不同株高雜交種玉米抗倒伏特性及雜種優勢

潘志遠，段燕燕，常寶學，崔振坤，祁炳琴，胡 靜，勾 玲

(1.石河子大學新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室/石河子大學農學院，新疆石河子 832003；2. 新疆九圣禾種子標準研究院有限公司，新疆昌吉 831100)

0 引言

【研究意義】我國玉米種植面積和產量已占到糧食作物的三分之一[1]。但由于玉米生長期間常遇高溫干旱、暴雨大風等異常天氣或病蟲害發生等不利因素的干擾而造成田間倒伏，對玉米穩產、高產影響較大。當前制約玉米密植高產主要限制因素之一為田間倒伏[2]。倒伏會導致葉片正常空間分布被破壞，使其光合效率降低，干物質積累減少。特別是玉米莖稈發生折斷，會使莖稈的輸導系統遭到破壞，影響葉片水分、養分的供給，造成玉米減產。嚴重時會使植株死亡，甚至出現絕產。全世界每年因莖折損失的玉米產量5%～20%[3]。增強玉米抗倒性對提高玉米產量具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】玉米莖稈抗倒伏能力取決于多個性狀的共同作用[4]。株高降低會使植株重心降低，能顯著提升玉米的抗倒能力。株高與倒伏有密切關系[5]。玉米莖稈穗位高、地上部第三節莖粗及穿刺強度等指標與其抗倒性有顯著性關系。莖粗較大、穿刺強度較強，莖稈的抗倒性就越高[6,7]。玉米雜交種抗倒性與其親本有密切關系[8]。玉米雜交種株高與其雙親均呈顯著性正相關[9]；穗位高與其父本有顯著性正相關關系[10]?！颈狙芯壳腥朦c】但不同株高玉米雜交種F1的抗倒性與其親本有怎樣的內在聯系，還不十分清楚。不同株高玉米雜交種抗倒伏性的雜種優勢差異如何，還需做進一步深入研究與探討?！緮M解決的關鍵問題】將玉米雜交種F1依據株高分為矮稈、中稈、高稈三種類型，選用9個玉米雜交種及其親本為材料，研究玉米植株形態、莖稈強度及抗倒伏性等性狀與株高的相互關系及其雜種優勢，為玉米抗倒品種篩選與大面積密植高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用不同株高玉米雜交種及其親本自交系，高稈材料：鑫海158、新科891和郁青358及其親本；中稈材料：九圣禾2468、九圣禾581和新玉47及其親本；矮稈材料：DM1114、九玉D03和九圣禾235及其親本，共計27份材料。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗2019～2020年于新疆昌吉九圣禾產業園區內進行，小區安排為2膜4行30+70(cm)寬窄行配置，行長3 m，行數4行。株距約24 cm，留苗密度為6 000 株/667m2(90 000株/hm2)。于4月22日播種，9月12日收獲。其他田間管理措施與當地高產田模式一致。

1.2.2 測定指標

植株形態：于玉米抽雄期田間隨機取生長一致有代表性連續的5株，用卷尺測量其株高(PH)、穗位高(EH)，并計算其穗位系數(EHC)。株高是地面離玉米雄穗頂部的高度。穗位高是指地面至第一果穗著生節位的高度。

穗位系數 = 穗位高/株高。

節間形態：于玉米抽雄期在田間隨機取長勢一致有代表性的5株，用直尺測定玉米基部第3節間長度(IL)，用游標卡尺測量取節間1/2處直徑，即莖粗(SW)，并計算其莖粗系數(SDC)。

莖粗系數=莖粗/莖長。

基部節間強度(Rind penetration strength，縮寫RPS)：用莖稈強度測定儀測定第3節間中部莖稈強度。用莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司，中國杭州)將一定橫斷面積(如 1 mm2)的測頭，在節間中部短軸面垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取穿透莖稈表皮的最大穿刺強度。

田間倒伏：于玉米收獲前對各小區植株倒伏情況進行調查，記錄田間總倒伏株數，分別調查根倒株數和莖折株數，測量莖折高度及發生節位。

田間總倒伏率=(莖折數+根倒數)/ 小區總株數 ×100%。

莖折率 (Stem break rate)= 莖折株數 / 小區總株數 ×100%。

1.3 數據處理

用SPSS24.0進行方差分析，并計算雜種優勢。超母優勢(%)=(F1-P1)/P1×100。超父優勢(%)=(F1-P2)/P2×100。雜種優勢指數(%)=F1/MP×100。F1：雜交種一代；MP：父母本性狀均值；P1：母本；P2：父本。

2 結果與分析

2.1 不同株高玉米雜交種植株性狀及雜種優勢差異

研究表明，矮稈類型穗位高在60～80 cm；中稈類型穗位在90～98 cm；高稈類型穗位高在150 cm左右，且不同類型雜交種間穗位高存在顯著差異。由植株高度由矮稈到高稈類型的穗位系數分別為0.39～0.4、0.36～0.38和0.3～0.35，且矮稈與高稈類型穗位系數之間差異顯著。玉米雜交種穗位高與株高密切相關。隨著株高的提高，穗位高、穗位系數也會升高，玉米倒伏的風險加大。

供試玉米雜交種的株高均表現較高的正向雜種優勢。除矮稈材料外，中稈和高稈類型品種株高超母優勢均高于超父優勢。株高雜種優勢指數表現高稈類型明顯高于矮稈類型，由矮稈到高稈分別為111%～118%、128%～130%和131%～142%。表1

表1 不同株高玉米雜交種植株性狀比較

玉米穗位高的超母優勢高于超父優勢，由矮稈到高稈類型表現逐漸升高的趨勢，且穗位高的雜種優勢指數也隨株高的增加而提高。不同類型品種穗位高雜種優勢分別為86%～123%、121%～136%和139%～150%。玉米雜交種穗位系數超父、超母優勢均較低，雜種優勢表現高稈類型大于矮稈類型。圖1

圖1 不同株高玉米雜交種植株性狀雜種優勢比較

2.2 不同株高玉米雜交種莖節性狀及雜種優勢比較

研究表明，玉米雜交種基部節間長度隨著株高的升高而伸長，莖粗系數變小，而節粗變化差異不顯著。矮稈類型基部節間長度變幅在10.1～13.8 cm，中稈類型為14.8～16.7 cm，高稈類型變幅度為16.7～18.6 cm。高稈類型莖粗系數最低，變幅在0.10～0.13；矮稈類型最低，為0.15～0.19，且兩者莖粗系數差異達顯著水平。玉米雜交種株高與基部節間長度密切相關。表2

表2 不同株高玉米雜交種莖節性狀比較

高稈玉米基部節間長度正向雜種優勢均表現比較高，且超母優勢大于超父優勢。而矮稈類型雜種優勢指數較低(<100%)，中親優勢和超母、超父優勢指數也偏低，且多為負值。玉米雜交種莖粗的超母優勢和超父優勢偏低，不同類型差異不大。莖粗系數的雜種優勢相關指數則表現矮稈類型大于高稈類型。選擇株高越低的自交系做父母本，其基部節間長度的雜交優勢會降低，雜交種F1的節間長度會縮短，莖粗系數會變大。圖2

圖2 不同株高玉米雜交種莖節性狀雜種優勢比較

2.3 不同株高玉米雜交種莖稈穿刺強度、倒伏率及雜種優勢的比較

研究表明，不同株高雜交種玉米基部節間莖稈穿刺強度變化差異較大，高稈類型品種莖稈穿刺強度較中稈、矮稈均低。莖稈穿刺強度的雜種優勢指數較強，且超父優勢大于超母優勢(九圣禾2468除外)。矮稈類型莖稈穿刺強度的雜種優勢指數最高，為140%～155%左右，高稈材料最低在100%～128%，且易發生莖折。玉米親本植株高度越高，其雜交種穿刺強度越低。選擇自交系植株高度較低的材料做父母本，有利于提高莖稈抗倒伏強度，降低田間發生倒伏的風險。表3

表3 不同株高玉米雜交種莖稈穿刺強度、倒伏率及雜種優勢

2.4 玉米植株及節間性狀與抗倒伏性狀相關性

研究表明，莖稈穿刺強度與株高、穗位高呈顯著負相關關系，與穗位系數、節粗和莖折率呈負相關；與莖粗系數正相關。莖折率與株高、穗位高、穗位系數和節間長度呈正相關，與莖稈穿刺強度呈負相關關系。表4

表4 玉米雜交種植株性狀與抗倒伏能力相關性比較

3 討 論

高密度種植條件下玉米更容易發生莖折[11]。玉米株高、穗位高等指標對莖倒伏有重要的影響。燕樹鋒[13]研究表明，株高與穗位高與倒伏率呈正相關的結果。玉米雜交系植株性狀與其親本自交系密切相關[12]。玉米株高、穗位高的超高親優勢高，雜種優勢較強[14,15]。玉米第3節形態結構與倒伏有密切關系，馬曉君[16]研究認為,倒伏率與節間直徑、與基部節間長度呈顯著正相關。而與基部節間長度和莖粗系數呈負相關或極顯著負相關[16]，玉米基部第3節間直徑與倒伏呈負相關關系[17]。莖粗系數與倒伏也呈負相關關系[18]，薛金濤等[19]研究發現玉米的抗倒強度與穗下莖粗呈顯著正相關關系，與莖長呈負相關關系。玉米莖稈強度代表玉米抗折斷能力的一個重要指標，研究認為玉米地上部第3 莖節穿刺強度能較好反映出莖稈抗倒伏的能力[20]，莖稈穿刺阻力與倒伏性呈極顯著相關[21]。

試驗研究表明，玉米雜交種的穗位系數與穗位高與株高變化呈顯著正相關關系，高稈玉米雜交種穗位、穗位系數均表現較高，田間莖折率也高。表明植株高度提高，田間發生莖折的風險加大。玉米雜交種穗位高的雜種優勢指數和超親優勢較強；穗位系數的雜種優勢指數較強，玉米雜交種穗位高的超母優勢表現出矮稈<中稈<高稈的趨勢。玉米雜交種基部節間長度超母優勢大于超父優勢，玉米基部節間長度隨株高的升高而伸長，而莖粗系數隨株高升高而降低?；抗濋g長度，節粗、莖粗系數的雜種優勢指數較強，莖粗系數低于其雙親，莖粗與雙親變化不大。莖稈穿刺強度的雜種優勢較強，且超父優勢大于超母優勢。玉米莖稈穿刺強度與株高、穗位高、基部節間長度呈顯著負相關關系，與莖粗無顯著相關性。

4 結 論

玉米株高與莖稈抗倒伏能力有密切關系，株高較矮的雜交種其穗位高和穗位系數較低，基部節間長度短，莖粗系數較高，莖稈穿刺強度較高，田間倒伏率低，具有良好的抗倒性能。在玉米高產、優質、抗倒伏品種選育過程中，重視親本自交系特別是母本高度和父本穿刺強度的選擇，有利于提高雜交種的抗倒伏性。