東北地區(qū)不同玉米品種光合指標和產(chǎn)量的差異研究

崔鈺曼， 李志洪， 張 婷， 趙傳拓

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林長春 130118)

東北地區(qū)不同玉米品種光合指標和產(chǎn)量的差異研究

崔鈺曼， 李志洪*， 張 婷， 趙傳拓

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林長春 130118)

[目的]為更好地選擇光合性能好、物質(zhì)生產(chǎn)能力強的玉米品種，對東北地區(qū)常見8個玉米品種的光合指標和產(chǎn)量進行研究，為生產(chǎn)中選擇高光效玉米品種提供依據(jù)。[方法]試驗于2013年在吉林省梨樹縣進行，在拔節(jié)期和吐絲期測定吉單27、穗禾369、先玉335、迪卡516、利民33、農(nóng)華101、鄭單958、京科968玉米品種凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度以及葉綠素含量，在成熟期分析玉米品種的光合效率及產(chǎn)量變化。[結(jié)果]在8個品種中，除京科968、迪卡516、利民33的平均光合速率在8.04～14.87 μmol /(m2·s)外，其他玉米品種的平均光合速率在16.96～23.53 μmol /(m2·s)；鄭單958、利民33、迪卡516、先玉335的籽粒產(chǎn)量較高，大于8 372 kg/hm2，其余品種的產(chǎn)量在7 111～7 973 kg/hm2。[結(jié)論]鄭單958、先玉335、利民33、迪卡516適宜在東北地區(qū)種植。

光合指標；玉米；產(chǎn)量

玉米是我國重要的糧食作物、飼料作物以及工業(yè)原料。在糧食危機日趨加重的今天，其種植面積卻接近極限。只有進一步提高玉米的單產(chǎn)，才能保障其產(chǎn)出與消費的平衡[1]。光合作用是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。已有研究表明，90%～95%的植物干重都來自光合產(chǎn)物[2-3]。東北地區(qū)是我國重要的玉米生產(chǎn)和加工基地[4-5]。隨著全球氣候變暖，東北地區(qū)春季提前，生長季延長，生長季內(nèi)總積溫增加，使得東北地區(qū)適宜種植的玉米品種發(fā)生變化，玉米品種的種植范圍出現(xiàn)北移和東擴[6-8]。所以，通過對東北地區(qū)常見玉米品種的光合指標和產(chǎn)量進行測定、分析，篩選出光合性能好、物質(zhì)生產(chǎn)能力強的品種，以充分實現(xiàn)作物的生產(chǎn)潛力，保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，減少盲目跨積溫區(qū)種植導(dǎo)致的減產(chǎn)。這是保證東北地區(qū)玉米生產(chǎn)穩(wěn)定、持續(xù)的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 田間試驗田間試驗于2013年在吉林省四平市梨樹縣中國農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗站內(nèi)進行。梨樹縣位于吉林省西南部，地理位置在E123°45′～124°53′，N42°49′～43°46′，地處松遼平原，屬于北溫帶半濕潤季風(fēng)大陸性氣候。該縣年平均氣溫5.8 ℃， ≥0 ℃積溫為3 207 ℃，年平均日照時數(shù)為2 700 h，無霜期150余天，年平均降水量為577.2 mm。在全球變暖的氣候背景下，梨樹縣氣溫呈顯著上升的趨勢，日照時數(shù)呈顯著下降的趨勢[4]。

試驗田土壤類型為黑土。0～20 cm土壤耕層有機質(zhì)含量為2.44%，速效磷(P2O5)含量為9.09 mg/kg，速效氮(堿解氮)含量為145.2 mg/kg，速效鉀含量為156.73 mg/kg，pH為5.11。

1.2 試驗設(shè)計選擇該地區(qū)主推玉米品種8個，即吉單27、穗禾369(早熟組)，先玉335、迪卡516、利民33(中熟組)，農(nóng)華101、鄭單958、京科968(中晚熟組)。除利民33種植密度為7.5萬/hm2外，其他品種密度均為6萬/hm2。每個品種設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積36 m2，常規(guī)耕作管理。

播種日期為5月8日，人工播種。土壤基肥為NPK化肥(復(fù)合肥)，其中N 63.8 kg/hm2，K2O 68.3 kg/hm2，P2O572.8 kg/hm2。在玉米拔節(jié)期追施氮肥136.2 kg/hm2，總施氮量為200 kg/hm2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1光合指標測定。在玉米拔節(jié)期和吐絲期，選擇一晴朗無風(fēng)天的上午，用Li-6400型便攜式光合測定儀測定植株的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。在每個區(qū)選取3～4個植株，測定拔節(jié)期的向陽最上展開葉，并且做好標記。在吐絲期，測定同一植株的同一葉片中部。

1.3.2葉綠素測定。取測定光合指標的臨近植株相同葉位葉片，帶回室內(nèi)，用濃度80%丙酮溶液提取，用分光光度計法測定葉綠素含量[9]。

1.3.3產(chǎn)量測定。在玉米成熟期，在每個小區(qū)中間地段選取10 m2進行測產(chǎn)。同時，在每個小區(qū)取標準穗三穗帶回實驗室，烘干后按照比例估算籽粒單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析所有數(shù)據(jù)均在Excel和SPSS17.0軟件中進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合作用差異

2.1.1凈光合速率。光合作用是葉綠素吸收太陽光能，將CO2同化為有機物的過程。其凈光合速率是衡量光合效率的重要指標之一，也是決定干物質(zhì)生產(chǎn)的主要因素之一。由圖1可知，在玉米拔節(jié)期，穗禾369和農(nóng)華101的凈光合速率較高，在25～30 μmol/(m2·s)之間，鄭單958和先玉335的凈光合速率處于中等水平(20.7～22.7 μmol/(m2·s))，利民33、迪卡516和吉單27的凈光合速率低于20 μmol/(m2·s)，京科968的凈光合速率在13 μmol/(m2·s)以下。

在玉米吐絲期，農(nóng)華101的凈光合速率相對較高，為21.1 μmol/(m2·s)，京科968的凈光合速率較低，為5.4 μmol/(m2·s)，其他品種的凈光合速率值處于中等水平(12～20 μmol/(m2·s))。

此外，8個玉米品種在吐絲期的凈光合速率值都小于拔節(jié)期，其中京科968和穗禾369減少較多，分別減少了49%和40%；吉單27減少值最小，減少了 2.6%；其余品種減少值在14%～32%之間。

2.1.2蒸騰速率。由圖2可知，在玉米拔節(jié)期，農(nóng)華101品種的蒸騰速率最高，為6.1 mmol/(m2·s)；京科968玉米品種的蒸騰速率最低，為1.8 mmol/(m2·s)；其他玉米品種的蒸騰速率值在3.0～4.4 mmol/(m2·s)之間。

在玉米吐絲期，農(nóng)華101和穗禾369的蒸騰速率較大，大于3 mmol/(m2·s)；京科968的蒸騰速率最小，為0.87 mmol/(m2·s)；其他品種的蒸騰速率較穩(wěn)定，維持在1.5～2.5 mmol/(m2·s)之間。

8個玉米品種的吐絲期蒸騰速率都小于拔節(jié)期的蒸騰速率，其中京科968、先玉335、迪卡516及農(nóng)華101品種的蒸騰速率減少較多，分別減少了53.1%、45.7%、43.3%和44.2%；利民33和吉單27的吐絲期蒸騰速率分別比拔節(jié)期減少了32.8%、23.9%；鄭單958和穗禾369品種的吐絲期蒸騰速率較拔節(jié)期減少最小，分別為17.3%和14.5%。

2.1.3氣孔導(dǎo)度。 氣孔是植物葉片與外界進行氣體交換的主要通道，氣孔狀態(tài)對光合作用有重要影響，因此氣孔導(dǎo)度和光合指標有密切的關(guān)系。從圖3可以看出，不同玉米品種拔節(jié)期與吐絲期的氣孔導(dǎo)度的規(guī)律性與同時期測得的蒸騰速率的規(guī)律性相一致。其中，京科968、先玉335、迪卡516和農(nóng)華101品種的氣孔導(dǎo)度減少值較多，分別減少了57.2%、53.6%、60.9%和52.7%；吐絲期利民33和穗禾369的氣孔導(dǎo)度分別比拔節(jié)期減少了33.5%、34.2%；鄭單958和吉單27品種的氣孔導(dǎo)度減少較小，分別為2%和14.9%。

2.2 葉綠素含量變化從圖4可以看出，在玉米拔節(jié)期，迪卡516、農(nóng)華101和穗禾369品種的葉綠素含量較高，在2.6～3.0 mg/g之間，其他玉米品種的葉綠素含量在2.2～2.5 mg/g之間。在玉米吐絲期，利民33、迪卡516、吉單27以及穗禾369的葉綠素含量都大于3 mg/g，其他品種的葉綠素含量較低，在2.3～2.9 mg/g之間。

相比較而言，8個玉米品種的葉片葉綠素含量皆為吐絲期大于拔節(jié)期，其中利民33和吉單27品種的葉綠素含量增加較多，分別增加了40.8%、30.7%；鄭單958和農(nóng)華101品種的葉綠素含量增加較少，分別為7.0%、8.0%；其他品種的葉綠素含量增加百分率在10.5%～26.4%之間。

2.3 拔節(jié)期光合指標葉綠素含量是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，其含量直接影響對光能的吸收和轉(zhuǎn)換。從圖5可以看出，在拔節(jié)期8個玉米品種的葉綠素含量(Y)與凈光合速率(X)存在直線關(guān)系，Y= 0.033 3X+1.831(r=0.748 9,n=8)，兩者有0.05水平顯著的正相關(guān)關(guān)系。這說明隨著葉綠素含量的增加，光合速率呈增加趨勢。

從2個時期玉米的光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的變化可以看出，8個玉米品種的變化規(guī)律基本一致，說明三者之間有明顯的正相關(guān)性。從圖6可以看出，在拔節(jié)期，光合速率與蒸騰速率的相關(guān)系數(shù)達到0.646 1。

2.4 籽粒產(chǎn)量從圖7可以看出，鄭單958、利民33、迪卡516的產(chǎn)量較高，分別為9 206、8 954、8 847 kg/hm2；京科968、穗禾369的產(chǎn)量較低，分別為7 347、7 111 kg/hm2；剩余品種的產(chǎn)量都維持在7 651～8 478 kg/hm2。

3 結(jié)論與討論

眾多研究表明，提高光能利用率是進一步提高作物產(chǎn)量的主要途徑[10]。合理、有效地利用光能是獲得高產(chǎn)的基本保證[11]。8個玉米品種的凈光合速率、蒸騰速率和葉綠素含量有明顯的正相關(guān)關(guān)系。這與武志海等[12-13]研究結(jié)果相一致。氣孔導(dǎo)度影響蒸騰速率的變化，而蒸騰速率是影響植株水分利用的重要因素之一[14]，因此氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率越小，玉米植株的抗旱性越強。

雖然8個玉米品種吐絲期的光合速率都小于拔節(jié)期，但玉米葉片的葉綠素含量增加。這是由于測定的葉片葉位偏下，而下部葉片的光合速率要低于上、中部葉片[15-16]。隨著玉米的生長，下部葉片遮光明顯，光照不足，并且葉齡增加，所以盡管8個玉米品種的葉綠素含量增加，但吐絲期的光合速率要小于拔節(jié)期。這與童淑媛等[17-20]研究結(jié)果基本一致。

試驗中，8個玉米品種的光合速率與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系不密切。以利民33和迪卡516為例，2個品種的產(chǎn)量較高，但光合速率較低。這是由于玉米產(chǎn)量受多個因素的影響，并且8個玉米品種的株型、光合面積、呼吸作用等性狀各不相同，單位葉面積的光合速率并不是產(chǎn)量高低的衡量標準，但不代表光合速率與產(chǎn)量無關(guān)。這與杜維廣等[21-22]研究結(jié)果相一致。在我國玉米品種的更替過程中，新品種具有較高的光能利用率和群體光合速率。光合作用是玉米產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，是進一步提高產(chǎn)量的重要因素，因此提高群體光合性能是獲得高產(chǎn)的基本保證。

綜合8個玉米品種的光合指標，光合能力較強且在吐絲期和拔節(jié)期變化差異較小的品種有利民33、鄭單958、農(nóng)華101；京科968的光合能力較弱且在吐絲期光合速率降低較多；其他品種的光合能力處于中等水平。由于葉綠素含量與凈光合速率呈正相關(guān)關(guān)系，可以通過提高葉綠素含量或篩選一些葉綠素含量較高的玉米品種，提高玉米的光合速率，進一步確保玉米高產(chǎn)。蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度則可作為篩選抗旱玉米品種的指標之一。將8個玉米品種的光合速率平均值與籽粒產(chǎn)量進行比較后，可以得出產(chǎn)量較高、光合速率處于中等以上水平的品種有鄭單958、先玉335，產(chǎn)量較高但光合速率處于中下等水平的品種有利民33、迪卡516，產(chǎn)量在中等水平但光合效率處在中上等水平的品種有農(nóng)華101、吉單27。京科968的光合效率最低且產(chǎn)量較低，說明該品種在東北地區(qū)不能較好的利用光能。穗禾369雖然光合能力較強，但是產(chǎn)量最低。這可能與其抗逆性較弱有關(guān)，具體原因還有待進一步研究。

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Study on Differences of Photosynthetic Characteristics and Yield of Different Maize Variety in Northeast

CUI Yu-man, LI Zhi-hong*, ZHANG Ting et al

(College of Resources and Environment,Jilin Agricultural University, Changchun, Jilin 130118)

[Objective]In order to choose maize varieties which had better photosynthetic performance and production ablity, 8 common maize varieties were selected in Northeast China, and the photosynthetic indices and yield which would offer gist for the selection of the maize with the high photosynthetic efficiency were studied. [Method]Field experiments were conducted in Lishu, Jilin Province to study photosynthetic efficiency and influencing factors of Jidan27, Suihe369, Xianyu335, Dika516, Limin33, Nonghua101, Zhengdan958 and Jingke968. The net photosynthetic rate，transpiration rate, stomatal conductance and chlorophyll content were determined at jointing and silking stages, and the yield was determined at mature period. [Result]The average Pn of Jingke968，Dika 516 and Limin33 were 8.04-14.87 μmol /(m2·s), and the others were 16.96-23.53 μmol /(m2·s). Zhengdan 958, Limin 33, Dika 516 and Xianyu 335 had a higher grain yield, morn than 8 372 kg/hm2, and the grain yield of remaining varieties was 7 111-7 973 kg/hm2. [Conclusion] Zhengdan958, Xianyu335, Limin33 and Dika516 were suitable for planting in Northeast China.

Photosynthetic characteristics; Maize; Yield

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2013BAC09B01)。

崔鈺曼(1990- ),女,山東臨沂人,碩士研究生，研究方向：植物養(yǎng)分高效利用與土壤GIS應(yīng)用。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事土壤養(yǎng)分高效利用、精準農(nóng)業(yè)、GIS農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究。

2015-03-24

S 513

A

0517-6611(2015)13-012-03