綜合應(yīng)用中學(xué)生物學(xué)知識(shí) 探尋冬小麥增產(chǎn)的途徑

江蘇省盱眙縣教師發(fā)展管理中心 錢俊瑞

從教育改革發(fā)展的趨勢來看，學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生走進(jìn)社會(huì)，走進(jìn)生活，讓學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)來解決生產(chǎn)和生活中遇到的問題，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)，提高合作、交流、創(chuàng)新等核心能力。生物學(xué)知識(shí)重在實(shí)踐運(yùn)用，中學(xué)生物學(xué)知識(shí)內(nèi)容豐富，基礎(chǔ)性強(qiáng)，涉及面廣，實(shí)踐價(jià)值高，提高學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。本文以禾本科植物冬小麥為例，總結(jié)如何利用中學(xué)生物知識(shí)探尋提高糧食的產(chǎn)量。

小麥?zhǔn)欠N子植物門、被子植物亞門、單子葉植物綱、莎草目、禾本科、小麥屬，一年生或越年生草本植物，約20 種，分布于歐洲、地中海及亞洲部分地區(qū)。小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，種植小麥以收獲果實(shí)（穎果）為主要目的。我國常栽培的小麥又有冬小麥和春小麥之分，春小麥主要種在北方地區(qū)，一般在春季種植；冬小麥主要種在華東、華北地區(qū)。冬小麥一般9、10 月份播種，次年5、6 月份收獲。這里以冬小麥為例，結(jié)合中學(xué)生物學(xué)知識(shí)，從多角度去探尋冬小麥的增產(chǎn)途徑。

一、根據(jù)光合作用的原理，提高冬小麥產(chǎn)量

光合作用是綠色植物通過葉綠體，利用光能，把空氣中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。因此，可以充分利用光合作用的有關(guān)條件使其向著有利于光合作用的方向進(jìn)行來提高小麥的產(chǎn)量。主要方法有：

（一）適當(dāng)提高光照強(qiáng)度和延長光照時(shí)間。光照是綠色植物生長的必要條件之一。光照強(qiáng)度的大小直接影響光合作用效率，小麥屬于陽生植物，相對(duì)喜歡生活在光照強(qiáng)度較高的環(huán)境中，在一定的范圍內(nèi)，適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可以提高光合作用的效率，從而提高其產(chǎn)量。另外，延長光照時(shí)間能提高光能利用率，提高凈光合作用量，增加有機(jī)物的積累，提高小麥的產(chǎn)量。因此，我們?cè)趯?duì)小麥種植場地選擇的時(shí)候，要考慮其光照強(qiáng)度的效果并可以采用各種方法來延長光照時(shí)間。

（二）適當(dāng)提高二氧化碳濃度。二氧化碳是光合作用的主要原料之一。在一定的范圍內(nèi)，植物光合速率隨著二氧化碳濃度的上升而增加，在達(dá)到某一定值后，再增加二氧化碳濃度，光合速率不再增加。從理論上講，適當(dāng)提高小麥生長環(huán)境中的二氧化碳濃度，可以在一定范圍內(nèi)促進(jìn)光合作用暗反應(yīng)的反應(yīng)物的供應(yīng)，增加有機(jī)物的生成，從而提高光合作用效率，提高小麥的產(chǎn)量。因此，合理密植，使小麥植株間通風(fēng)透氣，使之能夠保證光合作用時(shí)對(duì)二氧化碳的吸收，這樣對(duì)小麥的生長和高產(chǎn)很有幫助。另外，如果有條件的話（比如在大棚中），可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充二氧化碳?xì)夥剩部梢蕴岣咝←湽夂献饔眯省?/p>

（三）適當(dāng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)都是酶促反應(yīng)，需要多種酶參與反應(yīng)，溫度影響酶的活性，因而對(duì)光合速率也有明顯的影響。一般來說，小麥的光合作用的最適溫度是25—30℃，低溫條件下植物光合作用速率變低的原因主要是酶的活性降低。高溫條件下光合速率也變低的原因主要是高溫使植物失水過多，影響氣孔的開閉，減少了二氧化碳進(jìn)入細(xì)胞的數(shù)量。白天適當(dāng)提高環(huán)境溫度，使溫度達(dá)到光合作用的酶作用的適宜溫度，有利于光合作用相關(guān)酶作用的發(fā)揮，促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，與此相對(duì)應(yīng)，夜間，適當(dāng)?shù)亟档蜏囟?，可以降低有氧呼吸的速率，減少對(duì)有機(jī)物的消耗，從全天看，增加有機(jī)物的積累，就有利于產(chǎn)量的提高。

（四）保證水的供應(yīng)和適當(dāng)提高土壤中礦質(zhì)元素的含量。水和礦質(zhì)元素會(huì)直接或間接地影響植物光合速率。例如：水也是光合作用的原料之一，充足的水分供應(yīng)，能直接影響植物光合速率，提高作物的產(chǎn)量。土壤中植物必需的礦質(zhì)元素有N、P、S、K、Ca、Mg 等，例如N 元素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、酶等合成的必需元素，充足的N 元素可以促進(jìn)葉片面積的增大和葉片數(shù)目的增多，從而增加光合面積，間接地影響植物光合速率；P 元素是植物體內(nèi)核酸、磷脂等重要結(jié)構(gòu)組成的必需元素。當(dāng)植物缺乏光合作用必需的營養(yǎng)元素時(shí)，會(huì)出現(xiàn)諸多缺乏癥，如葉片變黃、變小或葉片上有斑點(diǎn)、葉片邊緣呈現(xiàn)燒焦?fàn)畹?，適當(dāng)提高土壤中礦質(zhì)元素含量，就可以保證植物體內(nèi)各種高分子有機(jī)物的合成，防止缺乏癥的發(fā)生，提高光合作用效率，從而促進(jìn)其生長，提高產(chǎn)量。

二、從環(huán)境角度考慮小麥增產(chǎn)的途徑

（一）保證其生長土壤的適應(yīng)的pH值。適合冬小麥生長的土壤pH 為6—8 之間，最適合pH 在6.8—7.0 的中性（或近中性）土壤。因而對(duì)種植小麥生長的土壤的pH 值應(yīng)予以測定和調(diào)控，使其生長在最適合pH 范圍內(nèi)，這樣才能促進(jìn)其良性生長，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。

（二）設(shè)法進(jìn)行環(huán)境溫度的調(diào)控。白天適當(dāng)提高溫度，夜晚適當(dāng)降低溫度。白天小麥進(jìn)行光合作用，適當(dāng)提高溫度使其有利于光合作用的各種酶的作用，提高光合作用效率。夜晚小麥不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行呼吸作用，即只消耗有機(jī)物，不生產(chǎn)有機(jī)物，降低溫度可以降低呼吸作用的速率，減少有機(jī)物的消耗，這樣，從全天來看，有利于有機(jī)物的積累。

（三）根據(jù)不同生長期的需要，適時(shí)適當(dāng)?shù)貪菜┓?。小麥在不同的生長時(shí)期，對(duì)水、肥的需求量不同，如果在其生長的不同時(shí)期，根據(jù)其對(duì)水、肥的需要，適當(dāng)?shù)毓喔群褪┓?，就能促進(jìn)其生長，提高其產(chǎn)量。例如在小麥的種子萌發(fā)期，需要充足的水分，但不能過大，水分過大，會(huì)引起呼吸作用受到抑制，甚至胚根腐爛，發(fā)芽率降低；又如在小麥的拔節(jié)期，需水量較大，要保證水的供應(yīng)，需適時(shí)灌溉，又要控制好灌溉的水量，不能影響根部的呼吸作用。對(duì)于肥的供應(yīng)，最好在播種期和拔節(jié)前期分別施肥，播種期最好是有機(jī)肥，而在拔節(jié)前期在施有機(jī)肥的基礎(chǔ)上再加一些含K 的復(fù)合肥效果更好。

（四）做好防蟲、除草、抗病工作。在小麥成長的不同時(shí)期，根據(jù)其生長規(guī)律，跟蹤做好提高小麥的防蟲、除草及防病工作，以提高小麥的產(chǎn)量。例如：對(duì)冬小麥而言，初春時(shí)要做好除草和防蟲工作，除草是防止雜草瘋長，爭奪小麥的生長空間和營養(yǎng)；春天是害蟲的高發(fā)期防蟲，初春防蟲既有效、又長遠(yuǎn)；等到了齊穗期，要特別注意做好抗病、防病和抗倒伏的工作；對(duì)于接近成熟期，則要做好防霉工作。

（五）根據(jù)小麥的生長特性，做好春化工作。春化是指作物在生長發(fā)育過程中，必須經(jīng)過一段低溫時(shí)期，才能通過個(gè)體發(fā)育的內(nèi)部變化，實(shí)現(xiàn)由營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變，才能開花結(jié)果。小麥?zhǔn)谴夯参?，必須進(jìn)行春化處理，才能完成正常的開花結(jié)果。如冬小麥經(jīng)過冬天寒冷天氣的自然磨煉，是自然春化。在特殊的情況下也可以對(duì)小麥種子進(jìn)行人工春化處理。

三、改良小麥的品種，提高產(chǎn)量

（一）單倍體育種。單倍體育種是指通過花藥離體培養(yǎng)，形成單倍體植株，再利用人工誘導(dǎo)使染色體加倍（如利用秋水仙素處理幼苗使染色體加倍），得到染色體數(shù)目正常的植株（純合子），用這種方法得到的植株，不僅能夠正常繁殖，而且每對(duì)染色體上的成對(duì)基因都是純合的，自交產(chǎn)生的后代不會(huì)發(fā)生性狀分離。如我國的 “京花一號(hào)”小麥新品種，“京花一號(hào)”小麥穗大粒多，豐產(chǎn)性好，而且適應(yīng)性和抗病性強(qiáng)，現(xiàn)在已經(jīng)大面積推廣種植。

（二）多倍體育種。由于多倍體植株的莖稈粗壯，葉片、果實(shí)和種子比較大，對(duì)于小麥來說，籽粒大，產(chǎn)量高。例如：八倍體小黑麥營養(yǎng)價(jià)值比普通小麥豐富。在培育的過程中就是采用多倍體育種的方法：把普通小麥（六倍體）與黑麥（二倍體）雜交，得到四倍體種子，四倍體種子種植得到幼苗后通過利用秋水仙素處理等方法人工誘導(dǎo)使染色體加倍，得到八倍體小黑麥。

（三）采用基因工程技術(shù)。把抗逆性基因如抗蟲、抗旱、耐鹽堿、高產(chǎn)基因、優(yōu)質(zhì)蛋白基因等基因通過基因工程技術(shù)轉(zhuǎn)入小麥細(xì)胞體中并使之表達(dá)，從而使之體現(xiàn)一些優(yōu)良性狀，這樣就能獲得一些得到諸如抗蟲、抗旱、耐鹽堿、高產(chǎn)、具有優(yōu)質(zhì)蛋白等的新品種。

（四）采用細(xì)胞工程技術(shù)。將兩種具有優(yōu)良性狀的小麥體細(xì)胞進(jìn)行植物體細(xì)胞雜交，然后進(jìn)行植物組織培養(yǎng)，培養(yǎng)出具有優(yōu)良性狀的小麥。例如：如果把小麥和荸薺的體細(xì)胞雜交能表達(dá)其性狀，就能得到地上收獲小麥，地下收獲荸薺的新品種。再如：假如能夠把甘蔗和小麥的體細(xì)胞雜交成功并能使甘蔗的含糖高的性狀和小麥產(chǎn)淀粉的性狀都能表達(dá)，既能獲得小麥籽粒作為糧食，又能通過秸稈制作蔗糖。

四、開發(fā)能夠進(jìn)行生物固氮的新品種

豆科植物具有生物固氮的能力，是因?yàn)槎箍浦参锔烤哂懈鼍?，根瘤菌與豆科植物為互利共生的關(guān)系，根瘤菌能夠生物固氮，即把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變成氨（銨鹽）供給植物吸收和利用，植物體能夠?yàn)楦鼍峁┯袡C(jī)物。如果能采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將豆科植物控制生物固氮的基因轉(zhuǎn)移到小麥體細(xì)胞中并使之正常表達(dá)，那么應(yīng)用前景非常喜人。既能使小麥自身能夠生物固氮而增產(chǎn)，又能減少工業(yè)氮肥的使用從而減少工業(yè)化肥（氮肥）生產(chǎn)過程中的能源資源浪費(fèi)，并且減少生產(chǎn)和使用化肥過程中的環(huán)境污染。

生物是一門科學(xué)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，如何在教學(xué)中讓學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)解決生活問題是教育教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于糧食作物來說，其增產(chǎn)途徑可從中學(xué)生物學(xué)知識(shí)方面進(jìn)行探尋，我們應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生只要開動(dòng)腦筋，拓展思維，定能為小麥增產(chǎn)提出更多更好的思路和途徑。