授粉后降雨對玉米雜交種結(jié)實以及籽粒性狀的影響

曲思泛，馬乙傲，劉寧，王本峰，張春慶，吳承來

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東 泰安 271018；2.山東中農(nóng)天泰種業(yè)有限公司，山東 平邑 273300）

隨著全球氣候的變化，極端天氣的出現(xiàn)也變得更加頻繁，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生極大影響。由于受到干旱的影響，秘魯每周的香蕉出口下降25%［1］，美國加州的油梨生產(chǎn)也受到干旱的影響［2］。與此同時，強降雨也導(dǎo)致茶葉［3］、甘蔗［4］、咖啡［5］等經(jīng)濟作物產(chǎn)量大幅下降。

玉米為我國的主要作物，黃淮海地區(qū)為主要種植區(qū)之一。其主要栽培方式為夏直播，花期會與雨熱同期的氣象因素重疊，授粉過程中會遇到連陰雨天氣情況。花期降雨特別是連續(xù)陰雨會導(dǎo)致開花延遲、結(jié)實率降低，而且陰雨條件下氣溫降低、濕度增大，影響花藥開裂同時導(dǎo)致柱頭分泌物被沖淡流失，最終造成籽粒質(zhì)量及產(chǎn)量降低。因此，本試驗以鄭單958為材料，研究授粉后降雨對玉米產(chǎn)量及其籽粒形狀的影響，以期為災(zāi)害評估和雨后調(diào)優(yōu)栽培提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年在位于山東省平邑縣的山東中農(nóng)天泰種業(yè)股份有限公司試驗基地（117°25′E，35°07′N）進行。供試玉米品種為鄭單958，夏播生育期96天。

1.2 試驗設(shè)計與處理

試驗小區(qū)為4行區(qū)種植，行長5 m，行距0.5 m，密度67 500株/hm2。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。6月15日播種，田間管理同當?shù)卮筇铩?/p>

1.2.1 人工授粉 選取株型整齊一致的植株，于吐絲前統(tǒng)一套袋并掛牌標記，吐絲后第4天選取吐絲一致、花絲充足的雌穗進行人工飽和授粉，授粉后立刻套好紙袋。

1.2.2 模擬降雨 降雨采用人工模擬方式進行，設(shè)授粉后（hours after pollination，HAP）間隔0、1、2、6、12、24 h降雨，并以授粉后不進行模擬降雨（下簡稱降雨）為對照（CK）共7個處理。降雨量參照《國家氣象局頒布的降水強度等級劃分標準》（2008）中的中雨（10.0～24.9 mm）執(zhí)行，設(shè)模擬降雨量為15 mm，通過計算穗部橫截面積，轉(zhuǎn)為噴42 mL/穗。采用V159002噴霧器按處理水量均勻噴布授粉后花絲，噴后將紙袋重新套回雌穗，并在紙袋上噴水以模擬連續(xù)陰雨的潮濕環(huán)境。

1.3 調(diào)查測定項目及方法

以籽粒出現(xiàn)黑色層為標準統(tǒng)一收獲晾曬，選取20個果穗測定產(chǎn)量及籽粒性狀。用Patrn DA7200近紅外品質(zhì)分析儀測定籽粒營養(yǎng)成分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)，SPSS 26.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，顯著性檢驗采用Tukey’s-b（K）進行，采用GraphPad Prism 8.0.2軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 授粉后降雨對玉米產(chǎn)量性狀的影響

2.1.1 對結(jié)實率和出籽率的影響 方差分析結(jié)果（表1）表明，處理間結(jié)實率的差異達極顯著水平，而重復(fù)間無顯著差異。由圖1A、1B可見，授粉后降雨顯著降低鄭單958的結(jié)實率及出籽率，且降雨間隔時間越短，兩者受影響程度越大。授粉后立即進行降雨（0 h）結(jié)實率較對照降低59.04個百分點，授粉后24 h降雨結(jié)實率仍出現(xiàn)顯著差異，下降15.69個百分點。相較于對照，授粉后12 h之前降雨出籽率顯著下降，12 h后降雨對出籽率有一定影響但差異不顯著。授粉后不同時間降雨處理的果穗結(jié)實情況如圖2所示。

圖2 授粉后不同時間降雨處理的果穗

表1 不同處理玉米結(jié)實率的差異性分析

2.1.2 對產(chǎn)量的影響 由圖1C可見，隨著授粉后降雨間隔時間的縮短，鄭單958產(chǎn)量相較于對照顯著降低。授粉后立即降雨，產(chǎn)量為5 429.57 kg/hm2，比對照降低65.82%，其它各降雨處理分別降低12.03%（24 h）、29.49%（12 h）、35.75%（6 h）、42.07%（2 h）、54.36%（1 h）。

圖1 授粉后降雨對產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的影響

2.2 授粉后降雨對玉米穗部性狀的影響

由圖3A、3B可以看出，隨著授粉后降雨時間間隔的縮短，穗長、穗粗較對照大多顯著降低，0 h時穗長、穗粗較對照分別降低29.42%及16.73%。圖3C、3D顯示，授粉后降雨穗軸長較對照顯著降低，穗軸粗受到一定影響，但各處理間差異多不顯著。這表明由降雨引起的穗長變化是由穗軸長的變化所引起，而穗粗的變化并不是由穗軸粗的變化所引起，而可能是由于籽粒性狀的改變造成穗粗降低。

圖3 授粉后降雨對穗部性狀的影響

授粉后降雨對穗行數(shù)的影響較小（圖4A），差異均不顯著。降雨造成的結(jié)實率降低使得行粒數(shù)較對照顯著降低（圖4B）。

圖4 授粉后降雨對穗行數(shù)及行粒數(shù)的影響

2.3 授粉后降雨對玉米籽粒與品質(zhì)性狀的影響

由圖5A可以看出，授粉后各時間段降雨對百粒重產(chǎn)生的影響有差異，其中授粉后0 h降雨百粒重為46.26 g，較對照顯著增加17.21%，除授粉后24 h降雨百粒重較對照低，其它處理均有一定增加。

圖5B顯示，授粉后降雨，籽粒體積較對照有一定的下降但差異不顯著。

圖5C顯示，授粉后降雨顯著提高玉米籽粒蛋白質(zhì)相對含量（24 h除外），且授粉后降雨間隔時間越短，增幅越大，0 h降雨處理的籽粒蛋白質(zhì)相對含量為14.11%，較對照（10.71%）增加3.4個百分點。

圖5D顯示，授粉后降雨處理降低籽粒淀粉相對含量（24 h除外），且授粉后降雨間隔時間越短，淀粉含量降幅越大，授粉后0 h降雨其淀粉含量為63.04%，較對照（66.39%）下降3.35個百分點。

圖5 授粉后降雨對籽粒性狀的影響

3 討論與結(jié)論

魏良民［6］發(fā)現(xiàn)花期降雨會嚴重損害食葵的產(chǎn)量以及商品性。盧合全［7］、代建龍［8］等報道，苗期降雨會顯著降低棉花的出苗率并影響產(chǎn)量。姜春光等［9］發(fā)現(xiàn)，模擬降雨會影響糯玉米對養(yǎng)分的吸收。前人還對模擬酸雨噴施小麥進行過研究:武德傳等［10］在小麥生育后期模擬酸雨后發(fā)現(xiàn)，降雨的pH值越低，小麥生物量積累越慢；卞雅姣等［11］研究發(fā)現(xiàn)，酸雨脅迫不僅影響小麥產(chǎn)量，而且對品質(zhì)也有明顯影響。Wang等［12］發(fā)現(xiàn)酸雨會顯著影響水稻產(chǎn)量。本試驗研究模擬中雨對玉米結(jié)實的影響，結(jié)果表明授粉后降雨對鄭單958產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，授粉與降雨的間隔時間越短，產(chǎn)量降幅越大。授粉后降雨不僅稀釋柱頭上的粘性物質(zhì)，使得花粉與柱頭的粘附性降低，同時花粉吸水后破裂使得精細胞與卵細胞的結(jié)合率降低，從而導(dǎo)致結(jié)實率降低，嚴重影響產(chǎn)量。

蛋白質(zhì)作為玉米籽粒的重要營養(yǎng)組成，是重要的加工指標，同時也能為籽粒萌發(fā)提供必需的氨基酸。試驗表明，授粉后降雨會使玉米籽粒蛋白質(zhì)相對含量顯著增加，增加的原因可能是籽粒體積較對照降低后籽粒蛋白質(zhì)含量的濃縮效應(yīng)所致［10］。淀粉作為籽粒萌發(fā)中主要的供能物質(zhì)，含量高低會影響籽粒的萌發(fā)［13］。本研究結(jié)果表明，授粉后降雨會顯著降低籽粒淀粉相對含量，且間隔時間越短，降幅越大，這與前人的研究結(jié)論基本一致［14］。籽粒蛋白質(zhì)、淀粉含量是判斷玉米籽粒品質(zhì)的重要指標［15］。降雨導(dǎo)致的籽粒淀粉含量降低會影響籽粒品質(zhì)，進而造成經(jīng)濟損失。

綜上所述，授粉后降雨會顯著影響玉米產(chǎn)量以及籽粒營養(yǎng)成分含量，盡管提高了籽粒蛋白質(zhì)相對含量，但淀粉含量和產(chǎn)量的降低以及籽粒發(fā)霉使得籽粒的加工品質(zhì)下降。同時籽粒營養(yǎng)成分含量的改變會對后期籽粒的萌發(fā)以及加工造成影響。為減少由于降雨造成的損失，播種時應(yīng)將玉米花期與連續(xù)降雨期錯開，避免散粉期遭遇連陰雨。