不同玉米品種籽粒容重的差異及其與產(chǎn)量和品質的關系

不同玉米品種籽粒容重的差異及其與產(chǎn)量和品質的關系

0玉米粒容重與玉米品質的系統(tǒng)研究【研究意義】中國豐富的玉米資源可滿足現(xiàn)代玉米工業(yè)和食品加工的需要，但加工質量差，尤其是原材料素質差，嚴重影響了國際市場的競爭力。提高玉米商品品質是中國加入WTO以后國產(chǎn)玉米面臨的重要挑戰(zhàn)和技術需求。容重作為玉米商品品質的重要指標,能夠真實地反映玉米的成熟度、完整度、均勻度和使用價值,成為國際貿易中質量定級的重要因素。多年以來,關于玉米品質的研究多集中在營養(yǎng)品質和加工品質上,而對商品品質尤其是容重的研究較少?！厩叭搜芯窟M展】作物品種的多樣性導致容重的差異。早在1959年,Rumbaugh研究表明,容重可作為有限生育期與籽粒含水量之間的有利連結點,更好地評價雜交種的品質。Pixley研究了燕麥優(yōu)良種質容重的遺傳變異,結果表明容重與產(chǎn)量之間有一定程度的正相關,且兩者都有顯著的基因型差異和較高的遺傳力。玉米籽粒容重的遺傳機制比玉米其它農藝性狀復雜,但容重不具有雜種優(yōu)勢,一般說來,玉米容重與蛋白質含量呈正相關。李宗智和張曉芳各自在小麥上的研究也有類似的結論。容重還與賴氨酸含量呈負相關,吳春勝等研究表明高蛋白玉米、高油玉米的容重低于普通玉米,賴氨酸含量高的品種容重低?！颈狙芯康那腥朦c】容重作為一項重要的商品品質指標,國內外對它的研究主要集中在燕麥、小麥等作物,而關于玉米籽粒容重的系統(tǒng)研究卻鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究通過山東省2004年生產(chǎn)引種試驗和室內測定分析,對不同類型玉米的容重作了系統(tǒng)的劃分,結合不同氮肥用量對容重的影響試驗,探討了容重與主要農藝性狀以及營養(yǎng)成分之間的關系,以期為提高容重改善玉米商品品質提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1試驗地點及試驗設計研究分兩個試驗,試驗Ⅰ于2004年在山東德州、濟寧、煙臺、聊城、濱州、泰安、濟南和臨沂8個試驗地點進行,室內試驗在中國農業(yè)科學院作物研究所“農業(yè)部谷物品質監(jiān)督檢驗測試中心(泰安)”進行;試驗Ⅱ于2004年在山東農業(yè)大學教學基地進行。1.2引種試驗品種試驗Ⅰ供試材料為山東各地市提供的生產(chǎn)試驗品種18個,其他省市提供的引種試驗品種10個,對照為農大108(表1);試驗Ⅱ選用不同類型馬齒型(農大108、泰玉11號)、硬粒型(掖單4號、費玉4號)爆裂型玉米(爆裂1號、POPL)共6個品種。1.3測試方法1.3.1試驗設計1.3.3統(tǒng)計分析2結果與分析2.1生長性狀類型方差分析(表2)表明,玉米容重的變異來源于品種間和地區(qū)間,經(jīng)檢驗兩者均達極顯著水平,同時求得變異系數(shù)(表1)。籽粒容重表現(xiàn)出明顯的基因型差異。供試的29個品種的容重值在不同試驗地區(qū)間的波動范圍為574~800g·L-1。以容重(TW)為指標,進行標準化轉化,采用最長距離法,根據(jù)歐式距離對參試品種作聚類分析,將其分為3類:(1)高容重型(H-TW):包括LN1、正大12號、孟9731等共7(1~15)個品種,容重值一般均大于745g·L-1。(2)中容重型(M-TW):包括先行2號、先行5號、淄博2號等共15(16~22)個品種,容重值范圍在720~745g·L-1。(3)低容重型(L-TW):包括W9917、濮單5號、Q2101等共7(23~29)個品種,容重值低于720g·L-1。在試驗地點內品種自身的變異程度有差異,體現(xiàn)在變異系數(shù)(CV)上。其中CV最小的為(Q2101)4.25%,最大值為(X1132X)9.62%?？傮w而言,M-TW和L-TW品種的變異系數(shù)為4%~10%,而H-TW品種變異系數(shù)普遍較小,在2%~6%之間。從試驗地點的角度看,各地區(qū)間的變異系數(shù)為2%~8.5%。各品種在濟寧地區(qū)的容重分布較為整齊,離散度最小(S=17.54,CV=2.31%),煙臺的變異系數(shù)最大為8.02%?？赡苁且驗楦鞯貐^(qū)生態(tài)環(huán)境和氣候條件(如光照、降雨量等)的不同造成了所有品種在各地區(qū)的變異程度的差異。多重比較結果表明,不同地區(qū),濱州、泰安、臨沂之間沒有差異,而與濟南、濟寧之間有極顯著差異。德州和煙臺之間差異極顯著。2.2玉米礦物容重值籽粒類型是決定容重的重要因素,不同粒型之間容重差異顯著。如表3所示,馬齒型、硬粒型和爆裂型玉米品種之間容重差異極顯著,前者屬于H-TW型,后兩者屬于L-TW型。容重值排序是爆裂型>硬粒型>馬齒型,即扁平的玉米籽粒容重低于圓形玉米籽粒。同一類型不同品種之間也有差異,硬粒型費玉4號和掖單4號之間差異極顯著,而農大108和泰玉11號之間,爆裂1號和POPL之間卻無差異。施氮肥對玉米容重的影響不大,同一品種不同的施氮量處理之間玉米的容重差異不顯著。2.3玉米重量與產(chǎn)量和品質的關系2.3.1玉米性狀與產(chǎn)量的相關性在不同施肥處理之間產(chǎn)量相關性狀的表現(xiàn)有差異,容重、千粒重、產(chǎn)量、穗長和穗粗等8個性狀在N0處理與N1、N2、N3處理之間有顯著差異,N1、N2和N3之間無差異。普通玉米品種的容重與穗行數(shù)和行粒數(shù)呈負相關(表4),與產(chǎn)量等其它5個性狀呈不同程度的正相關,其中容重與千粒重、產(chǎn)量及禿頂長的相關系數(shù)均達極顯著水平。爆裂型專用玉米的容重與穗長呈極顯著負相關,與千粒重和產(chǎn)量呈極顯著正相關。可以看出,不同類型玉米各種性狀間的相關表現(xiàn)不同,但容重與千粒重和產(chǎn)量之間的關系表現(xiàn)是一致的,均呈極顯著的正相關。原因在于玉米容重可表述為容積密度,用于衡量特定體積內的玉米籽粒的重量。當體積一定時,千粒重的增加會帶來容重的增大,同時伴隨產(chǎn)量的提高,因此千粒重與產(chǎn)量之間呈極顯著正相關。2.3.2容重與粒蛋白質和淀粉含量的關系從籽粒蛋白質、粗脂肪、賴氨酸和淀粉含量與容重的簡單相關系數(shù)及檢驗結果(表5,df=15,r0.05=0.482,r0.01=0.606)來看,容重與籽粒蛋白質和淀粉含量均呈顯著正相關,其中容重與淀粉含量呈極顯著正相關;容重與粗脂肪和賴氨酸含量呈負相關。采用逐步回歸得最優(yōu)回歸方程Y=﹣174.936+19.915X1+9.527X4(F=8.628,P<0.01),殘差分析Durbin-Watson統(tǒng)計量d=1.202,方程經(jīng)檢驗達極顯著水平,說明了粗蛋白和淀粉含量對籽粒容重的影響顯著。2.3.3粗蛋白對容重的影響通徑分析如表6所示,粗蛋白(X1)、粗脂肪(X2)、賴氨酸(X3)和淀粉(X4)的百分含量對容重的直接作用分別為0.3081、﹣0.0303、﹣0.0164和0.5720,反映了各營養(yǎng)成分對籽粒容重的直接影響。其中粗脂肪和賴氨酸對容重的負作用相近,但最終決定系數(shù)粗脂肪卻遠大于賴氨酸,因為粗脂肪通過粗蛋白對容重的間接作用前者為負(x2→x1→y=﹣0.1343),擴大了它對容重的負影響。淀粉X4對容重的決定作用最大(b4*=0.5720,R42=51.7%,R2(4)=68.52%),粗蛋白X1對容重的決定作用次之,(b1*=0.3081,R12=32.84%,R2(1)=49.17%);賴氨酸含量的決定系數(shù)最小且為負值R2(3)=﹣0.05%,從而成為影響容重的主要限制因素,尤其是對粗蛋白形成的限制(X1通過X3的間接作用為﹣0.0049)。在這種情況下,要提高容重就應該著眼于X4淀粉的選擇決策,而且X3對它的限制較小(X4通過X3的間接作用為0.0023)。3玉米容重與淀粉總含量關系見表4作物品種的多樣性導致容重的差異,不同基因型之間容重差異很大。容重的變異來源于品種和試驗地點均達極顯著水平,且變異系數(shù)各有差異。國外對燕麥的研究表明容重具有顯著的基因型差異和較高的遺傳力,但不具有雜種優(yōu)勢。比較而言,國內對玉米容重的研究還不夠深入。不同類型玉米的容重與產(chǎn)量性狀間的相關表現(xiàn)不同,但容重與千粒重和產(chǎn)量之間的關系是一致的,均呈極顯著的正相關。而千粒重與產(chǎn)量之間的高度正相關決定了可以在提高產(chǎn)量的同時提高玉米的容重,改善商品質量。玉米容重與籽粒主要營養(yǎng)成分之間的關系密切。玉米容重與籽粒蛋白質含量呈顯著正相關,與前人的研究結果一致,其決定系數(shù)為49.17%,而淀粉總含量與容重的關系存有爭議。本研究結果表明淀粉總含量與容重呈極顯著正相關,其決定系數(shù)(R2(4)=68.52%)也最大。賴氨酸含量對玉米容重起負作用,與本試驗研究結果相符。通徑分析表明賴氨酸含量的決定系數(shù)最小(R2(3)=﹣0.05%),成為影響容重的主要限制因素,尤其是對蛋白質形成的限制(x1→x3→y=﹣0.0049)。故要提高容重,應該著眼于提高淀粉總含量且賴氨酸對其限制作用較小(x4→x3→y=0.0023)。由此可以推測在籽粒發(fā)育階段促進淀粉的合成和積累,提高淀粉總含量有助于提高玉米的容重。玉米容重屬于物理性狀,與粒型、密度、硬度和水分含量等其他物理性狀之間也有密切關系。籽粒形狀是影響容重的重要因素,受遺傳控制不同粒型玉米品種之間有差異。爆裂型>硬粒型>馬齒型,即圓形籽粒的玉米容重要高于扁平形籽粒的。原因在于圓形籽粒測量時在容量筒內排列間隙要明顯小于扁平形籽粒,同一體積內籽粒數(shù)目和重量較大,從而形成較高的容重。容重和密度的概念有時被人混淆,密度是籽粒單位體積內的重量,而容重是容積密度,衡量一特定體積內的重量,它不僅反映了籽粒的密度,也與盛裝籽粒的方式有關。硬度與容重和密度呈顯著正相關,而籽粒含水量越高,容重越低。關于密度和硬度在籽粒發(fā)育階段的增長過程以及與容重的關系還有待于進一步的研究和考證。研究影響玉米容重的因素不是單純地著眼于玉米籽粒本身,因為容重同時也受外界環(huán)境和栽培措施的影響,包括溫度、水分、肥料和播期等。本試驗結果指出氮肥對玉米容重的調控作用不明顯,不同氮肥用量處理之間玉米容重變化沒有差異。溫度對容重影響不大(當水分低時),當水分大于18%時,容重下降比較明顯。溫度對高水分玉米影響特別顯著,而且復雜多變。國外有報道指出玉米生長季節(jié)的后期干旱通過影響籽粒的灌漿在一定程度上造成玉米容重的降低,此外,通過其它措施如推遲玉米收獲期并不能增加容重。如何在適當?shù)牡貐^(qū)選擇合適的品種,最大限度地挖掘容重潛力是當前玉米生產(chǎn)中應該解決的技術問題之一。4試驗及添加量施氮肥對玉米容重的影響不明顯。不同類型玉米籽粒容重與千粒重和產(chǎn)量均呈極顯著的正相關,與蛋白質含量和淀粉總含量呈顯著正相關,與粗脂肪含量呈負相關。而賴氨酸含量是影響容重的主要限制因素,尤其是對蛋白質形成的限制,但對淀粉總含量的限制作用最小。故要提高容重,應該首先著眼于籽?？偟矸酆康奶岣摺Ｔ囼灢捎秒S機完全區(qū)組排列,重復3次。試驗Ⅰ小區(qū)面積100m2,行距60cm,對照為農大108,密度為52500株·ha-1,其它品種分別按其最適密度種植,全區(qū)收獲計產(chǎn);試驗Ⅱ設置4個氮肥用量處理分別為N0(不施氮肥)、N1(225kgN·ha-1)、N2(450kgN·ha-1)、N3(675kgN·ha-1),氮肥40%作基肥,60%作追肥大喇叭口期施入。小區(qū)面積為7.5m2,密度60000株·ha-1,其它管理同一般生產(chǎn)田。1.