28份玉米自交系抗旱性鉴定

邹成林，谭 华，黄开健，黄爱花，翟瑞宁，莫润秀

(广西壮族自治区农业科学院玉米研究所，广西南宁 530007)

0 引 言

【研究意义】每年因干旱可造成玉米减产20%～30%[1]。玉米干旱最根本的途径还是选育抗旱性强的玉米品种[2-3]。而筛选鉴定抗旱性自交系是选育抗旱性玉米品种的前提[4]。广西属于热带亚热带地区，尽管整体降雨丰富，但雨水在时间和空间上分布不均匀，而且广西玉米绝大多种植在丘陵和山区，无灌溉条件，因此常受季节性干旱影响[5]。准确评价广西玉米自交系抗旱性，对提高抗旱玉米品种选育具有重要意义。【前人研究进展】李争光等[6]通过调查出苗期、散粉期、吐丝期、株高、穗位高、雄穗长、穗长、穗粗、单穗粒数和单株产量等，对各项指标进行评定与筛选，确定耐旱指标，计算耐旱系数，并换算成综合耐旱系数，对28份主要玉米自交系农艺性状进行了耐旱性研究，鉴定出综合耐旱性较强自交系齐319、长3、吉465、英64、888-9和2002F17。韩登旭等[7]研究测定玉雄穗分枝数、穗粒重、穗粗、行粒数、千粒重、株高、穗位高、穗长、秃尖长、穗行数、叶绿素含量等14个主要性状，对47份自交系进行了抗旱性评价，认为抗旱性表现较好的自交系是掖52106、英64、478等。李亮等[8]采用抽雄吐丝期干旱胁迫的方法，调查穗长、穗粗、粒长、粒宽、粒厚、单穗干重、穗轴粗、粒重、百粒重、穗行数、行粒数等穗部性状，对287份玉米自交系进行耐早鉴定，单穗干重、穗长、穗行数、行粒数、粒长、粒重与玉米耐早性存在极显著的相关性，穗粗和百粒重与玉米耐早性存在显著相关性。覃永嫒等[9]通过测定果穗、植株及产量等13个性状，以产量抗旱系数、产量抗旱指数、产量抗旱隶属度、主成分分析和聚类分析等方法对玉米种质耐旱性进行了综合评价，结果筛选获得较耐旱自交系15个，不耐旱自交系11个。袁闯等[10]在重度干旱胁迫和正常灌水条件下测量了成熟期株高、茎粗、穗长、穗质量、穗行数、行粒数、穗粗、轴粗、突尖长、百粒质量、籽粒产量，运用相关分析、主成分分析、隶属函数值、聚类分析等方法对不同玉米品种成熟期抗旱性进行综合评价，结果表明，重度干旱胁迫对玉米株高、茎粗、穗长、穗粒数、穗质量、百粒质量等各项指标均产生极显著影响。张赛楠等[4]以40份玉米自交系为材料，于吐丝期设置干旱胁迫处理，测定其形态指标、生理指标和产量等，运用次级性状指标抗旱系数的平均隶属度值和产量抗旱指数隶属度值对40份玉米自交系抗旱性及产量潜力进行了分类，得到11份高产抗旱型玉米自交系。【本研究切入点】目前研究评价方法所需指标较多，评价体系较为复杂，而复杂的评价方法不利于对大量的自交系进行抗旱性评价。广西各地气候差异较大，需较多玉米品种与之相适应，生产上会用到自交系。评价体系较复杂，目前对广西玉米自交系进行抗旱性评价的研究仅有零星报道。需研究鉴定28份玉米自交系进行抗旱性。【拟解决的关键问题】以28份广西玉米自交系为材料，测定籽粒产量和果穗性状，以产量抗旱指数为主，果穗性状隶属度为辅，评价广西玉米自交系的抗旱性，丰富广西抗旱玉米种质材料，为建立一种较为简单快速可靠的玉米自交系抗旱性评价体系提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年7月在广西南宁市广西农业科学院明阳基地大棚进行。土壤为红壤土，有机质含量12.25 g/kg，碱解氮71.4 mg/kg，速效钾162.6 mg/kg，速效磷17.1 mg/kg，pH值6.20。选用28个供试玉米自交系名称。表1

表1 玉米自交系名称及来源Table 1 Maize inbred lines name and their sources

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用单因素随机区组试验设计，设置正常供水(CK)和干旱胁迫(T)2种水分处理。开行条播，每个小区面积为14 m2(5 m×2.8 m)，种植4行，单行单株种植，行距70 cm，株距25 cm，每个小区间留70 cm空行。每份自交系设置2个重复小区，CK和T两种处理区域间由水泥地隔开。播种前一次性施入缓控释肥(N：P2O5∶K2O = 24∶8∶10)50kg / 667m2。整地耙平，播种时精选饱满、无损伤、大小基本一致的种子。水表记录灌水量，T处理分别在播种时、苗期和拔节期进行3次灌水，总灌水量为30 m，CK分别在播种时、苗期、拔节期、大喇叭口期、开花抽雄期、灌浆期进行6次灌水，总灌水量为80 m。田间管理措施除水分外，其它均与当地管理方法一致。

1.2.2 测定指标

玉米完全成熟后，每个小区收中间2行进行测产，按14%水分折算产量，测产前从中选择具有代表性的10株果穗进行穗长、穗粗、行数、行粒数和百粒重等指标的测定。

抗旱系数(DC)=各自交系某指标干旱胁迫测定值/各自交系某指标正常供水测定值。

按照兰巨生等[11]方法，计算产量抗旱指数，通过产量划分各自交系的抗旱性。

产量抗旱指数(YDI)=DC×干旱胁迫下各玉米自交系产量/干旱胁迫下所有玉米自交系的平均产量。

参照兰巨生等[11]标准并根据广西实际情况，将产量指数评价抗旱性标准定为：YDI≥1.00为抗旱性强自交系，0.70≤YDI<1.00为抗旱性中等自交系，YDI<0.70为抗旱性弱自交系。

通过抗旱隶属函数法对穗部性状划分各自交系的抗旱性，进一步验证其抗旱性。

先求出各指标在材料中的具体隶属函数值(Xu)。因试验所测指标与玉米自交系抗旱性均呈正相关，故采用如下公式：

Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin).

式中，X为各自交系某指标测定值的抗旱系数，Xmax和Xmin分别为所有品种该指标抗旱系数的最大值和最小值。然后根据各指标的变异系数(CV)占所有指标变异系数之和的比例来确定各指标所占的权重系数，计算每个自交系的综合隶属函数D值，依据D值划分各自交系抗旱性强弱[12]。

参照张卫星等[13]标准和广西实际，将隶属函数D值评价抗旱性标准定为：D值≥0.8为抗旱性强自交系，0.5≤D值<0.8为抗旱性中等自交系，D值<0.5为抗旱性弱自交系。

1.3 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理，用DPS 16.05进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对玉米自交系果穗性状的影响

研究表明，与正常供水处理(CK)相比，干旱胁迫处理(T)下玉米果穗性状指标除穗行数外，其它各项指标均有不同程度降低，不同自交系降低幅度不同，抗旱系数不同。穗长抗旱系数介于0.676 9～0.984 1，其中抗旱系数大于0.9的有20个自交系，YD2、VN、Q901和LV99-5等4个自交系在穗长抗旱方面表现突出，抗旱系数均达到了0.98以上，Q935-8最差，抗旱系数仅为0.676 9。穗粗抗旱系数各自交系间差异较小，介于0.800 0～0.988 1，其中VN、H161、YD2和Q901抗旱系数大于0.97，在穗粗抗旱方面突出。穗行数抗旱系数介于0.794 9～1.069 0，其中有先21A、SP221和Q901等3个自交系穗行数在T下要略大于CK，P3-97、CLYN548、D908-5和D905-4等4个自交系穗行数在CK和T下未发生变化，除P9540外，其它自交系抗旱系数差别较小，最小的为0.875 0。行粒数抗旱系数各自交系间差别相对较大，介于0.713 0～1.000 0，其中Q901在CK和T处理下行粒数未发生改变，抗旱系数为1.000 0，Q934-5、VN、YD2和D1101等4个自交系抗旱系数均大于0.98，在行粒数抗旱方面突出，P508、Q925-3、正103-8、NS-7和P9540等5个自交系抗旱系数均小于0.7，在行粒数方面表现较差。百粒重抗旱系数各自交系间差异较小，介于0.861 4～0.989 2，其中VN、YD2、Q901、SP221、H161、LV99-5、NS-7、D1101和D1113等9个自交系抗旱系数均大于0.97。表2

表2 不同干旱胁迫下玉米自交系果穗性状变化Table 2 Effects of drought stress on ear characters of maize inbred lines

2.2 玉米自交系产量及抗旱性评价

研究表明，产量抗旱系数与产量抗旱指数存在一定的差异。产量抗旱系数反映自交系稳产性方面，28个玉米自交系中，VN、Q901、YD2、H161和LV99-5等5个自交系产量抗旱系数较高，均大于0.9，Q935-8、P3-97、Q98和D908-5等4个自交系产量抗旱系数较低，均低于0.7，对干旱胁迫比较敏感。利用产量抗旱指数(YDI)对玉米自交系进行抗旱性分类，其中D1101、Q901、VN、桂39722、YD2、D1113和SP221等7个自交系排名靠前，YDI≥1.00为抗旱性强自交系，正103-8、Q934-5、NS-7、DSG426、D1131-5、先21A、CLYN548、LV99-5、D905-4和P9540等10个自交系0.70≤YDI<1.00，为抗旱性中等自交系，H161、Q925-3、桂兆18422、P808、U269-1-3、P508、Q935-8、Q934、D908-5、P3-97和Q98等11个自交系YDI<0.70为抗旱性弱自交系。表3

表3 玉米自交系产量抗旱指数和抗旱性分类Table 3 Yield drought index and classification of maize inbred lines

2.3 玉米自交系产量抗旱指数与果穗性状抗旱系数相关分析

研究表明，产量抗旱指数与穗长、穗粗和百粒重之间存在极显著相关性，与行粒数存在显著相关性，与穗行数相关性未达显著。各果穗性状的抗旱系数与产量抗旱指数的相关系数递增顺序为：百粒重>穗长>穗粗>行粒数。果穗性状各抗旱系数间也存在不同程度的相关性，玉米抗旱性是多性状相互作用的综合结果。表4

表4 玉米自交系产量抗旱指数与果穗性状抗旱系数(DRC)相关性Table 4 Correlation between yield drought index and ear characters’ drought resistance coefficient (DRC) of maize inbred lines

2.4 玉米自交系果穗性状隶属函数值抗旱性评价

研究表明，VN、Q901、YD2、D1101、SP221、H161、LV99-5、D1113、桂39722、先21A、D905-4、Q934-5等12个自交系D值≥0.8，属于抗旱性强的自交系；D1131-5、P808、Q934、NS-7、CLYN548、U269-1-3、正103-8、DSG426、P508、桂兆18422等10个自交系为0.5≤D值<0.8，属于抗旱性中等自交系；P9540、P3-97、D908-5、Q98、Q925-3、Q935-8等6个自交系D值<0.5，属于抗旱性弱自交系。表5

表5 玉米自交系果穗性状抗旱系数隶属函数值抗旱性分类Table 5 Drought resistance classification of subordinate function value of ear characters in maize inbred lines

3 讨 论

抗旱系数与抗旱指数之间是不完全一致的，抗旱系数侧重反映作物的稳产性，而抗旱指数不仅反映作物的稳产性同时兼顾了丰产性[14]。抗旱性是一个复杂的反应过程，不仅与作物的种类、品种基因型、形态性状及生理生化反应等有关，而且受干旱发生的时期、强度及持续时间的影响，鉴定技术指标体系很难形成[15-16]。利用干旱胁迫和正常供水两种处理下的产量试验结果，即通过产量抗旱指数来鉴定玉米的抗旱性[17-18]。在遗传上抗旱性主要表现为加性效应，玉米的抗旱性是可以遗传的[4]。玉米品种的抗旱性与其亲本的抗旱性呈正相关[19]。研究选择玉米品种的自交系为研究对象，对28个在广西使用的玉米自交系，通过产量抗旱指数对其进行抗旱性评价，结果表明参试自交系含有7个抗旱性强，10个抗旱性中等，11个抗旱性弱。

玉米的抗旱性为多基因综合作用结果，涉及一系列复杂的反应过程，不能根据单个指标进行判断，须通过多指标进行综合评价[3]。综合评价所需指标并非越多越好，一方面过多的指标降低了评价效率，另一方面不同类型的指标会导致抗旱性鉴定的方向出现偏差。研究各性状指标与产量和抗旱性之间的关系，能够为玉米抗旱育种提供直接且简单易行的选择依据[20]。研究选择测定相对简单的果穗性状，如穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒重等，这些性状指标容易测定，研究报道[6-8，21-22]这些性状与玉米自交系的抗旱性有密切相关。试验结果表明，穗长、穗粗、行粒数和百粒重与产量抗旱指数之间存在极显著或显著相关性，与前人研究结果相一致。但穗行数与产量抗旱指数之间相关性未达显著，与前人研究结果存在一定的差异，可能跟环境和自交系特性有关。一些相关性很小或不相关指标的引入，不但增加了计算分析的复杂程度，有时还会带来偏差，甚至导致结果的错误[4]。根据穗部性状指标与产量抗旱指数的相关性结果，在进行函数隶属法计算时，研究舍弃了相关性不显著的穗行数指标。根据D值分类结果，自交系属于抗旱性强的有12个，抗旱性中等的有10个，抗旱性弱的有6个。D值结果是对产量抗旱指数评价抗旱性的进一步验证，分析D值与产量抗旱指数之间的相关性达到了极显著正相关(r=0.740 2**)，但D值与产量抗旱指数所得抗旱性评价结果并非完全一致，这与张赛楠等[4]认为平均隶属度值和产量抗旱指数的隶属度值所得材料抗旱性的划分存在差异的结论相同。D值与产量抗旱指数分类结果一致的自交系为：D1101、Q901、VN、桂39722、YD2、D1113和SP221等7份属于抗旱性强自交系；正103-8、NS-7、DSG426、D1131-5和CLYN548等5份属于抗旱性中等自交系；P3-97、D908-5、Q98、Q925-3和Q935-8等5份属于抗旱性弱自交系。

4 结 论

干旱胁迫可导致玉米自交系产量降低，穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒重均有不同程度减小。其中穗长、穗粗、行粒数和百粒重的4个抗旱系数与产量抗旱指数有显著或极显著正相关，可用于隶属函数法计算D值。隶属函数D值与产量抗旱指数相关性为0.740 2，达到极显著正相关。产量抗旱指数与果穗性状抗旱系数隶属函数D值均可用于玉米自交系抗旱性评价，自交系均属于抗旱性强的品种为D1101、Q901、VN、桂39722、YD2、D1113和SP221。