(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 太原 030031)
干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中影響作物產(chǎn)量和種植范圍的重要環(huán)境因素之一。我國(guó)水資源分布南方多北方少,北方水資源僅占全國(guó)的30%。隨著全球氣候逐步變暖,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境不斷惡化,旱情發(fā)生頻率和強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。干旱對(duì)玉米生產(chǎn)的影響在眾多的非生物逆境因素中被列為第一位[1],每年因旱災(zāi)而受損的土地約為 133.3 萬hm2[2]。山西省干旱面積大,旱地約占總耕地面積的80%,并且近年來一直干旱少雨,嚴(yán)重制約著玉米的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性。
春季干旱已成為影響旱作玉米正常播種與出苗的關(guān)鍵問題[3],玉米從萌發(fā)到出苗這一階段對(duì)水分最為敏感,對(duì)玉米后期的生長(zhǎng)也最為重要[4]。種子萌發(fā)階段是作物能否在干旱條件下完成生育周期的關(guān)鍵時(shí)期之一,不僅會(huì)影響播種質(zhì)量,同時(shí)也會(huì)影響到植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育[5]。近年來,隨著機(jī)械單粒播種技術(shù)的快速推進(jìn),干旱地區(qū)玉米種子的萌發(fā)期抗旱性顯得尤為重要[6-8]。此外,玉米苗期遇旱會(huì)降低其出苗能力和保苗率,導(dǎo)致減產(chǎn)。因此,苗期耐旱性也是玉米育種中需要考慮的重要性狀。
目前,玉米品種在審定過程中大多采用多年多點(diǎn)試驗(yàn)[9],尚未設(shè)定專門的玉米抗旱性鑒定試驗(yàn)。并且對(duì)玉米品種的抗旱性鑒定大多僅限于萌發(fā)期或苗期單獨(dú)的試驗(yàn)研究,二者結(jié)合鑒定的試驗(yàn)尤為少見。為探討山西省玉米主栽品種的抗旱性,本研究選取45個(gè)已經(jīng)通過審定并在山西及全國(guó)各省應(yīng)用推廣的玉米雜交種,對(duì)其進(jìn)行了萌發(fā)期和苗期抗旱性鑒定與評(píng)價(jià),以期為旱區(qū)玉米品種選擇、抗旱玉米品種選育和評(píng)價(jià)及玉米節(jié)水栽培提供理論依據(jù)。
選取近年來山西省審定推廣的普通玉米品種45個(gè)(見表1),對(duì)照為先玉335。
表1 玉米供試品種
本試驗(yàn)分為萌發(fā)期抗旱性鑒定和苗期抗旱性鑒定兩部分。參考“河北省地方標(biāo)準(zhǔn)——玉米抗旱性鑒定技術(shù)規(guī)范[10]”,并加以改進(jìn)。
1.2.1種子萌發(fā)期抗旱性鑒定方法
種子萌發(fā)期抗旱性鑒定采用高滲溶液法。-0.3 MPa的PEG-6000水溶液對(duì)種子進(jìn)行脅迫處理,以無離子水培養(yǎng)為對(duì)照。
1) 種子不包衣和不拌種。
2) 15%PEG-6000水溶液。
3) 30粒種子為一個(gè)重復(fù),共4次重復(fù)。對(duì)照與上同。
4) 培養(yǎng)箱中28 ℃培養(yǎng),光照強(qiáng)度750~1 250 lx,第2、4、6、8天調(diào)查發(fā)芽率。
5) 種子萌發(fā)耐旱指數(shù)(按照 Bouslama 等[11]的公式)計(jì)算:
GDRI=(PIs÷PIc)×100%;
PI=1.00×nd 2+0.75×nd 4+0.50×nd 6+0.25×nd 8;
PIc=1.00×nd 2 ck+0.75×nd 4 ck+0.50×nd 6 ck+0.25×nd 8 ck;
PIs=1.00×nd 2 s+0.75×nd 4 s+0.50×nd 6 s+0.25×nd 8 s。
式中,PI為種子萌發(fā)指數(shù),nd 2、nd 4、nd 6、nd 8分別為2、4、6、8 d的種子萌發(fā)率;PIc為脅迫條件下對(duì)照萌發(fā)指數(shù);PIs為脅迫條件下種子萌發(fā)指數(shù);GDRI為種子萌發(fā)耐旱指數(shù)。
幼苗干旱存活率(%)=(干旱處理后的存活苗數(shù)/試驗(yàn)苗數(shù))×100%。
表2 種子萌發(fā)期的抗旱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
1.2.2苗期抗旱性鑒定方法
苗期抗旱性鑒定在旱棚內(nèi)進(jìn)行,采用盆栽反復(fù)干旱法。
1) 種子不包衣或不拌種。
2) 在日均溫度(25±5)℃條件下進(jìn)行。
3) 4次重復(fù),每重復(fù)30株。
4) 播種:在塑料方盆中裝入10 cm厚中等肥力的耕層土,灌水到田間持水量的85%以上,播種、覆土2 cm。
5) 第1次干旱脅迫至復(fù)水:幼苗長(zhǎng)至3葉1心期停止供水,土壤含水量降至田間持水量的30%~40%時(shí)調(diào)查原始苗數(shù)。降至20%~15%時(shí)復(fù)水,使土壤含水量達(dá)到75%~85%,72 h調(diào)查存活苗數(shù)。以幼苗或葉片恢復(fù)鮮綠色為存活。
6) 第2次干旱脅迫至復(fù)水:第1次復(fù)水后,進(jìn)行第2次脅迫。當(dāng)土壤含水量降至田間持水量的20%~15%時(shí),第2次復(fù)水, 72 h調(diào)查存活苗數(shù)。以幼苗或葉片恢復(fù)鮮綠色為存活。
7) 苗期反復(fù)干旱存活率[12]計(jì)算:
表3 玉米苗期抗旱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
種子萌發(fā)脅迫指數(shù),反映了種子在高滲溶液中的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),是評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期抗旱性的可靠指標(biāo)[13]。試驗(yàn)結(jié)果(表4)表明,種子萌發(fā)耐旱指數(shù)高于ck的有15個(gè)品種,占33.3%。
在45個(gè)品種中有15個(gè)品種種子萌發(fā)耐旱指數(shù)高于對(duì)照??购敌詷O強(qiáng)的沒有,強(qiáng)的3個(gè),中強(qiáng)的10個(gè),弱的18個(gè),極弱的14個(gè)。見表5。
干旱后幼苗存活率作為苗期抗旱性鑒定指標(biāo),是我國(guó)作物抗旱性鑒定中常用的鑒定指標(biāo)之一。試驗(yàn)對(duì)45個(gè)品種及對(duì)照進(jìn)行了“干旱—復(fù)水—干旱—復(fù)水”處理,并對(duì)復(fù)水后的成活數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算耐旱成活率(表6)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出,對(duì)照先玉335抗旱性極強(qiáng)。試驗(yàn)材料中有8個(gè)品種的抗旱性與對(duì)照處于同一級(jí)別,且干旱存活率均高于對(duì)照,占試驗(yàn)品種的17.8%。
在45個(gè)品種中有8個(gè)品種苗期干旱成活率高于對(duì)照??购敌詷O強(qiáng)的8個(gè),強(qiáng)的15個(gè),中強(qiáng)的9個(gè),弱的4個(gè),極弱的9個(gè)。見表7。
表4 試驗(yàn)材料種子萌發(fā)期抗旱性鑒定結(jié)果
表5 玉米種子萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)
表6 玉米材料苗期反復(fù)干旱抗旱性鑒定結(jié)果
表6(續(xù))
表7 玉米苗期反復(fù)干旱抗旱性綜合評(píng)價(jià)
植物的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合特性,由多基因控制、多因素相互作用而成[14,15];不僅作用于構(gòu)成植株體的各個(gè)器官、組織,而且發(fā)生在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段,最終決定產(chǎn)量[15]。張仁和等[16]的研究表明,干旱脅迫影響玉米植株生長(zhǎng)和光合作用,使植株生物量顯著下降。本研究從玉米的生長(zhǎng)發(fā)育角度出發(fā),分別測(cè)定了種子萌發(fā)抗旱指數(shù)和干旱后幼苗存活率,形成了種子萌發(fā)率、種子萌發(fā)耐旱指數(shù)和幼苗反復(fù)干旱存活率三位一體的初級(jí)鑒定指標(biāo)。對(duì)于在有春旱發(fā)生的玉米生產(chǎn)區(qū)了解芽、苗期抗旱性,對(duì)促進(jìn)玉米成苗、減少旱境造成的減產(chǎn)有重要意義。
本研究結(jié)合玉米抗旱萌發(fā)和苗期反復(fù)失水試驗(yàn),鑒定出抗旱性品種即萌發(fā)期抗旱級(jí)別達(dá)到中等(MR)、苗期反復(fù)干旱抗旱性達(dá)到強(qiáng)(R)的品種有:并單62、瑞普909、中地88、并單72、潞玉1403、瑞普9001、盛玉688、福盛園1號(hào)、潞玉1611共9個(gè)品種。從鑒定結(jié)果看,玉米的抗旱性強(qiáng)弱有的表現(xiàn)在萌發(fā)期,有的表現(xiàn)在苗期。結(jié)合不同品種的抗旱特點(diǎn)和不同種植區(qū)的氣候條件,因地制宜地選擇、推廣品種,對(duì)于增產(chǎn)增收有重要的現(xiàn)實(shí)意義。