籽粒性状对玉米产量和机收的影响研究进展

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　　摘要    本文对玉米籽粒性状对玉米产量和机收的影响研究进展进行阐述，包括单株粒数、百粒重与产量的关系;籽粒构型和产量的关系;籽粒性状与玉米机收品种选择的关系。单株粒数和百粒重与单株产量密切相关，通过改良单株粒数和百粒重可有效提高产量。单穗产量与绝大多数籽粒构型性状显著相关，特别是与粒长的相关系数最高;对单穗产量影响较大的性状有粒长、粒厚、穗长、出籽率和粒长/穗半径。玉米籽粒含水率决定籽粒的软硬程度，直接影响玉米机收的破碎率、损失率和杂质率，从而影响籽粒机收的效果。因此，在实际玉米育种中，应选择出籽率高、品质好的玉米材料;关注籽粒性状，尽量选择穗粗、粒大、粒长等性状的材料进行研究;同时利用美系和欧洲的脱水性状突出种质材料，并充分利用杂优模式。
　　关键词    玉米;籽粒性状;产量;机械化采收
　　中图分类号    S513        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）02-0004-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Abstract    In this paper，the research progress on the effects of corn grain characters on corn yield and harvest was reviewed，including the relationship between kernel number per plant，100 grain weight and yield;the relationship between grain configuration and yield;the relationship between grain characters and the selection of corn harvest varieties. Kernel number per plant（KNPP）and kernel weight per plant（KWEI）was closely related with grain yield per plant（GYPP），suggesting that the improvement of KNPP and KWEI could efficiently contribute to high grain yield. Kernel yield per ear（KYE）showed significant correlation with most traits of kernel structure，especially with kernel depth（KD）. KD，kernel thickness（KT），ear length（EL），rate of kernel production（RKP）and KD/ear semi-diameter（EsemiD）determined the performance of KYE.Grain moisture content determined the degree of hardness and softness of the grain，and directly affectd the kernel crashing rate，loss rate and grain impurity rate，thus affecting the the machine harvest.Therefore，in actual maize breeding，we should select maize germplasms which have high seed rate and good quality;pay attention to grain traits，and select the materials with large ear diameter，grain size and grain length as far as possible;at the same time，we should use European and American germplasms with fast kernel dehydration rate，and make full use of heterosis.
　　Key words    corn;kernel trait;yield;mechanically harvesting
　　玉米是重要的飼料、工业原料和粮食作物，其自身具有高产潜质。玉米产量易受各种环境因素影响，由许多主效、微效基因控制。籽粒性状是复杂的数量性状，受众多数量性状位点（QTL）控制，影响玉米的产量和品质，因而是玉米籽粒产量遗传改良的重要指标，是决定玉米产量的重要因素。目前，关于玉米产量相关影响因子的研究较多，而对于籽粒性状与产量的关系，以及籽粒性状与籽粒型机收品种的关系研究不多，且较为分散。本文从宏观的角度，分析籽粒性状与产量、机收的关系，以期对于现代高产分子设计育种及优良新品种的培育提供一定的理论参考。 　　1    单株粒数、百粒重与产量的关系
　　高产历来是玉米育种的主要目标。目前，在黄淮海等玉米主产区，耐密、脱水、出籽率高的品种成为主要推广类型，以郑单958和先玉335 为代表，该类型品种穗部特点为大小中等、粒深、轴细、出籽率高[1]。籽粒产量是最复杂、最重要的性状之一[2]，它是由相互關联的多基因控制的一系列生理生化过程的最终体现[3]。单位面积株数、单株粒数和百粒重是决定玉米籽粒产量的主要因素。在种植密度一定的条件下，单株粒数与百粒重直接决定单穗产量。近十几年来，单株产量与单株粒数、百粒重的关系一直是育种家遗传研究的重点，改良籽粒品质、提高百粒重可有效提高产量。
　　彭  勃等以我国玉米骨干材料齐319和黄早四构建的230个F2∶3家系群体为基础种质，利用条件分析，并结合QTL定位方法，研究了单株产量（GYPP）与单株粒数（KNPP）、百粒重（KWEI）之间的关系。结果表明，单株粒数和百粒重与单株产量高度相关，通过改良单株粒数和百粒重可有效提高产量[4]。
　　杨  坤等利用重庆市普通玉米预备试验的45个参试材料，采用通径分析法对其穗部性状与产量的关系进行研究。结果表明，穗部性状通过直接效应和其他性状间的间接效应，表现其与产量相关，在构成玉米产量诸因素中，百粒重、穗行数、行粒数、穗长与产量有较大的相关系数，是影响玉米产量高低的决定性因素。因此，品种选育时应注重对百粒重、穗行数、行粒数、穗长这几个因素的选择，与此同时还应增加穗粗，提高出籽率，并且协调好穗行数、轴粗与出籽率的相互制约关系，以提高选育出优异玉米杂交种的几率[5]。
　　2    籽粒构型与产量的关系
　　在实际育种过程中，株型、果穗等显著影响产量潜力，穗粗、穗行数、穗长也与产量成正相关，因而在选育中须着重考虑[6]。除此之外，包括籽粒的长、宽、厚、粒形等玉米籽粒构型性状在玉米选育过程中也逐渐凸显其重要性，成为不可忽视的育种特性。玉米籽粒构型性状与产量性状之间的关系密切，籽粒构型性状之间的关系明显，了解其中的相互关系，将为育种家提供更加有效的育种思路。
　　程秋博等利用长玉19、正红311和正红505这3个玉米品种为材料，在室内测定种子的活力差异，田间采用裂区设计，研究不同籽粒大小对幼苗生长、干物质积累和产量的影响。结果表明，玉米大、中粒种的发芽率、发芽指数和活力指数较高，田间机播后幼苗和植株的长势较旺，植株较高，茎粗和叶面积较大，干物质积累较多，尤其是生育前期，生育后期的效应缩小，但仍表现出一定的增产效果[7]。
　　Veldboom等[8-9]的研究表明，粒长与产量、穗粗均具有较高的正相关。张泽民等[10]、周远和等[11]及汤  华等[12]的研究也表明，穗粗对产量具有较大的贡献。李永祥等利用齐319×黄早四组合F2∶3群体，研究在2个不同生态环境下的籽粒构型性状及产量性状的相关性，结果表明，籽粒构型中的粒长与单穗产量均具有最高的相关性，籽粒粒形的粒长/粒宽同样与单穗产量表现出了较强的相关性;粒长、粒长/粒宽分别与出籽率及粒长与穗半径有较高的关联性;粒长、穗半径同时与单穗产量具有较高的相关系数，因而较粗的果穗、相对较长的籽粒有利于获得较高的籽粒产量[13]。
　　籽粒相关性状与产量关系明显，种子质量与其自身电导率成极显著负相关，种子质量越大，电导率越低，种子活力越高;大粒种子植株内源保护酶活性大于小粒种子植株，大粒种子植株具有较强的自我调节能力。叶绿素含量是重要的植物生理指标之一，许多研究认为，叶绿素含量与产量形成有着极其密切的关系，叶绿素含量高者，光合速率也高，因而能同化更多的有机物质充实籽粒，从而提高产量。大种子玉米植株的叶绿素含量比小种子植株叶绿素含量高，中等偏上大小的种子对单株产量和百粒质量具有重要影响[14]。
　　3    籽粒性状与玉米机收品种选择的关系
　　随着我国经济结构调整，农村劳动力流失，造成农村劳动力资源不足，而玉米田间收获、人工脱粒、晾晒贮存等环节又需要大量的劳动力资源。采用玉米机械收获可以大大减少劳动力的投入、减轻农民的劳动强度，同时玉米秸秆还田还可以保护土壤和培肥地力[15]。目前，欧美等一些农业发达国家机收籽粒品种种植广泛，机械化程度较高，如美国机械化收获品种，在玉米成熟时籽粒含水量已降至14%～16%，非常适合机械化收割。我国机械化收获自20世纪60年代进行技术的引进和研究工作[16-17]，已成为玉米产业发展的方向。但近些年来，我国玉米机械化收获品种选育和推广速度缓慢，农业机械化程度不高，目前只有在西北和东北等春播玉米区推广应用面积较大，黄淮海夏播玉米区应用范围不大，而美国等发达国家已经实现了玉米籽粒直接机械化收获[18]。
　　玉米籽粒直接机械化收获质量指标包括籽粒含水率、破碎率、杂质率、落穗率和落籽率。其中，玉米籽粒含水率决定籽粒的软硬程度，直接影响玉米机收的破碎率、损失率和杂质率[19]。玉米机械粒收质量的主要瓶颈是破碎率高，黄淮海夏玉米机收籽粒破碎率均为11.51%，差异幅度为0.34%～51.82%，收获质量低，而影响其质量的重要因素即是玉米收获期籽粒含水率，其显著影响机械粒收质量。我国目前大规模种植的玉米品种为中晚熟品种，收获时玉米籽粒含水率普遍偏高，影响了机械粒收质量和效益。因此，评价适宜机械粒收的品种，不仅要注意籽粒灌浆特性和熟期，还要关注籽粒脱水特性的选择。
　　玉米机械化收获田间收获性评价指标中，籽粒含水量是收获的关键指标之一，业界确定的玉米籽粒机收含水量指标为20%以下，破籽率在1.5%左右，丢籽率在1.5%以下。因此，在选育玉米机收品种时，应选择籽粒成熟后期脱水速率快的材料[20]。玉米籽粒的脱水速率受多种因素的影响，如灌浆速率、籽粒体积、天气、农艺性状等[21]。其中，在农艺性状影响因素中，重要的是玉米苞叶总宽、粒型、穗位高、叶片伸展速率、轴粗。玉米籽粒的脱水速率与轴粗成负相关[22-23]，与玉米穗粗成正相关[24]，与苞叶含水率、穗轴含水率成极显著负相关[25-26]。除此之外，还有多种因素影响玉米籽粒机收质量，如玉米品种类型、种植方式、收获时间、收割机类型、操作熟练程度等[27-28]。在实际育种中，应优化玉米品种的生物学特性，选择籽粒脱水快的材料，同时应注意选择轴细、穗短粗、成熟时苞叶含水率低的种质材料，并协调籽粒脱水速率和籽粒性状之间的关系，培育适合全程机械化的玉米新品种。 　　4    结语
　　4.1    改良单株粒数，提高百粒重
　　单株粒数和百粒重与单株产量密切相关，通过改良单株粒数和百粒重可有效提高产量。在选育玉米新品种时，应关注玉米籽粒品质与百粒重的关系，选择出籽率高、品质好的玉米材料，同时在玉米种植过程中合理增施氮、钾肥，适当延期收获，以期得到更高的百粒重，获得高產。
　　4.2    以籽粒型玉米为导向
　　出籽率与单穗产量相关性很高;粒长、粒长/粒宽、粒宽等籽粒性状显著影响出籽率;增加粒长/穗半径的比值可提高出籽率。在生产实践中，轴细、粒深型玉米品种也显示出了较好的推广前景。因此，在育种过程中，在综合其他因素的基础上，应关注籽粒性状，尽量选择具有穗粗、大粒、粒长等性状的材料。玉米种植过程中，也应尽量选取较大籽粒播种，同时注意因地制宜，根据品种特性和栽培季节进行种子的精选加工和分级应用。
　　4.3    注重籽粒性状和机收的关系，选育适合机收的玉米品种
　　籽粒含水率、破碎率、杂质率、落穗率和落籽率是玉米籽粒直接机械化收获质量指标，其中玉米籽粒脱水速度最为重要，玉米籽粒含水率直接影响玉米机收的破碎率、损失率和杂质率。在玉米实际选育的过程中，要注重关注籽粒的脱水性，应注意选择轴细、穗短粗、成熟时苞叶含水率低的种质材料。同时，育种家应创新玉米种质和杂交组配模式，利用美系和欧洲的脱水性状突出种质材料选育适合我国地区的机收材料，并不断创新杂优模式，培育出真正的籽粒机收玉米新品种。
　　5    参考文献
　　[1] 孙发明，焦仁海，刘兴二，等.论春玉米区新的育种目标与策略：对郑单958、先玉335国审以后的思考[J].种子科技，2006（2）：44-46.
　　[2] SUNDARESAN V.Control of seed size in plants[M].Proc Natl Acad Sci USA，2005，12：17887-17888.
　　[3] PELEG Z，FAHIMA T，KRUGMAN T，et al. Genomic dissection of drou-ght resistance in durum wheat×wild emmer wheat recombinant inbreed line population[J].Plant Cell Environ，2009，32：758-779.
　　[4] 彭勃，王阳，李永祥，等.玉米籽粒产量与产量构成因子的关系及条件QTL分析[J].作物学报，2010，36（10）：1624-1633.
　　[5] 杨坤，段正凤，李福星，等.玉米穗部性状及产量间的通径分析[J].农技服务，2016，33（1）：69-71.
　　[6] 刘帆，石海春，余学杰.玉米果穗主要性状与产量间的相关与通径分析[J].玉米科学，2005（3）：19-22.
　　[7] 程秋博，孔凡磊，豆攀，等.籽粒大小对机播玉米苗期生长及产量的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2016，44（12）：56-63.
　　[8] VELDBOOM L R，LEE M.Molecular marker-facilitated studies of morp-hological traits in maize.Ⅱ：Determination of QTLs for grain yield and yield components[J].Theoretical and Applied Genetics，1994，89：451.
　　[9] VELDBOOM L R，LEE M.Genetic mapping of quantitative trait loci in maize in stress and nonstress environment：Ⅰ.grain yield and yield com-ponents[J].Crop Science，1996，36：1310-1319.
　　[10] 张泽民，刘丰明，李雪英.河南省1963—1993年玉米杂交种籽粒产量及其组成性状的遗传增益[J].作物学报，1998（2）：182-186.
　　[11] 周远和，吴永升，覃兰秋，等.玉米主要农艺性状与产量的相关及通径分析[J].广西农业科学，2007（4）：356-358.
　　[12] 汤华，黄益勤，严建兵，等.玉米优良杂交种豫玉22产量性状的遗传分析[J].作物学报，2004（9）：922-926.
　　[13] 李永祥，王阳，石云素，等.玉米籽粒构型与产量性状的关系及QTL作图[J].中国农业科学，2009，42（2）：408-418.
　　[14] 王威，胡海银.玉米籽粒大小与其植株内源保护酶活性及单株种子产量的关系[J].甘肃农业大学学报，2013，48（4）：44-48.
　　[15] 焦宏业.冀中南玉米机械化收获发展状况及育种对策[J].安徽农业科学，2015，43（10）：364-365.
　　[16] 刘水长，张勇，李磊.我国玉米机械化收获现状及对策[J].农机化研究，2008（10）：201-203.
　　[17] 胡伟，刘玉乐.我国玉米收获机械化发展浅析[J].农机市场，2003（6）：17-19.
　　[18] ETA-NDU J T，OPENSHAW S J.Selection criteria for grain yield and moisture in maize yield trials[J].Crop Science，1992，32（2）：332-335.
　　[19] 李川，乔江方，谷利敏，等.影响玉米籽粒直接机械化收获质量的生物学性状分析[J].华北农学报，2015，30（6）：164-169.
　　[20] 阮龙，王俊，陈义红，等.玉米籽粒干物质积累、含水量及其对机收影响的研究[J].Agricultural Science & Technology，2011，12（12）：1857.
　　[21] 张林，王振华，金益，等.玉米收获期含水量的配合力分析[J].西南农业学报，2005（5）：32-35.
　　[22] 吕香玲.玉米籽粒含水量及脱水速率的遗传与性状相关[D].沈阳：沈阳农业大学，2000.
　　[23] 闫淑琴，苏俊，李春霞，等.玉米籽粒灌浆、脱水速率的相关与通径分析[J].黑龙江农业科学，2007（4）：1-4.
　　[24] 杨村.玉米籽粒水分含量及脱水速率的遗传研究[D].沈阳：沈阳农业大学，1997.
　　[25] 王克如，李少昆.玉米籽粒脱水速率影响因素分析[J].中国农业科学，2017，50（11）：2027-2035.
　　[26] 贾琳，李凤海，刘珈，等.适宜机械粒收玉米品种脱水特性及相关性状研究[J].玉米科学，2019，27（1）：136-141.
　　[27] 李文阁，邵连存.对我国目前玉米育种目标的思考[J].玉米科学，2005（增刊1）：7-8.
　　[28] 王统武.农业机械化和玉米商业化育种[J].玉米科学，2006（增刊1）：33-34.
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