高產谷子品種高產機制

2019-07-22 01:32:45琦明玉張立媛李紅光

江蘇農業科學 2019年11期

琦明玉張立媛李紅光

摘要：為探尋赤峰地區高產谷子高產機理以及相關的指標，對赤峰地區主要推廣高產品種的主要農藝性狀、生理指標和產量進行比較分析。結果發現：高產品種株高在各個生育期均顯著高于對照，但在高產品種之間，成熟期株高與產量之間并不呈顯著正相關，高產品種成熟期株高在一個適度范圍內，赤峰地區高產谷子品種的理想株高在140～160 cm;高產谷子品種在各個生育期葉面積指數也顯著高于對照品種，表現為葉面積指數前期增長速度快、數值高、高位保持時間長，且葉面積指數與產量呈顯著正相關。赤峰地區高產谷子品種抽穗期時葉面積指數應在4.5以上，并保持至灌漿期結束。高產谷子品種在干物質積累方面表現為干物質積累速率較高，且各個時期干物質積累量較大。但干物質量受株高等多方面影響，赤峰地區高產谷子品種干物質量成熟期在50～70 g;根質量與品種特性相關性較大，并不能成為研究高產理論的特征性狀;葉綠素含量高是高產品種的一個特征，但葉綠素含量主要受品種特征的影響。

關鍵詞：谷子;高產機理;株高;葉面積指數;干物質積累量

中圖分類號： S515.04? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0120-04

收稿日期：2018-02-27

基金項目：國家谷子高粱產業技術體系建設專項（編號：CARS-07-13.5）。

作者簡介：琦明玉（1985—），女，內蒙古鄂爾多斯人，碩士，助理研究員，從事糜子栽培與育種研究。E-mail：qimingyu006@126.com。? 谷子（Setaria italica）屬禾本科，是北方地區重要的糧食作物，是內蒙古自治區赤峰市第一大特色雜糧，常年播種面積在10萬hm2以上，是赤峰地區小雜糧產業的主要支撐[1]。目前對作物高產的追求難度不斷增大，對高產理論的研究主要圍繞在群體結構、環境特征以及栽培方式上。其中水稻、小麥、棉花等在高產機理方面的研究較為全面深入，郭仁松等通過對超高產棉田田間調查和測定，確立新疆高產棉花群體質量結構特征[2];李紅霞等認為，水稻的群體特性是由外界的生境因子所調控的，調節群體結構是水稻獲得高產的關鍵途徑之一[3];夏瓊梅等通過對云南不同環境類型下水稻的高產機理研究認為，環境是影響水稻高產的因素之一，但高產水稻在不同環境下有相似的干物質積累特征[4];呂邦民早期對谷子高產機理的研究，探討了低、中、高3類產量特征谷田在群體結構、干物質積累上的差異[5]。后期對谷子高產的研究主要圍繞在栽培技術方面，如王艷菲探討了承德地區谷子高產的栽培方法[6];楊樹廷探討了遼寧西部谷子高產的栽培特點[7]。在谷子高產機理的研究由群體結構、栽培方式轉向個體生理基礎方面，只有劉曉輝等通過對2個谷子品種生理指標的測定，確認谷子產量與葉綠素、光合速率、物質分配速率等生理性狀有直接或間接的關系[8]。本試驗通過對赤峰地區主要推廣的高產谷子品種，在農藝性狀、生理指標、干物質積累等方面的差異性分析比較，確認高產谷子的主要特征及限制因素，有助于正確認識谷子產量形成的規律，也為谷子高產提供理論研究，為高產品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2017年在赤峰市農牧科學研究院試驗基地進行。試驗地前茬作物為玉米，土質是栗鈣土，播種方法為開溝撒播。施加硅復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為14%、20%、6%，SiO2含量≥3%）225 kg/hm2作基肥，中耕鋤草3次，全生育期不追肥、灌溉。

1.2 試驗材料

6個谷子品種為赤谷10、赤谷16、赤谷17、峰紅谷、豫谷18、黃金谷（CK）。本試驗所選用的谷子品種均屬于赤峰地區主要推廣高產品種以及引進計劃推廣品種。黃金谷屬于本地優質品種，相對于其他5個品種，其產量較低，作為本次試驗研究高產谷子高產機理的對照品種。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計隨機區組設計，每個品種4個重復。每小區行寬0.45 cm，行長5 m，4行區，小區面積9 m2，總共24個小區，用地216 m2。

1.3.2 調查項目及測定方法

1.3.2.1 葉綠素含量的測定在拔節期、灌漿期和成熟期每小區取隨機5株，采用丙酮乙醇混合液（1 ∶ 1）進行浸提，利用分光光度法測定。

1.3.2.2 葉面積及葉面積指數動態變化的測定苗期20 d、拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個小區隨機取代表性樣株5株，儀器測定法，用C1-202便攜式葉面積儀來測定葉面積指數。

1.3.2.3 干物質積累動態變化的測定苗期20 d、拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個小區隨機取代表性植株5株，取地上部分洗干凈，先在105 ℃下殺青30 min，以停止樣品呼吸消耗，然后在80 ℃下繼續烘48 h，冷卻至室溫稱質量。

1.3.2.4 主要農藝性狀調查調查每小區長勢基本一致的5株進行標記，在不同生長發育階段觀察記載植株株高動態，在不同生長發育時期測定植株根系質量變化。成熟時，小區實收測產。

2 結果與分析

2.1 不同谷子品種農藝性狀動態變化

比較不同谷子品種的株高動態顯著差異性，由表1可知，在苗期和拔節期時，除豫谷18與對照品種黃金谷無顯著差異以外，其他品種均顯著高于對照，其他參試品種之間比較，赤谷16株高最高，赤谷10與赤谷17次之，且二者之間無顯著差異性，再次為峰紅谷。抽穗期豫谷18的株高顯著低于對照黃金谷，其他品種均顯著高于對照，其他參試品種之間比較，赤谷16與赤谷17株高最高，且兩者之間無顯著差異，其次為赤谷10，再次為峰紅谷。灌漿期和成熟期時，豫谷18的株高顯著低于對照黃金谷，其他品種均顯著高于對照，其他參試品種之間比較，赤谷16和赤谷17的株高最高，且兩者之間無差異性，其次為赤谷10與峰紅谷，且兩者之間無差異性。

由圖1可知，谷子株高在拔節期至抽穗期開始快速升高，株高增長率為赤谷17>赤谷16>峰紅谷>黃金谷>赤谷10> 豫谷18。

比較不同谷子品種的根質量動態顯著差異性（表2）可知，苗期和成熟期時，只有豫谷18根質量顯著高于對照品種以外，其他品種的根質量均顯著低于對照的根質量;在拔節期、抽穗期、灌漿期，對照品種的根質量均顯著高于其他參試品種。

由圖2可知，6個谷子品種在各個生育期根質量動態變化趨勢相似，都在苗期至拔節期期增長迅速，抽穗期之后根質量增長率并不明顯。

2.2 不同谷子品種全生育期生理指標的動態變化

由表3可見，谷子品種在不同生育期干物質積累量顯著不同。苗期，所有谷子品種干物質質量均顯著高于對照黃金谷，其中赤谷16最高，其次為赤谷10與赤谷17，再次為峰紅谷，最后為豫谷18;拔節期，除峰紅谷與對照無顯著差異性外，其他品種干物質量均顯著高于對照，其中赤谷16最高，再次為赤谷10、赤谷17、豫谷18，且三者之間無顯著差異;抽穗期，所有谷子品種干物質質量均顯著高于對照黃金谷，其中赤谷10、赤谷16、赤谷17干物質質量最高，且三者之間無顯著差異，其次為峰紅谷，再次為豫谷18;灌漿期，所有谷子品種干物質質量均顯著高于對照黃金谷，其中赤谷16與赤谷17較高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷10，再次為峰紅谷;成熟期時，除豫谷18與對照無顯著差異外，其他品種干物質質量均顯著高于對照，其中赤谷16與赤谷17最高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷10與峰紅谷，且二者之間無顯著差異。

由圖3可見，谷子品種干物質質量隨著生育期的開展呈直線上升趨勢，至灌漿結束趨于平緩。谷子從出苗至穗分化階段隨氣溫逐漸升高，其營養器官亦增大，同化器官發育與干物質積累量的增長率最高，穗分化結束后增長率開始下降。

由表4可知，不同谷子品種在不同生育期葉面積指數有較大差異。苗期，除赤谷17和峰紅谷與對照黃金谷無顯著差異外，其他品種均高于對照，其中赤谷16最高，其次為赤谷10與豫谷18;拔節期、抽穗期、灌漿期，所有參試品種葉面積指數均高于對照，其中赤谷10與赤谷16最高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷17、峰紅谷、豫谷18，且三者之間無顯著差異;成熟期，除豫谷18與對照無顯著差異外，其他參試品種均高于對照，其中赤谷10與赤谷16較高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷17、峰紅谷，且二者之間無顯著差異。

由圖4可知，不同谷子品種在全生育期葉面積指數均呈單峰曲線。苗期由于苗小根細，處于緩慢生長時期，此時葉面積指數最低。伴隨根系之急驟增長，地上部亦增大。葉面積指數也增長，至抽穗期達到最大值。灌漿期時，谷子的營養生長已停止，同時田間郁閉，葉面積指數保持不變或有下降趨勢。至成熟期谷田開始落黃，葉面積指數開始由下降至衰亡。

由表5可以看出，葉綠素含量在不同谷子品種中的含量差異性較大。抽穗期時，赤谷17葉綠素含量最高，顯著高于對照黃金谷和其他品種，豫谷18與對照品種黃金谷無顯著差異;灌漿期時，赤谷16的葉綠素含量顯著高于對照黃金谷和其他品種，赤谷17和赤谷10與對照無顯著差異，豫谷18顯著低于對照品種;成熟期時，所有谷子品種葉綠素含量均顯著高于對照黃金谷，赤谷16含量最高。

2.3 不同谷子品種測產結果

由表6可知，5個谷子品種產量均較對照顯著升高，赤谷10產量最高，較對照增產69.2%，其次為赤谷16和赤谷17，二者之間無顯著差異，且較對照品種黃金谷增產30.0%以上，再次為峰紅谷，較對照增產21.6%，最后為豫谷18，較對照增產14.3%。

2.4 谷子品種農藝和生理性狀與產量的相關性分析

比較成熟期時產量與谷子品種農藝和生理性狀的相關性，由表7可知，株高與干物質質量呈極顯著正相關，根質量與葉面積指數呈顯著負相關，干物質質量與葉綠素含量呈顯著正相關，產量只與葉面積指數呈極顯著正相關，而與其他性狀無相關性。

3 討論與結論

3.1 高產品種株高與根質量的差異性

本試驗中，高產品種在谷子生育期后期（抽穗期、灌漿期、成熟期）株高均顯著高于對照品種。但在高產品種之間，成熟期株高與產量之間并不呈現出相關性，高產品種成熟期株高在一個適度范圍內，赤峰地區高產谷子品種的理想株高在140～160 cm，表明株高可以代表一定程度上谷子營養生長狀況，高產品種株高會維持在一定的水平上，以保證生殖生長時提供足夠的營養物質。牛艷波在對小麥株型與產量相關性的研究上認為，植株過矮，減少了生物學產量，進而會影響產量的減少;另外矮稈的源較小，就無法同時保證源、庫、流的協調，最終也會影響植物的產量[9]。但是株高越高不代表產量會越高，反而會引起倒伏、徒長問題，導致產量下降。所以，高產品種的株高特征是維持在一個合適的范圍之間。楊惠杰等在對水稻莖稈性狀與抗倒伏及產量因子的關系研究中也得出相同結論[10]。

張耗等認為，根質量越高說明根系越發達，越可以為地上部分的生長提供營養物質支持，所以根質量應與地上部分（株高、干物質質量）和產量呈正相關性[11]。但是本次試驗中，產量最低的對照品種黃金谷根質量在生育期的各個時段均顯著高于其他品種（除豫谷18外）。環境脅迫對于根系生長有明顯正向刺激作用，脅迫因子促使根系在長度、密度方面增長，來進一步吸收土壤營養[12]。由此說明根質量與品種特性相關性較大，谷子作為西部地區重要的抗旱防災作物，其抗旱、抗鹽堿特點突出，而黃金谷為赤峰地區優質農家品種，深受農民喜愛，主要特點之一便是抗旱能力突出。黃金谷具有分蘗特性，但其有效分蘗少。無效分蘗可以增加根質量，但其爭奪營養物卻不能有效結實，致使產量不高。總之，在本次試驗中根質量并不能成為研究高產谷子理論的特征性狀。

3.2 高產品種葉面積指數與葉綠素含量的差異性

在本次試驗中，高產谷子品種其在各個生育期葉面積指數也顯著高于對照品種，且葉面積指數與產量呈極顯著正相關性，表明高產谷子葉面積指數前期增長速度快，數值高、高位保持時間長，為谷子前期生長獲得大量葉源，保證了充足的光合面積。羅宏海等在對棉花葉面積載荷量的研究中也得出相似結論[13]。赤峰地區高產谷子品種，抽穗期是葉面積指數應在4.5以上，并保持至灌漿期結束。

葉綠素含量高是高產品種的一個特征，但葉綠素含量主要受到品種特征影響。本試驗中，峰紅谷葉綠素含量在任何時期都表現較高，但其產量表現并不屬于前列，大田觀察可以明顯看出峰紅谷無論是莖稈還是葉片均比其他谷子品種深。顧駿飛等在水稻低葉綠素含量突變對光合作用及產量的影響中也發現，高葉綠素含量并不是葉片高光合速率的必需條件[14]。在今后的高光效育種中，挑選葉綠素含量適宜的品種更有利于葉片內氮素在其他光合器官中的分配，提高光合效率，最終獲得高光效品種。

3.3 高產品種干物質積累的差異性

本試驗中高產谷子品種在干物質積累方面表現為干物質積累速率較高，且各個時期干物質積累量較高。但干物質質量受株高等多方面影響，赤峰地區高產谷子品種干物質質量成熟期在50～70 g。湯永祿等在對小麥的研究中也得出，產量與各個生育階段的群體干質量和分蘗期、拔節期的個體干質量呈極顯著正相關，超高產品種具有前期生長旺盛、干物質

積累多，后期分配到籽粒的干物質比例較高等特點，這是高產的生理基礎[15]。

參考文獻：

[1]周穎. 赤峰市旱作谷子全膜機播簡化栽培技術[J]. 中國農技推廣，2015，31（2）：27-28.

[2]郭仁松，李斌，薛剛，等. 南疆超高產棉花源庫特征研究[J]. 新疆農業科學，2010，47（4）：649-654.

[3]李紅霞，黃國龍. 施氮量對陵兩優102群體結構和產量的影響初探[J]. 雜交水稻，2017，32（4）：39-41.

[4]夏瓊梅，李貴勇，鄧安鳳，等. 云南特殊生態區水稻高產機理研究[J]. 西南農業學報，2016，29（1）：6-10.

[5]呂邦民. 谷子高產結構及其生理指標的研究[J]. 黑龍江農業科學，1989（1）：1-5.

[6]王艷菲. 谷子的高產優質栽培技術[J]. 農業與科技，2017，37（19）：126-127.

[7]楊樹廷. 朝陽縣谷子高產栽培技術[J]. 現代農業科技，2017（8）：26，30.

[8]劉曉輝，高士杰，郭中校. 吉林省谷子高產理論研究進展[J]. 吉林農業科學，2006，31（4）：14-16.

[9]牛艷波. 不同小麥品系的產量和農藝性狀之間相關性分析[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2015：33-36.

[10]楊惠杰，房賢濤，何花榕，等. 福建超級稻品種莖稈結構特征及其與抗倒性和產量的關系[J]. 中國生態農業學報，2012，20（7）：909-913.