玉米生理成熟后籽粒脫水特性

趙波 吳雅薇 李小龍 袁繼超 孔凡磊

摘要：明確玉米生理成熟后籽粒脫水特性及與各器官脫水的關系，對加快玉米生理成熟后籽粒脫水速率和選育籽粒脫水速率快的品種具有重要意義。試驗選用4個品種，從生理成熟期開始至生理成熟后31 d止，連續測定籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片和莖稈的含水率，并分析生理成熟后籽粒脫水特性及其與各器官含水率的關系。結果表明，參試品種籽粒含水率降至28%所需生理成熟后積溫及天數分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d。籽粒含水率與其他器官含水率均呈極顯著線性關系，籽粒脫水速率與穗軸脫水速率呈極顯著正相關，與其他器官脫水速率相關性不顯著。說明，合理的品種選擇和縮短玉米生理成熟后籽粒脫水前期的持續時間可有效加快生理成熟后籽粒脫水，降低玉米生理成熟期籽粒含水率降至28%或25%所需積溫;評價適宜機械粒收品種時，在關注籽粒脫水特性的同時需關注穗軸的脫水特性。

關鍵詞：玉米;生理成熟;籽粒脫水;logistic模型

中圖分類號：S513文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）01-0010-08

Abstract： It is of great significance to clarify the dehydration characteristics of maize grains after physiological maturity and the relationship with dehydration of various organs for speeding up the dehydration rate of maize grains after physiological maturity and breeding varieties with fast dehydration rate. Four varieties were selected to determine the moisture content of grain， cob， bract + stalk， leaf and stem from the beginning of physiological maturity to 31 days after physiological maturity. In addition， the dehydration characteristics of grains after physiological maturation and their relationship with water content of organs were analyzed. The results showed that moisture content of the tested varieties decreased to 28%. The accumulated temperature after physiological maturity and days were 197.08-353.32 ℃·d and 7.3-12.9 d. The grain moisture content showed a very significant linear relationship with the moisture content of other organs， the grain dehydration rate was significantly positively correlated with the dehydration rate of cob， but had no significant relationship with the dehydration rate of other organs. Therefore， reasonable variety selection and shortening the duration of grain dehydration in early stage after physiological maturity of maize can effectively speed up grain dehydration after physiological maturity and reduce the accumulated temperature required for moisture content of physiological maturity to 28% or 25%. To evaluate varieties suitable for mechanical grain harvest， we should pay attention to the dehydration characteristics of cob as well as the dehydration characteristics of grain.

Key words：maize;physiological maturity;grain dehydration;logistic model

籽粒破碎率高是當前中國玉米機械化粒收存在的主要問題，收獲時籽粒含水率偏高是導致破碎率高的主要原因[1-2]， 玉米收獲時籽粒含水率高是限制中國玉米機械粒收的主要因素[3-4]。加快生理成熟后玉米籽粒脫水是適時機收的關鍵，因此研究生理成熟后籽粒脫水特性及其影響因素對加快生理成熟后籽粒脫水和選育籽粒脫水快的品種，推動機械粒收技術發展具有重要意義。玉米籽粒含水率從籽粒建成后呈現逐漸降低的趨勢[5]，籽粒含水率與授粉后積溫的關系符合Logistic Power模型[6]。李璐璐等[7]的研究結果表明，玉米籽粒含水率的變化分為2個階段，在生理成熟后含水率的變化主要受籽粒水分散失速率的影響。不同品種生理成熟后籽粒脫水速率有明顯差異[8-9]。雷蕾等[10]研究發現，生理成熟后玉米籽粒前期脫水速率>中期脫水速率>后期脫水速率。前人對生理成熟后籽粒脫水速率的影響因素分析得出，生理成熟后籽粒脫水速率受粒型、籽粒淀粉含量、氣象因素、栽培措施的影響[8，10]。苞葉層數少、果穗長度短、松緊度低的品種籽粒脫水速率快[11-13]，穗粒數少、果穗長度/行粒數小有利于籽粒脫水，而其他穗部性狀與籽粒脫水相關性不顯著[14]。張春榮等[15]的研究結果表明，收獲期的籽粒含水率與穗軸直徑呈顯著負相關，張立國等[9]研究發現，穗粗與生理成熟后籽粒脫水速率呈顯著正相關。前人主要研究了從授粉后不久籽粒脫水的特性并且研究主要集中于果穗的相關性狀對生理成熟后籽粒脫水的影響，而對生理成熟后玉米籽粒脫水特性缺乏系統的研究。本研究采用模型擬合生理成熟后籽粒含水率與積溫的關系，預測生理成熟后籽粒含水率的變化;分析生理成熟后籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片和莖稈的含水率變化，建立生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率的關系。通過本研究，建立生理成熟后籽粒含水率的預測模型，進一步明確生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率的關系及影響生理成熟后籽粒脫水的主要因素，為加快生理成熟后籽粒脫水和適宜機械化粒收的品種選育提供科學的理論依據。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2018年在四川省德陽市中江縣合興鄉新建村（31°03′N， 104°68′E）進行。土壤類型為紫色壤土。試驗采用大區種植，選用正紅6號（ZH6）、仲玉3號（ZY3）、先玉1171（XY1171）、成單30（CD30）4個品種，分帶種植，每帶3行（行距60 cm，帶間距120 cm，每個品種種植2帶，帶長75 m），種植密度每1 hm2為60 000株。肥料用量為純氮180.0 kg/hm2、P2O5 45.0 kg/hm2和K2O 67.5 kg/hm2，氮肥于播種時施入60%，大口期施入40%，磷、鉀肥全部基施。播種日期：2018年4月8日，人工播種，田間管理同當地實際生產。生理成熟后密切關注各品種各器官的脫水情況。試驗氣象數據見圖1。

1.2測定項目及計算方法

1.2.1含水率測定詳細觀測各品種的生育進程，在玉米吐絲期，分別選取生長一致、無病蟲害、有代表性的植株200株掛牌標記。分別于生理成熟期（以乳線消失、黑色層完全形成作為判定依據）、生理成熟后7 d、生理成熟后13 d、生理成熟后19 d、生理成熟后25 d、生理成熟后31 d，每個品種取15株掛牌植株，將植株分為籽粒、穗軸、苞葉+果柄、葉片、莖1（莖基部至穗下第二節）、莖2（穗位上下兩節）、莖3（穗位上第二節至雄穗），分別稱鮮質量，然后在烘箱中85 ℃烘干至恒質量后稱取各部分的干質量。

1.2.2含水率計算含水率=（鮮質量-干質量）/鮮質量×100%

1.2.3各測定時期間器官脫水速率各測定時期間器官脫水速率[%/（℃·d）]= （前一時期器官平均含水率（%）-后一時期器官平均含水率（%））/兩時期間累計積溫（℃·d）。

1.3數據處理

采用Excel 2013對數據進行處理， 采用DPS 7.5軟件對數據進行統計分析，采用Origin 9.0軟件進行生理成熟后籽粒含水率動態變化的曲線擬合。

2結果與分析

2.1生理成熟后籽粒含水率變化及其與積溫的關系

生理成熟后籽粒含水率隨著時間推進呈現先緩慢降低再快速下降最后逐漸趨于平緩的變化趨勢（圖2）。利用Logistic 方程對不同品種生理成熟后籽粒含水率與積溫進行擬合建立回歸模型，方程參數見表1，擬合度（R2）值為0.944～0.994。

從表1可以看出，各參試品種達到生理成熟時的含水率（A1）差異較小。不同品種生理成熟后籽粒脫水的進程存在明顯差異，品種間t1的變異系數為39.98%，ZH6最先進入快速脫水期。基于生理成熟后玉米籽粒含水率與積溫建立的回歸模型及生理成熟后天數與積溫的關系（圖3），以適宜機械化粒收的籽粒含水率（28%、25%）為標準，當籽粒含水率降至28%各品種所需生理成熟后積溫及天數分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d，當籽粒含水率降至25%各品種所需生理成熟后積溫及天數分別為272.80～405.06 ℃·d和10.0～14.7 d，均以ZH6籽粒含水率最先降至28%、25%。將t1與生理成熟期籽粒含水率降至28%的積溫和生理成熟期籽粒含水率降至25%的積溫進行相關性分析發現，t1與生理成熟期籽粒含水率降至28%的積溫和生理成熟期籽粒含水率降至25%的積溫均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.99、0.98，說明縮短生理成熟后籽粒脫水前期的持續時間是加快生理成熟后籽粒脫水，降低生理成熟期籽粒含水率降至28%（25%）所需積溫（時間）的有效措施。

2.2生理成熟后各器官含水率及脫水進程

生理成熟后玉米植株各器官含水率均表現出逐漸降低的變化趨勢。從圖4可以看出，各品種生理成熟期莖稈和穗軸的含水率均最高，籽粒和葉片的含水率最低，生理成熟后莖1和莖2的含水率在各時期均最高。在生理成熟期至生理成熟期后13 d，各品種器官含水率表現為穗軸>苞葉+果柄>籽粒，之后規律不明顯。莖稈的脫水進程在品種間存在明顯差異，在生理成熟后19 d，仲玉3號和成單30的莖稈含水率明顯高于其他2個品種。

從表2可以看出，玉米籽粒、穗軸在生理成熟后13～19 d的脫水速率最大（所有參試品種表現一致），而苞葉+果柄、葉片、莖3在生理成熟后7～13 d的脫水速率最大，莖1則在生理成熟后25～31 d的脫水速率最大。籽粒在生理成熟后的脫水速率呈現先增加后逐漸降低的趨勢，穗軸和苞葉+果柄則表現出先逐漸增加后降低再增加的趨勢。各器官在生理成熟后不同時期的脫水速率在品種間存在一定的差異，正紅6號籽粒的最大脫水速率發生在生理成熟期至生理成熟期后7 d，而仲玉3號、先玉1171、成單30則在生理成熟后13 d至生理成熟后19 d期間的籽粒脫水速率最大，說明玉米植株生理成熟后的籽粒脫水存在明顯的基因型效應。

2.3生理成熟后籽粒與其他器官脫水特性的關系

對生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率進行相關性擬合，從圖5可以看出，生理成熟后籽粒含水率與其他器官含水率均呈極顯著線性關系（R2≥0.581 9），其中與穗軸、苞葉+果柄的擬合度最高（R2=0.952 2、R2=0.801 6），從表3可以看出，不同參試品種間在籽粒含水率與其他器官含水率的相關性差異極小，表明生理成熟后各器官的脫水具有一定的同步性，這是玉米的一個共性規律。對生理成熟后籽粒與其他器官脫水速率進行相關性分析，結果（表4）表明，籽粒脫水速率與穗軸脫水速率呈極顯著正相關（R2=0.83），與其他器官脫水速率無顯著相關關系，這表明生理成熟后玉米籽粒與穗軸脫水的同步程度最高，進一步證明了穗軸及苞葉+果柄的脫水特性決定了籽粒的脫水快慢。

3討論

3.1玉米生理成熟后籽粒脫水特性

玉米生理成熟前籽粒含水率變化與籽粒灌漿同步進行，主要受籽粒灌漿的影響，而生理成熟后籽粒的脫水主要受脫水特性的控制，水分散失速率是決定因素[7， 16-17]。Cross[18]研究發現，玉米籽粒生理成熟前為生理脫水，主要受內部生長發育的控制，受環境的影響較小，生理成熟后為自然脫水，受環境因素的影響較大。生理成熟后籽粒脫水速率與溫度、風速、降雨有關[19]。本研究將玉米生理成熟后的籽粒含水率與積溫進行回歸模型擬合，模型擬合精度高。對4個品種建立的回歸模型進行分析發現，當前參試品種在籽粒含水率降至28%所需生理成熟后積溫及天數分別為197.08～353.32 ℃·d和7.3～12.9 d，積溫差為156.24 ℃·d，籽粒含水率降至25%時所需生理成熟后積溫及天數分別為272.80～405.06 ℃·d和10.0～14.7 d，積溫差為132.26 ℃·d，李璐璐等[7]的研究結果表明，在黃淮海地區籽粒含水率降至28%所需的授粉后積溫在參試品種間相差達520 ℃·d，降至25%所需的授粉后積溫在參試品種間相差達592 ℃·d，表明不同玉米品種籽粒脫水存在顯著差異，通過選擇生理成熟后脫水快的品種可有效緩解當前中國玉米機械粒收時籽粒含水率過高的問題，特別是西南玉米生產區。

選育適當早熟、脫水速率快的品種是中國各大玉米生產區實現機械化粒收的關鍵措施[8]。國外適宜機械化粒收的玉米品種在生理成熟期的籽粒含水率僅為22%～23%，收獲時含水率甚至降至15%[20]。中國目前大面積主推品種在生理成熟期的籽粒含水率多在30%以上，本研究參試品種在生理成熟期的籽粒含水率均在33%以上，因此加快玉米生理成熟后籽粒脫水以及選育生理成熟后籽粒脫水快的品種是實現玉米高效機械粒收的重要舉措。本研究發現，生理成熟后籽粒脫水快的品種進入快速脫水期的時間t1明顯小于其他品種，表明縮短生理成熟后籽粒脫水前期的持續時間，將t1提前可以有效地加快生理成熟后籽粒的脫水，降低玉米生理成熟后籽粒含水率降至28%或25%所需積溫，因此適宜機械粒收的玉米品種應具有生理成熟后脫水前期持續時間短的特點。

3.2生理成熟后籽粒與其他器官脫水特性的關系

不同玉米品種的籽粒、苞葉和穗軸含水量兩兩間極顯著相關，然而脫水速率卻相關性不顯著[21]。賈琳等[22]的研究結果表明，籽粒脫水速率與苞葉脫水速率和含水率顯著相關，與穗軸脫水速率和含水率相關性不顯著。本研究結果顯示，生理成熟后籽粒含水率與其他各器官含水率間呈極顯著線性關系，與穗軸含水率的擬合度最高，生理成熟后玉米籽粒脫水速率與穗軸脫水速率極顯著正相關，與前人的研究結果不盡相同，這可能是由于前人在研究玉米器官脫水時始于籽粒灌漿時期，該時期籽粒含水率的變化主要受灌漿的影響變化較快，而本研究始于生理成熟期，籽粒和其他器官均表現為開始逐漸脫水。籽粒在生理成熟后的脫水速率呈現先增加后逐漸降低的趨勢，穗軸和苞葉+果柄則表現出先逐漸增加后降低再增加的趨勢，這可能是由于生理成熟后籽粒與穗軸和苞葉+果柄的脫水存在水分的轉運，而籽粒脫水的末期由于含水率低，此時水分轉運減弱或停止，從而穗軸和苞葉+果柄的脫水速率又呈現出一個高峰。生理成熟后籽粒的脫水與玉米植株各器官的脫水存在密切的關系，整個植株在生理成熟后是一個各器官脫水的組合體，各器官間可能存在一定的水分轉運。因此在選育生理成熟后玉米籽粒脫水快的品種時應考慮其他器官的脫水特性，尤其是穗軸和苞葉應具有快速脫水的特性。

參考文獻：

[1]李少昆. 我國玉米機械粒收質量影響因素及粒收技術的發展方向[J]. 石河子大學學報（自然科學版）， 2017， 35（3）： 265-272.

[2]柴宗文，王克如，郭銀巧，等. 玉米機械粒收質量現狀及其與含水率的關系[J]. 中國農業科學， 2017， 50（11）： 2036-2043.

[3]柳楓賀，王克如，李健，等. 影響玉米機械收粒質量因素的分析[J]. 作物雜志， 2013（4）：116-119.

[4]謝瑞芝，雷曉鵬，王克如，等. 黃淮海夏玉米籽粒機械收獲研究初報[J]. 作物雜志， 2014（2）：76-79.

[5]李淑芳，張春宵，路明，等. 玉米籽粒自然脫水速率研究進展[J]. 分子植物育種， 2014，12（4）：825-829.

[6]高尚，明博，李璐璐，等. 黃淮海夏玉米籽粒脫水與氣象因子的關系[J]. 作物學報， 2018， 44（12）：1755-1763.

[7]李璐璐，明博，高尚，等. 夏玉米籽粒脫水特性及與灌漿特性的關系[J]. 中國農業科學， 2018， 51（10）：1878-1889.

[8]王克如，李少昆. 玉米籽粒脫水速率影響因素分析[J]. 中國農業科學， 2017， 50（11）：2027-2035.

[9]張立國，范騏驥，陳喜昌，等. 玉米生理成熟后籽粒脫水速率與主要農藝性狀的相關分析[J]. 黑龍江農業科學， 2012（3）：1-5.

[10]雷蕾，王威振，方偉，等. 影響夏玉米生理成熟后籽粒脫水的相關因素分析[J]. 玉米科學， 2016， 24（3）：103-109.

[11]CAVALIERI A J， SMITH O S. Grain filling and field drying of a set of maize hybrids released from 1930 to 1982 [J]. Crop Science， 1985， 25（5）： 856-860.

[12]KANG M S， ZUBER M S， COLBERT T R， et al. Effects of certain agronomic traits on and relationship between rates of grain-moisture reduction and grain fill during the filling period in maize[J]. Field Crops Research， 1986， 14（4）： 339-347.

[13]CRANE P L， MILES S R， NEWMAN J E. Factors associated with varietal differences in rate of field drying in corn1[J]. Agronomy Journal， 1959， 51（6）： 318-320.

[14]李璐璐，明博，謝瑞芝，等. 玉米品種穗部性狀差異及其對籽粒脫水的影響[J]. 中國農業科學， 2018， 51（10）： 1855-1867.

[15]張春榮，岳競之，張莉，等. 玉米籽粒含水量與穗部性狀的相關分析[J]. 玉米科學， 2007， 15（1）： 59-61.

[16]萬澤花，任佰朝，趙斌，等. 不同熟期夏玉米品種籽粒灌漿與脫水特性及其密度效應[J]. 作物學報， 2018， 44（10）： 1517-1526.

[17]衛勇強，雷曉兵，梁曉偉，等. 不同夏玉米品種籽粒自然脫水速率的研究[J]. 江蘇農業科學， 2011， 39（6）： 167-168.

[18]CROSS H Z. Leaf expansion rate effects on yield and yield components in early-maturing maize[J]. Crop Science， 1991， 31（3）： 579-583

[19]BROOKING I R. Maize ear moisture during grain-filling， and its relation to physiological maturity and grain-drying[J]. Field Crops Research， 1990， 23（1）： 55-68.

[20]HADI G， KSA S， RCZ F. Changes in the water content of maize varieties after physiological maturity[J]. Acta Agronomica Hungarica， 2015， 57（1）： 41-46.

[21]趙紅香，張慧，孫旭東，等. 不同基因型夏玉米果穗脫水特性綜合評價[J]. 山東農業科學， 2014， 46（12）： 18-22.

[22]賈琳，李鳳海，劉珈伶，等. 適宜機械粒收玉米品種脫水特性及相關性狀研究[J]. 玉米科學， 2019， 27（12）： 136-141.

（責任編輯：陳海霞）