’在不同水分條件下都有較高葉綠素含量，尤其乳熟后期（9月20日）葉綠素含量與前期相比無變化，抗衰老特性表現突出。說明‘衡玉321’適應性明顯強于‘鄭單958’和‘先玉335’，這與3個玉米品種在實際生產上的表現是一致的。

圖1 正常灌溉處理下不同玉米品種不同時期的SPAD Fig.1 SPAD of differentmaize varieties at different times under normal irrigation

圖2 干旱處理下不同玉米品種不同時期的SPAD Fig.2 SPAD of different maize varieties at different stages under drought treatment

2.5 葉面積指數

正常灌溉處理（水分充足）下，在一定時期內所有品種的葉面積指數呈增大趨勢，品種不同，增大的程度不同（表4）。在正常和干旱兩種處理中，‘衡玉321’和‘鄭單958’的葉面積指數相對穩定，‘先玉335’的葉面積指數變化明顯，說明‘先玉335’對干旱脅迫敏感，適應性較差。

表4 不同處理下3個玉米品種葉面積指數比較Table 4 Leaf area index com parison of 3 maize varieties under different treatments

2.6 葉片卷曲度的變化

干旱脅迫下玉米葉片卷曲，減少了有效葉面積和蒸騰作用，有利于節約水分，使葉片光系統功能免受損害。由表5可知，品種間葉片卷曲度差異顯著，在干旱環境下，‘衡玉321’葉片發生明顯卷曲，與‘鄭單958’表現一致，而‘先玉335’的葉片輕微卷曲。

表5 干旱處理下3個品種葉片卷曲度比較Table5 Comparison of leaf curls of 3 maize varieties under drought treatments

3 討論

3.1 ‘衡玉321’的農藝學特征對適應性的影響

‘衡玉321’在水分充足和干旱處理中都能高產，較水分充足時，干旱條件下株高穗位明顯降低。穗粗和百粒重在正常和干旱兩種處理中，沒有明顯變化，而培育抗旱性強且高產的玉米品種的關鍵指標是果穗均勻、株高穗位適中、耐密性好。‘衡玉321’的父本是‘衡H13’，具有高產穩產特性，母本‘衡H14’具有抗病抗蟲特性，因此‘衡玉321’兼具抗病與高產穩產基因，這是其適應性廣的重要遺傳基礎。

3.2 ‘衡玉321’的生理特征對適應性的影響

抗旱性強的玉米品種具有較高的抗旱指數［18］和葉片卷曲度［19］，遇到水分脅迫時葉面積指數［20］變化不明顯。葉綠素含量高的品種表現出抗衰老的特征［21-22］，耐旱性較強的品種葉綠素含量變化較小。本試驗中，不同水分條件下‘衡玉321’的葉綠素含量變化不明顯，在灌漿中期和乳熟期葉綠素含量顯著高于‘鄭單958’，‘鄭單958’和‘先玉335’后期葉片葉綠素含量明顯偏低，說明后期葉片衰老速率顯著快于‘衡玉321’。‘衡玉321’葉片中葉綠素含量高，葉功能好，有利于發揮光合作用，具備獲得高產的基礎。

4 結論

玉米新品種‘衡玉321’具有株型緊湊、高產、穗粗、早熟等特點。干旱環境下葉片發生卷曲，葉綠素含量較高，葉功能好且衰老速率慢。穗粗和百粒重在不同水分條件下表現相對穩定，表明產量對干旱環境敏感性低。本研究后續將對環境密切相關的性狀開展基因聚合與表型選擇，以提高廣適性品種的培育效率，選育出更多適應性強、產量高的品種。