李璐璐，王克如，謝瑞芝，明博，趙磊，李?yuàn)檴?，侯鵬，李少昆

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玉米生理成熟后田間脫水期間的籽粒重量與含水率變化

李璐璐，王克如，謝瑞芝，明博，趙磊，李?yuàn)檴?，侯鵬，李少昆

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

【目的】黃淮海夏播玉米區(qū)收獲期偏早、籽粒含水率普遍偏高，制約了機(jī)械粒收的收獲質(zhì)量，延期收獲能夠降低收獲期籽粒含水率，但是該過(guò)程是否因籽粒重量下降造成產(chǎn)量損失尚不明確。本文開(kāi)展玉米生理成熟后田間站稈脫水期間籽粒含水率與粒重變化情況研究，為機(jī)械粒收技術(shù)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。【方法】本研究于2015年和2016年在河南新鄉(xiāng)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)站進(jìn)行，選擇22個(gè)當(dāng)前主要種植品種為供試材料，采取統(tǒng)一授粉，連續(xù)測(cè)定籽粒重量與籽粒含水率變化。其中，2015年授粉后26 d開(kāi)始測(cè)定，生理成熟后26—52 d結(jié)束；2016年授粉后11 d開(kāi)始測(cè)定，生理成熟后16—35 d結(jié)束。分析生理成熟后田間脫水期間籽粒含水率與粒重變化?！窘Y(jié)果】22個(gè)參試品種生理成熟期百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g；籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%。22個(gè)品種生理成熟后分別經(jīng)過(guò)16—52 d田間站稈晾曬后，百粒干重為22.9—38.4 g，平均為32.0 g；籽粒含水率為12.9%—24.4%，平均為17.3%。生理成熟前籽粒重量隨著授粉后天數(shù)增加而逐漸增加，不同測(cè)試時(shí)期之間存在顯著差異；生理成熟后隨著田間站稈時(shí)間延長(zhǎng)，籽粒含水率變化呈極顯著下降趨勢(shì)，而籽粒重量未表現(xiàn)出顯著變化，不同熟期品種和不同年份結(jié)果表現(xiàn)一致；生理成熟后籽粒重量與籽粒含水率之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系。【結(jié)論】黃淮海夏玉米生理成熟后田間站稈晾曬脫水期間，籽粒含水率顯著下降，而籽粒重量并未發(fā)生顯著變化，延期收獲降低了籽粒含水率，并且不會(huì)因粒重下降造成產(chǎn)量損失。

黃淮海；夏玉米；生理成熟；粒重；籽粒含水率

0 引言

【研究意義】機(jī)械粒收是玉米生產(chǎn)的發(fā)展方向，為降低機(jī)械收獲破碎損失和控制收獲后籽粒的烘干成本，需要較傳統(tǒng)生理成熟期收獲推遲至含水率降至28%或25%以下[1-4]，該過(guò)程大約需要13.5—29.5 d[5]。以往的研究多以生理成熟為最佳收獲期[6-8]，延遲收獲后玉米籽粒的脫水速率和粒重變化受到多方關(guān)注?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】玉米籽粒乳線消失、胚部黑層出現(xiàn)是玉米生理成熟的標(biāo)志，此時(shí)籽粒干重達(dá)最大值[9-12]，通常認(rèn)為籽粒含水率在20%—40%之間[6-8,12-18]。多數(shù)研究證實(shí)，玉米生理成熟后田間站稈期間粒重沒(méi)有顯著變化[5,10,19-21]，但也有一些研究認(rèn)為生理成熟后有些品種粒重隨著籽粒含水率下降而變化[22-23]。PASZKIEWICZ等[24]研究了42個(gè)玉米雜交種生理成熟后粒重的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有5個(gè)雜交種粒重發(fā)生了變化，當(dāng)籽粒含水率從35%降至15%，有些品種的粒重是增加的，而有些品種粒重下降，年際間的變化不一致，他們認(rèn)為生理成熟后粒重是否下降，不同品種間表現(xiàn)有差異，同時(shí)生理成熟后天氣對(duì)粒重變化有影響。NIELSEN等[22]研究發(fā)現(xiàn)，某些品種的籽粒在黑層出現(xiàn)后，含水率每降1%，籽粒干重也降1%，并認(rèn)為主要與籽粒呼吸消耗有關(guān)；FINCK[23]也有相似的報(bào)道。【本研究切入點(diǎn)】在機(jī)械粒收方式下，玉米生理成熟后田間站稈期間粒重和籽粒含水率的變化是影響適宜收獲時(shí)期的確定和機(jī)械粒收技術(shù)推廣的重要因素，國(guó)內(nèi)對(duì)此鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究團(tuán)隊(duì)于2015和2016年在河南新鄉(xiāng)開(kāi)展了持續(xù)2年、涉及22個(gè)品種的系統(tǒng)觀測(cè)，調(diào)查分析玉米生理成熟后田間站稈脫水期間籽粒脫水與粒重的變化趨勢(shì)及兩者的關(guān)系，為黃淮海夏播玉米區(qū)機(jī)械粒收技術(shù)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015和2016年在河南新鄉(xiāng)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃淮海綜合試驗(yàn)站進(jìn)行，2015年選用11個(gè)品種，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每小區(qū)3次重復(fù)，小區(qū)長(zhǎng)8 m，寬5.4 m，面積43.2 m2。2016年選用17個(gè)品種，兩年中有部分品種相同（表1），大區(qū)種植，各品種面積140.1 m2，長(zhǎng)18 m，寬7.8 m。2015年6月16日播種，2016年6月4日播種，種植密度均為75 000株/hm2，田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

記錄各小區(qū)的出苗和吐絲日期，在吐絲之前，每小區(qū)標(biāo)記200株生長(zhǎng)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的代表性植株并進(jìn)行雌穗套袋。吐絲后0—3 d進(jìn)行統(tǒng)一授粉，以確保供試植株授粉日期一致，并記錄授粉日期。以乳線消失、黑層完全形成為生理成熟的判定依據(jù)，記錄各小區(qū)有標(biāo)記植株的生理成熟日期。生理成熟前每5 d取一次樣，接近生理成熟期取樣間隔縮短至1—3 d，生理成熟后恢復(fù)為每5 d取一次樣，取樣時(shí)避開(kāi)降雨天氣。取樣時(shí)選取標(biāo)記植株果穗，手工脫粒，取果穗中部籽粒，稱(chēng)鮮重后在烘箱中85℃烘干至恒重，稱(chēng)量干重。2015年從授粉后26 d開(kāi)始取樣，每小區(qū)取3個(gè)果穗，3次重復(fù)，每品種共9個(gè)果穗，測(cè)定至11月14日止；2016年從授粉后11 d開(kāi)始取樣，每品種取5個(gè)果穗，測(cè)定至10月17日止。

表1 供試品種

籽粒含水率計(jì)算公式為：含水率（%）=（鮮重-干重）/鮮重×100。

1.3 粒重變化分析方法

（1）根據(jù)各參試品種授粉后不同時(shí)期百粒干重變化測(cè)試結(jié)果，以MMF Model生長(zhǎng)曲線[25]擬合籽粒干重變化動(dòng)態(tài)，并進(jìn)行歸一化處理，MMF Model方程形式如下所示：

=

式中，a、b、c、d為方程參數(shù)，為自變量，即授粉后天數(shù)，為因變量，即百粒干重。擬合得到的籽粒逐日變化數(shù)據(jù)與測(cè)試最后日期的擬合值進(jìn)行歸一化處理，得到不同品種授粉后逐日粒重變化進(jìn)程（0.0—1.0）。利用MATLAB繪制各品種粒重逐日變化的等值線圖，以不同灰度等級(jí)表示籽粒粒重占擬合最高值的百分比。

（2）對(duì)不同時(shí)期百粒干重測(cè)試結(jié)果進(jìn)行多重比較，差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan的SSR檢驗(yàn)法，顯著性水平為0.05。

1.4 氣象條件

2015年玉米生長(zhǎng)季，平均氣溫為22.3℃，累計(jì)積溫3 385.3℃，累計(jì)降水379.0 mm（圖1）；2016年玉米生長(zhǎng)季，平均氣溫為25.6℃，累計(jì)積溫3 487.5℃，累計(jì)降水830.3 mm，其中7月9日當(dāng)天降水高達(dá)414 mm（圖2）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007和MATLAB 7.5.0進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖，用Cure Expert Professional 2.2.0 進(jìn)行粒重變化的曲線擬合，用SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果

2.1 玉米生理成熟及站稈脫水后的籽粒含水率與粒重

2015和2016年共使用了22個(gè)供試品種，生理成熟后田間站桿脫水天數(shù)16—52 d。生理成熟期籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%，百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g；測(cè)定結(jié)束時(shí)籽粒含水率為12.9%—24.4%，平均為17.3%，百粒干重為22.9—38.4 g，平均為32.0 g。方差分析顯示，同一品種、同一年份生理成熟期和測(cè)定結(jié)束時(shí)，籽粒含水率存在極顯著差異，而百粒干重?zé)o顯著差異（表2）。

2.2 玉米生理成熟前后粒重的變化

2015和2016年，各參試品種籽粒干重與授粉后天數(shù)的擬合方程2均在0.95—0.99。結(jié)果表明，雖然不同玉米品種從授粉到生理成熟的天數(shù)有差異，同一品種不同年份間也有變化，但所有參試品種的粒重變化規(guī)律相同：相鄰測(cè)試粒重有顯著變化的均分布于該品種生理成熟前，接近生理成熟時(shí)粒重增加達(dá)到高峰；而自生理成熟后，連續(xù)取樣的粒重及其與生理成熟期的粒重間無(wú)顯著差異，即生理成熟至生理成熟后一段時(shí)間（16—52 d），玉米田間站稈脫水期間粒重?zé)o顯著變化（圖3）。此外，由于2016年玉米生育期內(nèi)熱量條件好于2015年，相同測(cè)試品種（鄭單958、先玉335、中單909、農(nóng)華101、農(nóng)華816、京農(nóng)科728）生理成熟日期較2015年均有所提前。

2.3 不同類(lèi)型玉米品種生理成熟后籽粒含水率和粒重的變化

不同熟期品種生理成熟后田間站稈脫水持續(xù)時(shí)間及其所處環(huán)境不同，為進(jìn)一步了解站稈期間籽粒含水率與粒重的變化趨勢(shì)，從參試品種中選擇不同熟期品種進(jìn)行對(duì)比分析。其中，2015年以禾田1號(hào)、京農(nóng)科728和先玉335為早熟、中熟、晚熟品種代表，生育期依次為99 d、104 d和120 d；2016年，以豐墾139、京農(nóng)科728和先玉335為早熟、中熟、晚熟品種代表，生育期分別為93 d、100 d和114 d。結(jié)果表明（表3—4），田間自然條件下，3個(gè)熟期品種籽粒含水率均隨著生理成熟后天數(shù)的增加呈不斷下降趨勢(shì)并最終趨于穩(wěn)定，同一品種最后一次測(cè)定的籽粒含水率值均與生理成熟期測(cè)定值之間存在極顯著差異；而3個(gè)品種的百粒干重隨著生理成熟后天數(shù)的延長(zhǎng)未發(fā)生顯著變化，兩年間的規(guī)律一致。

2.4 玉米生理成熟后籽粒含水率與粒重變化的關(guān)系

2015和2016年，玉米生理成熟后田間站稈脫水階段累計(jì)得到184個(gè)樣本的籽粒含水率與粒重值，同步分析表明，生理成熟后籽粒含水率逐漸下降并趨于穩(wěn)定，而粒重自生理成熟期直到測(cè)試結(jié)束基本保持穩(wěn)定，并未隨著生理成熟后田間站稈天數(shù)的延長(zhǎng)而發(fā)生顯著變化（圖4）。

表2 玉米生理成熟期和測(cè)定結(jié)束時(shí)籽粒含水率與百粒干重

PM：生理成熟期。**表示在0.01水平差異顯著；*表示在0.05水平上差異顯著；NS表示差異不顯著。下同

PM: Physiological maturity. ** represents significantly different at the 0.01 level; * represents significantly different at the 0.05 level; NS represents no significant difference. The same as below

兩年結(jié)果均表明，生理成熟后，田間自然條件下，隨著籽粒含水率降低，22個(gè)參試品種粒重保持穩(wěn)定，籽粒重量與含水率之間沒(méi)有顯著相關(guān)關(guān)系（圖5）。

表3 2015年不同熟期代表性品種生理成熟后籽粒含水率與粒重的變化

表4 2016年不同熟期代表性品種生理成熟后籽粒含水率和粒重的變化

圖1 2015年氣溫和降水

圖2 2016年氣溫和降水

品種由上到下按照生理成熟日期由長(zhǎng)到短排列。相鄰測(cè)試粒重有顯著差異的時(shí)期用*表示；不顯著的用○表示。各品種生理成熟日期以虛線連接

圖4 玉米生理成熟后籽粒含水率與粒重變化

圖5 生理成熟后籽粒含水率與粒重的關(guān)系

3 討論

美國(guó)Purdue University 的NIELSEN等[22]用3個(gè)玉米雜交種果穗的中部籽粒進(jìn)行了4年觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)4年中有3年所有品種的粒重在生理成熟后均表現(xiàn)出隨籽粒含水率下降而下降的現(xiàn)象，平均籽粒含水率下降1%，相應(yīng)粒重也下降1%，其中，雜交種Pioneer 3245降幅最大，達(dá)到1.3%，他們認(rèn)為粒重的下降主要與籽粒呼吸作用有關(guān)。ELMORE等[20]分別研究了生理成熟后果穗頂部、中部和基部籽粒粒重隨含水率下降的變化，均未發(fā)現(xiàn)粒重有顯著變化，其分析認(rèn)為籽粒含水率測(cè)試方法的不同可能導(dǎo)致了與NIELSEN等研究結(jié)果的差異。粒重的計(jì)算要用到籽粒含水率，NIELSEN等對(duì)含水率的測(cè)定使用的是電子水分測(cè)定儀，而ELMORE等使用烘干法測(cè)定籽粒含水率。有研究認(rèn)為當(dāng)含水率低于25%時(shí)，使用電子水分儀測(cè)量籽粒含水率時(shí)，精度會(huì)明顯下降[26-28]，籽粒含水率測(cè)定方法的不同可能是造成結(jié)論不一致的原因。PORDESIMO等[21]研究了風(fēng)干、曬干和烘干3種籽粒干燥方法下粒重的變化，在生理成熟后不同測(cè)定時(shí)期之間，均未發(fā)現(xiàn)粒重有顯著差異。PORDESIMO等分析NIELSEN等的研究結(jié)果，認(rèn)為其存在以下問(wèn)題：4年的試驗(yàn)中有3年觀測(cè)到了粒重的下降，但是還有1年沒(méi)有觀測(cè)到相似的結(jié)果；NIELSEN等采用回歸分析進(jìn)行籽粒含水率和籽粒重量的擬合，2值較低，且未標(biāo)注回歸分析的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果，籽粒含水率接近15%的樣本量較多，不均勻的樣本分布對(duì)回歸分析影響較大；在進(jìn)行回歸分析之前沒(méi)有對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行均值比較和差異顯著性檢驗(yàn)。本文對(duì)22個(gè)品種果穗中部籽粒的系統(tǒng)觀測(cè)表明，玉米生理成熟后田間站稈脫水的16—52 d期間粒重均無(wú)顯著變化，與NIELSEN等的研究結(jié)果不一致，但是與以往多數(shù)報(bào)道結(jié)果一致[5,10,19-21]。

籽粒呼吸作用通常被認(rèn)為是可能導(dǎo)致粒重下降的主要原因。KNITTLE等[19]在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究表明，當(dāng)籽粒含水率為50%、溫度27.8℃時(shí)籽粒呼吸速率最大，當(dāng)含水率降至15.5%時(shí)呼吸速率最低。當(dāng)溫度較高時(shí)，呼吸增加將導(dǎo)致粒重下降，尤其是籽粒受損傷后，呼吸作用可能導(dǎo)致粒重下降加速[29]。ELMORE等[20]的研究表明，美國(guó)玉米帶籽粒收獲時(shí)平均氣溫在4.4—10℃，按照這個(gè)溫度，由于呼吸作用使完整籽粒的粒重下降1%大約需要25—50 d，遠(yuǎn)長(zhǎng)于文獻(xiàn)報(bào)道中含水率下降1%需要的天數(shù)。本研究是在黃淮海夏玉米區(qū)開(kāi)展的測(cè)試，生理成熟期籽粒含水率處在30%左右，平均氣溫在18—22℃，田間站稈晾曬歷時(shí)16—52 d，均未發(fā)現(xiàn)粒重顯著下降。由此，推廣到在東北春玉米區(qū)，該區(qū)秋季氣溫下降較快，一般在玉米生理成熟后氣溫已降至10℃以下的較低水平，如果籽粒保持完整，因呼吸作用導(dǎo)致的粒重下降是可以忽略不計(jì)的。需要指出的是，本研究是基于健康果穗和籽粒的研究，有關(guān)生理成熟后因穗、粒腐和害蟲(chóng)破壞籽粒完整性后是否會(huì)導(dǎo)致呼吸速率加速引起粒重下降需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

2015和2016年在黃淮海夏玉米區(qū)測(cè)試結(jié)果表明，生理成熟期22個(gè)主要栽培玉米品種籽粒含水率為21.5%—33.1%，平均為27.5%，百粒干重為23.3—37.4 g，平均為30.8 g。生理成熟后持續(xù)16—52 d的田間站稈自然脫水期間，籽粒含水率顯著下降，而粒重并未隨籽粒含水率下降發(fā)生顯著變化，因此，生理成熟后粒重不應(yīng)成為機(jī)械粒收技術(shù)收獲時(shí)期考慮的因素。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Corn Kernel Weight and Moisture Content After Physiological Maturity in Field

LI LuLu, WANG KeRu, XIE RuiZhi, MING Bo, ZHAO Lei, LI ShanShan, HOU Peng, LI ShaoKun

(Institute o f Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】 In Huang-huai-hai Plain, the earlier harvesting date and the higher grain moisture content of summer maize reduces the harvest quality of mechanical grain harvest technology. The delayed harvest can reduce the grain moisture content. It remains unknown whether the grain weight and the yield will decrease or not during the field drying process. Clearing the changes of maize grain moisture and grain weight after physiological maturity is of benefit to promoting the application of grain mechanical harvesting technology. 【Method】 In 2015 and 2016, twenty two mainly planted cultivars were investigated in Comprehensive Experiment Stations of Chinese Academy of Agricultural Sciences located in Xinxiang, Henan. Controlled pollination was applied in every cultivar. In 2015, from the 26thday after pollination to the 26th- 52thday after physiological maturity, the grain weight and grain moisture were measured to analyze their changes. In 2016, the same traits were measured from the 11thday after pollination to the 16th- 35thday after physiological maturity.【Result】 Results showed that the average 100-kernel dry weight was 30.8 g at physiological maturity ranging from 23.3 g to 37.4 g. The average kernel moisture content was 27.5% at physiological maturity ranging from 21.5% to 33.1%. When all cultivars were finally tested after the long drying-down in field, the average 100-kernel dry weight was 32.0 g ranging from 22.9 g to 38.4g and the average kernel moisture content was 17.3% ranged from 12.9% to 24.4%. Before physiological maturity, the kernel weight increased significantly with the days after pollination. After physiological maturity, the kernel moisture content reduced significantly while the kernel weight kept stable. There was no statistically significant correlation between the kernel moisture content and the kernel weight after physiological maturity.【Conclusion】In Huang-huai-hai Plain, during the drying-down in field, corn kernel moisture content reduced significantly after physiological maturity while kernel dry weight was stable. The delayed harvest is of help for lower kernel moisture content and can’t decrease the yield due to the loss of kernel weight.

Huang-Huai-Hai; summer maize; physiological maturity; kernel weight; grain moisture content

2017-03-20；

2017-05-08

國(guó)家自然科學(xué)基金（31371575）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300101）、國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-02-25）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程

王克如，Tel：010-82108595；E-mail：wkeru01@163.com。通信作者李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn

聯(lián)系方式：李璐璐，Tel：010-82108595；E-mail：1044330186@qq.com。