豫西地區(qū)高產(chǎn)條件下夏玉米生理特性研究

孟戰(zhàn)贏,王育紅,沈東風(fēng),王向陽,張向召

(洛陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 ,河南洛陽 471022)

玉米是我國第二大作物。作為C4作物,玉米具有光合生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量潛力大的特點(diǎn)[1],能高效集約利用光熱等資源。預(yù)計(jì)到2030年中國人口達(dá)16億,而人均耕地面積不足0.08 hm2,糧食缺口為1.2億～1.5億噸[2,3]。研究表明,高產(chǎn)田對我國糧食總產(chǎn)的貢獻(xiàn)率為54.09%[4]。保障中國未來的糧食安全必須依賴單產(chǎn)的進(jìn)一步提高,因此,進(jìn)行高產(chǎn)栽培技術(shù)研究,掌握夏玉米的生理生態(tài)特性,大幅度地提高單產(chǎn),對于保障我國糧食安全,促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

不同地區(qū)高產(chǎn)攻關(guān)重演性差,需要進(jìn)行區(qū)域間研究,同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)生理指標(biāo)的研究,以更深入的研究高產(chǎn)機(jī)理。豫西雨養(yǎng)區(qū)光熱資源豐富,然而當(dāng)?shù)爻Ｄ杲涤炅繛?613.9 mm,屬于半濕潤偏旱區(qū)。由于受季風(fēng)氣候的影響,年內(nèi)降雨分布不勻,其中60%～ 80%的降雨集中在 6～9月份。研究當(dāng)?shù)赜衩赘弋a(chǎn)栽培的技術(shù)措施,形成一整套玉米高產(chǎn)理論體系,深入研究高產(chǎn)玉米生理生態(tài)特性,分析高產(chǎn)機(jī)理,指導(dǎo)玉米高產(chǎn)栽培具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本試驗(yàn)選用超高產(chǎn)玉米品種洛玉8號、登海602和洛玉7號,對其穗位葉硝酸還原酶、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒馓匦赃M(jìn)行比較研究,探索高產(chǎn)品種的生理特性,為玉米超高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)在洛陽市農(nóng)科院玉米綜合試驗(yàn)站高產(chǎn)攻關(guān)試驗(yàn)田進(jìn)行。選用的品種為洛陽市農(nóng)科院選育的洛玉 8號和洛玉7號,以及山東登海種業(yè)選育的登海602。按照高產(chǎn)攻關(guān)田要求進(jìn)行田間管理。6月 12日播種,10月 3日收獲。播前撒施有機(jī)肥(雞糞)71 610 kg/hm2,復(fù)合肥(撒可富)1 500 kg/hm2;苗期(6月 23日)施入尿素 112.5 kg/hm2,硫酸鋅22.5 kg/hm2;拔節(jié)期(7月16日 )施入尿素 225 kg/hm2,硫酸鉀 150 kg/hm2;大口期(7月 31日)施入尿素 150 kg/hm2,硫酸鉀 225 kg/hm2;抽雄吐絲期(8月 19日 )施入尿素150 kg/hm2。在玉米生育時(shí)期不間斷進(jìn)行除草治蟲,防治莖腐病等玉米常見病。其他田間管理按照高產(chǎn)攻關(guān)田要求進(jìn)行。

2 測定項(xiàng)目與方法

(1)葉綠素?zé)晒?。在玉米抽雄吐絲期(8月14日)選取晴朗無風(fēng)的天氣,用美國 ADC公司生產(chǎn)的FIM1500型葉綠素?zé)晒鈨x測定熒光日變化。于上午 8:00開始,每 2 h測定 1次葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù):初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)、光系統(tǒng)Ⅱ (PSⅡ )的原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)及 Tm(從初始熒光產(chǎn)量到最大熒光產(chǎn)量所需的時(shí)間),并計(jì)算可變熒光(Fv)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)。分別按下式計(jì)算:Fv/F0=(Fm-F0)/F0,Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm。測定前葉片暗適應(yīng)30 min。取其平均值進(jìn)行分析。

(2)硝酸還原酶(NR)活性用磺胺比色法測定[5]。

(3)葉綠素含量參照 Arnon的方法[5],使用 722型光柵分光光度計(jì)比色。

(4)收獲后考種計(jì)產(chǎn),并計(jì)算經(jīng)濟(jì)系數(shù)和收獲指數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素比較

各品種產(chǎn)量結(jié)果列于表 1。從表1可以看出,洛玉8號產(chǎn)量最高,為 11 637 kg/hm2,比產(chǎn)量最低的登海602高 27.2%,比洛玉 7號增產(chǎn)14.5%。洛玉 8號產(chǎn)量高主要是千粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成要素協(xié)調(diào)。 3品種比較,穗行數(shù)、行粒數(shù)最大的是登海602,但千粒重、出籽率較小;洛玉 7號千粒重最大,穗長最長,出籽率最高,但穗行數(shù)最小,穗粗最小,所以產(chǎn)量較低。

表1 各品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3.2 各品種穗位葉硝酸還原酶活性變化

碳氮代謝作為植物體內(nèi)基本的代謝途徑,不僅影響作物的生長發(fā)育,而且很大程度上決定著產(chǎn)量[5]。硝酸還原酶參與硝態(tài)氮的還原過程,因而,植物組織中硝酸還原酶的活性直接影響植物體內(nèi)的氮素代謝。

不同品種的穗位葉硝酸還原酶活性變化如圖1所示。從圖中可以看出,在散粉后13 d和散粉后20 d,穗位葉的硝酸還原酶活性維持在25μ g/g· h左右,而到了散粉后 27 d,穗位葉中的硝酸還原酶活性達(dá)到最大值,之后急劇降低,至散粉后41 d達(dá)到最低值。這說明在散粉后30 d左右穗位葉氮代謝最活躍,之后由于植株衰老,穗位葉氮代謝功能降低。不同品種間有所差異,散粉后各個(gè)時(shí)期登海602穗位葉硝酸還原酶最大,洛玉 7號次之,洛玉8號最小。

3.3 各品種穗位葉葉綠素?zé)晒馊兆兓?/h3>

圖1 不同品種穗位葉硝酸還原酶活性變化

不同品種的 PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率的日變化如圖2所示。從圖中可以看出,Fv/Fm的日變化呈倒拋物線趨勢,隨著的時(shí)間推移,Fv/Fm值先逐漸下降,當(dāng)天的最低值出現(xiàn)在下午14:00左右,之后逐漸增大,說明光照對 PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率有一定的影響,光照強(qiáng)度和PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率呈負(fù)相關(guān)。不同品種有所不同,洛玉 8號Fv/Fm值最大,登海 602次之,洛玉 7號最小。

不同品種的 PSⅡ潛在活性(Fv/F0)的日變化如圖3所示。從圖中可以看出Fv/F0的日變化也呈近似倒拋物線趨勢。不同品種之間有所不同,洛玉8號日變化趨勢最大,洛玉 7號次之,登海 602最小。

3.4 不同品種穗位葉葉綠素含量變化

散粉后穗位葉葉綠素含量如圖 4所示。從圖中可以看出,散粉后 28 d前穗位葉葉綠素含量變化不大,在 4 mg/g左右,到散粉后 35 d左右達(dá)到最大值,隨后穗位葉葉綠素含量逐漸減小,而到散粉后 49 d葉綠素含量維持在 5 mg/g左右。不同品種也有差異,洛玉 7號在散粉后 7 d時(shí)穗位葉葉綠素含量最大,之后穗位葉葉綠素含量則最小;登海602在散粉后7 d時(shí)穗位葉葉綠素含量最小,而到散粉后35 d則穗位葉葉綠素含量最大。

4 結(jié)論與討論

禾谷類作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的 60%～100%來自開花后到成熟期的光合代謝產(chǎn)物,生育后期的光合功能直接影響到籽粒產(chǎn)量。高產(chǎn)玉米在密植條件下才能發(fā)揮增產(chǎn)潛力,最終產(chǎn)量取決于葉片對光能的吸收利用與轉(zhuǎn)化,灌漿期間葉片的光合生理活性對籽粒產(chǎn)量形成尤為重要。

圖4 不同品種穗位葉葉綠素含量變化

碳氮代謝作為作物體內(nèi)基本的代謝途徑,不僅影響作物的生長發(fā)育,而且很大程度上決定著產(chǎn)量。硝酸還原酶參與硝態(tài)氮的還原過程,因而,植物組織中硝酸還原酶的活性直接影響植物體內(nèi)的氮素代謝。

穗位葉硝酸還原酶活性反映了穗位葉氮代謝強(qiáng)弱。試驗(yàn)中各品種在散粉后27d左右達(dá)到最大,3品種比較,登海 602最大,洛玉 7號次之,洛玉 8號最小,說明登海602具有較高的氮代謝能力。Fv/Fm和Fv/F0呈倒拋物線趨勢,在14:00時(shí)達(dá)到最小值,3品種比較,洛玉 8號 Fv/Fm日變化最大,登海 602次之,洛玉 7號最小,說明洛玉8號光能利用率較高。穗位葉葉綠素含量則是在散粉后35 d達(dá)到最大值,3品種比較,登海 602最大,洛玉 8號次之,洛玉 7號最小,也說明登海 602穗位葉片具有較高的物質(zhì)生產(chǎn)能力。但由于當(dāng)年氣候原因,登海 602雌雄蕊花期不能很好相遇,造成禿尖較長,結(jié)實(shí)率較低,同時(shí)登海 602千粒重較小,因此產(chǎn)量相對較低。而洛玉 8號光能利用率高,千粒重較大,結(jié)實(shí)率也較高,最終產(chǎn)量較高。

[1]黃振喜,王永軍,王空軍,等.產(chǎn)量15000 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.

[2]裘 敏,劉旺清,魏亦勤,等.超高產(chǎn)技術(shù)與中國未來糧食安全 [J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2007,(1):15-17.

[3]戴小楓,孟憲學(xué),劉世珍.養(yǎng)活 2030年 16億人口需要新的農(nóng)業(yè)科技革命[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),1998,14(2):7-9.

[4]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.

[5]李和生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù) [M].北京:高等教育出版社,2000.127-128,192-194.