玉米自交系抗旱性鑒定試驗報告

閆治斌 羅致春 段衛稷 馬世軍 閆富海 許清錄

（甘肅省敦煌種業集團股份有限公司研究院，酒泉735000）

玉米是重要的糧食、飼料、工業原料和生物能源作物，也是旱地作物中需水量較大的作物之一，干旱是影響玉米產量的主要非生物脅迫因素。近年來，一些地區玉米花期伏旱缺水導致結實不良的問題非常突出，多造成20%～30%的減產[1]。有關研究表明，玉米在各生育期受到干旱脅迫都會造成不同程度的減產，尤其在開花期前后受到干旱脅迫對產量影響最大[2]。玉米在開花期水分充足和虧缺條件下產量表現差距很大。因此，抗旱系數（即旱區性狀值Yd 與水區性狀值Yw 的比值）可作為玉米抗旱性鑒定的基本指標，雌雄開花間隔期（ASI）等性狀則可作為次級指標[3]。目前，關于玉米抗旱性的研究多集中在雜交品種上，對自交系材料的抗旱性鑒定及遺傳機制的研究還比較少。玉米基因型間存在著廣泛的抗旱遺傳變異，與抗旱性有關的性狀在很大程度上受加性基因效應的影響?？梢?，通過合理的田間鑒定試驗和數據分析，準確評價常用自交系的抗旱特性，對選育抗旱玉米新品種具有重要的支撐 意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試玉米自交系共101 個，來自敦煌種業研究院西北、黃淮海、東華北3 個生態區（表1）。

表1 參試品種名稱及編號

1.2 試驗設計 試驗地點位于甘肅省敦煌種業集團股份有限公司研究院酒泉育種基地（98°56′E，39°15′N），設置干旱脅迫和正常灌水（CK）2 個處理，每個處理3 次重復，區組隨機排列，1 行區，行長4.0m，行距0.5cm，株距0.27cm，密度7.5 萬株/hm2，覆膜坐墑播種。對照處理在拔節期、抽雄期、灌漿期共灌水4 次，干旱處理在花期（6 月18 日至7 月29 日）停止灌水，保持干旱41d，其他田間管理與對照一致。

1.3 觀測項目及調查方法 雌雄開花間隔期（ASI）：以散粉期小區內50%植株雄穗主枝開始散粉的日期為準。吐絲期：以小區內50%雌穗花絲抽出苞葉3cm 的日期為準，計算間隔天數。葉片萎蔫度：旱區花期干旱脅迫結束前2d 調查，主要以穗位葉和穗位上下2 片葉調查，以小區內50%以上的代表性植株劃分等級，由低到高分5 級記載，即5 級（在中午玉米葉片全展，葉片無受旱現象）、3 級（卷葉涉及到葉脈中央，早晨微卷）、1 級（葉片卷曲，而且葉片出現折斷，呈“V”形）。籽粒干重：各試驗小區等面積采收，自然晾曬1 周，脫粒稱重，按14%標準水分折算籽粒產量，用經過矯正的專用水分測定儀測定籽粒含水率與容重。株高：在乳熟期選取小區內有代表性的植株5 株，從地面量至雄穗頂端的高度。穗長、穗粗：成熟收獲后每小區取5 枚樣穗，應用圖像考種儀采集。

1.4 數據分析方法 參照路貴和等[4]的方法，以抗旱系數為主變量，采集的7 個農藝性狀相對值為解釋變量，進行相關性分析。選取其中相關性顯著且有鑒定修正意義的性狀值，以入選性狀相關系數為權重，計算修正加權系數，公式如下。

WDC—綜合抗旱系數；HI—抗旱系數，HI=Yd/Yw，其中Yd—旱區產量，Yw—水區產量；TR—性狀相對值，TR=Xd/Xw；

TR′—性狀相對值標準化數；ri——入選性狀相對值與抗旱系數的相關系數；

采用Excel 2013 進行原始數據處理，并應用統計軟件SAE 6.0（張仲保）進行統計描述和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 觀測指標變異分析 對101 份自交系的8 個觀測指標進行遺傳多樣性分析，從表2 可以看出，在不同處理下，8 個指標的變異系數介于4.6%～85.9%之間，說明101 份參試材料間遺傳差異比較大，具有代表性。

表2 玉米自交系主要農藝性狀觀測值統計描述

在本試驗所觀測的8 個農藝性狀指標兩處理比較中，ASI 變異系數最大，其次是旱葉萎蔫度、籽粒干重、穗長和株高，說明這些指標在不同處理下各材料間差異大，能夠進行區分篩選，參試材料遺傳差異可選拔。其中籽粒干重兩處理的比值即抗旱系數（HI），為目標性狀指標。此指標在干旱脅迫下變異系數比灌水處理高12.7%，說明干旱脅迫有效加大了材料間的變異程度?？购迪禂蹬c其余各指標是平行關系，可進行相關性分析。

2.2 觀測值的相關性分析與次級指標篩選 以抗旱系數HI 為目標因素進行相關分析，考慮HI 與ASI、葉片萎蔫度具有不同的量綱和數量級，且一些數據實際觀測差異比較小，相對值擴大了差異，需要進行數據標準化處理。采用最常見的標準差標準化（即z-score 標準化）方法，經過處理的數據被映射到[0，3]區間上。相關分析結果如下。

株高、穗位高、旱葉萎蔫度、穗長等指標與抗旱系數呈正相關（表3），說明在干旱脅迫下萎蔫越輕，植株越高、果穗越長，抗旱性越好。雌雄開花間隔期ASI 與抗旱系數極顯著負相關，說明干旱脅迫下吐絲延遲，絲粉間隔拉長導致結實不良產量降低，是抗旱性的重要觀測指標，另考慮延遲吐絲的自交系接受周圍其他花粉結實情況，將重點應用這個指標修正抗旱系數。結合田間實際情況綜合考慮后，選定ASI、株高、旱葉萎蔫度作為修正 指標。

表3 8 個因素相關系數矩陣

2.3 篩選后指標的權數 繼續以抗旱系數為目標因素，與選定的ASI、株高、旱葉萎蔫度3 個指標進行相關分析，計算入選性狀指標的權數 （表4）。

表4 選定指標相關系數矩陣與權數

2.4 玉米自交系抗旱性綜合評價結果 玉米抗旱性是一個復雜的有機體代謝過程，評價玉米自交系抗旱性時需要進行多個性狀的綜合評價，在主指標抗旱系數的基礎上，綜合ASI、株高、旱葉萎蔫度3個指標進行加權修正，得出101 份試驗材料的抗旱性綜合評價指數（表5），指數越大表示抗旱性越強。并參照路貴和等[4]的逐級分類法，將101 份參試材料的綜合評價指數劃分為5 個級別，分級標準為：一級≥2.75，2.22 ≤二級＜2.75，1.16 ≤三級＜2.22，0.63 ≤四級＜1.16，五級＜0.63。101 份材料一級4 份，二級20 份，三級57 份，四級12 份，五級8 份，具體結果如下。

從以上綜合抗旱指數來看，抗旱性優良的共有24 份材料，其中有14 份材料為東華北區域 推薦，即LH52、DH257、HL40、HL57、HL49、HL50、HL45、HL44、HL58、K10 改、939、HB7、HB5、HL47，說明東華北區域的材料抗旱性普遍較好。此 外，K6、FKM3X、DG18、MS3807、FKM9、81162、3807、DG15 等材料抗旱性差，應進一步觀察了解其相關雜交種的抗旱性，預防潛在的生產 風險。

表5 玉米自交系抗旱性綜合評價結果

3 結論與討論

3.1 分析方法合理適用 前人對玉米的抗旱性評價方法研究較多，通過分析前人的評價方法，可歸納為兩大類，第1 類是利用某一單一指標直接評價，第2 類是利用某一主指標及相關次級指標進行綜合評價。作物抗旱性是受多基因控制的復雜數量性狀，通過某個單一指標，比如抗旱系數進行評價，往往很難獲得準確有效的結果。一個突出問題是田間觀察有些材料吐絲不暢但結實良好，分析是由于延遲吐絲的自交系接受了周圍的其他材料的花粉而結實。為剔除這類抗旱假象，需要結合雌雄開花間隔期（ASI）、葉片萎蔫度等性狀指標對抗旱系數進行修正，應用綜合指標進行鑒定評價。本試驗以抗旱系數為主要性狀指標，結合篩選到的相關次級性狀指標經數據標準化處理后，應用相關及通徑方法進行多元分析，得出了加權綜合抗旱系數。部分材料鑒定結果經與往年種植觀察情況進行比對驗證，一致性較好，基本準確合理。

3.2 試驗地點選擇及結果應用 玉米的抗旱性表現主要受基因型和環境因素影響，田間自然干旱條件下鑒定結果更加接近大田生產，其中降雨量是一個主要影響因素。酒泉地處河西走廊西端，屬大陸性干旱氣候帶，年均溫3.9～9.3℃，無霜期127～158d，夏季干熱，年均降水量87mm，蒸發量2140mm，玉米生長期間降雨稀少，蒸發量極大，是典型的綠洲灌溉農業區，非常有利于在田間自然干旱脅迫下鑒定玉米抗旱性。酒泉市的綠洲農業區，光熱資源充足和灌溉條件良好，是我國玉米制種核心區域之一。本試驗在酒泉市敦煌種業研究院育種基地開展，參試材料包括來自東北、華北、西北及黃淮海等不同生態區的優良穩定自交系，這些自交系在酒泉均有作為制種親本的種植和擴繁。因此，其抗旱性鑒定結果可以應用指導相關制種基地的選擇，也為各區域選優組材及選育抗旱新品種提供一定參考信息。