趙 波, 吳雅薇, 李小龍, 陳 祥, 鄧長春, 朱驍雍, 袁繼超, 孔凡磊**

玉米強弱勢粒間機械脫粒破碎率的差異*

趙 波1, 吳雅薇1, 李小龍1, 陳 祥1, 鄧長春2, 朱驍雍2, 袁繼超1, 孔凡磊1**

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室 成都 611130; 2. 四川省中江縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 中江 618100)

為明確機械脫粒時玉米強弱勢粒間破碎率的差異及其影響因素, 選用2個玉米品種, 將玉米分強弱勢粒分別機械脫粒, 比較分析3次機械脫粒日期(8月9日、8月16日、8月23日)強弱勢粒的含水率、百粒重、力學強度、淀粉粒形態(tài)和破碎率。結(jié)果表明, 參試品種‘仲玉3號’在8月9日、8月16日和8月23日脫粒弱勢粒的破碎率均高于強勢粒, ‘先玉1171’在8月16日和8月23日脫粒弱勢粒的破碎率也均高于強勢粒; 不同機械脫粒日期強勢粒的含水率和百粒重顯著高于弱勢粒, 同時較弱勢粒具有明顯的力學強度優(yōu)勢。籽粒頂面壓碎強度和胚部壓碎強度與破碎率呈極顯著和顯著負相關(guān)(=-0.46**,=-0.34*), 可更好地反映籽粒耐破碎能力;強勢粒的角質(zhì)胚乳淀粉粒大于弱勢粒, 強勢粒的粉質(zhì)胚乳淀粉粒主要呈多面體, 弱勢粒主要呈球體。強弱勢粒含水率差異難以反映其耐破碎能力, 粒重和力學強度差異是造成強弱勢粒破碎率差異的重要原因。

玉米; 機械脫粒; 強勢粒; 弱勢粒; 力學強度; 破碎率

中國作為全球玉米()主要產(chǎn)區(qū)之一, 由于機械化粒收面積<5%, 生產(chǎn)成本一直高于歐美國家[1-2]。目前隨著玉米機械粒收技術(shù)的不斷推廣應用, 提高機械粒收質(zhì)量變得尤為重要。籽粒破碎是玉米收獲、運輸和加工過程中的一個重要問題。收獲時籽粒破碎率偏高是當前中國玉米機械粒收技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”性問題[3-5]。關(guān)于玉米機械粒收籽粒破碎的研究較多, 得出籽粒破碎與品種、收獲機械、籽粒含水率、種植密度和籽粒力學強度等因素關(guān)系密切[3,6-13]。機械粒收時低的籽粒破碎率總是與較低的籽粒含水率和較高的籽粒力學強度緊密聯(lián)系[13-16]。在玉米耐破碎研究上發(fā)現(xiàn), 玉米籽粒形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、籽粒硬度和內(nèi)在成分(尤其是醇溶蛋白)對籽粒破碎有影響[17-19]。Leford等[20]研究表明, 抗破碎的籽粒趨于細小致密, 抗剪切強度較高。Martin等[21]研究表明, 機械破碎主要受籽粒形狀、粒徑和結(jié)構(gòu)特征的影響, 其次為籽粒硬度。Wang等[22]研究表明, 玉米籽粒角質(zhì)胚乳較粉質(zhì)胚乳具有顯著的力學強度優(yōu)勢, 角質(zhì)胚乳比例高的玉米品種更耐破碎。Hou等[23]研究表明籽粒密度和皮下空腔體積是影響籽粒破碎率的兩個重要因素, 尤其是籽粒密度對玉米籽粒破碎起著至關(guān)重要的作用。玉米果穗的不同粒位由于庫活性的差異[24-25], 或同化物供應差異[26-27], 或蔗糖-淀粉代謝途徑中相關(guān)酶活性差異[28]等原因, 造成了籽粒充實程度存在顯著差異, 形成了果穗中下部的強勢粒和上部的弱勢粒。以往關(guān)于玉米籽粒破碎與籽粒形狀、結(jié)構(gòu)、硬度等的關(guān)系研究主要采用不同玉米品種間比較, 同一品種強弱勢粒間也具有這種天然差異, 然而缺乏玉米強弱勢粒機械脫粒破碎的差異及其影響因素的相關(guān)報道。為此, 本研究通過選用2個玉米品種, 將玉米分強弱勢粒分別機械脫粒, 多時期調(diào)查強弱勢粒的含水率、百粒重、力學強度、淀粉粒形態(tài)和破碎率, 探討強弱勢粒機械脫粒破碎差異及其影響因素, 并篩選出與籽粒破碎相關(guān)性較高的力學強度評價指標, 研究結(jié)果將對玉米機械粒收技術(shù)的推廣和適宜品種的選育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

試驗于2019年在四川省德陽市中江縣合興鄉(xiāng)新建村(31°03′N, 104°68′E)進行。土壤類型為紫色壤土, 0~20 cm土層的化學性質(zhì)為: 有機質(zhì)11.13 g×kg–1,全氮1.23 g×kg–1, 速效磷12.84 g×kg–1, 速效鉀131.91 g×kg–1。從四川玉米區(qū)有較大種植推廣面積的品種中選取具有典型代表性且機械粒收質(zhì)量較優(yōu)的品種‘仲玉3號’(ZY3)和‘先玉1171’(XY1171)為試驗材料, 分別由南充市農(nóng)業(yè)科學院和鐵嶺先鋒種子研究有限公司提供。兩品種生育期相近, ‘仲玉3號’和‘先玉1171’籽粒類型分別為半馬齒型和半硬粒型。

1.2 試驗設計

選取地勢平整, 肥力相對一致的地塊進行大田試驗, 試驗采用帶狀種植, 每帶3行(行距60 cm, 帶間距為1.2 m, 每一品種種植2帶, 帶長100 m), 種植密度60 000株?hm–2。肥料用量為純氮180.0 kg?hm–2、P2O545.0 kg?hm–2和K2O 67.5 kg?hm–2, 氮肥于播種時施入60%, 大口期施入40%, 磷鉀肥全部基施。3月27日播種, 其他田間管理同當?shù)貙嶋H生產(chǎn), 以實現(xiàn)高產(chǎn)。在玉米吐絲期選擇吐絲時間和大小一致的果穗掛牌, 以備取樣, 每品種共掛牌1 800穗。在玉米生理成熟后于8月9日、8月16日、8月23日從田間人工摘穗(選取長勢一致的掛牌無穗粒腐病果穗), 每品種500穗, 去除苞葉, 按圖1的標準人為將果穗扳斷, 分強弱勢粒分別進行機械脫粒, 調(diào)查強弱勢粒的含水率、百粒重、力學強度和破碎率。為更好地為機械粒收技術(shù)提供理論依據(jù), 本研究采用西南玉米生產(chǎn)區(qū)常用的久保田4LZY-1.8B玉米籽粒收獲機, 配套家家樂4YG-4A玉米收割臺進行機械脫粒。

圖1 玉米強弱勢粒的劃分

1.3 測定項目與方法

1.3.1 含水率和百粒重

每次機械脫粒前, 將玉米果穗按照圖1的標準人為進行強、弱勢粒劃分后, 分別選取15個具有典型代表性的強、弱勢粒果穗, 重復3次, 人工脫粒, 以100粒為單位稱量籽粒的鮮重(6次重復), 然后80 ℃烘干至恒重, 稱籽粒干重, 計算籽粒含水率。

1.3.2 力學強度

選取15個具有典型代表性的強、弱勢粒果穗, 然后根據(jù)粒重、大小和形狀相近原則, 在每個果穗相同位置選取完整籽粒(強勢粒選擇中部籽粒), 然后用石家莊艾沃士科技有限公司生產(chǎn)的玉米莖稈強度測定儀(型號: AWOS-SL0, 500 N量程), 采用圓形探測頭(截面為1 cm2)和剪切刀測定并記錄玉米籽粒頂面、側(cè)面、胚部和腹面(圖2)被測頭恰好壓碎時和剪切裂開時儀器所顯示的最大值(由于腹面有兩個面, 為保證數(shù)據(jù)的準確性, 本研究中測定的是無胚的一面, 同時在測定腹面強度時, 選取的是平整性一致的籽粒)。對每一品種強、弱勢粒各面壓碎強度和剪切強度分別測定45粒, 每15粒為1個重復(所有力學測定采用同一臺儀器和同一人員操作), 平行測定3次。

1.3.3 破碎率

每次機械脫粒后, 將機倉內(nèi)全部籽粒抽空并裝袋。將裝袋籽粒充分混勻后隨機取2 kg, 取3次, 參照“玉米收獲機械試驗方法”(GBT-21961—2008[29]), 人工去除非籽粒部分, 再揀出機器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒, 分別稱取破碎籽粒質(zhì)量(s)及樣品籽?？傎|(zhì)量(i), 按以下公式計算籽粒破碎率(s)。

s(%)=s/i′100 (1)

圖2 玉米籽粒力學強度受力(F)示意圖

1.3.4 淀粉粒形態(tài)

選取代表性果穗, 將籽粒分強勢粒和弱勢粒后,立即用4%戊二醛前固定, 用pH 6.8的磷酸緩沖液漂洗, 再用1%鋨酸進行后固定, 然后分別用體積分數(shù)30%、50%、70%、80%、90%的乙醇脫水, 再用100%的乙醇脫水3次, 進行臨界點干燥, 然后切片致使籽粒斷裂(保證玉米籽粒成自然斷裂狀態(tài)), 采用英國Quorum離子濺射儀給樣品噴金, 最后采用美國Thermo Scientific? Apreo S型掃描電鏡觀察照相。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 對數(shù)據(jù)進行處理, SPSS Statistics17.0軟件進行統(tǒng)計分析, 差異顯著性檢驗采用Duncan的SSR檢驗法,<0.05被認為顯著。采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米強弱勢粒機械脫粒破碎率變化

由圖3可知, 隨著機械脫粒日期的推遲, ‘仲玉3號’的強弱勢粒機械脫粒破碎率均逐漸降低; ‘先玉1171’的強勢粒破碎率逐漸降低, 弱勢粒破碎率逐漸增加。8月9日、8月16日和8月23日3個日期機械脫?！儆?號’的強勢粒破碎率均小于弱勢粒, 其絕對差值分別為0.65%、0.35%、2.50%, 其中8月23日脫粒強弱勢粒破碎率差異達顯著水平(<0.05); 8月9日脫?！扔?171’的強勢粒破碎率顯著大于弱勢粒, 絕對差值為5.27%, 8月16日和8月23日脫粒強勢粒破碎率均小于弱勢粒, 絕對差值分別為0.11%和2.05%, 8月23日脫粒強弱勢粒破碎率差異達顯著水平(<0.05)。

圖3 不同機械脫粒日期不同玉米品種強弱勢粒的破碎率

圖中不同小寫字母表示在<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters show significant differences at< 0.05 level.

2.2 玉米強弱勢粒含水率變化

‘仲玉3號’和‘先玉1171’品種3個機械脫粒日期均表現(xiàn)為玉米強勢粒含水率大于弱勢粒, 且隨著日期推遲強弱勢粒的含水率均逐漸降低(圖4)。3個日期‘仲玉3號’的強(弱)勢粒含水率分別為32.80%(28.93%)、21.78%(17.98%)、18.74%(14.80%), 差異均達顯著水平(<0.05); 3個日期‘先玉1171’的強(弱)勢粒含水率分別為30.64%(30.44%)、21.10%(19.64%)、18.50%(14.40%),在8月16日和8月23日強弱勢粒含水率差異達顯著水平(<0.05)。

圖4 不同機械脫粒日期不同玉米品種強弱勢粒的含水率

圖中不同小寫字母表示在<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters show significant differences at< 0.05 level.

2.3 玉米強弱勢粒百粒重變化

由圖5可知, ‘仲玉3號’和‘先玉1171’品種3個機械脫粒日期均表現(xiàn)為玉米強勢粒百粒重大于弱勢粒, 且差異達顯著水平(<0.05)?！儆?號’強弱勢粒平均百粒重分別為35.86 g和26.60 g , 差值為9.26 g; ‘先玉1171’強弱勢粒平均百粒重分別為35.16 g和25.53 g, 差值為9.63 g。

圖5 不同機械脫粒日期不同玉米品種強弱勢粒的百粒重

圖中不同小寫字母表示在<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters show significant differences at< 0.05 level.

2.4 玉米強弱勢粒力學強度變化

隨著日期推遲強弱勢粒各面壓碎強度和剪切強度均呈逐漸增加的變化趨勢(圖6)。兩品種強弱勢粒壓碎強度在3個日期均表現(xiàn)為: 腹面>頂面>側(cè)面>胚部, 且強勢粒各面壓碎強度大于弱勢粒?！儆?號’強勢粒腹面、頂面、側(cè)面和胚部壓碎強度較弱勢粒分別平均提高16.53%、-1.67%、5.04%、4.80%; 強弱勢粒腹面壓碎強度的差異在3個日期均達顯著水平(<0.05), 頂面和側(cè)面壓碎強度強弱勢粒間差異在3個日期均不顯著?！扔?171’強勢粒腹面、頂面、側(cè)面和胚部壓碎強度較弱勢粒分別平均提高20.08%、13.17%、15.71%、21.31%, 其中側(cè)面和胚部壓碎強度強弱勢粒間的差異在3個日期均達顯著水平(<0.05)。

兩品種強弱勢粒剪切強度在3個日期均表現(xiàn)出腹面最大, 胚部最小, 頂面和側(cè)面在不同日期規(guī)律不明顯, 但兩者間差異較小; 強勢粒腹面、頂面和側(cè)面剪切強度均大于弱勢粒?！儆?號’強勢粒腹面、頂面、側(cè)面和胚部剪切強度較弱勢粒分別平均提高12.62%、3.58%、3.09%、-8.79%, 強弱勢粒腹面剪切強度的差異在3個日期均達顯著(<0.05), 側(cè)面剪切強度的差異在3個日期均不顯著; ‘先玉1171’強勢粒腹面、頂面、側(cè)面和胚部剪切強度較弱勢粒分別平均提高32.31%、16.91%、25.19%、1.52%, 腹面和側(cè)面剪切強度強弱勢粒間的差異在3個日期均達顯著(<0.05), 而胚部剪切強度的差異在3個日期均不顯著。

圖6 不同機械脫粒日期不同玉米品種強弱勢粒的力學強度

圖中不同小寫字母表示在<0.05水平差異顯著; 圖中的方差分析僅限于同一品種同一指標不同日期的強弱勢粒。Different lowercase letters show significant differences at< 0.05 level. The analysis of variance in the figure is only limited to the superior and inferior grains of the same variety with the same index and different dates.

2.5 玉米強弱勢粒機械脫粒破碎率與力學強度指標間的相關(guān)分析

玉米籽粒各力學強度指標均與破碎率呈負相關(guān)(圖7), 籽粒各面壓碎強度與破碎率的相關(guān)系數(shù)均大于籽粒剪切強度, 其中頂面壓碎強度和胚部壓碎強度與破碎率的負相關(guān)分別達極顯著(<0.01)和顯著(<0.05)水平, 表明通過測定籽粒頂面和胚部壓碎強度可以更好地反映籽粒耐破碎能力。

2.6 玉米強弱勢粒淀粉粒形態(tài)

用掃描電鏡觀察2個品種強弱勢粒的淀粉粒形態(tài), 顆粒呈多面體和球體(圖8)。從圖中可以看出, 強弱勢粒淀粉粒在大小和形態(tài)間存在明顯差異。角質(zhì)胚乳(A, B, E和F)的淀粉粒主要是多面體形狀, 但強勢粒角質(zhì)胚乳(A和E)的淀粉粒比弱勢粒(B和F)大; 粉質(zhì)胚乳(C, D, G和H)的淀粉粒存在多面體和球體兩種形式, 但強勢粒粉質(zhì)胚乳(C和G)的淀粉粒以多面體所占比例較多, 弱勢粒(D和H)以球體所占比例較多, 同時強勢粒粉質(zhì)胚乳的淀粉粒較弱勢粒排列更為緊密。這些特性可以解釋試驗中所觀察到的玉米強弱勢粒百粒重差異[30]

3 討論

3.1 粒重和力學強度差異是造成強弱勢粒破碎率差異的重要因素

籽粒破碎率作為評價玉米機械粒收質(zhì)量的主要指標[31], 其值偏高是當前中國玉米機械粒收技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”性問題。收獲時低的籽粒含水率能顯著降低籽粒破碎[14,32-34]。本研究中, 隨著日期推遲, 籽粒含水率下降, ‘仲玉3號’的強弱勢粒和‘先玉1171’的強勢粒破碎率均逐漸降低, 說明籽粒含水率對籽粒耐破碎性有顯著影響。Vyn等[17]研究表明, 圓形籽粒破碎率較扁平籽粒高, 粒重越大, 破碎敏感度(BS)越小, 小粒比大粒品種更抗破碎。玉米籽粒的力學特性與機械脫粒性能關(guān)系密切, 高的籽粒強度往往伴隨著低的籽粒破碎[13,21,35-36]。本研究表明, 在不同日期弱勢粒的含水率、百粒重和力學強度均低于強勢粒, 參試品種‘仲玉3號’在3個機械脫粒日期弱勢粒的破碎率均高于強勢粒, ‘先玉1171’在后2次機械脫粒日期弱勢粒的破碎率也均高于強勢粒。弱勢粒的含水率低、粒形小, 弱勢粒的破碎率應較強勢粒低, 而本研究結(jié)果表明強勢粒含水率高于弱勢粒, 然而除‘先玉1171’第1次機械脫粒外, 強勢粒破碎率均低于弱勢粒, 說明含水率差異難以反映強弱勢粒耐破碎能力的差異。試驗中參試品種后2次機械脫粒的強弱勢粒含水率在14.38%~21.78%, 是比較適宜的機械粒收含水率范圍[16,37]。對強弱勢粒百粒重、力學強度、破碎率的分析表明籽粒百粒重、力學強度越大破碎率越小, 這與前人研究結(jié)果相符[13,17]。籽粒力學強度與破碎率存在負相關(guān)關(guān)系, 對不同力學強度指標與破碎率的相關(guān)分析表明, 籽粒頂面壓碎強度和胚部壓碎強度與破碎率呈極顯著和顯著負相關(guān), 可更好地反映籽粒耐破碎能力?？梢? 粒重和力學強度差異是造成強弱勢粒破碎率差異的重要原因。

圖7 玉米籽粒各力學強度指標與破碎率的相關(guān)系數(shù)

FCS: 頂面壓碎強度; SCS: 側(cè)面壓碎強度; GCS: 胚部壓碎強度; VCS: 腹面壓碎強度; FSS: 頂面剪切強度; SSS: 側(cè)面剪切強度; GSS: 胚部剪切強度; VSS: 腹面剪切強度。*和**分別表示在<0.05和<0.01水平差異顯著。FCS: facade crushing strength; SCS: side crushing strength; GCS: germ crushing strength; VCS: ventral crushing strength; FSS: facade shear strength; SSS: side shear strength; GSS: germ shear strength; VSS: ventral shear strength. * and ** stand significant correlations at< 0.05 and< 0.01 probability level, respectively.

3.2 縮小強弱勢粒充實度差異, 提高果穗籽粒整齊度, 有利于降低機械粒收破碎率

玉米果穗的不同粒位因庫活性差異等原因, 強弱勢粒間的發(fā)育差異顯著, 弱勢粒充實度不足。強弱勢粒間往往表現(xiàn)出粒重、形態(tài)、體積、密度存在顯著差異, 強勢粒密度較弱勢粒大, 同時強弱勢粒內(nèi)部淀粉粒體積分布也存在差異, 強勢粒的大淀粉粒明顯較弱勢粒多[30]。Kniep等[38]研究表明, ‘Opaque-2’品種籽粒密度較正常品種低5%, 其破碎率是普通品種的2.4倍。Hou等[23]利用X射線μCT掃描技術(shù), 得出籽粒密度和皮下空腔體積與籽粒破碎率分別呈顯著負相關(guān)(-0.934**)和正相關(guān)(0.589*)。玉米籽粒力學性質(zhì)很大程度上取決于胚乳的性質(zhì)和角質(zhì)胚乳與粉質(zhì)胚乳的比例[39-40], 籽粒的空腔體主要存在于粉質(zhì)胚乳中, 粉質(zhì)胚乳較大的品種籽粒空腔體較多, 角質(zhì)胚乳與粉質(zhì)胚乳的比例越低, 該品種密度越低, 其破碎率也越高[23]。籽粒硬度與籽粒容重、粒重、密度、形狀、粗細比、直鏈淀粉含量和醇溶蛋白含量等均有關(guān)[41-43]。強弱勢粒的淀粉粒形狀、大小隨氮肥梯度的變化可解釋所觀察到的籽粒密度和千粒重的提高, 從而使產(chǎn)量提高[30]。因此本研究中的強弱勢粒淀粉粒形態(tài)特征也能有效闡述強弱勢粒百粒重差異原因, 同時弱勢粒的粉質(zhì)胚乳多呈球體, 排列不夠緊密, 可能造成空腔體積較大, 密度較低, 從而破碎率較高。因此, 弱勢粒在灌漿階段充實程度不夠, 造成淀粉粒較小、排列疏松, 成分組織比例不佳, 密度和粒重低, 空腔體積較大, 從而導致力學強度(硬度)較小, 機械脫粒時破碎率較高; 而強勢粒灌漿充實, 淀粉粒較大、排列緊密, 密度和粒重高, 具有較強的力學強度(硬度)和耐破碎能力, 機械脫粒時破碎率較低。綜上可見, 玉米強弱勢粒由于灌漿充實程度不同導致機械脫粒破碎率存在差異, 所以通過選擇果穗籽粒整齊度高、灌漿充分的玉米品種以及科學合理的田間栽培措施(如: 抽雄后根系分區(qū)交替灌溉[44]、適當增加氮肥施用量[30,45]等)來優(yōu)化弱勢粒的灌漿, 提高弱勢粒的充實程度, 提高力學強度, 可降低玉米機械粒收籽粒破碎率。在本研究中, 運用了電鏡掃描技術(shù), 但是缺乏單粒籽粒準確的數(shù)量化結(jié)果證據(jù), 因此在今后的研究中, 可借助一些創(chuàng)新觀測方法(例: CT掃描技術(shù))得到強弱勢粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的數(shù)量化證據(jù), 以進一步系統(tǒng)性的闡述分析。

圖8 ‘仲玉3號’和‘先玉1171’強弱勢粒淀粉粒鏡檢差異比較

A-D: 仲玉3號; E-H: 先玉1171; A, C, E, G: 強勢粒; B, D, F, H: 弱勢粒; A, B, E, F: 角質(zhì)胚乳(2 000×, 比例尺為30 μm); C, D, G, H: 粉質(zhì)胚乳(500×, 比例尺為100 μm)。A-D: Zhongyu 3; E-H: Xianyu 1171; A, C, E and G: superior grains; B, D, F and H: inferior grains; A, B, E, F: horny endosperm (2 000×, scale bar = 30 μm); C, D, G, H: floury endosperm (500×, scale bar = 100 μm).

4 結(jié)論

玉米強弱勢粒在機械脫粒時破碎率存在顯著差異。這種差異主要是由于強弱勢粒粒重和力學強度不同所造成, 而含水率的差異難以反映強弱勢粒的耐破碎能力。強弱勢粒內(nèi)部淀粉粒的形態(tài)和排列方式存在差異。籽粒頂面壓碎強度和胚部壓碎強度與破碎率呈極顯著和顯著負相關(guān)(=-0.46**,=-0.34*), 是較適宜的力學強度評價指標。

[1] FAO. FAOSTAT: Agriculture database. FAO, Rome. 2019. http:/ /faostat.fao.org/

[2] 李少昆. 我國玉米機械粒收質(zhì)量影響因素及粒收技術(shù)的發(fā)展方向[J]. 石河子大學學報: 自然科學版, 2017, (3): 265–272 LI S K. Factors affecting the quality of maize grain mechanical harvest and the development trend of grain harvest technology[J]. Journal of Shihezi University: Natural Science, 2017, (3): 265–272

[3] 王克如, 李少昆. 玉米機械粒收破碎率研究進展[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2018–2026 WANG K R, LI S K. Progresses in research on grain broken rate by mechanical grain harvesting[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 2018–2026

[4] 張向前, 王瑞, 張瑞霞, 等. 內(nèi)蒙古適宜籽粒機械化收獲春玉米品種篩選[J]. 北方農(nóng)業(yè)學報, 2018, 46(1): 25–29 ZHANG X Q, WANG R, ZHANG R X, et al. Screening varieties suitable for mechanical harvesting of spring maize kernel in Inner Mongolia[J]. Journal of Northern Agriculture, 2018, 46(1): 25–29

[5] 薛軍, 李璐璐, 張萬旭, 等. 玉米穗軸機械強度及其對機械粒收籽粒破碎率的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2018, 51(10): 1868–1877 XUE J, LI L L, ZHANG W X, et al. Maize cob mechanical strength and its influence on kernel broken rate[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(10): 1868–1877

[6] 李少昆, 王克如, 裴志超, 等. 北京春玉米機械粒收質(zhì)量影響因素研究及品種篩選[J]. 玉米科學, 2018, 26(6): 110–115 LI S K, WANG K R, PEI Z C, et al. Study on the influencing factors of maize mechanical grain harvest quality and cultivars selection in Beijing[J]. Journal of Maize Sciences, 2018, 26(6): 110–115

[7] 王克如, 李少昆, 王延波, 等. 遼寧中部適宜機械粒收玉米品種的篩選[J]. 作物雜志, 2018, (3): 97–102 WANG K R, LI S K, WANG Y B, et al. Screening maize varieties suitable for mechanical harvesting grain in the central Liaoning Province[J]. Crops, 2018, (3): 97–102

[8] SEHGAL S M, BROWN W L. Cob morphology and its relations to combine harvesting in maize[J]. Iowa Stage Journal of Science, 1965, 39(3): 251–268

[9] 李川, 喬江方, 谷利敏, 等. 影響玉米籽粒直接機械化收獲質(zhì)量的生物學性狀分析[J]. 華北農(nóng)學報, 2015, 30(6): 164–169 LI C, QIAO J F, GU L M, et al. Analysis of maize biological traits which affected corn kernel mechanically harvesting qualities[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2015, 30(6): 164–169

[10] 易克傳, 朱德文, 張新偉, 等. 含水率對玉米籽粒機械化直接收獲的影響[J]. 中國農(nóng)機化學報, 2016, 37(11): 78–80 YI K C, ZHU D W, ZHANG X W, et al. Effect of moisture content on corn grain harvesting mechanization[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2016, 37(11): 78–80

[11] 李清龍. 打擊式玉米脫粒機脫粒過程試驗研究及仿真分析[D]. 長春: 吉林大學, 2014 LI Q L. Research on the experiment and simulation analysis of the threshing process of the collision style corn thresher[D]. Changchun: Jilin University, 2014

[12] BAUER P J, CARTER P R. Effect of seeding date, plant density, moisture availability, and soil nitrogen fertility on maize kernel breakage susceptibility[J]. Crop Science, 1986, 26(6): 1220–1226

[13] 趙波, 李小龍, 周茂林, 等. 西南玉米機械粒收籽粒破碎率現(xiàn)狀及影響因素分析[J]. 作物學報, 2020, 46(1): 74–83 ZHAO B, LI X L, ZHOU M L, et al. Current status and influencing factors of broken rate in mechanical grain harvesting of maize in Southwest China[J]. Acta Agronomica Sinica, 2020, 46(1): 74–83

[14] 李璐璐, 雷曉鵬, 謝瑞芝, 等. 夏玉米機械粒收質(zhì)量影響因素分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2044–2051 LI L L, LEI X P, XIE R Z, et al. Analysis of influential factors on mechanical grain harvest quality of summer maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 2044–2051

[15] 柴宗文, 王克如, 郭銀巧, 等. 玉米機械粒收質(zhì)量現(xiàn)狀及其與含水率的關(guān)系[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2036–2043 CHAI Z W, WANG K R, GUO Y Q, et al. Current status of maize mechanical grain harvesting and its relationship with grain moisture content[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 2036–2043

[16] 孔凡磊, 趙波, 吳雅薇, 等. 收獲時期對四川春玉米機械粒收質(zhì)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2020, 28(1): 50–56 KONG F L, ZHAO B, WU Y W, et al. Effects of harvesting date on mechanical grain-harvesting quality of spring maize in Sichuan Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1): 50–56

[17] VYN T J, MOES J. Breakage susceptibility of corn kernels in relation to crop management under long growing season conditions[J]. Agronomy Journal, 1988, 80(6): 915–920

[18] DUARTE A P, MASON SC, JACKSON DS, et al. Grain quality of Brazilian maize genotypes as influenced by nitrogen level[J]. Crop Science, 2005, 45(5): 1958–1964

[19] TSAI C Y, HUBER D M, GLOVER D V, et al. Relationship of N deposition to grain yield and N response of three maize hybrids[J]. Crop Science, 1984, 24(2): 277–281

[20] LEFORD D R, RUSSELL W A. Evaluation of physical grain quality in the BS17 and BSI (HS)CI synthetics of maize[J]. Crop Science, 1985, 25(3): 471–476

[21] MARTIN C R, CONVERSE H H, CZUCHAJOWSKA Z, et al. Breakage susceptibility and hardness of corn kernels of various sizes and shapes[J]. Applied Engineering in Agriculture, 1987, 3(1): 104–113

[22] WANG B, WANG J. Mechanical properties of maize kernel horny endosperm, floury endosperm and germ[J]. International Journal of Food Properties, 2019, 22(1): 863–877

[23] HOU J F, ZHANG Y, JIN X L, et al. Structural parameters for X-ray micro-computed tomography (μCT) and their relationship with the breakage rate of maize varieties[J]. Plant Methods, 2019, 15(1): 1–11

[24] KATO T. Effect of spikelet removal on the grain filling of akenohoshi, a rice cultivar with numerous spikelets in a panicle[J]. The Journal of Agricultural Science, 2004, 142(2): 177–181

[25] YANG J C, ZHANG J H, WANG Z Q, et al. Post-anthesis development of inferior and superior spikelets in rice in relation to abscisic acid and ethylene[J]. Journal of Experimental Botany, 2006, 57(1): 149–160

[26] YANG J C, ZHANG J H, WANG Z Q, et al. Activities of key enzymes in sucrose-to-starch conversion in wheat grains subjected to water deficit during grain filling[J]. Plant Physiology, 2004, 135(3): 1621–1629

[27] YANG J C, ZHANG J H, WANG Z Q, et al. Activities of enzymes involved in sucrose-to-starch metabolism in rice grains subjected to water stress during filling[J]. Field Crops Research, 2003, 81(1): 69–81

[28] 李木英, 石慶華, 胡志紅, 等. 高溫脅迫對不同早稻品種胚乳淀粉合成酶類活性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2007, 40(8): 1622–1629 LI M Y, SHI Q H, HU Z H, et al. Effects of high temperature stress on activity of amylosynthease in endosperm of earlyrice varieties[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(8): 1622–1629

[29] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB/T21961–2008 玉米收獲機械試驗方法[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008 General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China; Standardization Administration of People’s Republic of China. GB/T21961–2008 Test Methods for Maize Combine Harvester[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008

[30] ZHAO F C, JING L Q, WANG D C, et al. Grain and starch granule morphology in superior and inferior kernels of maize in response to nitrogen[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 6343

[31] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB/T 21962–2008 玉米收獲機械技術(shù)條件[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008 General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China; Standardization Administration of People’s Republic of China. GB/T 21962–2008 Technical Requirements for Maize Combine Harvester[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008

[32] 謝瑞芝, 雷曉鵬, 王克如, 等. 黃淮海夏玉米子粒機械收獲研究初報[J]. , 作物雜志, 2014, (2): 76–79 XIE R Z, LEI X P, WANG K R, et al. Research on corn mechanically harvesting grain quality in Huanghuaihai Plain[J]. Crops, 2014, (2): 76–79

[33] WAELTI H, BUCHELE W F. Factors affecting corn kernel damage combine cylinders[J]. Transactions of the ASAE, 1969, 12(1): 55–59

[34] JOHNSON D Q, RUSSELL W A. Genetic variability and relationships of physical grain-quality traits in the BSSS population of maize[J]. Crop Science, 1982, 22(4): 805–809

[35] 袁月明, 欒玉振. 玉米籽粒力學性質(zhì)的試驗研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學學報, 1996, 18(4): 75–78 YUAN Y M, LUAN Y Z. Experimental investigation of mechanical properties for corn kernels[J]. Journal of Jilin Agricultural University, 1996, 18(4): 75–78

[36] 張永麗, 高連興, 劉紅力, 等. 玉米籽粒剪切破碎的試驗研究[J]. 農(nóng)機化研究, 2007, (5): 136–138 ZHANG Y L, GAO L X, LIU H L, et al. Experimental study on corn kernel shear crash[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007, (5): 136–138

[37] 李璐璐, 薛軍, 謝瑞芝, 等. 夏玉米籽粒含水率對機械粒收質(zhì)量的影響[J]. 作物學報, 2018, 44(12): 1747–1754 LI L L, XUE J, XIE R Z, et al. Effects of grain moisture content on mechanical grain harvesting quality of summer maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2018, 44(12): 1747–1754

[38] KNIEP K R, MASON S C. Kernel breakage and density of normal and Opaque-2 maize grain as influenced by irrigation and nitrogen[J]. Crop Science, 1989, 29(1): 158–163

[39] WANG B, WANG J. Mechanical properties of maize kernel horny endosperm, floury endosperm and germ[J]. International Journal of Food Properties, 2019, 22(1): 863–877

[40] 董朋飛, 郭亞南, 王克如, 等. 玉米子粒耐破碎性及其評價與測試方法[J]. 玉米科學, 2016, 26(4): 79–84 DONG P F, GUO Y N, WANG K R, et al. Evaluation and determination of maize kernel breakage tolerance[J]. Journal of Maize Sciences, 2016, 26(4): 79–84

[41] FOX G, MANLEY M. Hardness methods for testing maize kernels[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(13): 5647–5657

[42] DOMBRINK-KURTZMAN M A, KNUTSON C A. A study of maize endosperm hardness in relation to amylose content and susceptibility to damage[J]. Cereal Chemistry, 1997, 74(6): 776–780

[43] CERRUDO A, MARTINEZ D, IZQUIERDO N G, et al. Environment, management, and genetic contributions to maize kernel hardness and grain yield[J]. Crop Science, 2017, 57(5): 2788–2798

[44] 徐云姬, 錢希旸, 李銀銀, 等. 根系分區(qū)交替灌溉對玉米籽粒灌漿及相關(guān)生理特性的影響[J]. 作物學報, 2016, 42(2): 230–242 XU Y J, QIAN X Y, LI Y Y, et al. Effect of alternate irrigation in partitioned roots on the kernel-filling and its related physiological characteristics in maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2016, 42(2): 230–242

[45] 魏亞萍. 氮肥對夏玉米籽粒庫容建成和充實的影響機理[D].北京: 中國農(nóng)業(yè)大學, 2004 WEI Y P. Effect of nitrogen on the kernel sink development in summer maize (L.)[D]. Beijing: China Agricultural University, 2004

Differences in mechanical threshing broken rate between superior and inferior maize grains*

ZHAO Bo1, WU Yawei1, LI Xiaolong1, CHEN Xiang1, DENG Changchun2, ZHU Xiaoyong2, YUAN Jichao1, KONG Fanlei1**

(1. College of Agronomy, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation in Southwest China, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130, China; 2. Agricultural and Rural Bureau of Zhongjiang County, Zhongjiang 618100, China)

High grain broken rate is the main limiting factor encountered when mechanically harvesting maize grains. Owing to different filling degrees, the structures of superior and inferior maize grains are different. Therefore, the objectives of this study were: 1) to explore the difference in mechanical threshing broken rate between superior and inferior grains and factors that influence this; 2) to select a mechanical strength evaluation index with a high correlation with grain broken rate. Two maize varieties (‘Zhongyu 3’ and ‘Xianyu 1171’) were selected, and superior and inferior grains were mechanically threshed separately. Moisture content, 100-grain weight, mechanical strength, starch grain shape, and grain broken rate were compared and analyzed for the superior and inferior grains over three mechanical threshing dates (August 9, August 16, August 23). The results showed that the broken rate of inferior grians of ‘Zhongyu 3’ was higher than that of superior grains threshed on August 9, August 16, and August 23; and that the broken rate of ‘Xianyu 1171’ inferior grains was higher than that of superior grains on threshing dates August 16 and August 23. The moisture content and 100-grain weight of superior grains were significantly higher than those of inferior grains across different mechanical threshing dates. At the same time, the superior grains had an obvious mechanical strength advantage over the inferior grains. The results also showed that there were significant negative correlations between broken rate and facade crushing strength (=-0.46**), broken rate and germ crushing strength (=-0.34*), which could be used to better reflect the breaking resistance of grains. The horny endosperm starch granules of superior grains were larger than those of inferior grains, and the floury endosperm starch granules were mainly polyhedral in the superior grains but were mainly spheroid in inferior grains. The difference in moisture content between superior and inferior grains could not reliably reflect breaking resistance. Differences in grain weight and mechanical strength were the main factors behind differences in broken rate between superior and inferior grains. The present study highlighted the importance of the differences between superior and inferior grains in maize mechanical harvesting as well as the relationship between grain mechanical strength and breaking resistance.

Maize; Mechanical threshing; Superior grains; Inferior grains; Mechanical strength; Broken rate

S372

10.13930/j.cnki.cjea.200111

趙波, 吳雅薇, 李小龍, 陳祥, 鄧長春, 朱驍雍, 袁繼超, 孔凡磊. 玉米強弱勢粒間機械脫粒破碎率的差異[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2020, 28(6): 843-851

ZHAO B, WU Y W, LI X L, CHEN X, DENG C C, ZHU X Y, YUAN J C, KONG F L. Differences in mechanical threshing broken rate between superior and inferior maize grains[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020,28(6): 843-851

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0301206, 2017YFD0301704, 2016YFD0300307)和四川省玉米創(chuàng)新團隊建設項目(SCCXTD-2020-02)資助

孔凡磊, 主要研究方向為農(nóng)作制度與玉米高產(chǎn)高效栽培技術(shù)。E-mail: kflstar@163.com

趙波, 主要研究方向為玉米機械化籽粒直收技術(shù)。E-mail: sicauzb4633@163.com

2020-02-20

2020-04-13

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2018YFD0301206, 2017YFD0301704, 2016YFD0300307) and Sichuan Innovation Team Program of Maize (SCCXTD-2020-02).

, E-mail: kflstar@163.com

Feb. 20, 2020;

Apr. 13, 2020