不同玉米品种籽粒容重的差异及其与产量和品质的关系

不同玉米品种籽粒容重的差异及其与产量和品质的关系

0玉米粒容重与玉米品质的系统研究【研究意义】中国丰富的玉米资源可满足现代玉米工业和食品加工的需要，但加工质量差，尤其是原材料素质差，严重影响了国际市场的竞争力。提高玉米商品品质是中国加入WTO以后国产玉米面临的重要挑战和技术需求。容重作为玉米商品品质的重要指标,能够真实地反映玉米的成熟度、完整度、均匀度和使用价值,成为国际贸易中质量定级的重要因素。多年以来,关于玉米品质的研究多集中在营养品质和加工品质上,而对商品品质尤其是容重的研究较少。【前人研究进展】作物品种的多样性导致容重的差异。早在1959年,Rumbaugh研究表明,容重可作为有限生育期与籽粒含水量之间的有利连结点,更好地评价杂交种的品质。Pixley研究了燕麦优良种质容重的遗传变异,结果表明容重与产量之间有一定程度的正相关,且两者都有显著的基因型差异和较高的遗传力。玉米籽粒容重的遗传机制比玉米其它农艺性状复杂,但容重不具有杂种优势,一般说来,玉米容重与蛋白质含量呈正相关。李宗智和张晓芳各自在小麦上的研究也有类似的结论。容重还与赖氨酸含量呈负相关,吴春胜等研究表明高蛋白玉米、高油玉米的容重低于普通玉米,赖氨酸含量高的品种容重低。【本研究的切入点】容重作为一项重要的商品品质指标,国内外对它的研究主要集中在燕麦、小麦等作物,而关于玉米籽粒容重的系统研究却鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究通过山东省2004年生产引种试验和室内测定分析,对不同类型玉米的容重作了系统的划分,结合不同氮肥用量对容重的影响试验,探讨了容重与主要农艺性状以及营养成分之间的关系,以期为提高容重改善玉米商品品质提供理论依据。1材料和方法1.1试验地点及试验设计研究分两个试验,试验Ⅰ于2004年在山东德州、济宁、烟台、聊城、滨州、泰安、济南和临沂8个试验地点进行,室内试验在中国农业科学院作物研究所“农业部谷物品质监督检验测试中心(泰安)”进行;试验Ⅱ于2004年在山东农业大学教学基地进行。1.2引种试验品种试验Ⅰ供试材料为山东各地市提供的生产试验品种18个,其他省市提供的引种试验品种10个,对照为农大108(表1);试验Ⅱ选用不同类型马齿型(农大108、泰玉11号)、硬粒型(掖单4号、费玉4号)爆裂型玉米(爆裂1号、POPL)共6个品种。1.3测试方法1.3.1试验设计1.3.3统计分析2结果与分析2.1生长性状类型方差分析(表2)表明,玉米容重的变异来源于品种间和地区间,经检验两者均达极显著水平,同时求得变异系数(表1)。籽粒容重表现出明显的基因型差异。供试的29个品种的容重值在不同试验地区间的波动范围为574~800g·L-1。以容重(TW)为指标,进行标准化转化,采用最长距离法,根据欧式距离对参试品种作聚类分析,将其分为3类:(1)高容重型(H-TW):包括LN1、正大12号、孟9731等共7(1~15)个品种,容重值一般均大于745g·L-1。(2)中容重型(M-TW):包括先行2号、先行5号、淄博2号等共15(16~22)个品种,容重值范围在720~745g·L-1。(3)低容重型(L-TW):包括W9917、濮单5号、Q2101等共7(23~29)个品种,容重值低于720g·L-1。在试验地点内品种自身的变异程度有差异,体现在变异系数(CV)上。其中CV最小的为(Q2101)4.25%,最大值为(X1132X)9.62%。总体而言,M-TW和L-TW品种的变异系数为4%~10%,而H-TW品种变异系数普遍较小,在2%~6%之间。从试验地点的角度看,各地区间的变异系数为2%~8.5%。各品种在济宁地区的容重分布较为整齐,离散度最小(S=17.54,CV=2.31%),烟台的变异系数最大为8.02%。可能是因为各地区生态环境和气候条件(如光照、降雨量等)的不同造成了所有品种在各地区的变异程度的差异。多重比较结果表明,不同地区,滨州、泰安、临沂之间没有差异,而与济南、济宁之间有极显著差异。德州和烟台之间差异极显著。2.2玉米矿物容重值籽粒类型是决定容重的重要因素,不同粒型之间容重差异显著。如表3所示,马齿型、硬粒型和爆裂型玉米品种之间容重差异极显著,前者属于H-TW型,后两者属于L-TW型。容重值排序是爆裂型>硬粒型>马齿型,即扁平的玉米籽粒容重低于圆形玉米籽粒。同一类型不同品种之间也有差异,硬粒型费玉4号和掖单4号之间差异极显著,而农大108和泰玉11号之间,爆裂1号和POPL之间却无差异。施氮肥对玉米容重的影响不大,同一品种不同的施氮量处理之间玉米的容重差异不显著。2.3玉米重量与产量和品质的关系2.3.1玉米性状与产量的相关性在不同施肥处理之间产量相关性状的表现有差异,容重、千粒重、产量、穗长和穗粗等8个性状在N0处理与N1、N2、N3处理之间有显著差异,N1、N2和N3之间无差异。普通玉米品种的容重与穗行数和行粒数呈负相关(表4),与产量等其它5个性状呈不同程度的正相关,其中容重与千粒重、产量及秃顶长的相关系数均达极显著水平。爆裂型专用玉米的容重与穗长呈极显著负相关,与千粒重和产量呈极显著正相关。可以看出,不同类型玉米各种性状间的相关表现不同,但容重与千粒重和产量之间的关系表现是一致的,均呈极显著的正相关。原因在于玉米容重可表述为容积密度,用于衡量特定体积内的玉米籽粒的重量。当体积一定时,千粒重的增加会带来容重的增大,同时伴随产量的提高,因此千粒重与产量之间呈极显著正相关。2.3.2容重与粒蛋白质和淀粉含量的关系从籽粒蛋白质、粗脂肪、赖氨酸和淀粉含量与容重的简单相关系数及检验结果(表5,df=15,r0.05=0.482,r0.01=0.606)来看,容重与籽粒蛋白质和淀粉含量均呈显著正相关,其中容重与淀粉含量呈极显著正相关;容重与粗脂肪和赖氨酸含量呈负相关。采用逐步回归得最优回归方程Y=﹣174.936+19.915X1+9.527X4(F=8.628,P<0.01),残差分析Durbin-Watson统计量d=1.202,方程经检验达极显著水平,说明了粗蛋白和淀粉含量对籽粒容重的影响显著。2.3.3粗蛋白对容重的影响通径分析如表6所示,粗蛋白(X1)、粗脂肪(X2)、赖氨酸(X3)和淀粉(X4)的百分含量对容重的直接作用分别为0.3081、﹣0.0303、﹣0.0164和0.5720,反映了各营养成分对籽粒容重的直接影响。其中粗脂肪和赖氨酸对容重的负作用相近,但最终决定系数粗脂肪却远大于赖氨酸,因为粗脂肪通过粗蛋白对容重的间接作用前者为负(x2→x1→y=﹣0.1343),扩大了它对容重的负影响。淀粉X4对容重的决定作用最大(b4*=0.5720,R42=51.7%,R2(4)=68.52%),粗蛋白X1对容重的决定作用次之,(b1*=0.3081,R12=32.84%,R2(1)=49.17%);赖氨酸含量的决定系数最小且为负值R2(3)=﹣0.05%,从而成为影响容重的主要限制因素,尤其是对粗蛋白形成的限制(X1通过X3的间接作用为﹣0.0049)。在这种情况下,要提高容重就应该着眼于X4淀粉的选择决策,而且X3对它的限制较小(X4通过X3的间接作用为0.0023)。3玉米容重与淀粉总含量关系见表4作物品种的多样性导致容重的差异,不同基因型之间容重差异很大。容重的变异来源于品种和试验地点均达极显著水平,且变异系数各有差异。国外对燕麦的研究表明容重具有显著的基因型差异和较高的遗传力,但不具有杂种优势。比较而言,国内对玉米容重的研究还不够深入。不同类型玉米的容重与产量性状间的相关表现不同,但容重与千粒重和产量之间的关系是一致的,均呈极显著的正相关。而千粒重与产量之间的高度正相关决定了可以在提高产量的同时提高玉米的容重,改善商品质量。玉米容重与籽粒主要营养成分之间的关系密切。玉米容重与籽粒蛋白质含量呈显著正相关,与前人的研究结果一致,其决定系数为49.17%,而淀粉总含量与容重的关系存有争议。本研究结果表明淀粉总含量与容重呈极显著正相关,其决定系数(R2(4)=68.52%)也最大。赖氨酸含量对玉米容重起负作用,与本试验研究结果相符。通径分析表明赖氨酸含量的决定系数最小(R2(3)=﹣0.05%),成为影响容重的主要限制因素,尤其是对蛋白质形成的限制(x1→x3→y=﹣0.0049)。故要提高容重,应该着眼于提高淀粉总含量且赖氨酸对其限制作用较小(x4→x3→y=0.0023)。由此可以推测在籽粒发育阶段促进淀粉的合成和积累,提高淀粉总含量有助于提高玉米的容重。玉米容重属于物理性状,与粒型、密度、硬度和水分含量等其他物理性状之间也有密切关系。籽粒形状是影响容重的重要因素,受遗传控制不同粒型玉米品种之间有差异。爆裂型>硬粒型>马齿型,即圆形籽粒的玉米容重要高于扁平形籽粒的。原因在于圆形籽粒测量时在容量筒内排列间隙要明显小于扁平形籽粒,同一体积内籽粒数目和重量较大,从而形成较高的容重。容重和密度的概念有时被人混淆,密度是籽粒单位体积内的重量,而容重是容积密度,衡量一特定体积内的重量,它不仅反映了籽粒的密度,也与盛装籽粒的方式有关。硬度与容重和密度呈显著正相关,而籽粒含水量越高,容重越低。关于密度和硬度在籽粒发育阶段的增长过程以及与容重的关系还有待于进一步的研究和考证。研究影响玉米容重的因素不是单纯地着眼于玉米籽粒本身,因为容重同时也受外界环境和栽培措施的影响,包括温度、水分、肥料和播期等。本试验结果指出氮肥对玉米容重的调控作用不明显,不同氮肥用量处理之间玉米容重变化没有差异。温度对容重影响不大(当水分低时),当水分大于18%时,容重下降比较明显。温度对高水分玉米影响特别显著,而且复杂多变。国外有报道指出玉米生长季节的后期干旱通过影响籽粒的灌浆在一定程度上造成玉米容重的降低,此外,通过其它措施如推迟玉米收获期并不能增加容重。如何在适当的地区选择合适的品种,最大限度地挖掘容重潜力是当前玉米生产中应该解决的技术问题之一。4试验及添加量施氮肥对玉米容重的影响不明显。不同类型玉米籽粒容重与千粒重和产量均呈极显著的正相关,与蛋白质含量和淀粉总含量呈显著正相关,与粗脂肪含量呈负相关。而赖氨酸含量是影响容重的主要限制因素,尤其是对蛋白质形成的限制,但对淀粉总含量的限制作用最小。故要提高容重,应该首先着眼于籽粒总淀粉含量的提高。试验采用随机完全区组排列,重复3次。试验Ⅰ小区面积100m2,行距60cm,对照为农大108,密度为52500株·ha-1,其它品种分别按其最适密度种植,全区收获计产;试验Ⅱ设置4个氮肥用量处理分别为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。小区面积为7.5m2,密度60000株·ha-1,其它管理同一般生产田。1.