不同类型玉米种抗旱性田间实验

干旱胁迫是中国玉米生产发展与产量提高的第一限制因素，特别是在西北干旱半干旱地区，一般干旱使玉米减产25％左右，大旱年减产30％～35％，旱灾严重年份部分地区几乎绝收［1－2］。增强玉米自身抗旱能力是减少干旱威胁的一种重要、经济、有效的途径［3－4］。准确评价玉米品种的抗旱性是培育和筛选抗旱玉米品种的重要前提［5－6］。有关学者已从生理、生态、遗传和育种［4，6－7］等不同角度对玉米抗旱性做了大量研究，提出与抗旱性有关的生理生化和形态等第二性状指标，并从不同程度应用到玉米育种实践中［7－9］。由于抗旱性是多个性状作用的结果，任何单项指标对玉米抗旱性评价，都难以获得准确有效的结果，必须进行综合评价［3，5］，同时作物的生产是一个种群过程，而非个体的表现［9］。因此，玉米抗旱性鉴定与评价，应在群体条件下进行研究［10－11］。通过在西北干旱地区进行的大田鉴定，本试验探究不同玉米品种在干旱条件下的形态与产量性状；采用产量抗旱指数为评价参数，分析各性状与参数间的关系；运用逐步回归分析、灰色关联分析、主成分分析和聚类分析，选择出有效的综合评价指标，对各品种的抗旱性进行分类。筛选出有效抗旱性鉴定评价参数和指标，明确不同基因型玉米品种的抗旱性，为玉米抗旱材料的鉴选、抗旱遗传育种及节水栽培理论和方法提供参考依据。

1材料与方法

1．1试验设计

试验在西北农林科技大学农作物示范园（E108°7′，N34°52′）进行，试验地前茬作物为冬小麦，土壤为垆土，土壤0～20cm耕层的有机质为12．1g／kg、全氮为0．963g／kg、有效氮为52．6mg／kg、速效磷为10．4mg／kg、速效钾为272mg／kg。玉米生育期间降水量与气温见图1，与历年降水量和气温相比较，温度增高，降水量减少。供试玉米品种见表1。采用2因素裂区设计，主区因素为水分，设置干旱胁迫和正常灌水（对照）2个处理，副区因素为品种，每小区5行，行距0．667m，行长5．5m，小区面积16．5m2，密度60000株／hm2。4次重复，其中1个重复供取样测定，其余3个重复收获计产。正常灌水处理：苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期4个生育期灌水量均为每小区1．2m3（低压管道出水口处用水表测量）。干旱胁迫处理：即前期控水（出苗后至吐丝一直不灌水，依靠自然降雨，吐丝后与正常灌水相同）。为减少灌水处理的水分渗漏，灌水和不灌水处理间用隔离区隔开。2008年6月至10月降雨量296．1mm，为历年平均值（360．5mm）的82．07％。玉米出苗至吐丝期降雨较少，仅为126．1mm，为历年平均值（174．5mm）的72．26％。施肥水平为纯N20kg／667m2，纯P10kg／667m2，其中40％氮肥和全部的磷肥作为底肥一次施入，60％的氮肥喇叭口期（13叶展）作为追肥施入。其余管理同大田。

1．2测定项目与方法

1．2．1雌雄开花间隔（ASI）生长期内记载吐丝和散粉间隔时间，单位为天（d）。

1．2．2叶卷曲度采用目测法按郭龙彪等［12］田间鉴定将叶卷曲度分为5个级别。卷曲级别＝∑（N×S／T），N为同一级别卷曲株数，S为卷叶级别值，T为总株数。

1．2．3保绿性采用目测法按MahalashmiV［13］的方法，绿叶片数在整株绿叶数中的比例分为0～9个级别，0级为0～10％相对绿叶面积，9级为90％～100％相对绿叶面积。

1．2．4产量性状玉米散粉结束后每一行测量10株株高和穗位高；成熟后实收中间两行称鲜质量，根据两行鲜质量、果穗数得到单穗鲜质量的平均值，利用单穗鲜质量的平均值选取其中10个果穗，考查每穗穗长、穗行数、行粒数、百粒质量、秃尖长、籽粒晒干后采用Kette888型水分仪测定籽粒含水量，将含水量统一折算为14％计算单株穗质量和单株粒质量。分别计算产量抗旱系数（DroughtCoefficient，DC）和抗旱指数（DroughtResistanceIndex，DI）：DC＝干旱产量／对照产量，DI＝DC×干旱产量／所有品种干旱处理产量。

1．3数据处理

采用DPS软件的单因素方差分析（ANO－VA）检验各指标在不同水分水平下的差异性，采用SigmaPlot10．0软件作图。

2结果与分析

2．1干旱胁迫对玉米籽粒产量的影响

由图2可看出，玉米干旱处理的籽粒产量均明显低于正常处理，不同品种间产量及其受干旱影响的程度有较大差异。干旱处理下各品种的产量比正常处理降低80．97～220．19kg，平均减少160．34kg，变异系数为26．32％，表明不同基因型玉米品种产量对干旱胁迫的相应程度不同。正常处理的产量与干旱处理的产量显著正相关（r＝0．4566）（图3－A），在正常灌溉水平下高产的品种在干旱情况下也具有高产的潜力，郑单958、浚单20、先玉335、秦龙11、栗玉2号、富友9号等16个玉米品种可适应较宽的干旱胁迫，但并不意味着在干旱条件下筛选品种没有必要，进一步通过抗旱性鉴定，筛选出5个最优抗旱丰产性品种（图3－B）。且籽粒产量呈连续的正态或偏正态分布，为典型的数量性状，足以说明玉米抗旱机制极为复杂，因此，筛选抗旱性状指标进行抗旱机制及育种研究至关重要。

2．2不同玉米品种抗旱表观性状相关及有效指标的筛选

理论上干旱敏感品种在干旱条件下会出现缺水症状。分别取正常和干旱处理的单株调查抗旱相关的性状指标，从图4可以看出，所有调查样品的性状均表现一定的变异，在同一供水条件下各样品性状的变异幅度相差很大，变异系数从小到大的顺序是株高＜穗粗＜穗行数＜穗长＜穗粒数＜行粒数＜千粒质量＜产量＜穗位高＜结实长＜叶卷曲度＜雌雄开花间隔＜保绿性。其中，产量和保绿性在品种间变异较大，而株高、穗粗和穗行数变异较小，不同供水条件下性状的变异程度也不同。在干旱胁迫下，除个别性状如株高、穗粗和行粒数等，大部分性状品种间的变异大于供水条件，说明干旱胁迫加大品种间的差异，表明不同品种具有不同的忍耐干旱胁迫的能力。为了选择有效的抗旱性评价指标，对品种各性状间的关系进行分析。从表2可看出，正常灌水下，DC与DI评价参数除与产量、千粒质量和保绿性达极显著或显著相关外，与其他9个性状间相关性不显著。而在干旱胁迫条件下，单株产量、行粒数、穗粒数、雌雄开花间隔和保绿性与DC和DI分别呈显著正相关和极显著负相关，其中雌雄开花间隔和保绿性与DI相关系数分别为0．9115、0．7943，且在干旱胁迫下与产量呈极显著相关（r＝0．7943，r＝－0．5389）。由图5可看出，在干旱胁迫下产量与雌雄开花间隔和保绿性均极显著相关（r＝0．5924，r＝0．5462），说明这2个形态指标在干旱条件下直接影响品种的抗旱性。由通径分析可知，雌雄开花间隔和保绿性对抗旱指数的贡献为0．4381和0．4528。综合灰色关联分析的结果（表3），形态指标雌雄开花间隔、保绿性和产量性状指标单株产量、穗粒数为表征玉米抗旱性的关键指标。即由这4个指标来评价和鉴定品种的抗旱性强弱。

2．3不同玉米品种的抗旱性评价与鉴定

根据综合评价筛选出穗粒数、单穗产量、雌雄开花间隔和保绿性4个指标，对不同基因型玉米品种的抗旱性进行聚类分析，结果表明（图6），第Ⅰ类是东单11至豫玉22等26个品种，为不抗旱类型；第Ⅱ类是天泰10号至长城799等20个品种，为中抗类型；第Ⅲ类是郑单958、先玉335、粟玉2号等5个品种，为抗旱类型；与根据产量抗旱指数对玉米品种的抗旱性聚类结果（图7）比较，形态指标综合评价品种抗旱性，再次从15个抗旱品种筛选出5个，说明以形态指标结合产量抗旱指数来评价品种抗旱性具有准确性和可靠性，也佐证筛选形态指标雌雄开花间隔和保绿性的典型性。

3讨论

玉米是否抗旱最终体现在产量方面［14］，玉米抗旱性对产量及其构成因素的影响已有大量的研究报道，产量作为抗旱研究的重要因素之一具有可行性和有效性，受到众多科研工作者的关注和重视［8－9］。在以往研究中，较多的是产量抗旱系数，这种方法只能说明旱地玉米的稳产性，未能说明其高产性或高产潜力的可塑性，而抗旱指数是在抗旱系数的基础上考虑到胁迫产量，表明抗旱基因型同时具有干旱胁迫下产量高和抗旱系数的双重标准［1－2］。本研究以玉米产量抗旱指数为基础，得出有效雌雄开花间隔、保绿性形态指标与产量呈极显著相关的结果（r＝0．7943，r＝－0．5389），与罗淑平［6］和BanzingerM等［7］的结论相一致。说明雌雄开花间隔期、保绿性等形态指标可应用于玉米抗旱品种的鉴定和筛选。玉米抗旱性是由多种因素相互作用而构成的一个较为复杂的综合性状，用单一指标很难准确评定玉米的抗旱性，必须将多个指标运用不同的分析方法进行综合分析，才能真实评价玉米抗旱性的本质［3，5］。本研究通过田间鉴定，以产量抗旱指数为评价参数，运用逐步回归分析、灰色关联分析和聚类分析，筛选出雌雄开花间隔、保绿性形态指标与产量性状，以这3个指标对玉米抗旱性进行综合评价，鉴选出抗旱性好的郑单958、粟玉2号、先玉335等5个品种和陕单902、豫玉22、沈单16、陕单308等26个抗旱性差的品种。从产量抗旱指数进行聚类的15个抗旱品种筛选出5个，说明以形态指标结合产量抗旱指数来评价品种抗旱性具有准确性，也验证了雌雄开花间隔和保绿性的可靠性。

4结论

干旱处理下玉米品种籽粒产量均比正常处理明显降低，雌雄开花间隔增加，株高和穗位高降低，穗短小，秃尖多，穗粒数少，粒质量轻，最终导致产量下降。雌雄开花间隔、保绿性与产量抗旱指数之间呈极显著或显著相关。并利用这些指标鉴选出郑单958、粟玉2号、富友9号、先玉335等5个抗旱性好的品种和陕单902、豫玉22、沈单16、陕单308等26个抗旱性差的品种。雌雄开花间隔、保绿性形态性状是田间鉴定玉米抗旱性综合评价有效的指标，运用形态指标结合产量性状来评价玉米品种抗旱性较为客观、简单易行。