玉米籽粒性状、品质性状和种子萌发特性的粒位效应

2017-12-04河北农业大学农学院国家玉米改良中心河北分中心河北保定071000

种子 2017年7期

，，， (河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心，河北保定 071000)

赵永锋，监立强，贾晓艳，祝丽英
(河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心，河北保定 071000)

玉米雌穗小花无论是自然授粉还是人工同步授粉，都存在雌穗籽粒发育的粒位效应。本研究以5个玉米自交系和5个杂交种为试验材料，分析不同粒位对籽粒性状、品质性状以及发芽特性的影响。结果表明，同一品种的不同粒位间在百粒重等籽粒性状上存在显著差异，而各粒位的籽粒干物质含量和萌发特性上无显著差异。

玉米；籽粒性状；品质性状；种子萌发；粒位效应

许多学者研究认为作物种子普遍存在粒位效应[1-7]，玉米的雌花在受精完成后，通过灌浆完成同化产物积累，形成有收获价值的籽粒，为有效粒；而分化完全的雌花在完成受精后停止发育，最终形成没有收获价值的籽粒，为败育粒[2]。研究表明，籽粒发育粒位效应在大穗品种上的表现更为突出，环境胁迫会加剧这种粒位差异，要想提高玉米单产，除了改善种植环境，增加穗数之外，如何使败育籽粒减少，增加单穗有效粒数量也是增产的重要方面[8-11]。为探寻粒位效应对玉米果穗不同部位产生的影响，孟佳佳等从植物生理学角度进行了研究，认为授粉时间的先后导致光合产物供应不均衡，进而出现发育不均的粒位效应[11-14]；而孙庆元等认为，不同粒位的籽粒在对光合产物的接受及容纳能力上存在天然差异[15-16]，从解剖学及植物生理学等学科的角度对粒位效应产生的机理做出的假设，而对粒位效应对果穗不同部位籽粒在粒型、品质性状和萌发特性上产生的影响程度却鲜有提及。

本研究以10个玉米品种为研究材料，从每个品种中选取有代表性的5个完整果穗，通过对不同粒位籽粒百粒重、粒型、水分蛋白质等干物质含量以及发芽势发芽率等指标的统计分析，探寻不同粒位籽粒的籽粒性状、品质性状和种子萌发特性的粒位效应。

1 材料与方法

1.1 试验材料

分别选取5个自交系和5个杂交种为试验材料，具体名称见表1，每个材料取5个生长基本一致的完整果穗。

表1 试验材料名称

类别名称自交系农系1109PH4CN农系9695PH4CVPHJEV杂交种农单116农单113农单151农单153农单158

1.2 试验方法

1.2.1 不同粒位籽粒百粒重测定

选取生长基本一致的果穗作为不同穗粒位样本，每个自交系和杂交种重复测定5个果穗，按上、中、下3个部位等分，分别于每个部位取适量种子，充分混合均匀后随机取100粒种子，用电子天平称重，重复上面的步骤3次，结果取平均值。

1.2.2 不同粒位籽粒长宽厚测定

随机取上、中、下部籽粒10粒，籽粒长、籽粒宽、籽粒厚用游标卡尺测量，精确到0.02 mm，结果求平均值。

1.2.3 不同粒位籽粒品质性状测定

籽粒品质性状采用波通DA 7200近红外品质分析仪进行测定。

1.2.4 不同粒位籽粒发芽试验

本试验采用BP-纸间法进行发芽试验。

1.2.5 数据分析方法

对各试验结果进行绘图统计，直观反映其变化规律，再对其进行方差分析，依据方差分析结果比较各粒位间的差异显著性，对有显著差异的，进行多重比较，找出差异的产生原因。

2 结果与分析

2.1 不同粒位籽粒性状的比较

测定10个玉米材料上、中、下3种不同粒位百粒重、粒长、粒宽、粒厚，分别绘制柱形图。如图1～图4所示。

图1 不同品种不同粒位百粒重测定结果

图2 不同品种不同粒位粒长测定结果

图3 不同品种不同粒位粒宽测定结果

由图1可看出，不同品种同一粒位籽粒百粒重之间差异明显，而且无明显规律可循，而同一品种的不同粒位间百粒重依上中下的次序依次增大，而且这种趋势不因材料是自交系还是杂交种而变化。可见，同一果穗的不同粒位籽粒在百粒重上存在差异。

通过对图1～图4分析可知，不同品种同一粒位的籽粒在粒长、粒宽和粒厚上无明显规律可循，而在同一品种上，不同籽粒的粒长呈中上下依次减小，粒厚呈现下上中依次减小的趋势。

图4 不同品种不同粒位粒厚测定结果

表2 不同粒位籽粒性状方差分析结果

差异源dfF值百粒重粒长粒宽粒厚材料间922．77∗∗5．39∗∗2．47∗∗3．88∗∗粒位间253．93∗∗25．84∗∗4．26∗19．91∗∗误差18

方差分析结果(表2)表明，各粒位籽粒性状中，百粒重差异极显著，粒长差异极显著，粒宽差异显著，粒厚差异极显著。进一步进行比较，结果显示，百粒重从上至下依次增大；粒长中部最高，上部其次，下部最短；粒宽自上而下依次变宽；粒厚下部最厚，上部次之，中部最薄。

表3 不同粒位籽粒性状多重比较结果

粒位百粒重粒长粒宽粒厚上27．02C9．44B7．65C5．69B中30．70B10．49A7．90B4．98C下34．49A9．27C8．30A6．12A

注：大写字母相同表示该处理在p<0.01水平无显著差异。

由表3可知，上部籽粒百粒重最低，粒型小，可见发育状况差；下部籽粒百粒重最大，籽粒饱满，发育最好；中部百粒重介于二者之间，粒长最长，可能是中部籽粒排列紧凑的缘故。

2.2 不同粒位籽粒品质性状的比较

对10个玉米材料的品质性状数据进行方差分析，结果(表4)表明，测定的籽粒蛋白质含量、脂肪含量、淀粉含量、氨基酸含量4个品质性状，不同粒位间差异不显著，而不同材料间差异极显著。表明玉米籽粒品质性状受不同基因型影响大，基本不受粒位效应的影响。不同粒位籽粒质地均匀，光合产物供应充足。

表4 不同粒位籽粒品质性状方差分析结果

差异源dfF值水分蛋白质脂肪淀粉氨基酸材料间913．87∗∗52．27∗∗14．23∗∗13．04∗∗6．48∗∗粒位间22．390．840．800．222．01误差18

2.3 不同粒位籽粒萌发特性测定结果

对10个玉米材料的萌发特性数据进行方差分析，结果(表5)表明，测定的籽粒发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数4个品质性状不同粒位间差异不显著，而不同材料间差异极显著。表明玉米萌发特性受不同基因型影响大，基本不受粒位效应的影响，不同粒位籽粒萌发能力相当。

表5 不同粒位籽粒萌发性状方差分析结果

差异源dfF值发芽势发芽率发芽指数活力指数材料间93．93∗∗2．95∗∗2．79∗∗2．29∗∗粒位间21．340．010．581．01交互181．180．461．020．45误差30

3 讨论

对于玉米的粒位效应，前人从遗传学、细胞学、植物生理学和生物化学等方面做了大量研究，提出了各种可能的产生原因，大致可以归纳为2个方面：一种认为源不足是造成雌穗顶部籽粒败育的原因，影响光合作用及光合作用产物运输的各种因素均可间接影响到玉米不同粒位籽粒的发育[11-14]；而另一种观点则认为，雌穗各粒位之间在发育上存在天然差异，顶部籽粒库容量小于中下部籽粒，是潜在的败育粒，对光合产物的容纳能力不同造成了雌穗籽粒发育的粒位效应[6,15-17]。

本研究结果表明，籽粒在百粒重等籽粒性状上差异极显著，说明不同粒位籽粒大小不是同质的，小的籽粒营养供应不足，那么其干物质含量必然不足，不同粒位籽粒间由于干物质储备的差异导致发芽率等萌发特性会有显著差异，其产生机理类似前者。

本研究对籽粒品质性状的结果分析表明，籽粒不同粒位干物质含量差异不显著，表明果穗整体是同质的，同样同一果穗不同粒位籽粒间的萌发特性差异不显著，进一步说明果穗各部分营养物质供应充足，而籽粒大小不一原因极有可能是库容量存在天然差异。从侧面验证了果穗不同粒位即使营养物质供应充足，依然发育不同步，也就不难解释，当出现逆境胁迫时，营养物质供应不足，本来库容量就低的顶部籽粒败育率增加，粒位效应加剧。

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Effects of Grain Position on Kernel Traits, Quality Traits and Seed Germination Characteristics of Maize

ZHAOYongfeng,JIANLiqiang,JIAXiaoyan,ZHULiying

2017-02-26

河北省现代农业产业技术体系玉米创新团队抗倒耐密玉米品种选育岗位(HBCT 2013020204)。

赵永锋(1979—)，男，河北深泽人；助理研究员，主要从事作物遗传育种研究；E-mail:Zhaoyongfeng79@126.com。

祝丽英(1973—)，女，河北南和人；副教授，主要从事作物遗传育种及教学工作；E-mail:zhuliyiny@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.07.082

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