不同基因型玉米品种对3个关键时期干旱胁迫的响应及抗旱性鉴定

徐田军，吕天放，赵久然，王荣焕，陈传永，刘月娥，张连平，叶翠玉，刘秀芝

（1北京市农林科学院玉米研究中心/玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室，北京100097；2北京市种子管理站，北京100088）

不同基因型玉米品种对3个关键时期干旱胁迫的响应及抗旱性鉴定

徐田军1，吕天放1，赵久然1，王荣焕1，陈传永1，刘月娥1，张连平2，叶翠玉2，刘秀芝1

（1北京市农林科学院玉米研究中心/玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室，北京100097；2北京市种子管理站，北京100088）

旨在研究玉米品种在不同生育时期抗旱性差异，以18个玉米品种为材料，设置拔节期(T1)、大喇叭口期(T2)、吐丝期(T3)干旱胁迫，以及正常灌溉(CK)4个处理，对试验品种的抗旱性进行鉴定与评价。结果表明：干旱胁迫处理后各品种ASI值较对照不同程度延长1～6天。‘京农科728’、‘京科968’等9个品种的ASI值延长较少，‘中单28’、‘浚单20’等品种的ASI值延长较大。干旱胁迫处理后，‘京科968’、‘京农科728’等品种产量均相对较高；‘先玉335’、‘郑单958’等品种中等；‘浚单20’、‘中单28’等品种相对较低。由此可见，‘京科968’、‘京农科728’等为丰产性好、抗旱性强品种；‘郑单958’、‘先玉335’等为丰产性和抗旱性中等品种；‘辽单565’和‘纪元1号’等为丰产性和抗旱性差品种；‘中单28’等为丰产性最差和干旱敏感型品种。

玉米；生育时期；干旱胁迫；抗旱性；鉴定

0 引言

玉米是目前中国种植面积最大、总产量最高的第一大作物[1]。干旱缺水是影响玉米产量的主要限制因素之一[2]。研究干旱胁迫对玉米生长发育的影响并筛选抗旱玉米品种，对指导玉米生产品种科学布局和实现玉米高产稳产、确保国家粮食安全具有十分重要的意义。

玉米全生育期需水大且关键生育时期对水分较为敏感，不同时期、不同程度干旱胁迫均可对产量造成不同程度的影响[3]。产量降低是由于单位面积穗数、穗粒数及粒重间的不平衡所致。拔节期干旱胁迫对玉米产量影响较小[4]，玉米大喇叭口期是玉米快速生长时期，对水分需求量较大，此时遭遇干旱胁迫会使玉米营养生长受阻、水分和养分供应不足，导致玉米生长发育延迟[5]；开花期遇旱对玉米产量影响最大，导致散粉吐丝期间隔增大，花粉活力降低，导致籽粒败育，产量幅度最大。灌浆期干旱则导致玉米叶片早衰，光合能力下降，导致减产。干旱胁迫对玉米产量的影响在玉米品种、干旱发生时期、干旱胁迫程度以及干旱持续时间差异较大[6-8]。玉米营养生长期间水分胁迫对玉米产量影响不大，但生殖生长中任何一个敏感时期遭遇干旱均会导致产量降低。玉米整个生育内对水分最敏感的时期集中在吐丝以及吐丝后2周内，期间干旱胁迫使产量损失达66%～93%，且干旱胁迫程度越大、持续时间越长，产量降低幅度就越大[5]。

前人针对不同阶段干旱胁迫对玉米产量的影响做了大量研究，但对中国玉米生产主推品种的抗旱性鉴定与评价研究相对较少。本试验以‘京科968’等18个玉米生产主推品种为试验材料，设置分别在拔节期(T1)、大喇叭口期(T2)、吐丝期(T3)3个关键生育时期进行干旱胁迫，以及在3个时期均进行灌溉为对照(CK)共计4个处理，对试验品种的抗旱性进行鉴定与评价。

1 试验条件

1.1 试验材料

试验品种为18个玉米生产主推品种。其中，春播品种和夏播品种各9个（表1）。

表1 参试品种

1.2 试验处理

玉米品种抗旱鉴定试验在新疆自治区乌鲁木齐市新疆农业科学院实验基地开展。设置干旱胁迫和正常灌溉(CK)共2种水分处理。其中，3个关键生育时期干旱胁迫处理（3个），分别是拔节期(T1)、大喇叭口期(T2)和吐丝期(T3)进行停水，其他生育时期则正常灌水，以3个时期均进行灌溉为对照(CK)。具体灌水量如表2所示。随机区组设计，采用垄作大小行种植，窄行行距50 cm、宽行行距60 cm，灌溉方式为滴灌。4行区，行长5 m，3次重复，留苗密度为75000株/hm2。其他管理同当地大田生产。

1.3 测定项目

生育期：播种期、出苗期、拔节期（6叶展）、大喇叭口期（13叶展）、抽雄期、开花期、吐丝期、成熟期

ASI：开花期与吐丝期的间隔天数。

表2 不同生育时期干旱胁迫处理的灌水量mm

果穗及产量性状：取中间2行考种并测产

耐旱指数[9]的计算见公式(1)。

Yd：干旱胁迫条件下的产量；Yw：正常灌水条件下的产量；Ymd：供试品种干旱胁迫条件下的平均产量；Ymw：供试品种正常灌水条件下的平均产量。

1.4 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据整理与作图、SPSS 19.0进行系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 ASI值

ASI指的是玉米开花期与吐丝期的间隔天数，其大小是衡量玉米品种抗旱性的重要指标之一。从表3可知，参试品种间的ASI值各异，干旱胁迫后参试品种ASI值较对照处理均有不同程度延长，变幅介于1～6天。其中，‘京农科728’、‘京科968’、‘京科665’、‘农华101’、‘京科528’、‘京单68’、‘京单58’、‘京单28’和‘京单38’的ASI值延长较少，变幅为1～2天；‘郑单 958’、‘先玉335’、‘联科96’、‘农大108’、‘纪元1号’和‘旺禾8号’的ASI值延长中等，变幅为3～4天；‘中单28’、‘辽单565’和‘浚单20’的ASI值延长较大，为5～6天。

2.2 产量和耐旱指数

在不同水分处理下，参试品种的产量和耐旱指数表现各异（表4）。其中，参试品种产量表现为对照处理最高，拔节期干旱胁迫处理次之，吐丝期干旱胁迫处理最低。‘京科 968’、‘京科 665’、‘农华 101’和‘京科528’等品种在3个干旱胁迫下产量水平相对较高，介于为9883.5～104055.0 kg/hm2；耐旱指数较高，介于为1.2～1.3。‘京单 38’、‘旺禾 8 号’、‘京农科 728’、‘先玉335’、‘郑单 958’、‘联科 96’、‘京单 58’、‘京单 28’和‘京单68’等品种在3个干旱胁迫下产量水平高，介于为 9052.5～9651.0 kg/hm2；耐旱指数高，介于为 1.0～1.1。‘农大108’‘、辽单565’、‘纪元1号’等品种在干旱胁迫下产量水平中等，变幅为7728.0～8566.5 kg/hm2；耐旱指数介于为0.8～0.9。‘浚单20’、‘中单28’等品种在干旱胁迫下产量水平较低，变幅为5428.5～6078.5 kg/hm2；耐旱指数低，介于为0.5～0.6。

2.3 穗粒数和百粒重

在不同水分处理下，参试品种的穗粒数和百粒重表现各异（表5）。在3个干旱胁迫下，不同品种间的穗粒数和百粒重表现为‘京科 968’、‘京科 665’、‘京农科 728’、‘农华 101’、‘京单 38’、‘京科 528’、‘旺禾8号’、‘京单68’、‘联科96’、‘京单58’和‘京单28’较高，‘先玉335’、‘郑单 958’、‘农大108’、‘辽单 565’和‘纪元1号’中等，‘浚单20’和‘中单28’较低。不同干旱胁迫处理下，参试品种的穗粒数表现为对照（519粒）＞拔节期干旱胁迫处理（493粒）＞大喇叭口期干旱胁迫处理（473粒）＞吐丝期干旱胁迫处理（427粒）；百粒重表现为对照(31.4 g)＞拔节期干旱胁迫处理(29.8 g)＞大喇叭口期干旱胁迫(28.7 g)＞吐丝期干旱胁迫处理(26.7 g)。

表3 不同生育时期干旱胁迫处理条件下各参试玉米品种的ASI值

表4 不同时期干旱胁迫处理各品种的产量和耐旱指数变化

表5 不同干旱胁迫处理各品种的穗粒数和百粒重

2.4 相关性分析

相关分析（表6）表明，产量与耐旱指数、穗粒数、百粒重呈极显著正相关；而与ASI值呈极显著负相关，相关系数为-0.69**。

2.5 抗旱性分类

对参试玉米品种在不同干旱胁迫条件下的产量及耐旱指数进行系统聚类分析（图1）。当阈值等于5时，可将春播玉米品种分为4类：‘京科968’、‘京科665’和‘农华101’为丰产性好、抗旱品性强品种，‘郑单958’、‘联科96’和‘先玉335’为丰产性和抗旱性中等品种；‘农大108’和‘辽单565’为丰产性和抗旱性差品种；‘中单28’为丰产性差和干旱敏感型品种；可将夏播玉米品种分为4类，‘京农科728’、‘京科528’、‘旺禾8号’、‘京单38’和‘京单68’为丰产性好、抗旱品性强品种，‘京单58’和‘京单28’为丰产性和抗旱性中等品种，‘纪元1号’为丰产性和抗旱性差品种，‘浚单20’为丰产性差和干旱敏感型品种。

3 讨论与结论

采用抗旱节水高产优良品种是当前国内外农业节水的主要措施，也是现代农业技术发展的主要趋势和方向。国内外学者在干旱胁迫对玉米产量[10-12]、形态指标[13-15]、生理生化指标[16-17]、遗传[18-19]等影响方面做了大量研究并取得较大进展。不同玉米品种的抗旱性差异很大，选育高产抗旱型玉米品种，挖掘玉米本身的节水潜力，可实现节省水资源和高产稳产的目标。筛选抗旱玉米品种已成为玉米生产的迫切要求。黎裕等[9]和张振平等[17]研究发现耐旱指数和ASI值是玉米抗旱杂交种筛选的良好指标。本试验研究表明，参试品种间ASI值各异，干旱胁迫后参试品种ASI值较对照均有不同程度延长，介于1～6天，这与邱新强[5]等研究结果一致。

表6 参试品种产量与各性状指标间的相关性

图1 春播和夏播玉米品种产量及耐旱指数的聚类分析

抗旱系数（旱地产量/水地产量）曾被许多学者用于比较不同品种对旱灾的耐受性，但该指标只能说明作物品种的稳产性，而不能综合表现高产性或者高产的潜力，很难为研究者提供选择高产抗旱品种的依据。很多研究者总是习惯采用简单比较的研究方法来评价各品种对抗旱的差异。近年来，多数学者用耐旱指数来研究作物的抗旱差异，取得了很好的效果，并取得了广泛共识[20-22]。本研究发现，不同干旱胁迫条件下参试玉米品种的抗旱丰产类型表现出一致性。耐旱指数可反映作物对干旱胁迫的敏感程度，作物耐旱指数高，耐旱性强，稳产性好，这与任杨柳[23]、韩登旭[24]研究结果一致。本研究表明，‘京科 968’、‘京科 665’、‘农华 101’、‘京农科728’、‘京科 528’、‘旺禾8号’、‘京单38’和‘京单68’等在3个干旱胁迫下产量水平和耐旱指数较高，主要表现为ASI值相对较小，穗粒数多且粒重高；‘郑单 958’、‘联科 96’、‘先玉 335’、‘京单 58’和‘京单28’等在干旱胁迫下产量水平和耐旱指数中等；‘农大108’、‘辽单565’和‘纪元1号’在干旱胁迫下产量水平和耐旱指数低；‘浚单20’、‘中单28’在干旱胁迫下丰产性差，为干旱敏感型品种，主要表现在ASI值相对较大，穗粒数少，结实性差且粒重低。

对参试玉米品种在不同干旱胁迫条件下的产量及耐旱指数进行系统聚类分析可将春播玉米品种分为4类：‘京科968’、‘京科665’和‘农华101’为丰产性好、抗旱品性强品种，‘郑单 958’、‘联科 96’和‘先玉335’为丰产性和抗旱性中等品种；‘农大108’和‘辽单565’为丰产性和抗旱性差品种；‘中单28’为丰产性差和干旱敏感型品种；可将夏播玉米品种分为4类，‘京农科728’、‘京科 528’、‘旺禾8 号’、‘京单38’和‘京单68’为丰产性好、抗旱品性强品种，‘京单58’和‘京单28’为丰产性和抗旱性中等品种，‘纪元1号’为丰产性和抗旱性差品种，‘浚单20’为丰产性差和干旱敏感型品种。

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Response of Maize Varieties with Different Genotypes to Drought Stress at Three Critical Stages and Drought-resistant Identification

Xu Tianjun1,Lv Tianfang1,Zhao Jiuran1,Wang Ronghuan1,Chen Chuanyong1,Liu Yue'e1,Zhang Lianping2,Ye Cuiyu2,Liu Xiuzhi1
(1Maize Research Center,Beijing Academy of Agriculture&Forestry Sciences,Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding,Beijing 100097,China;2Beijing Seed Management Station,Beijing 100088,China)

The objective is to investigate drought-resistant differences of maize varieties at different growth stages.Eighteen maize varieties were used as materials.Four treatments were set including drought stress at three key growing stages,jointing stage(T1),booting stage(T2),silking stage(T3)and the normal irrigating treatments(CK).The drought resistance was identified and evaluated.The results showed that theASIof the tested varieties extended 1-6 d in various degrees compared with the control.TheASIof nine varieties prolonged slightly,such as‘Jingnongke728’and‘Jingke968’;that of‘Zhongdan28’and‘Xundan20’were relatively long.After the drought stress,the yield of‘Jingke968’and‘Jingnongke728’were relatively high;that of‘Xianyu335’and‘Zhengdan958’were medium;and that of‘Xundan20’and‘Zhongdan28’were relatively low.It is concluded that the yield level and drought resistance of‘Jingke968’and‘Jingnongke728’are the highest;those of‘Zhengdan958’and‘Xianyu335’were medium;‘Liaodan565’and‘Jiyuan1’had poor drought resistance and yield.‘Zhongdan28’was the worst productive and drought sensitive variety.

Maize;Growing Stage;Drought Stress;Drought Resistance;Identification

S-3

A论文编号：cjas17070022

国家重点研发计划项目“黄淮北部夏玉米产量与效率层次差异形成机制与丰产增效途径”(2016YFD0300106)；北京市科技计划课题“抗旱作物品种鉴定与制种技术研究及节水良繁科技示范”(Z151100001015014)；北京市优秀人才培养资助项目“耐旱玉米新品种鉴定筛选及示范”(2014000020060G177)；国家玉米产业技术体系“玉米遗传育种岗位科学家”(CARS-02-18)；北京市农林科学院院级科技创新团队建设项目(JNKYT201603)。

徐田军，男，1982年出生，山东临沂人，研究实习员，硕士，主要从事玉米高产栽培与生理生态研究。通信地址：100097北京市海淀区曙光花园中路9号北京市农林科学院玉米研究中心，Tel：010-51502461，E-mail：xtjxtjbb@163.com。

赵久然，男，1962年出生，北京平谷人，研究员，博士，主要从事玉米遗传育种与高产栽培研究。通信地址：100097北京市海淀区曙光花园中路9号北京市农林科学院玉米研究中心，Tel：010-51503936，E-mail：maizezhao@126.com；王荣焕，女，1980年出生，河北衡水人，副研究员，博士，主要从事玉米高产栽培与生理生态研究。通信地址：100097北京市海淀区曙光花园中路9号北京市农林科学院玉米研究中心，Tel：010-51503703，E-mail：ronghuanwang@126.com。

2017-07-21，

2017-09-05。