玉米苗期抗旱性鉴定指标及综合评价

王秋兰，靳鲲鹏，刘永忠，李万星，曹晋军，李 丹，李小霞

（山西省农业科学院谷子研究所，杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西长治046011）

山西是水资源较为匮乏的省份之一，而玉米又是山西省最重要的粮食作物，其产量直接影响着山西粮食生产的总水平。山西的自然生态条件十分复杂，80%的玉米种植在干旱半干旱地区，年降水量偏少，农田缺乏灌溉条件，玉米收成只能靠天雨养，严重影响着山西省的粮食安全。研究玉米的抗旱能力，建立有效的抗旱体系，从抗旱内部机制上着手研究[1]，对于选育高产抗旱品种，缓解干旱危害，实现农业可持续发展具有重要的现实意义。玉米在萌发到出苗这一阶段对水分最为敏感，对玉米今后的生长也最为重要[2]。玉米苗期遇旱会使作物出苗能力下降，保苗率降低，从而导致减产[3]，因此，苗期耐旱性是玉米育种中需要考虑的一个重要性状。目前，国内外学者对玉米苗期的抗旱性指标研究较多，如反复干旱存活率、株高、叶片相对含水量、光合速率、ABA含量、SOD活性、MDA含量等均与抗旱性密切相关[4-9]，但很多指标田间可操作性不高，且试验过程较为繁杂，不利于进行简单直观的耐旱性评价。

本试验以52个玉米杂交种为材料，对田间便于操作或利用仪器可直接测量的抗旱指标，如株高、叶面积指数、光合速率、叶绿素含量、含氮量、叶温、叶片含水量及离体失水率等指标进行探讨，旨在找到简单易行且能准确反映抗旱强弱的抗旱指标，为玉米抗旱鉴定指标的发掘和培育耐旱玉米品种提供必要的保证。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为市场上购买的52个山西省推广的玉米品种，其表型特征如表1所示。

表1 52个玉米品种表型特征

1.2 试验设计

2018年在山西省农业科学院谷子研究所旱棚内进行盆栽鉴定试验。在塑料桶（内径20 cm，深25 cm）内装9.1 kg黏壤土并与专用复合肥搅拌均匀，其他营养物质与大田保持一致。播前各盆浇水量相同，3叶期定苗，每盆留3株。设干旱处理（DT）和正常供水（CK）2个处理，正常处理整个生长期内正常浇水，土壤含水量控制在20%～25%；干旱处理在3叶期控水，土壤含水量控制在10%～15%。2次重复。其他管理均保持一致。

1.3 测定项目及方法

株高、叶面积指数、叶片相对含水量（RWC）测定方法参照文献[10]进行；采用光合速率仪测定倒数第3片叶合速率；离体叶片分别测6，12，24 h失水率，测定方法参照文献[11]；采用植物营养测定仪测定倒数第3片叶的叶温、叶绿素含量、氮素含量。所有项目每隔7 d测定1次，且在同一天内完成。

1.4 统计分析

1.4.1 数据处理 各鉴定指标均采用相对值处理（相对值=处理指标值/对照指标值）。依据公式和测定项目可设定相对株高（X1）、相对叶面积（X2）、相对光合速率（X3）、相对叶绿素含量（X4）、相对氮含量（X5）、相对叶温值（X6）、相对叶片 6 h 离水率（X7）、相对叶片 12 h 离水率（X8）、相对叶片 24 h 离水率（X9）、相对水含量（X10）共10个抗旱鉴定指标。

1.4.2 数据分析 通过Excel 2007软件和SPSS 20.0软件进行性状的统计分析。利用隶属函数公式[12]对材料进行综合评价并根据其值构建树状图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下苗期的各性状分析

由表2可知，苗期鉴定指标X1（相对株高）、X2（相对叶面积）最大值均大于1，其平均值均小于1，说明一定条件的干旱胁迫对个别品种的的生长存在促进作用，而X3（相对光合速率）、X4（相对叶绿素含量）、X5（相对含氮量）、X16（相对叶温）的均值都大于1，说明作物品种通过提高这些指标性状来抵御干旱胁迫。同时由变异系数的变异范围（2.6%～35.9%）可知，各品种都受到了不同程度的影响，其中X2（叶面积）、X3（相对光合速率）的变异系数明显高于其他指标，说明其对干旱胁迫最为敏感，X4（相对叶绿素含量），X5（相对含氮量），X6（相对叶温）的变异系数明显低于其他指标，说明其对干旱胁迫极不敏感。基于各鉴定指标相对值变异系数的大小，其敏感程度由大到小依次为：X2＞X3＞X8＞X7＞X1＞X9＞X10＞X4＞X5＞X6。

表2 供试材料苗期10个鉴定指标的表型分析

2.2 干旱胁迫下苗期的各指标相关性分析

由表 3 可知，苗期相对株高（X1）、叶面积（X2）除与相对叶温值（X6）、相对叶片离体失水率（X7，X8，X9）呈极显著负相关外，与其他指标都呈显著或极显著正相关，说明干旱胁迫下玉米品种通过降低叶温和减缓叶片失水速率来抵御干旱，其中，苗期相对株高与叶面积相关性最大，为0.883，说明表型性状的大小在较大程度上可以代表品种抗旱性的强弱，可作为抗旱性主要鉴定指标。而叶温值、叶片离体脱水率与众指标呈显著负相关，说明干旱胁迫下玉米通过关闭气孔，降低叶片温度和减缓叶片失水速率来防止水分蒸腾，保持叶片含水量，以抵御干旱胁迫。同时，苗期抗旱指标鉴定结果仅能代表供试材料苗期的抗旱性大小。

表3 供试材料的鉴定指标间相关性分析

2.3 供试材料的苗期抗旱性综合评价

结合玉米品种苗期抗旱主要鉴定指标（即株高和叶面积），利用隶属函数综合分析评价采用聚类分析将供试品种分类，可划分为A，B组（图1），而A，B组均可进一步分为 A1，A2与 B1，B22 个亚组。A1亚组包括12个玉米品种（利民33、沃峰9号、东单6531等），占试验群体的23.07%，这些品种综合隶属函数变异范围在0.545～0.689，平均值为0.624；A2亚组包括6个品种（农华205、京科665、宁玉735等），占试验群体的11.54%，隶属函数值变异范围为0.820～0.897，均值为0.898；B组一共包括34个玉米品种（正大12、晋大77、裕丰201等），其中，B1亚组占试验群体的17.31%，变异范围为0.021～0.202，平均值为0.114；B2亚组占试验群体的48.07%，变异范围为0.207～0.527，平均值为0.372。可以看出，A2亚组具有较高的苗期抗旱性，属于高抗型品种，A1亚组略微低于A2亚组，属于中抗型品种，而B组总体评价较低，其中，B2亚组属于低抗型品种，而B1亚组则属于敏感型不抗旱品种。

3 结论与讨论

作物的抗旱性是一个复杂的综合特征，与其本身的基因型及各生育时期生理生化代谢过程等因素密切相关[13]。目前关于玉米苗期的抗旱性鉴定指标有很多，但采用多指标评价容易致使无效或微效的指标引起偏差，而采用单一指标虽简单易行，但可靠性差，很难科学、准确地评价品种的抗旱性[14]。

主成分分析是在变量之间存在一定相关性的情况下，用少数综合变量表示多个变量，从而达到将数据降维的目的。在本试验中，由于许多评价指标相互之间不存在相关性，彼此之间相互独立，信息较少重叠，无法通过主成分分析来找到影响抗旱的主效因素。但由于相对株高与相对叶面积与各指标均存在显著或极显著相关，且相互之间的相关性达到最大（0.883**），因此，笔者认为可以通过株高、叶面积作为抗旱性指标对苗期进行评价。

本试验表明，在干旱胁迫下作物生长指标株高、叶面积可用来评定品种间抗旱性的差异，作为抗旱性鉴定指标，这与孙军伟等[15-16]的研究结果一致。同时光合速率与叶绿素含量呈显著正相关，而与叶温值、叶片离体脱水率呈显著负相关，说明干旱胁迫下随着光合速率降低、叶绿素含量减少，叶片关闭气孔，减少水分蒸腾，但本试验中并未作为抗旱性鉴定指标，这与张仁和等[17]、沈业杰等[18]、刘亚等[19]的结论不同，叶温值、叶片离体脱水率（6，12，24 h）及叶片含水量等与除株高、叶面积外的其他各指标几乎不相关，也未能作为抗旱鉴定指标，都需要进一步验证。部分鉴定指标相对值大于1，可能是胁迫环境对个别玉米品种的生长有促进作用。

本试验采用隶属函数法可充分利用各指标之间的有效信息，使单个指标对评定抗旱性受到其他指标的弥补和缓和，使评定结果更具全面性和可靠性[20]。而通过聚类分析可将各品种抗旱性进行分类，划分成不同等级，使评价更加直观、全面、合理。本试验通过对52个玉米品种苗期进行抗旱性综合评价并将其分成高抗、中抗、低抗及敏感型4类，筛选出6个优异品种，为生产上有效抵御早春干旱，保证玉米的稳产、高产提供理论指导。