黃淮海區主推夏播玉米品種籽粒脫水特性研究

徐田軍，呂天放，趙久然，王榮煥，邢錦豐，張勇，蔡萬濤，劉月娥，劉秀芝，陳傳永，王元東，劉春閣

黃淮海區主推夏播玉米品種籽粒脫水特性研究

徐田軍，呂天放，趙久然，王榮煥，邢錦豐，張勇，蔡萬濤，劉月娥，劉秀芝，陳傳永，王元東，劉春閣

北京市農林科學院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京 100097

【】籽粒機收是現代玉米生產發展的趨勢和方向。生理成熟期籽粒含水率及生理成熟后籽粒物理脫水速率是決定玉米能否機收籽粒的關鍵因素，明確不同玉米品種籽粒脫水特性差異及其影響因素，可為機收籽粒玉米品種選育和推廣提供理論依據。2017—2018年，以京農科728等18個黃淮海區主推夏播玉米品種為研究材料，測定籽粒含水率的動態變化，分析不同玉米品種籽粒脫水特性的差異及其影響因素。生理成熟期和收獲期籽粒含水率在品種間存在顯著差異，平均為30.67%（CV=2.58%）和23.66%（CV=9.10%）。生理成熟前籽粒生理降水速率和生理成熟后籽粒物理脫水速率在品種間存在顯著差異，平均為0.69 %·d-1和0.48 %·d-1。3種熟期類型品種，中早熟品種生理成熟后籽粒物理脫水速率平均為0.55 %·d-1，分別較中熟品種和中晚熟品種高14.58%和44.74%。參試品種產量平均為10 205.90 kg·hm-2，變幅為8 809.13—11 053.73 kg·hm-2；3種熟期類型品種中，中熟品種產量（10 484.25 kg·hm-2）＞中晚熟品種（10 096.08 kg·hm-2）＞中早熟品種（9 522.81 kg·hm-2），中早熟品種和中熟品種以京農科728和NK815產量最高，分別為10 569.00和11 053.50 kg·hm-2。相關分析表明，籽粒脫水速率與葉片、苞葉、穗軸、穗柄、全株和莖稈脫水速率及風速呈極顯著正相關；與大氣溫度呈顯著正相關；與大氣濕度呈顯著負相關。以籽粒脫水速率和產量建立散點圖，采用雙向平均法將參試品種劃分為4種類型，其中，以早熟脫水快的玉米骨干自交系京2416及其改良系京2418為父本組配的耐密抗倒國審品種京農科728、MC812、MC121和京農科729屬于籽粒脫水快、產量高的品種（生育期平均為108.88 d；生理成熟后籽粒物理脫水速率平均為0.57 %·d-1，收獲時籽粒含水率為21.81%；產量平均為10 811.33 kg·hm-2）。綜合分析參試玉米品種的熟期、籽粒脫水特性及產量表現，在黃淮海夏播玉米區選擇種植京農科728、MC812、MC121和京農科729等中早熟及中熟、脫水快、產量高的玉米品種，可實現收獲期較低籽粒含水率和較高產量水平。

黃淮海區；夏玉米；京農科728；籽粒；脫水特性

0 引言

【研究意義】玉米是我國第一大糧食作物，對保障國家糧食安全和滿足市場需求發揮著主力軍作用[1]。近年來，我國玉米生產機械化水平迅速提高，機械化播種率已達90%左右，但機械化收獲率仍處于較低水平，且主要以摘穗為主，而機收籽粒比例不足10%，主要分布在新疆、黑龍江農墾等玉米產區[2-3]。黃淮海地區通常選擇種植中晚熟或晚熟品種來獲得較高產量，但同時也帶來收獲期籽粒含水率偏高等問題，導致機收時籽粒破碎率高，籽粒霉變風險大，嚴重制約了玉米機收籽粒技術的推廣[4-5]。前人研究表明，玉米收獲期的籽粒含水率與生理成熟后的脫水速率密切相關[6]，收獲時籽粒含水率和脫水速率在品種間存在顯著差異[7-8]。明確黃淮海區主推夏播玉米品種的籽粒脫水特性，對篩選機收籽粒玉米品種和實現籽粒機收具有重要指導意義。【前人研究進展】收獲期玉米籽粒含水率主要由生理成熟期籽粒含水率和生理成熟后的籽粒物理脫水速率決定。MAIORANO等[9]將玉米籽粒水分變化過程劃分為遲滯期、灌漿期脫水和生理成熟后脫水3個階段。Cross等[10]認為，玉米籽粒脫水過程可分為生理成熟前的生理脫水和生理成熟后的自然脫水階段。收獲期玉米籽粒含水率受生理成熟后自然脫水速率影響，該性狀為數量性狀，受基因加性作用，可遺傳[11]。玉米籽粒脫水進程除受品種特性影響外，還與環境因子密切相關[12-14]，且生理成熟前、后的主導環境因子存在差異。生理成熟前玉米籽粒生理降水主要受溫度影響；成熟后的籽粒物理脫水速率與溫度、風速、日輻射空氣濕度、降雨、環境水分的飽和虧缺等有關[15]。【本研究切入點】黃淮海區的主要種植制度是冬小麥夏玉米一年兩熟制。光溫資源緊張、耕種時間短是該地區農業生產的主要矛盾，玉米收獲時因未達到生理成熟，導致籽粒含水率偏高是該區玉米機械粒收技術應用的重要制約因素。【擬解決的關鍵問題】本研究以18個黃淮海區主推夏播玉米品種為試驗材料，通過研究其籽粒脫水特性差異及其影響因素，為機收籽粒玉米品種選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為黃淮海區18個生產主栽夏播玉米品種（表1）。

1.2 試驗設計

于2017和2018年在北京市農林科學院通州試驗基地開展試驗。試驗田耕層土壤養分含量為有機質11.1 g·kg-1、堿解氮109 mg·kg-1、有效氮21.1 mg·kg-1、有效磷24.2 mg·kg-1、速效鉀158 mg·kg-1。試驗小區采用隨機區組排列，重復3次，小區面積72 m2，12行區、行長10 m、行距0.60 m。2017和2018年均于6月10日播種，生理成熟后14 d收獲。留苗密度均為67 500株/hm2。其他管理同當地大田生產，參試品種生育期內氣象條件如圖1所示。

1.3 籽粒脫水速率測定

吐絲前，各品種選擇生長一致、無病蟲害的代表性植株進行統一套袋授粉，以確保取樣果穗授粉日期一致。自授粉后15 d開始，各小區每次取樣3株，稱取果穗中部籽粒（100粒）、莖、葉、穗柄、苞葉、穗軸鮮重，在105℃烘箱中殺青30 min后，80℃烘干至恒量，測定參試品種籽粒及各器官的干物重，并計算其含水率。每7 d取樣一次，直至各品種達到生理成熟期（玉米籽粒基部黑層出現，乳線消失），之后每5 d取樣一次。測定時如遇降水天氣，則取樣順延1 d。

各器官（籽粒、莖、葉、穗軸、穗柄、苞葉）含水率（%）=（各器官鮮重-各器官干重）/各器官鮮重×100

籽粒總脫水速率（%·d-1）=（吐絲后36 d籽粒含水率-收獲期籽粒含水率）/間隔天數

生理成熟前籽粒生理降水速率（%·d-1）=（吐絲后36 d籽粒含水率-生理成熟期籽粒含水率）/間隔天數

生理成熟后籽粒物理脫水速率（%·d-1）=（生理成熟期籽粒含水率-收獲期籽粒含水率）/間隔天數

各器官（莖、葉、穗軸、穗柄、苞葉）脫水速率（%·d-1）=（吐絲后36 d各器官含水率-收獲期各器官含水率）/間隔天數

1.4 產量

收獲期，剔除邊行植株，各小區人工收獲中間4行，然后自然風干，考種后脫粒并計算產量（按14%標準含水量折算）。

1.5 數據處理

采用SAS軟件對數據進行方差分析，其中處理間差異顯著性采用LSD法進行檢驗（α=0.05）。采用Microsoft Excel 2017 和Sigma Plot 10.0進行數據計算和作圖。

2 結果

2.1 參試玉米品種的生育期及其分類

參試玉米品種生育期平均為111.6 d，變幅為103.5—118.5 d。其中，鄭單958、偉科702和裕豐303生育期平均分別為118.5、118.5和118.0 d；華美1號、SK567、DK517、京農科728生育期均為110 d以下，其余品種生育期居中（表1）。

對參試玉米品種生育期進行系統聚類分析（圖2）。當閾值等于10時，可將參試玉米品種熟期類型分為3類。京農科728、華美1號、SK567和迪卡517為中早熟品種；京農科729、MC812、農華101、MC703、MC121、MC278、NK815、聯創808、先玉335、蠡玉35和登海605為中熟品種；偉科702、裕豐303和鄭單958為中晚熟品種。

2.2 產量及其構成要素

參試玉米品種平均產量為10 205.90 kg·hm-2，變幅為8 809.75—11 053.50 kg·hm-2（表2）。不同熟期類型間，中熟品種產量（10 484.25 kg·hm-2）＞中晚熟品種（10 096.08 kg·hm-2）＞中早熟品種（9 522.81 kg·hm-2）。不同品種間，產量水平≥10 500 kg·hm-2的品種有京農科728、京農科729、MC812、NK815、MC121、登海605、先玉335、MC703；9 750—10 500 kg·hm-2的品種有MC278、偉科702和裕豐303；9 000—9 750 kg·hm-2的品種有農華101、SK567、華美1號和蠡玉35。NK815的產量最高，平均為11 053.5 kg·hm-2，較鄭單958（10 138.0 kg·hm-2）高9.03%。京農科728（10 569.0 kg·hm-2）、京農科729（10 822.5 kg·hm-2）、MC812（10 863.1 kg·hm-2）和MC121（10 990.8 kg·hm-2）的平均產量為10 811.3 kg·hm-2，顯著高于鄭單958（10 138 .0 kg·hm-2），平均增幅為6.6%。穗粒數平均為489粒，變幅為430（迪卡517）—541粒（MC812）；百粒重平均為33.8 g，變幅為29.1（華美1號）—37.1 g（農華101）。相關分析表明，產量與生育期呈顯著正相關（0.34*），與穗粒數和百粒重呈極顯著正相關（0.83**和0.49**）（表3）。

表2 參試品種產量及產量構成要素

同一列數字后不同小寫字母表示不同處理間差異達0.05顯著水平。**表示在＜0.01 水平差異顯著，*表示在＜0.05 水平差異顯著，NS 表示差異不顯著。下同

Values within a column followed by different small letters are significantly different at 0.05 probability level among different treatments. **, significantly different at< 0.01; *, significantly different at< 0.05; NS, the difference was not significant. The same as below

表3 產量與生育期、穗粒數和百粒重的相關性分析

x1：生育期；x2：穗粒數；x3：百粒重；x4：產量

x1: Growth period; x2: Grains number per ear; x3: 100-grain weight; x4: Yield

圖2 參試玉米品種生育期的系統聚類圖

2.3 參試玉米品種的籽粒含水率及脫水速率

參試玉米品種籽粒含水率在生理成熟期（平均為30.67%，變幅為29.40%—32.17%）和收獲期（平均為23.66%，變幅為20.15%—27.92%）存在顯著差異（表4）。其中，偉科702生理成熟期和收獲期的籽粒含水率最高，平均分別為32.17%和27.92%。生理成熟前籽粒生理降水速率、生理成熟后籽粒物理脫水速率及總脫水速率在品種間存在顯著差異。參試品種生理成熟前籽粒生理降水速率平均為0.69 %·d-1，變幅為0.56—0.87 %·d-1。3種熟期類型品種，中早熟品種生理成熟前籽粒生理降水速率平均為0.55 %·d-1，分別較中熟品種和中晚熟品種高14.58%和44.74%。不同品種間，降水速率≥0.70 %·d-1的品種有京農科728、華美1號、農華101、MC703和MC278，≤0.6 %·d-1的品種有聯創808和裕豐303，其余品種介于兩者之間。

參試品種生理成熟后籽粒物理脫水速率平均為0.48 %·d-1，變幅為0.30—0.59 %·d-1。生理成熟后籽粒物理脫水速率＞0.50 %·d-1的品種有京農科729（0.59 %·d-1）、京農科728和MC812（0.57 %·d-1）、迪卡517（0.56 %·d-1）、MC121和華美1號（0.54 %·d-1）以及SK567（0.52 %·d-1），均顯著高于鄭單958（0.36 %·d-1）和先玉335（0.50 %·d-1）。京農科728和京農科729生理成熟后籽粒物理脫水速率較鄭單958分別高58.33%和63.89%，較先玉335分別高14.00%和18.00%。生理成熟后籽粒物理脫水速率＜0.40 %·d-1的品種有登海605、鄭單958和偉科702，其余品種介于0.04—0.50 %·d-1。參試品種總脫水速率平均為0.58 %·d-1，變幅為0.49 %·d-1（偉科702）—0.73 %·d-1（京農科728）。其中，京農科728和華美1號總脫水速率達0.70 %·d-1以上，鄭單958和偉科702則低于0.50 %·d-1。

2.4 參試玉米品種的葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈及整株脫水速率

參試玉米品種葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈和整株的含水率隨授粉天數呈降低趨勢，并在授粉后36 d后下降速率加快。苞葉含水率在授粉后36 d之前差異不大，授粉后36—64 d急劇下降，之后趨于平緩（圖3）。由表5可知，參試品種葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈和整株脫水速率平均分別為1.30、1.27、0.38、0.25、0.27和0.47 %·d-1，變幅分別為0.91—1.50、0.63—1.46、0.18—0.60、0.15—0.49、0.16—0.42和0.21—0.71 %·d-1。京農科728和華美1號的葉片、苞葉、穗軸、莖稈和整株脫水速率相對較高，而鄭單958和偉科702則相對較低。

表4 參試品種籽粒含水率和脫水速率

表5 參試品種葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈及整株脫水速率

圖3 參試品種葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈及整株含水率的變化

2.5 參試品種籽粒脫水速率與葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈、整株脫水速率及氣象因素的相關性分析

通過對參試玉米品種籽粒脫水速率與整株、各器官的脫水速率、氣象因素進行相關分析（表6），結果表明籽粒脫水速率與葉片脫水速率（0.89**）、苞葉脫水速率（0.76**）、穗軸脫水速率（0.94**）、穗柄脫水速率（0.96**）、莖稈脫水速率（0.92**）、整株脫水速率（0.95**）、風速（0.63**）呈極顯著正相關，與大氣溫度（0.53*）呈顯著正相關，與大氣濕度（-0.56*）呈顯著負相關。

表6 參試品種籽粒脫水速率與葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈、整株脫水速率及氣象因素的相關性分析

x1：葉片脫水速率；x2：苞葉脫水速率；x3：穗軸脫水速率；x4：穗柄脫水速率；x5：莖稈脫水速率；x6：整株脫水速率；x7：大氣濕度；x8：大氣溫度；x9：風速；x10：籽粒脫水速率

x1: leaf dehydration rate; x2: bract dehydration rate; x3: cob dehydration rate; x4: ear stalk dehydration rate; x5: stalk dehydration rate; x6: whole plant dehydration rate; x7: atmospheric humidity; x8: atmospheric temperature; x9: wind speed; x10: grain dehydration rate

2.6 基于生理成熟后籽粒物理脫水速率和產量的玉米品種分類

采用雙向平均法，以參試玉米品種生理成熟后的籽粒物理脫水速率和產量建立散點圖，可將參試品種劃分為4種類型（圖4）。其中，以玉米骨干自交系京2416及其改良系京2418為父本組配選育的早熟耐密國審品種京農科728、京農科729、MC812和MC121，以及先玉335、MC703和MC278屬于籽粒脫水快、高產型品種；NK815、登海605、鄭單958、偉科702和裕豐303為籽粒脫水慢、高產型品種；農華101、聯創808、蠡玉35為籽粒脫水慢、中產型品種；華美1號、迪卡517和SK567為籽粒脫水快、低產型品種。

3 討論

玉米籽粒機收已成為我國玉米生產發展的趨勢和方向[16]，目前籽粒機收技術主要在西北、東北早熟區應用較為廣泛，而在黃淮海地區特別是黃淮海北部地區應用程度較低[17]。近年來，玉米生產中往往通過種植晚熟品種來獲得較高產量，但同時也帶來收獲期籽粒含水率偏高等問題，導致籽粒破損率高、烘干成本增加，影響了玉米籽粒機收質量，嚴重制約了玉米籽粒機收技術的推廣與應用[18-19]。在黃淮海區小麥-玉米一年兩熟的耕作制度下，玉米生育期僅有100—110 d，因此要實現籽粒機械收獲且產量不降，必須要充分協調品種熟期與收獲期籽粒含水率的關系。已有研究表明，不同玉米品種間籽粒含水率存在顯著性差異[20]。Daynard等[21]研究表明，春玉米品種黑層完全形成時籽粒含水率變幅為30.0%—37.0%；楊國航等[22]研究表明，夏玉米品種黑層形成時籽粒含水率為30.4%—36.4%。本研究表明，不同玉米品種生理成熟期籽粒含水率差異顯著，參試品種生理成熟期籽粒含水率平均為30.67%，變幅為29.40%—32.17%，這與前人研究結果一致[21-22]。已有研究表明，玉米產量隨生育期的延長而增加，主要是通過延長光能利用持續期進而獲得較高的產量[23]。但本研究發現生育期110 d左右的中熟和中早熟品種京農科729、京農科728、MC812和MC121，產量平均為10 811.33 kg·hm-2；生育期120 d左右的中晚熟品種鄭單958、偉科702和裕豐303平均產量為10 096.08 kg·hm-2。由此可見，在黃淮海區特別是黃淮海北部地區，熟期相對較早的京農科729、京農科728、MC812、MC121比鄭單958等晚熟玉米品種更具有產量優勢。

圖4 參試玉米品種產量和脫水速率的關系

劉武仁等[24]研究認為，可通過選擇熟期適宜的高產玉米品種來降低籽粒含水量。籽粒的脫水速率直接決定了品種收獲期的籽粒含水率[25]。選擇熟期適宜、品質好、脫水快的玉米品種是實現玉米機收籽粒的重要前提。本研究表明，參試品種生理成熟前的籽粒生理降水速率、生理成熟后的籽粒物理脫水速率在品種間存在顯著性差異，分別平均為0.69和0.48 %·d-1。京農科729（0.59 %·d-1）、京農科728和MC812（0.57 %·d-1）、迪卡517（0.56 %·d-1）、MC121（0.54 %·d-1）、華美1號（0.54 %·d-1）、SK567（0.52 %·d-1）生理成熟后籽粒物理脫水相對較快，均在0.50 %·d-1以上，而鄭單958（0.36 %·d-1）脫水較慢，在0.40%·d-1以下。李鳳海等[26]研究表明，生理成熟后籽粒脫水速率在雜交種父本間差異極顯著，母本間無差異。本研究中，京農科728、MC812、MC121和京農科729是以京2416及其改良系京2418為父本組配選育而成，京2416及其改良系京2418具有脫水快的優良特性是其組配選育雜交種脫水快的主要原因。從影響收獲期籽粒含水率的因素來看，主要受脫水速率和生育后期環境條件的共同影響[27]。本研究表明，籽粒脫水速率與葉片、苞葉、穗軸、穗柄、莖稈及全株的脫水速率和風速呈極顯著正相關，與大氣溫度呈顯著正相關，與大氣濕度呈顯著負相關。這與閆淑琴等[28]研究基本一致。因此，在選育脫水快、適宜機收籽粒玉米品種時應著重考慮對苞葉、穗軸等器官脫水性狀的選擇。

4 結論

黃淮海夏播玉米生產中，機收籽粒品種選擇需綜合考慮熟期、產量和收獲期籽粒含水率的要求。綜合分析參試玉米品種的熟期、籽粒脫水特性及產量表現，在黃淮海夏播玉米區選擇種植中熟及中早熟、脫水快、產量高的玉米品種京農科728、MC812、京農科729和MC121（生育期平均為108.9 d；生理成熟后籽粒物理脫水速率平均為0.57 %·d-1，收獲時籽粒含水率為21.81%；產量平均為10 811.33kg·hm-2），可實現收獲期較低籽粒含水率和較高產量水平。

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The grain dehydration characteristics of the main summer maize varieties in Huang-Huai-Hai region

XU TianJun, Lü TianFang, ZHAO JiuRan, WANG RongHuan, XING JinFeng, ZHANG Yong, CAI WanTao, LIU YueE, LIU XiuZhi, CHEN ChuanYong, WANG YuanDong, LIU ChunGe

Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture & Forestry Sciences/Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097

【】Grain mechanical harvesting is the developing direction of modern maize production in China. The moisture content at physiological maturity (PM) and grain dehydration rate after PM are the key factors for realizing maize grain mechanical harvesting. The aim of this study was to clarify the differences and influencing factors for the dehydration characteristics of different maize varieties, so as to provide a theoretical instruction for the breeding and extending of grain mechanical harvesting varieties.【】Taking18 main maize varieties in Huang-Huai-Hai region as research materials, the field experiment was conducted in 2017-2018, and the dynamics of maize grain moisture content were tested to study and clarify the differences and influencing factors for the dehydration characteristics.【】The moisture content of different maize varieties at PM and harvesting differed significantly, with an average of 30.67% (CV=2.58%) and 23.66% (CV=9.10%). There were significant differences between grain dehydration rate before and after PM of the tested varieties, with an average of 0.69%·d-1and 0.48%·d-1, respectively. The average physical dehydration rate after PM of middle early maturing varieties was 0.55%·d-1, which was 14.58% and 44.74% higher than that of middle maturing and middle late maturing varieties, respectively. The average yield of the tested varieties was 10 205.90 kg·hm-2, with the range of 8 809.13-11 053.73 kg·hm-2. the yield of middle maturity variety (10 484.25 kg·hm-2) > middle late maturing variety (10 096.08 kg·hm-2) > middle early maturing variety (9 522.81 kg·hm-2), and Jingnongke728 and NK815 had the highest yield of 10 569.00 and 11 053.50 kg·hm-2, respectively. Correlation analysis showed that the dehydration rate of grain was significantly positively correlated with the dehydration rate of leaves, bracts, rachis, stalk, whole plant and stem and wind speed. There was significantly positively correlated with atmospheric temperature and negatively correlated with atmospheric humidity. The varieties were divided into 4 types according to the grain dehydrate rate and yield by two-way average method. JNK728, JNK729, MC812 and MC121 were selected by using maize core inbred Jing2416 and its improved inbred Jing2418, which were characterized by early maturity and fast dehydrating rate as the male parent belongs to the fast dehydration rate and high yield type (the average growth period was 108.9 d; the average grain dehydration rate after physiological maturity was 0.57 %·d-1; the moisture content of grain at harvest was 21.81%; the average yield was 10 811.33 kg·hm-2).【】According to the growth period, grain dehydration rat and yield level, the maize varieties of JNK728, MC812, JNK729 and MC121 were characterized by medium-early and medium maturity, fast dehydration rate and high yield, and could realize lower grain moisture content and higher yield level in Huang-Huai-Hai region.

Huang-Huai-Hai region; summer maize; Jingnongke728; grain; dehydration characteristics

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.04.004

2020-04-27；

2020-07-29

國家重點研發計劃（2017YFD0101202）、現代農業產業技術體系專項（CARS-02-11）、北京市農林科學院科技創新能力建設專項（KJCX20180423）、北京市農林科學院院級科技創新團隊建設項目（JNKYT201603）

徐田軍，E-mail：xtjxtjbb@163.com。呂天放，E-mail：314565358@qq.com。徐田軍和呂天放為同等貢獻作者。通信作者趙久然，E-mail：maizezhao@126.com。通信作者王榮煥，E-mail：ronghuanwang@126.com

（責任編輯 楊鑫浩）