夏玉米高產(chǎn)攻關(guān)研究進(jìn)展

鄭蘭村

(河南武警總隊農(nóng)副業(yè)基地，河南 焦作 454000)

作物“超高產(chǎn)”是繼“高產(chǎn)”之后出現(xiàn)的新概念，可理解為通過育種技術(shù)手段, 在一定的地區(qū), 實現(xiàn)作物品種的高產(chǎn)超高產(chǎn), 即在現(xiàn)有產(chǎn)量水平較高的基礎(chǔ)上選育產(chǎn)量水平更高的新品種, 這類新品種的產(chǎn)量潛力應(yīng)比現(xiàn)有的高產(chǎn)品種提高30% 以上, 同時其他農(nóng)藝性狀與品質(zhì)相當(dāng)于或優(yōu)于現(xiàn)有高產(chǎn)品種, 超高產(chǎn)育種的研究歷史較短, 最早是1980年日本在水稻育種的“逆7- 5- 3 計劃”中首次提出了超高產(chǎn)一詞。

20世紀(jì)60年代美國開始高產(chǎn)競賽， 20世紀(jì)80年代以來, 作物超高產(chǎn)研究越來越受到許多國家的重視, 探索作物超高產(chǎn)技術(shù)已成為世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。我國從20世紀(jì) 90年代以后開始熱衷于高產(chǎn)攻關(guān),2008年我國最高產(chǎn)量為陜西榆林，產(chǎn)量為1326.4kg/667m2，2009年在農(nóng)四師七十一團(tuán)八連609號條田試驗示范種植的0.67hm2高產(chǎn)玉米新品種鄭單958，獲得單產(chǎn)1342.85kg/667m2的高產(chǎn)。在2008年的玉米高產(chǎn)攻關(guān)中,河南省農(nóng)科院的玉米品種鄭單2718在滑縣的1hm2高產(chǎn)攻關(guān)，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為921.67kg/667m2；河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的豫單2670在?？h的1.03hm2高產(chǎn)攻關(guān)，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為924.26kg/667m2；6.93hm2高產(chǎn)攻關(guān)，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為784.4kg/667m2；新鄉(xiāng)市農(nóng)科院的新單26號，1.02hm2高產(chǎn)攻關(guān)，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為924.9kg/667m2；?？h農(nóng)科所的浚009，1hm2高產(chǎn)攻關(guān)，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為975.69kg/667m2；6.67hm2示范方，經(jīng)專家驗收，實產(chǎn)為946.44kg/667m2。然而高產(chǎn)攻關(guān)目前只在部分試驗田里實現(xiàn)，而大田生產(chǎn)中的產(chǎn)量卻和高產(chǎn)攻關(guān)田相差甚遠(yuǎn)，需要深入研究高產(chǎn)田與一般田的差異，以便利于大面積產(chǎn)量的大幅度提高。

未來幾十年世界將面臨糧食持續(xù)短缺的問題[1]，因為自20世紀(jì)90年代以來世界糧食增長速率明顯減緩[2]。中國人口不斷增加，而人均耕地面積不斷減少，糧食安全問題日趨嚴(yán)峻。已有證據(jù)表明，高產(chǎn)田對中國糧食總產(chǎn)的貢獻(xiàn)率為54.1%[3]，保障中國未來的糧食安全必須依賴單產(chǎn)的提高。玉米是中國三大糧食作物之一，作為C4 作物，具有光合生產(chǎn)效率高和產(chǎn)量潛力大的特點(diǎn)。

超高產(chǎn)技術(shù)是保障我國未來糧食安全的技術(shù)核心, 除需育種栽培技術(shù)突破外,還必須根據(jù)我國的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會條件, 從宏觀上建立我國糧食超高產(chǎn)發(fā)展系統(tǒng), 進(jìn)而實現(xiàn)糧食安全、增加農(nóng)民收入與改善生態(tài)環(huán)境。因此, 加快糧食超高產(chǎn)宏觀與微觀理論技術(shù)體系的研究, 具有重大的理論價值和實踐意義。

1 高產(chǎn)田研究情況

1.1 根莖

超高產(chǎn)夏玉米群體葉面積增速快,最大葉面積系數(shù)高,穩(wěn)定期長,因此耗水量大,耗水強(qiáng)度高。全生育期耗水總量600mm 左右,其中蒸騰耗水約占70%左右,棵間蒸發(fā)占30%左右。夏玉米苗期階段耗水

主要以棵間蒸發(fā)為主, 占73 %左右, 蒸騰占27 %左右,穗期以后逐漸轉(zhuǎn)為蒸騰為主,花粒期階段蒸騰占該階段耗水總量的77%左右[4]。

莖節(jié)長度與群體正相關(guān)，與穗部經(jīng)濟(jì)性狀負(fù)線性相關(guān)，而莖節(jié)粗度和重量與群體負(fù)線性相關(guān)；與穗部經(jīng)濟(jì)性狀正線性相關(guān)，不同群體地下節(jié)根層數(shù)、條數(shù)差異不大，地上節(jié)根條數(shù)極顯著差異，將影響中上部節(jié)間的性狀。地上節(jié)根條數(shù)與穗重，粒多，粒重正線性相關(guān)， 莖節(jié)長度、粗度、重量及節(jié)根條數(shù)是玉米高產(chǎn)栽培中的重要質(zhì)量指標(biāo)。

1.2 葉面積、干物重

玉米光合作用的主要器官是葉片，可以認(rèn)為玉米干物質(zhì)積累絕大部分來自葉片。作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的高低是由生物產(chǎn)量即干物質(zhì)積累所決定的，同時又受經(jīng)濟(jì)系數(shù)的制約,玉米葉片作為玉米有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)的主要器官, 其葉面積大小及光合作用的強(qiáng)弱對玉米的生長發(fā)育有重要影響。在形態(tài)上, 葉片生長的主要時期是苗期到大喇叭口期,這也是玉米葉片生長的主要時期; 在功能上, 葉片長成后,葉片光合作用大小及持續(xù)時間的長短對玉米生長是很重要的[5]。

超高產(chǎn)群體葉面積發(fā)展動態(tài)為花前快,花后穩(wěn),蠟熟期衰減緩[6]。

關(guān)于干物質(zhì)的積累高產(chǎn)玉米和普通玉米都出現(xiàn)了較大變化, 但均符合“慢、快、慢”的S 型生長曲線。苗期到大喇叭口期, 由于生長中心在根上, 此時葉面積較小, 生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)較少且主要供給根系生長, 地上部的干物質(zhì)積累呈現(xiàn)慢增長。從大喇叭口期到乳熟期, 生長中心主要在地上部器官, 逐步從莖葉轉(zhuǎn)到穗子、籽粒灌漿上, 這時氣溫較高, 光照強(qiáng), 葉面積也較大, 光合作用強(qiáng), 地上物質(zhì)積累呈現(xiàn)較快增長。從乳熟期到蠟熟期, 氣溫下降, 綠葉面積也減小, 葉片光合作用減弱, 除了穗子的干物質(zhì)增加較快外, 其他地上部器官的物質(zhì)積累均呈現(xiàn)下降趨勢, 所以地上部物質(zhì)的積累出現(xiàn)了平緩增長[7,8]

高產(chǎn)和超高產(chǎn)品種的物質(zhì)生產(chǎn)在生育中期和后期，玉米植株個體干物質(zhì)積累呈S形曲線變化；玉米干物質(zhì)在各器官的分配隨生長中心的轉(zhuǎn)移而發(fā)生變化，小喇叭口以前干物質(zhì)主要分配在葉片，之后轉(zhuǎn)為莖葉；散粉后，各器官干物質(zhì)開始向籽粒轉(zhuǎn)移。高產(chǎn)品種子粒產(chǎn)量主要來源于生育后期葉片制造的光合產(chǎn)物即成為光合產(chǎn)物的分配中心，并與抽雄后具有較高的葉面積指數(shù)且持續(xù)時間較長密切相關(guān)[9]。李登?？偨Y(jié)多年的高產(chǎn)經(jīng)驗認(rèn)為產(chǎn)量15000kg/hm2的夏玉米密度不能低于75000株/hm2[10,11]。超高產(chǎn)玉米品種的苞葉和莖鞘中干物質(zhì)向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)率較高,莖鞘中積累的干物質(zhì)對玉米籽粒的貢獻(xiàn)率最大[12]。

1.3 籽粒灌漿

灌漿是玉米生長發(fā)育過程中極為重要的生育階段。玉米的產(chǎn)量受灌漿階段的干物質(zhì)積累量的影響較大。灌漿速率受基因型和環(huán)境條件的共同影響[13]。

Jorge[14]認(rèn)為過去30 年玉米產(chǎn)量的提高主要是籽粒灌漿時間延長的結(jié)果，建議把灌漿時間作為高產(chǎn)玉米選擇的有效指標(biāo)。對籽粒產(chǎn)量形成的Richards 解析表明，籽粒灌漿啟動快且高灌漿速率持續(xù)時間和生長活躍期(50d 以上)長的雜交種更容易實現(xiàn)高產(chǎn)。產(chǎn)量15000kg/hm2以上3 個雜交種表現(xiàn)出灌漿前期凈光合速率、PEPCase 活性和RuBPCase活性較高，后期凈光合速率、葉面積指數(shù)和可溶性蛋白含量下降緩慢的特點(diǎn)，整個灌漿期間葉綠素a/b 比值始終較高。凈光合速率和葉面積的高值持續(xù)期分別達(dá)50d 和60d 以上[15]。

超高產(chǎn)玉米品種的籽粒灌漿速率高值持續(xù)期顯著高于對照品種[16]; 灌漿時間的長短和灌漿速率決定了玉米灌漿時期的干物質(zhì)積累量[17]。玉米籽粒灌漿速率高值持續(xù)期的長短對粒重起決定性作用。延長灌漿過程持續(xù)天數(shù),對增加粒重有重要意義。

適當(dāng)延長灌漿過程持續(xù)天數(shù),提高灌漿速率對提高粒重有重要意義。灌漿速率和灌漿過程持續(xù)天數(shù)均與粒重呈顯著相關(guān). 試驗結(jié)果表明,在生產(chǎn)上適當(dāng)延長灌漿持續(xù)天數(shù),提高灌漿速率對增加粒重有重要意義。玉米籽粒中胚乳占粒重的80%～85%,因此,提高灌漿期胚乳細(xì)胞數(shù)對提高粒重非常重要[18]。

1.4 生理生態(tài)

光合作用是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，作物干物質(zhì)90%以上來源于光合作用產(chǎn)物。玉米光合特性一直是作物生理生態(tài)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。產(chǎn)量15000kg/hm2以上高產(chǎn)品種表現(xiàn)出灌漿前期凈光合速率、PEPCase 活性和RuBPCase 活性較高，后期凈光合速率、葉面積指數(shù)和可溶性蛋白含量下降緩慢的特點(diǎn)，整個灌漿期間葉綠素a/b 比值始終較高[15]。

超高產(chǎn)品種和普通品種SOD、POD、和CAT活性的變化趨勢基本相同，超高產(chǎn)品種SOD、POD、和CAT活性顯著高于普通品種，而葉綠素和MDA含量顯著低于普通品種[19]。

提高產(chǎn)量需要提高后期葉片的光合能力，即保持后期適宜的葉面積指數(shù)和較高的葉綠素含量。玉米生育后期具有一個光合效率高、功能期較長的高產(chǎn)群體是獲得高產(chǎn)的重要保證。

超高產(chǎn)群體光合勢總量適度,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成期的階段光合勢高;群體光合速率高而穩(wěn);群體呼吸占群體光合的比率較低;凈同化率與群體葉面積乘積高[20]。

1.5 高產(chǎn)田產(chǎn)量構(gòu)成

在產(chǎn)量性狀上，超高產(chǎn)玉米與普通玉米相比，穗長增加，每穗粒數(shù)，百粒重都有所增加。高產(chǎn)玉米雜交種具有單位面積粒數(shù)和千粒重均高的雙重優(yōu)勢; 在穗部性狀中, 穗行數(shù)對產(chǎn)量的影響較大, 相對于大穗型品種, 中大穗玉米雜交種更易獲得高產(chǎn), 而小穗型品種則難以獲得較高的產(chǎn)量。大穗型雜交種的發(fā)育特點(diǎn)為前弱后強(qiáng), 后期雖有機(jī)物生產(chǎn)多, 但由于較大的植株和葉面積呼吸消耗得多, 從而籽粒積累的物質(zhì)少, 減少了收獲指數(shù)。中小穗雜交種后期根、葉生理活性下降快, 干物質(zhì)生產(chǎn)少。中大穗雜交種根葉生長動態(tài)合理,能有效利用自然資源, 生產(chǎn)能力強(qiáng), 且源庫協(xié)調(diào), 所以產(chǎn)量高[21]。

陳國平等在對2006至2007年全國出現(xiàn)的39塊玉米超高產(chǎn)田分析后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量在15000kg/hm2以上高產(chǎn)田的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)式79725～84630穗/hm2，每穗560～588粒，千粒重347～359g,穗粒重200g左右[22]。

2 結(jié)語與討論

玉米高產(chǎn)是一個永恒的課題。加強(qiáng)玉米超高產(chǎn)攻關(guān)研究,有助于集成玉米高產(chǎn)栽培技術(shù),實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的規(guī)程化、模式化,充分挖掘高產(chǎn)玉米品種的增產(chǎn)潛力。高產(chǎn)重演性差，生態(tài)生理需要進(jìn)一步深入研究。

[1] Huang J, Pray C, Rozelle S. Enhancing the crops to feed the poor.Nature[J], 2002, 418: 678-684

[2] Mann C C. Crop scientists seek a new revolution. Science[J]. 1999, 283:310-3140

[3]劉景輝, 王志敏, 李立軍, 等. 超高產(chǎn)是中國未來糧食安全的基本技術(shù)途徑[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2003, 24(3): 161-165

[4]東先旺 ,張道玉 ,陳維新.夏玉米超高產(chǎn)群體水分蒸騰指標(biāo)的研究[J].玉米科學(xué)，2001 ,9(1) :74-77

[5] 周蘇玫, 李潮海, 連艷鮮, 等.高產(chǎn)旱作玉米品種的光合性能及物質(zhì)生產(chǎn)力研究[J].華北農(nóng)學(xué)報, 2001, 16( 3) :68- 73

[6]東先旺，劉樹堂.夏玉米超高產(chǎn)群體光合特性的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報1999 ,14 (2) :1-5

[7]王立敏, 魏永霞, 王斌.有限供水對玉米干物質(zhì)積累影響的研究[J]. 海河水利, 2004( 6) :34- 37

[8] 黃智鴻, 申 林, 孫 剛，等.超高產(chǎn)玉米葉面積及地上部干物質(zhì)積累與分配[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 35( 8) : 2227- 2228, 2230

[9]黃智鴻,王思遠(yuǎn),包 巖,等.超高產(chǎn)玉米品種干物質(zhì)積累與分配特點(diǎn)的研究[J].玉米科學(xué)，2007,15(3)：95-98

[10]李登海. 從事緊湊型玉米育種的歷史與回顧[J]. 萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2001, 18(1): 1-6

[11] 李登海, 毛麗華, 等. 緊湊型雜交玉米高產(chǎn)性能的發(fā)現(xiàn)與探索[J]. 萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報, 2001, 18(4): 259-262

[12] 吳春勝.超高產(chǎn)玉米灌漿速率與干物質(zhì)積累特性研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008 ,30 (4) :382-385 ,400

[13]金益,張永林,王振華,等.玉米灌漿后期的百粒重變化的品種間差異分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1998 ,29 (1) :7211

[14]Jorge B. Physiological bases for yield differences in selected maize cultivars from Central America. Field Crops Research[J], 1995, 42:69-80

[15]黃振喜,王永軍, 王空軍,產(chǎn)量15 000 kg/hm2以上夏玉米灌漿期間的光合特性[J],中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(9):1898-1906

[16]吳春勝.超高產(chǎn)玉米灌漿速率與干物質(zhì)積累特性研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008 ,30 (4) :382-385 ,400

[17]李紹長,盛茜,陸嘉惠,等.玉米籽粒灌漿生長分析[J].河子大學(xué)學(xué)報(然科學(xué)版)1999 ,3 (增刊) :l251

[18]黃智鴻,王思遠(yuǎn), 申 林，等.高產(chǎn)玉米籽粒的灌漿特性[J].北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2007 ,16 (4) :14- 18

[19]申林，黃智鴻，孫剛，等.高產(chǎn)玉米與普通玉米葉片生理生化特性變化比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008,36(20)：8453-8455

[20]東先旺,劉樹堂.玉米超高產(chǎn)群體光合特性的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報,1999 ,14 (2) :1- 5

[21]連艷鮮, 何金環(huán).高產(chǎn)玉米雜交種產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007 ,35(24) :7430 - 7431

[22]陳國平,楊國航,趙明,等.玉米小面積超高產(chǎn)創(chuàng)建及配套栽培技術(shù)研究[J].玉米科學(xué)，2008,16(4)：1-4