花期高溫脅迫下調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對玉米產(chǎn)量性狀及生理指標(biāo)的影響

文廷剛 杜小鳳 劉京寶

關(guān)鍵詞：高溫脅迫;調(diào)理劑;熱害清;形態(tài)性狀;生理指標(biāo);玉米

近年來，隨著全球氣溫變暖，高溫脅迫逐漸成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要難題之一[1]。玉米是我國三大糧食作物之一，雖然玉米是一種喜溫作物，但也常會遭遇高溫脅迫，嚴(yán)重影響了玉米生長和產(chǎn)量形成[2-3]。研究顯示，花期是玉米對高溫脅迫最為敏感的時期，主要會引起穗發(fā)育異常、小穗小花敗育、穗粒數(shù)下降、籽粒灌漿速率和源庫比受影響[4-6]。閆艷等研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫會導(dǎo)致玉米穗部性狀受到極大影響，表現(xiàn)為禿尖增長，穗質(zhì)量、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量下降[2]。鄧茳明等研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫主要影響植物的光合作用、膜穩(wěn)定性和線粒體呼吸等正常生理活動，造成體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)和過氧化物質(zhì)的清除作用失去動態(tài)平衡，從而影響植株正常的生長和發(fā)育[7]。本研究以耐高溫型玉米品種鄭單309和熱敏感型玉米品種登海605為材料，研究花期高溫脅迫對夏玉米植株形態(tài)、穗部性狀以及抗氧化酶系統(tǒng)活性的影響。同時也研究了玉米抗高溫調(diào)理劑“熱害清”對玉米抗高溫的效果，為玉米的抗逆栽培和高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為耐高溫型玉米品種鄭單309（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供）和熱敏感型玉米品種登海605（市購）。調(diào)理劑“熱害清”新產(chǎn)品由江蘇省植物生長調(diào)節(jié)劑工程技術(shù)研究中心提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 田間小區(qū)試驗 試驗于2018—2019年連續(xù)2年在淮安市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新科技園區(qū)進(jìn)行。試驗設(shè)高溫和常溫、噴藥和不噴藥處理，分別形成4個處理組合[高溫不噴藥（HN）、高溫噴藥（HT）、常溫不噴藥（NN）、常溫噴藥（NT）]，詳見圖1。在噴施“熱害清”調(diào)理劑預(yù)處理5 d后進(jìn)行田間搭棚覆膜增溫處理，保證白天棚內(nèi)溫度控制在（37±2） ℃之間，高于40 ℃時揭開棚的兩端進(jìn)行通風(fēng)降溫。常溫處理即為未覆膜的自然溫度處理。調(diào)理劑“熱害清”新產(chǎn)品的用量和用法嚴(yán)格按產(chǎn)品說明書進(jìn)行，即每 667 m2 用“熱害清”新產(chǎn)品一套（50 mL水劑+12 g粉劑）兌水15 kg，于玉米大喇叭口期（第12張葉展開）進(jìn)行葉面噴施。試驗地前茬為小麥，肥力中等。玉米于2018年6月22日和2019年6月13日人工穴播，2年均采用寬窄行播種方式，寬行行距80 cm，窄行行距60 cm，株距22 cm。分別于2018年8月1日和2019年7月29日進(jìn)行“熱害清”預(yù)處理，處理后5 d進(jìn)行高溫脅迫，至灌漿期結(jié)束（處理后15 d）。其他田間管理同常規(guī)大田生產(chǎn)。

1.2.2 田間套袋試驗 玉米花絲和花粉結(jié)實率的測定采用人工套袋交叉授粉法。在玉米吐絲或散粉前，選取長勢一致的玉米植株對雌穗和雄穗進(jìn)行套袋?；ńz結(jié)實率的測定是將常溫不噴藥（NN）的玉米植株花粉人工授粉到經(jīng)高溫和調(diào)理劑處理后的玉米花絲上，成熟時測定玉米穗的實粒數(shù)和結(jié)實率?；ǚ劢Y(jié)實率的測定則是將受過高溫和調(diào)理劑處理的玉米植株花粉人工授粉到常溫的正常玉米花絲（NN）上，成熟時測定玉米穗的實粒數(shù)和結(jié)實率，試驗處理詳見表1。每個處理套袋50個穗子，3次重復(fù)。玉米生長過程中的管理措施與其他大田操作一致。

1.3 測定項目與方法

玉米成熟后，對處理的植株性狀和穗部性狀進(jìn)行測定，包括株高、穗位高、棒三葉面積、葉綠素含量、氣生根數(shù)和穗長。玉米穗部性狀主要測定總粒數(shù)、實粒數(shù)、空癟粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量。結(jié)實率=單穗結(jié)實粒數(shù)/（穗行數(shù)×每行應(yīng)結(jié)籽粒 數(shù)）×100%。

SOD活力的測定采用NBT法[8];POD活力的測定采用愈創(chuàng)木酚法[9];CAT活力的測定采用紫外吸收法[10]。MDA含量的測定用硫代巴比妥酸法[11]。葉綠素含量的測定采用丙酮提取法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016軟件和SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米植株和穗部主要性狀間的效應(yīng)差異

由表2可知，年份主效應(yīng)除在玉米禿尖、總粒數(shù)、空癟粒數(shù)、花粉和花絲結(jié)實率上有顯著或極顯著（P<0.01）影響外，對其他性狀均無顯著影響。高溫主效應(yīng)除對穗長無顯著影響外，在其余植株性狀上均存在顯著或極顯著影響;而調(diào)理劑預(yù)處理主效應(yīng)以及高溫、調(diào)理劑預(yù)處理二者交互作用除穗長外，在其余植株性狀上均存在顯著或極顯著影響。

2.2 調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米植株形態(tài)的影響

由表3可知，在夏玉米大喇叭口期（第12葉展開）噴施“熱害清”后，2個品種株高和穗位高在高溫和常溫下均顯著下降，2年結(jié)果基本一致。2019年數(shù)據(jù)顯示，鄭單309和登海605的株高分別較未噴施處理下降28.1%和14.9%、12.9%和9.7%，其穗位高分別下降20.0%和15.3%、17.5%和172%，穗位以上節(jié)間長度占株高的比值分別增加1.1%和0.3%、4.3%和2.2%。可見， 噴施“熱害清”后， 玉米株高和穗位高顯著下降，而穗位以上節(jié)長與株高比明顯提升。這有利于玉米植株的通風(fēng)，起到散熱降溫作用，其中“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米植株的改善效果更好。棒三葉面積和葉綠素含量在“熱害清”預(yù)處理后顯著增加，2年數(shù)據(jù)一致。2019年，鄭單309和登海605的棒三葉面積分別較未噴施處理增加7.5%和5.0%、5.5%和33%;其葉綠素分別增加13.5%和15.8%、11.6%和238%。噴施“熱害清”后穗長有縮短趨勢，但未達(dá)顯著水平;玉米禿尖則顯著縮短，2年趨勢一致。2019年數(shù)據(jù)顯示，鄭單309和登海605的玉米禿尖分別較未噴施處理減少17.4%和45.6%、16.1%和66.7%。同時，“熱害清”處理還顯著增加了植株氣生根數(shù)，2019年數(shù)據(jù)顯示，2個品種分別較未噴施處理增加了16.4%和26.0%、31.0%和28.9%?？梢姡盁岷η濉鳖A(yù)處理可顯著降低玉米植株的高度和穗位高，提升穗位上部節(jié)間的株高占比，顯著增加玉米棒三葉面積、葉綠素含量和氣生根數(shù)，玉米穗長略有減小，但玉米植株的上部形態(tài)得到了顯著改善，這有利于植株上部通風(fēng)透光、散熱降溫，以及玉米光合作用和光合物質(zhì)的積累;而氣生根數(shù)的增加，有利于土壤養(yǎng)分吸收和水分利用，促進(jìn)蒸騰作用從而達(dá)到散熱降溫的效果。

2.3 調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

由表4可知，除對總粒數(shù)無顯著影響外，高溫脅迫對實粒數(shù)、空癟粒數(shù)和單穗粒質(zhì)量均有顯著影響，2年數(shù)據(jù)基本一致。高溫脅迫顯著降低了2個品種的實粒數(shù)，增加了空癟粒數(shù)。噴施“熱害清”后，2個品種的實粒數(shù)均顯著增加，空癟粒數(shù)顯著減少。2019年數(shù)據(jù)顯示，鄭單309和登海605的實粒數(shù)在高溫和常溫下分別較未噴施處理增加16.4%和7.1%、19.7%和10.9%;空癟粒數(shù)分別減少503%和485%、16.2%和14.3%。這說明“熱害清”對提高玉米實粒數(shù)、降低空癟粒數(shù)有顯著效果，尤其在高溫脅迫下效果更顯著。高溫脅迫還顯著降低了2個品種的單穗粒質(zhì)量，噴施“熱害清”后，2個品種的單穗粒質(zhì)量均較未噴施處理有顯著提高。2019年數(shù)據(jù)顯示，未噴施“熱害清”的情況下，高溫脅迫顯著降低了鄭單309和登海605的單穗粒質(zhì)量，分別降低了12.3%和20.4%，這表明高溫脅迫對品種間的影響有顯著差異。噴施“熱害清”后，高溫脅迫下鄭單309和登海605百粒質(zhì)量分別較未噴施處理提高2.3%和3.7%;而2個品種單穗產(chǎn)量則分別增加20.9%和19.3%?？梢?，高溫脅迫嚴(yán)重威脅了玉米產(chǎn)量的形成;而噴施“熱害清”預(yù)處理可挽回產(chǎn)量損失20%左右。即使在常溫下使用“熱害清”仍可提高玉米實粒數(shù)、 降低空癟粒數(shù)進(jìn)而實現(xiàn)增產(chǎn)增收，2個品種2年平均增產(chǎn)7.1%和14.6%，且表明在對高溫敏感類品種（登海605）噴施“熱害清”預(yù)處理，其應(yīng)用效果更為顯著。

2.4 調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米花粉和花絲結(jié)實率的影響

從圖2-A和圖2-B可以看出，當(dāng)玉米花粉受到高溫脅迫時，鄭單309和登海605的實粒數(shù)和結(jié)實率均顯著下降，其中結(jié)實率分別較常溫處理降低53.0%和97.1%。“熱害清”預(yù)處理后，2個品種高溫脅迫下的實粒數(shù)和結(jié)實率均顯著增加，其中2個品種結(jié)實率分別較未噴施處理提高30.7%和 1 636.4%。常溫處理下2個品種噴施“熱害清”后其實粒數(shù)和結(jié)實率也顯著增加，其中鄭單309和登海605結(jié)實率分別較未噴施處理提高9.9%和82%?？梢?，高溫脅迫能顯著降低玉米花粉的結(jié)實率，熱敏感型玉米品種表現(xiàn)尤其顯著;而“熱害清”預(yù)處理則能顯著降低高溫脅迫對花粉結(jié)實率的損害，提高玉米實粒數(shù)和結(jié)實率。從圖2-C和圖2-D可以看出，當(dāng)花絲受高溫脅迫時，2個品種實粒數(shù)和結(jié)實率均出現(xiàn)顯著下降，其結(jié)實率分別較常溫處理降低24.5%和26.2%?！盁岷η濉鳖A(yù)處理后，2個品種實粒數(shù)和結(jié)實率均有顯著增加，其中結(jié)實率分別較未噴施處理提高7.3%和10.7%。常溫處理下，鄭單309和登海605實粒數(shù)和結(jié)實率也有增加，其中結(jié)實率分別較未噴施處理提高3.6%和5.3%?？梢姡邷靥幚砟軌驀?yán)重降低玉米實粒數(shù)和結(jié)實率。通過噴施“熱害清”預(yù)處理可顯著提高玉米花粉和花絲的抗高溫脅迫能力。此外，即使在常溫下噴施“熱害清”處理也能提高玉米花粉和花絲結(jié)實率。

2.5 調(diào)理劑“熱害清”預(yù)處理對高溫脅迫下玉米穗位葉抗氧化酶活力及丙二醛含量的影響

由圖3可知，整體來說，高溫脅迫能夠促進(jìn)玉米穗位葉抗氧化酶活力的提高及MDA含量的增加。噴施“熱害清”預(yù)處理后，2個品種玉米葉片中的抗氧化酶活力在高溫和常溫下均明顯高于未噴施處理，其中高溫脅迫的增效更明顯;而MDA含量則明顯降低。就SOD活力而言，整體呈現(xiàn)先增后減的趨勢。高溫脅迫下的SOD活力較常溫對照明顯增加，這表明高溫可以激發(fā)玉米葉片SOD活力?！盁岷η濉碧幚砗?，高溫脅迫下葉片SOD活力均較未噴施處理明顯提高，這有利于減少高溫對玉米的傷害。CAT和POD活力經(jīng)“熱害清”處理后的變化趨勢與SOD相似，均能明顯增加葉片中CAT和POD活力。MDA含量則在“熱害清”處理后明顯下降。可見，調(diào)理劑“熱害清”對高溫脅迫下的葉片抗氧化酶活力有顯著的增效作用，并能降低MDA含量，顯著減少高溫脅迫對玉米葉片的損害。

3 結(jié)論與討論

作物在生育期內(nèi)遭受短暫或持續(xù)高溫脅迫會導(dǎo)致植株形態(tài)發(fā)育異常，引起生理生化改變[1]。前人研究顯示，玉米抽雄吐絲期受高溫脅迫可造成花粉喪失萌發(fā)能力，形成秕粒，從而導(dǎo)致結(jié)實率和籽粒質(zhì)量降低[13]。王海梅研究發(fā)現(xiàn)，玉米開花期溫度大于32 ℃即會對玉米各項生理指標(biāo)和產(chǎn)量構(gòu)成產(chǎn)生一定影響。隨著處理溫度升高，植株體內(nèi)的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及SOD活力均呈現(xiàn)先升后降的變化，而百粒質(zhì)量、莖稈質(zhì)量則呈現(xiàn)下降趨勢，禿尖比上升[14]。本研究中，2個玉米品種在高溫脅迫下的植株形態(tài)構(gòu)建受到了顯著影響。“熱害清”預(yù)處理后，2個品種玉米植株的高度和穗位高顯著降低，棒三葉面積、葉綠素含量和氣生根數(shù)增加，從而顯著改善玉米植株的上部形態(tài)，植株間通風(fēng)透光條件增強，光合利用率增加，有利于植株光合物質(zhì)的形成和積累;而氣生根的增加，則有利于對土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用及抗倒伏能力的提高。

本研究中，高溫處理顯著增加2個玉米品種的空癟粒數(shù)，降低了實粒數(shù)，顯著影響結(jié)實率提高。同時，玉米百粒質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量均受高溫影響而顯著降低。通過“熱害清”預(yù)防性處理，2個玉米品種的實粒數(shù)顯著提高，空癟粒數(shù)顯著降低，百粒質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量顯著增加。即使在常溫處理下施用“熱害清”也能提高玉米實粒數(shù)，降低空癟粒數(shù)?？梢姟盁岷η濉鳖A(yù)防性處理對高溫和常溫下玉米產(chǎn)量構(gòu)成均有顯著改善作用。于康珂等的研究表明，高溫脅迫會導(dǎo)致花絲過早枯萎、壽命縮短，并造成結(jié)實率降低、禿頂增長、缺粒嚴(yán)重，出現(xiàn)減產(chǎn)達(dá)113%～42.7%的嚴(yán)重后果[15]。趙麗曉等的研究表明，花期高溫主要是通過影響玉米的花粉活力、花絲生長、授粉受精過程，最終導(dǎo)致穗上部籽粒敗育，有效粒數(shù)減少[16]。本研究中，無論是對花粉還是花絲進(jìn)行高溫脅迫處理，均能導(dǎo)致2個品種的實粒數(shù)和結(jié)實率顯著降低，其中熱敏感型品種表現(xiàn)得尤為突出?！盁岷η濉鳖A(yù)防性處理對2個品種在高溫脅迫下的實粒數(shù)和結(jié)實率均有顯著提高，即使常溫下的實粒數(shù)和結(jié)實率也有較大提高?？梢?，高溫脅迫導(dǎo)致玉米減產(chǎn)的主因是每穗實粒數(shù)的減少，但品種間有差異。高溫引發(fā)花粉和花絲活性下降致使結(jié)實率降低則是造成實粒數(shù)減少的主因，且對花粉的影響大于花絲。通過調(diào)理劑預(yù)防性處理可顯著提高花粉、花絲對高溫的抗性而提高結(jié)實率，從而達(dá)到減損的目的。

細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)是植株抵御逆境脅迫的一道重要防線。高溫脅迫會嚴(yán)重影響細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和線粒體呼吸，導(dǎo)致體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)和活性氧物質(zhì)的清除失去了動態(tài)平衡，造成活性氧的累積，最終形成氧化傷害[17]。丙二醛是膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度[18]。本研究中，高溫脅迫能提高抗氧化酶系統(tǒng)SOD、POD和CAT的活力，MDA含量也隨之增加?？梢?，高溫脅迫能激活體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)活性，提升抵抗高溫的能力，這與前人的研究[19-20]一致?！盁岷η濉鳖A(yù)處理后，玉米葉片中的SOD、POD和CAT活力均明顯增加，尤以高溫處理后的增效最明顯;而MDA含量則明顯下降。由此可見，“熱害清”預(yù)處理可以提高玉米葉片的抗氧化酶系統(tǒng)活性，尤其在高溫脅迫下，氧化酶系統(tǒng)活性增加更顯著，這對于增強植株抗高溫能力、減少脅迫損傷有顯著效果。

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