刘月娥 吕天放 赵久然 王荣焕 徐田军 陈传永 张译天 王元东 刘秀芝



不同玉米杂交品种吐丝持续期特性及其对播期的响应

刘月娥**吕天放**赵久然*王荣焕*徐田军 陈传永 张译天 王元东 刘秀芝

北京市农林科学院玉米研究中心 / 玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室, 北京 100097

吐丝期是决定玉米产量的关键时期, 研究其相关特性, 对玉米生产意义重大。为准确分析不同玉米品种吐丝特性的差异及其对播期的响应, 于2014年和2015年设置了3个玉米主推品种(郑单958、先玉335和京科968)的3个播期处理(早播: 4月10日, 中播: 5月10日, 晚播: 6月10日), 分析了各个处理间吐丝持续期的差异以及吐丝持续期与雌穗穗长变异及产量构成因素的关系。结果表明: (1)群体吐丝持续期在品种间存在显著差异, 表现为先玉335 (9.12 d) >郑单958 (8.94 d) >京科968 (7.68 d)。随时间推进, 玉米每天吐丝的比例与天数为先升高后降低的二次函数关系, 每天最大吐丝比例为先玉335 (16.51%)＜郑单958 (17.07%)＜京科968 (19.98%)。京科968较郑单958和先玉335呈现吐丝集中, 每天吐丝比例较高、吐丝持续期短的特点; (2)吐丝持续期在不同播期间差异显著, 郑单958、先玉335和京科968不同播期间的吐丝持续期变幅分别为8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d, 郑单958的吐丝持续期在不同播期间最稳定(CV=6.57%), 其次为京科968 (CV=9.40%), 先玉335的吐丝持续期在不同播期间的变化最不稳定(CV=11.68%); (3)吐丝持续期与雌穗穗长的变异系数呈显著正相关, 与产量和穗粒数呈显著负相关, 与千粒重不相关。播期对玉米吐丝持续期具有显著的调控作用。随吐丝持续期增加, 玉米雌穗穗长的变异系数显著增大, 群体果穗的整齐度降低, 穗粒数显著减少, 是玉米产量显著降低的主要原因。

玉米; 品种; 吐丝持续期; 播期; 产量

吐丝期是决定玉米产量的关键时期[1-3], 吐丝期遭受到高温、干旱、弱光等逆境胁迫对玉米产量影响巨大[3-8]。玉米开花吐丝的相关特性在玉米生产中起非常重要的作用, 因此对于开花吐丝特性例如玉米抽雄、散粉、吐丝的时间以及雌雄穗开花间隔等[9-17]的遗传基础前人做了很多研究。花粉脱落的时间、吐丝持续期和花丝的接受力更能反映玉米散粉和吐丝的同步性, 从而直接影响穗粒数和玉米产量[18]。玉米籽粒的形成受花丝的接受力、花粉粒活力和吐丝、散粉一致性的影响, 玉米较低的籽粒形成能力直接导致玉米产量的降低。而延迟吐丝对玉米籽粒形成的影响远大于延迟授粉, 并且吐丝和散粉的一致性在不同玉米品种间存在显著差异[19]。Borrás等[1]研究发现玉米吐丝的进程与开花前后的气象条件密切相关, 吐丝时间的早晚取决于雌穗的干物质积累, 与吐丝前后干物质的生长速率密切相关。李金才等[20]通过对玉米不同花位间花丝的生长动态及影响花丝发育的气象因素研究发现日均温度和光照对玉米的吐丝影响显著。

综上, 前人关于玉米吐丝期的关注和研究大多针对吐丝期逆境对玉米生长发育的影响[3,5,8], 对于吐丝特性的研究较多针对玉米至抽雄、散粉、吐丝的时间以及玉米雌雄穗开花间隔等[9-18], 而关于玉米吐丝持续期的研究相对较少, 尤其是玉米杂交种吐丝持续期的研究鲜见报道。不同玉米杂交种吐丝持续期的特性, 播期对不同玉米品种吐丝持续期的调控效果以及对玉米产量的影响研究对实现玉米高产、稳产具有重要意义, 并可为育种家选育高产稳产玉米新品种提供重要参考指标。

1 材料与方法

1.1 试验地点

北京市农林科学院玉米研究中心北京市昌平区试验基地位于东经116.39°, 北纬40.17°, 海拔50 m, 属于温带大陆性季风气候, 年均总降水量500~600 mm, 年均温11.1°C。土壤pH 7.1, 含全氮0.77 g kg–1、有效磷9.71 mg kg–1、有效钾82.3 mg kg–1。

1.2 试验设计

本试验以我国玉米生产上三大主推品种郑单958 (ZD958)、先玉335 (XY335)和京科968 (JK968)为试验材料, 设置2014年5月10日和6月10日2个播期, 2015年4月10日、5月10日和6月10日3个播期。以播种日期为主区, 玉米品种为副区, 种植密度60,000株 hm–2, 播深5 cm, 田间管理同当地大田生产。每小区10行, 行距60 cm, 行长10 m, 面积60 m2。观测不同玉米品种的吐丝特性, 调查产量相关性状等。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 吐丝持续期 自小区内第一棵玉米吐丝起至小区内最后一株玉米吐丝结束。

1.3.2 收获测产 在小区内任意选取3行, 连续收获20穗测产, 记录穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、千粒重; 取10穗立刻脱粒, 80℃下烘干至恒重, 记录干重, 测量籽粒含水量, 计算理论产量, 按标准水分14%折算。

1.3.3 吐丝持续期的计算 用每天的吐丝比例()和天数()进行一元二次方程拟合(= a2+b+c)。设= 0, 对方程求解(1和2),2与1之差即为玉米吐丝持续的天数。

1.3.4 玉米雌穗穗长的变异 测量收获测产的玉米果穗长, 通过所有的穗长求得变异系数, 即为玉米雌穗穗长的变异。

1.4 数据统计

用Microsoft Excel 2007软件计算数据和作图; 用SAS 9.1软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种的抽雄吐丝特点

随着时间的推进, 玉米每天的吐丝比例()与天数()呈先升高后降低的二次函数关系, 拟合度均达显著水平, 且不同品种间存在显著差异(图1和表1)。吐丝持续期表现为先玉335>郑单958>京科968, 分别为9.12 d、8.94 d和7.68 d, 郑单958和先玉335之间差异不显著, 但均显著高于京科968。不同玉米品种达到最大吐丝比例的时间为郑单958>京科968>先玉335, 分别为5.17 d、4.71 d和4.70 d。每天最大吐丝比例表现为京科968>郑单958>先玉335, 分别为19.98%、17.07%和16.51%。

2014年和2015年5月10日和6月10日2个播期的抽雄吐丝间隔变化不大, 3个品种(郑单958、先玉335和京科968) 4月10日和5月10日2个播期的抽雄吐丝间隔为1~2 d; 在4月10日播期, 品种间抽雄吐丝间隔变化较大, 郑单958和京科968的抽雄吐丝间隔时间为4 d, 先玉335的抽雄吐丝间隔为2 d (表2)。

2.2 播期对玉米吐丝影响

玉米吐丝持续期在不同播期间差异显著。郑单958、先玉335和京科968不同播期间(4月10日、5月10日和6月10日)的吐丝持续期变幅分别为8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d, 变异系数分别为6.57%、11.68%和9.40% (图1和表1)。随着播期的变化, 不同品种的最大吐丝比例和达到最大吐丝株数的时间均显著变化, 在不同播期间郑单958的最大吐丝比例和达到最大吐丝比例的时间分别为15.49%~18.54%和4.59 d~5.65 d, 变异系数分别为7.30%和8.40%; 不同播期间, 先玉335和京科968的最大吐丝比例分别为14.70%~20.42%和18.68%~22.97%, 变异系数分别为13.71%和8.72%; 达到最大吐丝比例的时间分别为3.71~5.42 d和4.28~5.16 d, 变异系数分别为13.95%和7.01%。年份对玉米品种达到最大吐丝时间和最大吐丝比例均存在显著影响, 2014年不同播期间玉米品种达到最大吐丝比例和最大吐丝比例时间的变异显著高于2015年, 2014年不同播期间玉米达到最大吐丝比例时间和最大吐丝比例的变异系数分别为14.06%和13.68%, 分别比2015年(6.40%和5.29%)高119.75%和158.45%。

2.3 吐丝持续期与雌穗穗长的变异和产量及其构成因素的关系

玉米吐丝持续期与玉米雌穗穗长的变异系数显著相关(图2)。随着吐丝持续期的增加, 玉米雌穗穗长的变异系数显著增大, 群体果穗的整齐度降低。4月10日、5月10日和6月10日3个播期条件下均表现相同趋势, 吐丝持续期每增加1 d, 雌穗穗长的变异系数分别增加0.32%、0.86%和0.60%。

图1 不同玉米品种每天吐丝比例的变化

**和*表示在0.01和0.05水平显著相关。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表1 不同玉米品种的吐丝持续期

同一参数中标注不同字母的值表示不同处理间在< 0.05水平上差异显著。

Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05.

图2 玉米吐丝持续期与雌穗穗长变异的相关分析

**和*表示在0.01和0.05水平显著相关。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

随着吐丝持续期的延长, 5月10日和6月10日2个播期的玉米产量显著降低, 吐丝持续期每增加1 d, 玉米产量分别降低1060.5 kg hm–2和3618.2 kg hm–2。4月10日播期条件下, 随着玉米吐丝持续期的延长, 玉米产量有所降低, 但未达到显著水平(图3)。

随着吐丝持续期的延长, 5月10日和6月10日2个播期条件下参试玉米品种的穗粒数显著降低, 吐丝持续期每增加1 d, 穗粒数分别降低25.36粒和94.70粒。4月10日播期条件下, 随着玉米吐丝持续期的延长, 穗粒数降低, 但未达到显著水平;4月10日、5月10日和6月10日3个播期条件下, 玉米吐丝持续期与千粒重之间相关不显著 (图3)。随着吐丝持续期的延长, 穗粒数的显著降低是玉米产量降低的主要原因。

3 讨论

3.1 不同玉米杂交种的吐丝特点

本研究发现, 不同玉米品种间的吐丝持续期存在显著差异, 表现为先玉335>郑单958>京科968, 郑单958和先玉335之间吐丝持续期差异不显著, 但都显著高于京科968。说明, 与郑单958和先玉335相比, 京科968具有吐丝持续期较短的特点。

分析不同玉米品种的吐丝特点以及吐丝持续期不同的原因发现, 随着时间的推进, 玉米每天的吐丝比例()与天数()呈先升高后降低的二次函数关系, 郑单958到达每天最大吐丝比例的时间最晚, 为5.17 d, 最大吐丝比例为17.07%; 先玉335到达最大吐丝比例的时间为4.70 d, 每天最大吐丝比例最小, 为16.51%; 京科968到达每天最大吐丝比例的时间为4.71 d, 最大吐丝比例最高, 为19.98%。京科968较快达到最大吐丝株数和每天较高的吐丝比例是其吐丝持续期短的主要原因。

3.2 吐丝持续期与果穗及产量相关性状的关系

进一步分析玉米吐丝持续期与雌穗穗长变异的关系, 发现品种的吐丝持续期越长, 雌穗穗长的变异系数越大, 群体果穗的整齐度降低。究其原因, 可能与该阶段玉米雌穗的干物质积累有关。前人研究发现玉米吐丝时间的早晚取决于雌穗的干物质积累, 与吐丝前后干物质的生长速率密切相关[1]。

表2 不同玉米品种抽雄吐丝日期及抽雄吐丝间隔

图3 玉米吐丝持续期与产量构成因素的相关分析

**和*表示在0.01和0.05水平显著相关。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

吐丝持续期与产量及产量构成因素的关系说明吐丝持续期的变化对玉米产量产生了一定影响, 随着吐丝持续期的延长, 5月10日和6月10日2个播期条件下的玉米产量及穗粒数显著降低。4月10日播期条件下, 随着玉米吐丝持续期的延长, 玉米产量和穗粒数也降低, 但未达到显著水平; 而所有播期处理(4月10日、5月10日和6月10日)的吐丝持续期与千粒重不相关。说明玉米吐丝持续期延长后, 穗粒数显著减少是玉米产量显著降低的主要原因。分析原因可能是较长的吐丝持续期影响花丝的接受力, 从而影响籽粒形成[19], 进而影响穗粒数和产量[18]。吐丝持续期较短、雌穗集中吐丝授粉质量较高, 是京科968产量较郑单958和先玉335高的原因之一。

3.3 播期对玉米品种吐丝持续期的影响

玉米吐丝持续期的长短在不同播期间差异显著, 郑单958、先玉335和京科968不同播期间(4月10日、5月10日和6月10日)的吐丝持续期变幅分别为8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d。分析原因可能与气象因素有关, 随着播期的变化, 玉米生长发育期间的气象因素发生显著变化, 而玉米吐丝的进程与开花前后的气象条件密切相关[1], 日均温度和光照对玉米吐丝具有显著影响[20]。而不同玉米品种对播期的响应也不同, 郑单958的吐丝持续期随着播期的变化变异系数为6.57%, 先玉335和京科968分别为11.68%和9.40%, 虽然郑单958的吐丝持续期较长, 但对播期的变化不敏感; 京科968属于吐丝持续期最短, 但对播期反应中等的品种; 先玉335的吐丝持续期最长、对播期的变化反应最敏感; 具体影响不同玉米品种吐丝持续期的气象因素还有待进一步研究。

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Silking duration characteristics in different maize hybrids and its response to sowing date

LIU Yue-E**, LYU Tian-Fang**, ZHAO Jiu-Ran*, WANG Rong-Huan*, XU Tian-Jun, CHEN Chuan-Yong, ZHANG Yi-Tian, WANG Yuan-Dong, and LIU Xiu-Zhi

Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture & Forestry Sciences / Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097, China

Silking is an important growth stage and has important effects on maize (L.) yield. The research of silking characteristics plays a fundamental role in maize productivity. To examine the silking characteristics difference of different maize hybrids and its responses to sowing date, we conducted an experiment with three sowing date (4/10, 5/10, 6/10) treatments using the most widely cultivated maize hybrids of Zhengdan 958 (ZD958), Xianyu 335 (XY335), and Jingke 968 (JK968). The silking duration difference between different hybrids and the relationship of silking duration with ear length variation and yield components were analyzed. The significant differences were found in silking durations with an order of XY335 (9.12 d) > ZD958 (8.94 d) > JK968 (7.68 d). The silking ratio per day was well correlated with days to silking (< 0.05), A non-linear positive relationship existed between silking ratio per day () and days to silking (). The highest silking ratio per day showed an order of XY335 (16.51%) < ZD958 (17.07%) < JK968 (19.98%). Significant differences of silking duration were found between different sowing date treatments. The silking durations of ZD958, XY335, and JK968 in different sowing date treatment ranged from 8.10 d to 9.55 d (CV = 6.57%), from 7.54 d to 10.53 d (CV = 9.40%), from 6.55 d to 8.66 d (CV = 11.68%), respectively. Silking duration significantly and positively correlated the coefficient of variation of ear length, and negatively correlated with yield and kernel number per ear. No significant correlation was found between silking duration and 1000-kernel weight. Sowing date has significant effects on silking duration. With increasing silking duration , the coefficient of variation of ear length is increased significantly, the uniformity of ear length and kernel number per ear are decreased, resulting in maize yield decrease significantly.

maize; hybrid; silking duration; sowing date; yield

2018-04-18;

2018-10-08;

2018-11-05.

10.3724/SP.J.1006.2019.83034

赵久然, E-mail: maizezhao@126.com, Tel: 010-51503936; 王荣焕, E-mail: ronghuanwang@126.com, Tel: 010-51503703

**同等贡献(Contributed equally to this work)

刘月娥, E-mail: lye0520@163.com; 吕天放, E-mail: 314565358@qq.com

本研究由国家重点研发计划项目(2016YFD0300106, 2017YFD0101104)，国家自然科学基金项目(31601247), 国家现代农业产业技术体系专项(CARS-02-11), 北京市农林科学院青年科研基金项目(QNJJ201728)和北京市农林科学院院级科技创新团队建设项目(JNKYT201603)资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300106, 2017YFD0101104), the National Natural Science Foundation of China (31601247), the China Agriculture Research System (CARS-02-11), the Youth Research Fund of the Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences (QNJJ201728), and the Innovative Team Construction Project of BAAFS (JNKYT201603).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20181101.1042.010.html