玉米根系發(fā)育與抗旱栽培的研究

摘要：東北、華北是我國玉米的主要種植區(qū)域，干旱是限制玉米產量的主要因素之一，而根系作為水分的直接感應器官，起到向玉米地上部供應水分和養(yǎng)分的作用，因此，根系發(fā)展狀況直接影響了玉米產量。本文旨在討論干旱環(huán)境下，通過栽培方式穩(wěn)定玉米根系在土壤中的活力和生長條件，減小干旱對玉米根系的損傷，為穩(wěn)定玉米產量提供理論基礎。

關鍵詞：玉米;根系;抗旱;研究

中圖分類號： S513? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：? A ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號：? ?10.14025/j.cnki.jlny.2019.22.018

根系是玉米吸收土壤水分最主要的器官，根系的生長狀態(tài)直接決定作物的長勢及產量。我國玉米種植區(qū)域廣泛的華北、東北部普遍存在苗期干旱，生育周期內水分供給不足的現象，可以對玉米根系在干旱脅迫下變化的外部結構和內部生理性狀加以利用，從栽培手段方面促進玉米根系的發(fā)育及強其對水分脅迫的抗性，對提高玉米產量具有重要意義。

1 干旱對玉米根系發(fā)育狀況的影響

1.1干旱對玉米根系生長狀況的影響

干旱是限制玉米產量發(fā)展的重要因素之一。玉米作為氣生根的代表型植物，其根系在強化支撐植株的同時，更重要的是向地上部分轉運土壤中的水分及營養(yǎng)物質，其根系的發(fā)育情況與玉米產量呈顯著正相關關系。玉米對水分反應敏感，在水分供給不足時，玉米根生長速度放慢、生物量下降、根冠比增加，地下部生長速度高于地上部生長速度，這是由于在干旱環(huán)境內，玉米會再分配水分和營養(yǎng)物質，優(yōu)先供給地下部根系，確保根系的正常生長，為后期干旱情況緩解而迅速恢復生長奠定基礎。玉米在前期生長較為緩慢，尤其是在水分不足的情況下，玉米根重、根體積與土壤干旱程度呈現正相關關系，在輕中度干旱環(huán)境內，玉米的發(fā)育會以地下部根系生長為中心，一方面需要加強根系的固定吸收能力，另一方面要鍛煉脅迫條件下的應激能力，以減少玉米后期生長遇到的干旱災害，從而為玉米發(fā)育創(chuàng)造相對良好的環(huán)境基礎。在干旱條件下，玉米拔節(jié)期、抽雄期和開花期的根冠比及根系活躍吸收面積都有所增加，在一定程度上提高了玉米抵抗干旱的能力。因此，玉米生育期內所遇到的干旱脅迫，會通過改變其根系結構和生理功能進行調節(jié)，以最大程度的適應干旱環(huán)境，加強脅迫后作物生長的恢復能力，降低水分缺失造成的影響。

1.2 干旱對玉米根系生理生化的影響

玉米根系在干旱環(huán)境下，會發(fā)生根部性狀生理生化上的變化，其自身會分泌一些物質以平衡水分缺失條件下根部的滲透壓，增加滲透物是植物體對干旱的應激機制，從而抵御傷害，維護植物體正常的生長環(huán)境。水分脅迫下玉米根系所分泌的滲透物質主要有無機離子以及具有調節(jié)功能的有機物兩類，如鉀離子、鈣離子、脯氨酸和活性氧等。干旱環(huán)境內，玉米根系中積累了大量的活性氧，降低了根系活力，造成玉米根系結構損傷，如活性氧過度在根系中積累且不及時清除，會產生變性蛋白、膜質類物質過氧化，使根部功能喪失，降低產量甚至會導致植株死亡。研究表明，玉米根系在干旱脅迫下大量積累丙二醛，使膜質類相關蛋白發(fā)生過氧化反應，加大了膜與膜之間的間隙，進一步增加了細胞膜的透性，直接導致了玉米根系受損。

2 提高玉米根系抗旱性的方式

2.1 利用深松耕作和分層施肥促進玉米根系發(fā)育

玉米根系發(fā)達并集中分布于距地表50厘米內的耕層中，傳統(tǒng)的淺旋耕作方式，使犁底層越來越厚并逐漸上移，使得可利用的土壤耕作層越來越少，尤其在干旱環(huán)境下，土壤透氣性差，保水能力下降。堅硬的犁底層更嚴重地限制了玉米根系從土壤中吸收水分，阻礙了玉米根系穩(wěn)定扎根并向下生長;干旱土壤中氮素以硝態(tài)氮的形式最易被玉米根系吸收，但會隨水分的缺失而下沉出根層之下。因此，采取深松分層施肥的方式相比于淺耕一體化施肥，能夠顯著提高玉米根系指標。深松深度約為25～30厘米，氮、磷、鉀肥分兩層施入，上層肥料深度為5～15厘米，下層肥料深度為15～25厘米。深松耕作能夠提高深層土壤中的含水量，顯著降低地表層的土壤容重，大大地降低了土壤板結率，增加了土壤透氣透水性，最大程度地提高了干旱環(huán)境下玉米根系對水分的吸收率，而肥料深施更能為玉米根系創(chuàng)造一個集生物、物理、化學優(yōu)勢三維生長空間，促進玉米根系向地下部生長，提高玉米根系在土壤中的扎根能力，增加根長、根部生物量，進一步增強在干旱環(huán)境下光合作用產物向地上部的轉移，極大地緩解了土壤干旱對玉米根系的損傷，為穩(wěn)定玉米產量奠定基礎。

2.2 利用新型納米材料促進玉米根系發(fā)育

納米材料指的是在三維空間中大于等于一維處于1～100納米范圍內的材料，共可以分四個維級，其中，碳納米材料的研究應用最為廣泛，碳納米是有一維及以上分散相尺度，并且小于100納米的碳材料，具有十分獨特的理化性質。很多生物學家在研究中發(fā)現碳納米材料富勒烯能夠促進植物根系延長，增加根部生物量。在干旱環(huán)境內，活性氧大量在玉米根尖產生，并作為逆境信號參與根系的發(fā)展，富勒烯提高玉米根系抗旱性的作用機制是，有效地清除了在水分脅迫條件下玉米根部的活性氧，從而為根部創(chuàng)造一個良好的生長環(huán)境，進而提高抗旱性。用一定濃度浸泡后的玉米種子，具有快速萌發(fā)的現象。在水分脅迫對比試驗中，利用富勒烯處理后的玉米根長、根重等指標顯著高于對照組，富勒烯處理后的玉米幼苗根系發(fā)育狀況顯著優(yōu)于對照組。因此，將碳納米材料富勒烯應用于玉米苗期抗旱工作中，可有效清除玉米根系在缺水條件下的活性氧，激發(fā)玉米應激反應，維持根部的生長環(huán)境，保證玉米產量。

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作者簡介：劉勵蔚，碩士，初級農藝師，研究方向：玉米育種。