豫西地區高產條件下夏玉米生理特性研究

孟戰贏,王育紅,沈東風,王向陽,張向召

(洛陽市農業科學院 ,河南洛陽 471022)

玉米是我國第二大作物。作為C4作物,玉米具有光合生產效率高、產量潛力大的特點[1],能高效集約利用光熱等資源。預計到2030年中國人口達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,高產田對我國糧食總產的貢獻率為54.09%[4]。保障中國未來的糧食安全必須依賴單產的進一步提高,因此,進行高產栽培技術研究,掌握夏玉米的生理生態特性,大幅度地提高單產,對于保障我國糧食安全,促進農業和農村經濟發展具有重要意義。

不同地區高產攻關重演性差,需要進行區域間研究,同時應加強生理指標的研究,以更深入的研究高產機理。豫西雨養區光熱資源豐富,然而當地常年降雨量為 613.9 mm,屬于半濕潤偏旱區。由于受季風氣候的影響,年內降雨分布不勻,其中60%～ 80%的降雨集中在 6～9月份。研究當地玉米高產栽培的技術措施,形成一整套玉米高產理論體系,深入研究高產玉米生理生態特性,分析高產機理,指導玉米高產栽培具有重要現實意義。本試驗選用超高產玉米品種洛玉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、葉綠素熒光特性進行比較研究,探索高產品種的生理特性,為玉米超高產栽培提供理論依據。

1 試驗設計與處理

試驗在洛陽市農科院玉米綜合試驗站高產攻關試驗田進行。選用的品種為洛陽市農科院選育的洛玉 8號和洛玉7號,以及山東登海種業選育的登海602。按照高產攻關田要求進行田間管理。6月 12日播種,10月 3日收獲。播前撒施有機肥(雞糞)71 610 kg/hm2,復合肥(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。在玉米生育時期不間斷進行除草治蟲,防治莖腐病等玉米常見病。其他田間管理按照高產攻關田要求進行。

2 測定項目與方法

(1)葉綠素熒光。在玉米抽雄吐絲期(8月14日)選取晴朗無風的天氣,用美國 ADC公司生產的FIM1500型葉綠素熒光儀測定熒光日變化。于上午 8:00開始,每 2 h測定 1次葉綠素熒光動力學參數:初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)、光系統Ⅱ (PSⅡ )的原初光能轉化效率(Fv/Fm)及 Tm(從初始熒光產量到最大熒光產量所需的時間),并計算可變熒光(Fv)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)。分別按下式計算:Fv/F0=(Fm-F0)/F0,Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm。測定前葉片暗適應30 min。取其平均值進行分析。

(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型光柵分光光度計比色。

(4)收獲后考種計產,并計算經濟系數和收獲指數。

3 試驗結果與分析

3.1 產量及產量構成因素比較

各品種產量結果列于表 1。從表1可以看出,洛玉8號產量最高,為 11 637 kg/hm2,比產量最低的登海602高 27.2%,比洛玉 7號增產14.5%。洛玉 8號產量高主要是千粒重、穗行數、行粒數、穗數等產量構成要素協調。 3品種比較,穗行數、行粒數最大的是登海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,但穗行數最小,穗粗最小,所以產量較低。

表1 各品種的產量及產量構成因素

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基本的代謝途徑,不僅影響作物的生長發育,而且很大程度上決定著產量[5]。硝酸還原酶參與硝態氮的還原過程,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到最大值,之后急劇降低,至散粉后41 d達到最低值。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,散粉后各個時期登海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熒光日變化

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,隨著的時間推移,Fv/Fm值先逐漸下降,當天的最低值出現在下午14:00左右,之后逐漸增大,說明光照對 PSⅡ的原初光能轉化效率有一定的影響,光照強度和PSⅡ的原初光能轉化效率呈負相關。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 結論與討論

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

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基本的代謝途徑,不僅影響作物的生長發育,而且很大程度上決定著產量。硝酸還原酶參與硝態氮的還原過程,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弱。試驗中各品種在散粉后27d左右達到最大,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時達到最小值,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生產能力。但由于當年氣候原因,登海 602雌雄蕊花期不能很好相遇,造成禿尖較長,結實率較低,同時登海 602千粒重較小,因此產量相對較低。而洛玉 8號光能利用率高,千粒重較大,結實率也較高,最終產量較高。

[1]黃振喜,王永軍,王空軍,等.產量15000 kg/hm2以上夏玉米灌漿期間的光合特性[J].中國農業科學,2007,40(9):1898-1906.

[2]裘 敏,劉旺清,魏亦勤,等.超高產技術與中國未來糧食安全 [J].內蒙古農業科技,2007,(1):15-17.

[3]戴小楓,孟憲學,劉世珍.養活 2030年 16億人口需要新的農業科技革命[J].中國農學通報,1998,14(2):7-9.

[4]劉景輝,王志敏,李立軍,等.超高產是中國未來糧食安全的基本技術途徑 [J].農業現代化研究,2003,24(3):161-165.

[5]李和生.植物生理生化實驗原理和技術 [M].北京:高等教育出版社,2000.127-128,192-194.