12个玉米杂交种及其亲本抗旱性鉴定

王绍新， 许 洛， 曹志艳， 冯健英

(1.石家庄市农林科学研究院，河北石家庄 050041； 2.河北农业大学，河北保定 071000)

通信作者：冯健英，硕士，研究员，主要从事玉米育种研究。E-mail：sjzfjy@163.com。

我国是水资源贫乏的国家，而且近年来极端气候频现，干旱成为威胁农业的重要因素，所以研究抗旱农业对保障我国的粮食生产安全至关重要[1]。玉米生产中期常因伏旱、夹秋旱或持续干旱高温引起玉米开花抽丝受阻、结实不佳，从而造成减产甚至绝收。解决玉米干旱问题的方法除保证水分供应、改善水利设施条件外，筛选抗旱性强的玉米品种也是一条主要途径[2-3]。玉米抗旱性的鉴定主要包括鉴定方法、鉴定指标、量化分析3个方面。许多学者围绕玉米抗旱性研究开展了大量工作，取得了一定的研究进展[4-7]。目前，玉米抗旱性的鉴定方法主要有田间直接鉴定法、抗旱池法、盆栽法、实验室模拟法等；鉴定筛选指标主要有发育指标、外在性状指标、生理生化指标、产量指标等；抗旱性评价标准大体可分为综合评价和直接评价两类；综合评价法有抗旱性隶属函数法、五级评分法、抗旱总级值法、灰色关联分析法等；以产量指标为主的直接评价标准有抗旱系数、敏感指数、抗旱指数、干旱伤害指数等[8-13]。本试验借鉴前人的经验，对品种采用直观有效的抗旱系数法进行品种抗旱性评价，对亲本自交系进行了抗旱相关的生理生化指标测定。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验材料选自近年来河北夏播区的主推品种，还包括河北省和国家黄淮海主推和新审定的玉米品种，由河北省赵县农业科学研究所提供，详情见表1。

杂交种亲本材料由石家庄市农林科学研究院玉米研究所种质资源库提供，详情见表2。

1.2 试验方法

1.2.1 材料种植 所有材料种植在石家庄市农林科学研究院玉米研究所干旱模拟棚内。分别设水、旱2种处理，2次重复。水处理充分灌溉，在播种后、苗期、大喇叭口期和灌浆期透墒灌溉；干旱处理采用全生育期干旱胁迫，透墒播种后不再浇水，派专人负责抗旱棚的关闭。杂交种5行区种植，自交系1行区种植；行长2.95 m，行距0.50 m，株距0.27 m，种植密度为67 500株/hm2。

1.2.2 杂交种产量和水分利用率的测定及抗旱性分析方法 成熟后收获全区，晒干、测水。产量=[干质量×(1-籽粒含水率)]/(1-14%)。烘干法测定播种前和收获后0～140 cm 土层的土壤含水量。土壤水分利用率=籽粒产量/耗水量。参照兰巨生等的评价标准[14]对12个品种进行抗旱性鉴定。数据分析应用 SAS 9.4软件，多重比较分析采用Duncan’s法。

1.2.3 亲本自交系抗旱指标的测定及抗旱性分析方法 自交系叶片丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸比色法[15]；自交系叶片可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[16]；自交系叶片脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法[17]；自交系叶片叶绿素含量的测定采用丙酮浸提法[18]。抗旱性指标隶属度计算采用张倩等的方法[19]。自交系的聚类分析应用IBM SPSS Statistics 19 软件，聚类采用Ward法。

2 结果与分析

2.1 杂交种抗旱性分析

2.1.1 杂交种抗旱指数的分析 从表3可以看出，肃玉1号、石玉9号和京单58抗旱指数分别为0.87、0.83、0.81，抗旱级别为中等；郑单958、金海5号、浚单20、伟科702抗旱指数分别为0.75、0.74、0.71、0.66，抗旱级别为弱；中科11号、石玉10号、蠡玉16号、登海605、中单909抗旱指数小于0.6，抗旱级别为极弱，其中蠡玉16号、登海605和中单909抗旱性最差。筛选的12个品种其中3个为中抗品种，4个为弱抗品种，5个品种抗旱性差，没有筛选出抗旱指数大于1的强和极强抗旱品种。所以河北地区应该加强抗旱品种的选育和引进筛选工作， 为有可能出现的极端干旱气候储备抗旱玉米品种，保障玉米生产安全。从表3中的籽粒产量可以看出，蠡玉16号、登海605等品种在正常灌溉下(CK)产量虽然很高，但它的抗旱性并不强，而肃玉1号、石玉9号等品种产量在正常灌溉下(CK)虽一般，但干旱胁迫下产量较高，可见高产的品种不一定抗旱，抗旱的品种在干旱情况下都高产。

表1 品种材料

表2 亲本材料

注：亲本血缘为自交系主要遗传背景。

2.1.2 杂交种水分利用率 在干旱胁迫下的各品种的水分利用率[kg/(hm2·mm)]见图1，肃玉1号、石玉9号、京单58水分利用率最高，分别为33.245、32.782、29.542 kg/(hm2·mm)；蠡玉16号、登海605、中单909水分利用率最低，分别为22.569、22.158、20.267 kg/(hm2·mm)；其他品种居中。通过分析，P=0.0445<0.05， 差异达到显著水平，对 12 个玉米品种间水分利用率进行多重比较，结果表明水分利用率最高的肃玉1号与其他8个品种达到显著水平，最低的中单909抗旱指数≤0.60为极弱(HS)；0.61～0.80为弱(S)；0.81～1.00为中等(MR) ；1.01～1.19 为强(R)；≥1.20为极强(HR)。

表3 杂交种的抗旱指数

与其他10个品种达到显著水平。结合杂交种抗旱指数的结果发现，品种间的水分利用率的趋势和它们的抗旱性一致，水分利用率可能是玉米品种抗旱性的关键因素。因此，品种筛选过程中，应尽可能选择水分利用率高的品种作为抗旱品种。

2.2 亲本自交系抗旱性分析

2.2.1 干旱胁迫下亲本自交系抗旱指标的分析 对12个品种的24个亲本自交系进行干旱胁迫下的产量、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和叶绿素含量等抗旱指标测定，然后计算各指标的隶属度，求出均值。从表4可以看出，SN0702(0.68)、海55(0.65)和CH3(0.61)平均隶属度最高，抗旱达Ⅱ级水平，为强抗自交系；平均隶属度在0.4～0.59之间的有9个自交系，抗旱达Ⅲ级水平，为中抗自交系；平均隶属度在0.3～0.39之间的有4个自交系，抗旱为Ⅳ级水平，自交系为弱抗；平均隶属度小于0.3的有8个自交系，抗旱为Ⅴ级水平，自交系抗旱性差。抗旱性最强的自交系SN0702、海55和CH3分别为抗旱性最强的肃玉1号、石玉9号和京单58的亲本；抗旱性最弱的自交系DH382、CT201和L9801分别为抗旱性较弱的登海605、中科11号和石玉10号的亲本。由此可见，亲本的抗旱性与其对应的杂交种的抗旱性存在对应关系，亲本抗旱性强则对应的杂交种抗旱性强，反之亦然。在玉米新品种选育过程中，应注意抗旱自交系的选育，有了抗旱的自交系才有可能选育好的抗旱品种。

表4 亲本自交系的抗旱隶属度

注：平均隶属度<0.3为不抗，定为Ⅴ级；0.3≤平均隶属度<0.4为弱抗，定为Ⅳ级；0.4≤平均隶属度<0.6为中抗，定为Ⅲ级；0.6≤平均隶属度<0.7为强抗，定为Ⅱ级；平均隶属度≥0.7为极强抗，定为Ⅰ级。

2.2.2 亲本自交系抗旱指标的聚类分析 采用系统聚类分析法，以自交系的抗旱指标为变量，进行聚类分析。结合亲本自交系的抗旱隶属度结果，可把所有亲本自交系分为2类：下半部分12个自交系抗旱性较强，抗旱级别为Ⅱ～Ⅲ级，为强抗和中抗自交系；上半部分12个自交系抗旱性较差，抗旱级别为Ⅳ～Ⅴ级，为弱抗和不抗自交系(图2)。聚类分析和抗旱隶属度结果完全一致。进一步分析发现，抗旱性较强的下半部分亲本自交系多为瑞德系，部分黄改系和热带种质，含这类血缘的自交系抗旱性可能较强；抗旱性较弱的上半部分亲本自交系多为美国种质和部分黄改系，含这类血缘的自交系抗旱性可能较弱。

3 讨论

本研究对杂交种和自交系采用了不同的抗旱评价方法，因为我们认为杂交种的抗旱性以产量为单一抗旱指标更为直接有效，更能有效地反映品种的抗旱性，所以采用了抗旱指数法对其抗旱性进行评价；而对自交系的抗旱性评价不应只考虑自身的产量，还应考虑它内在的配合力，所以采用了隶属度法，此法综合了自交系产量和抗旱相关生理、生化指标，更有说服力。

前人对玉米的抗旱性进行了大量深入的研究，但是目前，关于玉米的抗旱机制尚不十分清楚，且不同品种可能具有不同的抗旱机制[20]。通过本研究发现，品种的抗旱性与其亲本的抗旱性正相关，育种家们在选育抗旱玉米品种时，可先从选育抗旱的亲本入手。抗旱性较强的杂交种杂优模式可能为瑞德系×黄改系，目前引进的美国种质虽然有脱水快、易机收等特点，但抗旱性较差，育种家在品种选育过程中应保留本地的瑞德系血缘，以提高品种的抗旱性，提高品种的抗灾风险。

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