楊明花,劉 強(qiáng),廖必勇,彭云承,布阿依夏木·那曼提,達(dá)吾來(lái)·杰克山

(新疆伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆伊寧 835000)

0 引 言

【研究意義】玉米是重要的糧飼兼用原料作物[1]。隨著玉米全程機(jī)械化進(jìn)程加快,玉米面積和種植密度增加,對(duì)玉米抗倒性提出了更高的要求,玉米抗倒性也直接影響到玉米產(chǎn)量、品質(zhì)和機(jī)械收獲的質(zhì)量,研究玉米抗倒性是當(dāng)前玉米育種和栽培需要解決的問(wèn)題,而莖稈是玉米抗倒性最直接表型,影響該性狀的因素較多[2-3]。我國(guó)每年因倒伏造成產(chǎn)量損失達(dá)5%～20%,嚴(yán)重的可達(dá)到70%以上[4]。玉米倒伏中30%～60%為莖倒伏,對(duì)產(chǎn)量的影響最大[5-8]。莖稈倒伏性強(qiáng)的品種是玉米籽粒機(jī)械化收獲的基礎(chǔ),莖稈是植株抗倒伏性的最直接表型,但該性狀的影響因素較多。目前,大部分研究通過(guò)莖皮穿刺強(qiáng)度、莖稈彎折強(qiáng)度、莖稈彎曲強(qiáng)度等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)植株的抗倒伏能力[9-10]。研究玉米莖稈抗倒伏性,對(duì)提高品種抗倒伏能力具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】許瑩瑩等[11]研究表明,增加莖稈抗推力、莖粗和穗粗有利于提高品種抗倒能力和單株質(zhì)量。王崢等[12]研究表明,百粒質(zhì)量、穗粒數(shù)下降是導(dǎo)致倒伏玉米產(chǎn)量下降的主要原因。李樹(shù)巖等[13]研究表明,倒伏會(huì)導(dǎo)致果穗長(zhǎng)度顯著縮短,穗粗顯著降低,影響產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】曹慶軍等[14]研究表明,倒伏減產(chǎn)會(huì)影響穗粒數(shù)的減少,百粒重的降低,穗長(zhǎng)和穗粗降低、禿尖長(zhǎng)度增加是造成玉米穗粒數(shù)下降的主要原因。需研究不同玉米雜交組合植株形態(tài)和莖稈力學(xué)與玉米抗倒伏的關(guān)系以及倒伏對(duì)產(chǎn)量的綜合評(píng)價(jià)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以4份玉米自交系為測(cè)驗(yàn)種,9份玉米高代選系為待測(cè)系,采用NCⅡ不完全雙列雜交組配的36個(gè)組合為材料,研究不同玉米雜交組合莖稈性狀及其產(chǎn)量性狀的關(guān)系,篩選可以用來(lái)鑒定玉米倒伏能力的指標(biāo),為選育玉米新品種抗倒性和適宜籽粒機(jī)械化收獲理論研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

9份經(jīng)群體混粉選育的S7高代選系,分別為S7-1、S7-2、S7-3、S7-4、S7-5、S7-6、S7-7、S7-8和S7-9,4 份測(cè)驗(yàn)種,分別為1、2、3和4。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照不完全雙列雜交設(shè)計(jì),2020年7月在伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)地雜交組配得到36份組合,2021年4月將 36份雜交組合在試驗(yàn)基地種植。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),2 行區(qū),3 次重復(fù),行長(zhǎng) 5.00 m,行距 60 cm,株距 17 cm,田間管理同大田管理。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

玉米收獲期,測(cè)量穗長(zhǎng)、穗粗(中間位置)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量性狀;用游標(biāo)卡尺測(cè)定基部第3節(jié)莖粗(基3粗)、基部第4節(jié)莖粗(基4粗)、穗下第1節(jié)莖粗(穗下1粗)。

1.2.2.2 莖稈力學(xué)特征

每行選取3棵代表植株,在玉米灌漿期用浙江托普儀器有限公司的數(shù)顯植物莖稈強(qiáng)度檢測(cè)儀(型號(hào) YYD-1),參考勾玲[15]方法測(cè)量。

莖稈穿刺強(qiáng)度N/mm2(RPS):測(cè)定基部第3節(jié)間穿刺強(qiáng)度(基3穿)、穗下第1節(jié)穿刺強(qiáng)度(穗下1穿),將橫斷面積為1 mm2的測(cè)頭在莖稈節(jié)間中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入,讀取穿透莖稈表皮的最大值。

彎曲強(qiáng)度(BS):基部第 4 節(jié)間測(cè)量彎曲強(qiáng)度(基4彎)、穗下第1節(jié)間(穗下1彎)在測(cè)量穿刺強(qiáng)度之后,再次測(cè)量彎曲強(qiáng)度。

莖稈抗推力(N) :在植株基部第3節(jié)中部(大約離地面20 cm處) 以莖稈的短軸方向垂直推倒至45°角,瞬間讀取并記錄數(shù)據(jù)。

1.2.3 指標(biāo)計(jì)算

各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值:

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin).

式中,j= 1,2,…,n;μ(Xj)是第j個(gè)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值,Xj為第j個(gè)綜合指標(biāo)測(cè)定值,Xmin和Xmax分別表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值和最大值。

各綜合指標(biāo)的權(quán)重:

Wj=pj/∑Pj。

式中,j=1,2,…,n;Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的權(quán)重;pj為各品種的第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

各雜交組合綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D值:

D=∑nj= 1[U(X1)×W1],j= 1,2,…n。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel2010 整理數(shù)據(jù),采用 DPS15.10和SPSS22分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米雜交組合莖稈性狀與單株粒重相關(guān)性

研究表明,不同玉米品種單株粒重與基部第3節(jié)穿刺強(qiáng)度(基3穿)、穗下第1節(jié)穿刺強(qiáng)度(穗下1穿)、基部第4節(jié)彎曲強(qiáng)度(基4彎)、穗下第1節(jié)彎曲強(qiáng)度(穗下1彎)和莖稈抗推力表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,穿刺強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和莖稈抗推力與玉米雜交組合單株粒重相關(guān), 基部第3節(jié)穿刺強(qiáng)度(基3穿)、基部第4節(jié)彎曲強(qiáng)度(基4彎)、穗下第1彎曲強(qiáng)度(穗下1彎)與莖稈抗推力表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為 0.611 4**、0.644 0**和 0. 556 0**,單株粒重與莖粗表現(xiàn)為負(fù)相關(guān),莖稈穿刺強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和莖稈抗推力與單株產(chǎn)量呈正相關(guān),增加莖稈的穿刺強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、莖稈抗推力有利于提高品種抗倒能力和單株產(chǎn)量。表1

2.2 不同玉米雜交組合產(chǎn)量性狀與莖稈抗倒性狀相關(guān)性

研究表明,株高、行粒數(shù)、單株粒重與莖稈抗推力呈顯著正相關(guān)關(guān)系,分別為0.388*、0.387*、0.490**,穗長(zhǎng)、百粒重與莖稈抗推力呈正相關(guān)關(guān)系,穗高、禿尖長(zhǎng)、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、生育期與莖稈抗推力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)與莖稈抗推力呈顯著水平(-0.402*、-0.388*),株高、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)與單株粒重呈顯著正相關(guān)關(guān)系,禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、軸粗與單株粒重均呈負(fù)相關(guān)。穗高、穗行數(shù)與生育期呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,軸粗、百粒重與生育期呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。穗長(zhǎng)與行粒數(shù)(0.574**)、株高與穗高(0.561**)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。表2

2.3 不同雜交玉米組合主成分

研究表明,將8個(gè)測(cè)定指標(biāo):X1為株高,X2為穗粗,X3為行粒數(shù),X4為單株粒重,X5為基3穿,X6為基4彎,X7為穗下1彎,X8為莖稈抗推力。前5個(gè)主成分的特征向量值和貢獻(xiàn)率,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了89.98%,第1主成分貢獻(xiàn)率最大,達(dá)到了49.40%,第2主成分貢獻(xiàn)率為14.24%,第3主成分貢獻(xiàn)率為10.97%,第4、第5主成分貢獻(xiàn)率為分別達(dá)到了8.47%、6.90%,特征值分別為3.95、1.14、0.88、0.68和0.55。第1主成分貢獻(xiàn)包括基部第3節(jié)間穿刺強(qiáng)度、基部4節(jié)間彎曲強(qiáng)度、穗下第1節(jié)間彎曲強(qiáng)度等選擇,這些性狀與組合莖稈拉力強(qiáng)度相關(guān),稱為玉米莖稈因子。第2主成分貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為玉米莖稈抗推力,對(duì)應(yīng)的載荷值較大的倒伏性狀植株莖稈抗推力因子。第3主成分貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為玉米基部第三節(jié)穿刺強(qiáng)度因子,第4主成分貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為玉米莖稈抗推力因子,第5主成分貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為玉米株高因子。表3,表4

2.4 不同玉米品種綜合指標(biāo)權(quán)重的確定及材料的綜合評(píng)價(jià)

研究表明,組合16的D值最大,為0.92,綜合指標(biāo)最強(qiáng),組合6和35的D值最小,為0.40,其綜合指標(biāo)最差。遺傳距離為5.0時(shí),可將36個(gè)組合供試材料分為3類,雜交組合11、16、18、20、22、23、24、25和27為抗倒性強(qiáng)的9個(gè)組合; 2、5、6、8、9、10、15、17、19、28、29、30、33和35為抗倒性弱的14個(gè)組合;1、3、4、7、12、13、14、21、26、31、32、34和36為抗倒性中的13個(gè)組合。圖1

表1 不同玉米品種莖稈抗倒性狀與產(chǎn)量相關(guān)性

圖1 供試材料綜合性的聚類

表3 S7代雜交組合主成分載荷矩陣

表4 雜交組合主成分分析得分、隸屬函數(shù)值

續(xù)表4 雜交組合主成分分析得分、隸屬函數(shù)值

3 討 論

玉米的莖稈抗推力作為評(píng)價(jià)玉米倒伏的指標(biāo)之一[15],因試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、快捷,常用來(lái)判定玉米抗倒性強(qiáng)弱。研究結(jié)果表明,抗倒性強(qiáng)的玉米品種的莖稈抗推力大于抗倒性弱的玉米品種且差異顯著,莖稈抗推力可以作為評(píng)價(jià)玉米抗倒伏的指標(biāo)之一。

李永忠[16]、孫世賢等[17]研究表明,玉米倒伏不僅與株高、莖粗等植株形態(tài)性狀有關(guān),而且與莖稈的機(jī)械強(qiáng)度關(guān)系密切。張芳魁[18]研究表明,玉米的株高、穗高、近地節(jié)間長(zhǎng)度、莖粗、莖節(jié)質(zhì)量及莖稈的力學(xué)性能均影響倒伏。Martin S A等[19]研究表明莖粗對(duì)植株的抗倒性能影響最大,王雅楠等[20]莖稈基部節(jié)間的穿刺強(qiáng)度及壓碎強(qiáng)度隨節(jié)間的上升逐漸降低,且與株高存在顯著正相關(guān)關(guān)系,劉衛(wèi)星等[21]研究表明,莖稈力學(xué)性狀中以基部第3節(jié)的差異最顯著,郝玉波等[22],研究表明,早熟品種較中晚熟品種株高、穗高低,節(jié)間重、密度和穿刺強(qiáng)度大,有利于莖稈抗倒伏,而中晚熟品種較早熟品種節(jié)間長(zhǎng)度小、粗度大和抗折斷力強(qiáng),楊青華等[23]研究表明影響倒伏的主要指標(biāo)穿刺強(qiáng)度的直接作用最大。

趙仁全等[24]研究表明,抗倒伏性強(qiáng)的品種增產(chǎn)的主要因子具有較高的千粒質(zhì)量。劉衛(wèi)星等[21]研究表明,抗倒伏性強(qiáng)的品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素平均值高于抗倒伏性弱的品種,增產(chǎn)22.7% 。

李雁等[25]對(duì)28個(gè)玉米雜交組合進(jìn)行了主成分分析及綜合評(píng)價(jià),篩選出7個(gè)較優(yōu)組合。丁璐等[26]進(jìn)行了26個(gè)玉米雜交組合農(nóng)藝性狀的相關(guān)性和主成分分析,篩選出了與對(duì)照農(nóng)藝性狀相接近的組合。李帥等[27]對(duì)30個(gè)玉米雜交組合農(nóng)藝性狀鑒定與綜合評(píng)價(jià)研究,篩選出12個(gè)優(yōu)秀組合,王平等[28]對(duì)65個(gè)玉米品種的光溫資源利用效率進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),篩選出28個(gè)品種具有較高光溫資源利用能力。

4 結(jié) 論

基部第3節(jié)穿刺強(qiáng)度、穗下第1節(jié)穿刺強(qiáng)度、基部第4節(jié)彎曲強(qiáng)度、穗下第1節(jié)彎曲強(qiáng)度、單株粒重與莖稈抗推力表現(xiàn)為為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.451**、0.588**、0.459**、0.422**和0.490**,增加莖稈的穿刺強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、莖稈抗推力有利于提高品種抗倒能力和單株產(chǎn)量。株高、行粒數(shù)、單株粒重與莖稈抗推力呈顯著正相關(guān)關(guān)系,分別為0.388、0.387、0.490,穗長(zhǎng)、百粒重與莖稈抗推力呈正相關(guān)關(guān)系,穗高、禿尖、穗粗、軸粗、生育期與莖稈抗推力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,單株粒重禿尖、穗行數(shù)與莖稈抗推力呈顯著水平(-0.402、-0.388),莖稈抗推力強(qiáng)的、行粒數(shù)多的玉米品種產(chǎn)量越高。

篩選出9個(gè)組合為抗倒性強(qiáng)的品種。14個(gè)雜交組合為抗倒性差的組合。13個(gè)雜交組合為抗倒性中等。