花期高温干旱对玉米雄穗发育、生理特性和产量影响

【摘要】：【目的】全球季节性高温、干旱已经成为影响作物生长发育和产量形成的主要限制性因素,本研究通过人工模拟阶段高温干旱气候特征,旨在探究夏玉米花期高温、干旱以及高温干旱复合胁迫对其雄穗发育、生理特征及产量形成的影响。【方法】连续2年利用人工智能温室,采用盆栽试验,以郑单958(ZD958)和华农138(HN138)为试验材料,设置对照(CK)、高温胁迫(T)、干旱胁迫(D)和高温干旱复合胁迫(TD)4个处理,研究了夏玉米雄穗形态、花药、花粉结构、花粉活力及雄穗抗氧化指标和产量对花期高温、干旱的响应特征。【结果】2年结果表明,高温、干旱及复合胁迫使玉米雄穗分枝数、主轴小花数和分枝小花密度显著减少,T处理3个参数分别平均比CK减少17.31%、15.70%、13.56%,D和TD处理分别比CK减少33.85%、24.87%、27.08%和45.59%、32.02%、26.00%,干旱及复合胁迫使玉米雄穗主轴比CK平均显著缩短23.64%和27.51%。花期高温、干旱胁迫均导致花药皱缩变形,绒毡层细胞结构松散,花粉粒表面凸起,复合胁迫加剧了花药皱缩变形,绒毡层细胞裂解,药隔维管束变细减少,花粉粒网纹状凸起更为明显,萌发孔内陷。高温、干旱及复合胁迫显著降低雄穗日散粉量,T、D和TD处理日散粉量分别比CK平均减少22.18%、54.75%和67.28%,且使最大散粉量日期提前;T、D和TD处理高活力花粉所占比例显著低于CK,且两两间差异达显著水平。T处理雄穗SOD、POD酶活性升高,较CK平均提高21.91%、32.50%,D和TD处理较CK平均增加24.95%(SOD)、53.37%(POD)和17.12%(SOD)、67.24%(POD),峰值均与CK有极显著差异;T、D和TD处理下雄穗MDA含量较CK平均增加44.18%、64.24%和79.12%,■含量较CK平均增加22.55%、51.65%和72.29%,处理间峰值差异达显著水平。高温、干旱及复合胁迫导致玉米产量和行粒数大幅度降低,T、D和TD产量比CK平均降低18.05%、34.58%、46.24%,行粒数比CK平均减少24.58%、41.80%和52.99%。胁迫处理下,2个品种以HN138雄穗分枝数、主轴小花数和分枝小花密度下降幅度大于ZD958,且HN138的高活力花粉占比和散粉量比ZD958分别减少27.00%和17.28%;HN138花药和花粉结构畸变程度超过ZD958,其抗氧化酶活性升高幅度小于ZD958,但MDA和■含量比ZD958高13.07%和20.29%,2个品种以HN138对高温、干旱及复合胁迫响应更为敏感。【结论】玉米花期高温、干旱及复合胁迫显著抑制雄穗生长发育,导致花药和花粉形态结构畸变,抗氧化酶活性降低,散粉量显著减少,导致穗粒数减少,最终导致产量下降;且高温干旱复合胁迫对玉米雄穗的影响大于干旱胁迫大于高温胁迫,不同类型品种对高温、干旱的响应程度不同。