80份玉米材料耐旱研究初报

2017-11-24贺正华张士龙黄益勤

现代农村科技 2017年11期

贺正华张士龙黄益勤

（1湖北省农业科学院粮食作物研究所湖北武汉 430064；2长江大学 “主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心” 湖北荆州 434025；3粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室湖北武汉 430064）

80份玉米材料耐旱研究初报

贺正华1，3张士龙1，3黄益勤1，2

通过把国内外搜集的80份玉米材料，种植在防雨大棚中，在喇叭口期开始自然干旱处理，使玉米材料在花期遭受极端干旱胁迫，调查植株在正常供水和干旱胁迫下的散粉吐丝习性、植株叶色、结实性等，筛选鉴定这80份玉米材料的耐旱性，为玉米耐旱品种选育及种质材料创新提供参考。

玉米；耐旱；散粉；吐丝；结实

玉米已经发展成为我国第一大粮食作物，在我国农业生产发展及国民经济增长中占据重要的一席。随着人民生活水平的提高，人们的饮食结构发生变化，对肉类蛋白的需要越来越旺盛，促使畜牧业不断发展，随着饲料需求的增加，从而对玉米的需求量也会不断增加。然而，玉米生产过程中对环境要求较高，特别是对水分的需求量较大，玉米花期需水特别旺盛，此阶段若供水不足，灌浆会受阻，将会严重影响玉米产量，甚至造成绝收。我国是水资源缺乏国家，有超过一半的土地在干旱或半干旱地区，因干旱而受到影响的耕作土地占玉米总耕种面积的60%以上。干旱严重影响了玉米的生产，每年因为干旱损失玉米150亿kg以上[1]。为解决这一问题，育种专家希望通过改良品种来增强玉米的耐旱性，而耐旱种质的缺乏制约了育种进展。本研究从国内外收集80份玉米材料，在玉米需水最关键的开花期来进行干旱处理，鉴定这批材料的耐旱性，筛选耐旱性强的种质材料，为耐旱育种提供种质基础。

表1 材料编号及来源

1 材料与方法

1.1 试验材料。

从国内外收集80份玉米自交系材料，这些材料来自温带、亚热带和热带等地。具体编号及名称见表1。

1.2 试验方法。

玉米种植于温室大棚，便于人工控水。采用育苗移栽的方式，将玉米种子单粒播种在穴盘上，待长至3叶期时，选取长势一致的幼苗移栽。小区行长2.0 m，行距0.65 m，株距0.25 m，单行区。对照和处理各设置2个重复。对照正常供水处理，保证玉米全生育期水分充足；干旱处理在生长前期与对照正常供水的管理完全相同，待玉米长到喇叭口期时，开始灌透水，保证所有玉米材料供水一致，后期自然干旱30 d直到玉米抽雄。

1.3 土壤含水量测定。

在玉米花期时，取正常供水区和干旱处理区10 cm耕层的土壤测定含水量，每8个材料测一个点，每个重复测10个点。

1.4 调查指标。

极端干旱胁迫下，在花期调查玉米散粉、吐丝习性，抽雄30 d后调查植株叶色，抽雄40 d后调查植株空秆率、结实性等。

2 结果与分析

在玉米花期测定土壤含水量，对照每个重复土壤含水量在25%～30%，完全能满足玉米对水分的需求。对照的2个重复中，玉米生长正常，均能正常散粉吐丝，叶色正常，抽雄45 d后调查果穗，结实饱满。说明在防雨大棚内玉米能正常生长。干旱处理区土壤含水量测定，每个重复10个点的含水量在9%～11%，此时土壤含水量已经很低，表明玉米受到重度干旱胁迫，干旱处理很成功。

2.1 干旱对散粉吐丝习性的影响。

从表2可以看出，干旱影响玉米抽雄散粉，80份玉米材料中，全部都能正常抽雄，但雄花较小，分支不多，有42份材料可见散粉，38份材料无法散粉。干旱对玉米吐丝影响更加严重，对80份玉米材料调查吐丝性状，只有21份材料吐丝超过2 cm，而26份材料长有雌穗，但没花丝吐出，还有35份材料受干旱影响最为严重，植株上没有分蘖出雌穗，调查表现为空秆。

表2 80份材料性状调查

2.2 干旱对植株叶色的影响。

干旱能影响植物正常生长，玉米受到干旱胁迫时，植株生长受抑制，叶片发生萎蔫，严重的会发生枯黄。在玉米抽雄30 d时调查整株叶色，从表2调查叶色数据可以看出，80份玉米材料中，有52份玉米植株叶色萎蔫严重，叶色已经变黄，还有28份玉米材料受影响要小，植株依然显绿。可见，在干旱胁迫下，材料间叶色差异很大。

2.3 干旱对玉米结实的影响。

为调查极端干旱胁迫下玉米的结实情况，本研究在玉米喇叭口期就开始停止水分供应，到玉米花期时，土壤含水量只有10%左右，说明玉米遭受了很严重的干旱胁迫。即使如此恶劣的条件下，依然有玉米能开花结实。从表2对结实性的调查可以看出，在抽雄40 d后对80份玉米材料结实性进行调查发现，有7份材料果穗结有籽粒，其中，3份材料结实很好。而其他73份材料无法正常结实。

3 讨论与结论

3.1 玉米耐旱鉴定方法选定。

玉米种质(亲本)材料的耐旱性鉴定是耐旱品种选育的关键，栽培玉米是喜水作物，整个生育期都离不开水分供应。在玉米的不同时期，包括芽期、苗期、喇叭口期、灌浆期等，都可以设置受旱时期，进行耐旱鉴定[2]。筛选鉴定耐旱材料的方法也有很多种，如PEG干旱模拟试验、遮雨棚干旱控水试验、田间自然少雨条件试验[3]。本研究从生产实际和应用出发，在玉米对水分需求最为敏感的花期进行干旱胁迫，在防雨大棚环境中，及早断水，使玉米材料在花期处于极端干旱条件下，来筛选耐旱性强的玉米材料。在玉米抽雄时调查土壤含水量，只有10%左右，说明玉米遭受了极端干旱胁迫，在此条件下，调查散粉吐丝习性、植株叶色、结实性等性状，发现材料间差异很大，说明干旱处理很成功。

3.2 干旱对玉米生长的影响。

干旱会影响植株生长发育，玉米在花期受干旱影响最为敏感[4]。为筛选耐极端干旱胁迫的玉米材料，本试验设置在温室大棚内，在玉米喇叭口期开始做断水处理，后期严格控水，在玉米抽雄期土壤含水量只有10%左右，已经对玉米造成极端干旱胁迫。在此条件下，全部玉米材料都能抽雄，过半能够散粉，21份材料能够吐丝，说明吐丝比抽雄对干旱胁迫更为敏感，受干旱影响更大。而近一半的材料为空秆，没有长出雌穗，可见极端干旱胁迫下，玉米雌穗发育受抑制明显。

3.3 80份玉米材料耐旱性鉴定。

在极端干旱胁迫条件下，对来自于国内外的80份玉米材料进行耐旱鉴定，从结实性来看，有7份材料能结实，考虑其他性状，有1份材料W38，虽然吐丝结实，但却因干旱导致花粉败育而不能散粉，受雄花干旱影响很大。因此，综合考虑调查性状，CIMBL47、K10、975-12、CIMBL92、GEMS41、CIMBL17这6份玉米材料鉴定为耐旱，其中CIMBL92、GEMS41、CIMBL17这 3个材料不但能正常抽雄散粉吐丝，最终收获种子，而且后期保绿性好，结实较为饱满，其生长受干旱影响最小，表现最为耐旱，这3个材料可作为玉米耐旱种质资源，为玉米品种耐旱改良提供材料基础。其他材料中，近一半的玉米植株表现空秆，受干旱胁迫严重，没有雌穗长出，其中 TIE7922、GEMS16、ZONG31等14个材料受干旱胁迫最为严重，具体表现为空秆，雄花败育，叶片枯黄。可见，这些材料对干旱也最为敏感。把鉴定的干旱敏感材料和耐旱材料相互杂交，构建连锁分离群体，可进一步进行耐旱基因克隆和功能研究。在本研究中，一些对水分敏感或十分耐旱的自交系容易得到表现，而不易区分耐旱性差异较小的自交系，因此，今后还需对试验材料进行多次的重复鉴定，以更好地区分各自交系的耐旱性差异。