豫西地区高产条件下夏玉米生理特性研究

孟战赢,王育红,沈东风,王向阳,张向召

(洛阳市农业科学院 ,河南洛阳 471022)

玉米是我国第二大作物。作为C4作物,玉米具有光合生产效率高、产量潜力大的特点[1],能高效集约利用光热等资源。预计到2030年中国人口达16亿,而人均耕地面积不足0.08 hm2,粮食缺口为1.2亿～1.5亿吨[2,3]。研究表明,高产田对我国粮食总产的贡献率为54.09%[4]。保障中国未来的粮食安全必须依赖单产的进一步提高,因此,进行高产栽培技术研究,掌握夏玉米的生理生态特性,大幅度地提高单产,对于保障我国粮食安全,促进农业和农村经济发展具有重要意义。

不同地区高产攻关重演性差,需要进行区域间研究,同时应加强生理指标的研究,以更深入的研究高产机理。豫西雨养区光热资源丰富,然而当地常年降雨量为 613.9 mm,属于半湿润偏旱区。由于受季风气候的影响,年内降雨分布不匀,其中60%～ 80%的降雨集中在 6～9月份。研究当地玉米高产栽培的技术措施,形成一整套玉米高产理论体系,深入研究高产玉米生理生态特性,分析高产机理,指导玉米高产栽培具有重要现实意义。本试验选用超高产玉米品种洛玉8号、登海602和洛玉7号,对其穗位叶硝酸还原酶、叶绿素含量、叶绿素荧光特性进行比较研究,探索高产品种的生理特性,为玉米超高产栽培提供理论依据。

1 试验设计与处理

试验在洛阳市农科院玉米综合试验站高产攻关试验田进行。选用的品种为洛阳市农科院选育的洛玉 8号和洛玉7号,以及山东登海种业选育的登海602。按照高产攻关田要求进行田间管理。6月 12日播种,10月 3日收获。播前撒施有机肥(鸡粪)71 610 kg/hm2,复合肥(撒可富)1 500 kg/hm2;苗期(6月 23日)施入尿素 112.5 kg/hm2,硫酸锌22.5 kg/hm2;拔节期(7月16日 )施入尿素 225 kg/hm2,硫酸钾 150 kg/hm2;大口期(7月 31日)施入尿素 150 kg/hm2,硫酸钾 225 kg/hm2;抽雄吐丝期(8月 19日 )施入尿素150 kg/hm2。在玉米生育时期不间断进行除草治虫,防治茎腐病等玉米常见病。其他田间管理按照高产攻关田要求进行。

2 测定项目与方法

(1)叶绿素荧光。在玉米抽雄吐丝期(8月14日)选取晴朗无风的天气,用美国 ADC公司生产的FIM1500型叶绿素荧光仪测定荧光日变化。于上午 8:00开始,每 2 h测定 1次叶绿素荧光动力学参数:初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、光系统Ⅱ (PSⅡ )的原初光能转化效率(Fv/Fm)及 Tm(从初始荧光产量到最大荧光产量所需的时间),并计算可变荧光(Fv)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)。分别按下式计算:Fv/F0=(Fm-F0)/F0,Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm。测定前叶片暗适应30 min。取其平均值进行分析。

(2)硝酸还原酶(NR)活性用磺胺比色法测定[5]。

(3)叶绿素含量参照 Arnon的方法[5],使用 722型光栅分光光度计比色。

(4)收获后考种计产,并计算经济系数和收获指数。

3 试验结果与分析

3.1 产量及产量构成因素比较

各品种产量结果列于表 1。从表1可以看出,洛玉8号产量最高,为 11 637 kg/hm2,比产量最低的登海602高 27.2%,比洛玉 7号增产14.5%。洛玉 8号产量高主要是千粒重、穗行数、行粒数、穗数等产量构成要素协调。 3品种比较,穗行数、行粒数最大的是登海602,但千粒重、出籽率较小;洛玉 7号千粒重最大,穗长最长,出籽率最高,但穗行数最小,穗粗最小,所以产量较低。

表1 各品种的产量及产量构成因素

3.2 各品种穗位叶硝酸还原酶活性变化

碳氮代谢作为植物体内基本的代谢途径,不仅影响作物的生长发育,而且很大程度上决定着产量[5]。硝酸还原酶参与硝态氮的还原过程,因而,植物组织中硝酸还原酶的活性直接影响植物体内的氮素代谢。

不同品种的穗位叶硝酸还原酶活性变化如图1所示。从图中可以看出,在散粉后13 d和散粉后20 d,穗位叶的硝酸还原酶活性维持在25μ g/g· h左右,而到了散粉后 27 d,穗位叶中的硝酸还原酶活性达到最大值,之后急剧降低,至散粉后41 d达到最低值。这说明在散粉后30 d左右穗位叶氮代谢最活跃,之后由于植株衰老,穗位叶氮代谢功能降低。不同品种间有所差异,散粉后各个时期登海602穗位叶硝酸还原酶最大,洛玉 7号次之,洛玉8号最小。

3.3 各品种穗位叶叶绿素荧光日变化

图1 不同品种穗位叶硝酸还原酶活性变化

不同品种的 PSⅡ的原初光能转化效率的日变化如图2所示。从图中可以看出,Fv/Fm的日变化呈倒抛物线趋势,随着的时间推移,Fv/Fm值先逐渐下降,当天的最低值出现在下午14:00左右,之后逐渐增大,说明光照对 PSⅡ的原初光能转化效率有一定的影响,光照强度和PSⅡ的原初光能转化效率呈负相关。不同品种有所不同,洛玉 8号Fv/Fm值最大,登海 602次之,洛玉 7号最小。

不同品种的 PSⅡ潜在活性(Fv/F0)的日变化如图3所示。从图中可以看出Fv/F0的日变化也呈近似倒抛物线趋势。不同品种之间有所不同,洛玉8号日变化趋势最大,洛玉 7号次之,登海 602最小。

3.4 不同品种穗位叶叶绿素含量变化

散粉后穗位叶叶绿素含量如图 4所示。从图中可以看出,散粉后 28 d前穗位叶叶绿素含量变化不大,在 4 mg/g左右,到散粉后 35 d左右达到最大值,随后穗位叶叶绿素含量逐渐减小,而到散粉后 49 d叶绿素含量维持在 5 mg/g左右。不同品种也有差异,洛玉 7号在散粉后 7 d时穗位叶叶绿素含量最大,之后穗位叶叶绿素含量则最小;登海602在散粉后7 d时穗位叶叶绿素含量最小,而到散粉后35 d则穗位叶叶绿素含量最大。

4 结论与讨论

禾谷类作物经济产量的 60%～100%来自开花后到成熟期的光合代谢产物,生育后期的光合功能直接影响到籽粒产量。高产玉米在密植条件下才能发挥增产潜力,最终产量取决于叶片对光能的吸收利用与转化,灌浆期间叶片的光合生理活性对籽粒产量形成尤为重要。

图4 不同品种穗位叶叶绿素含量变化

碳氮代谢作为作物体内基本的代谢途径,不仅影响作物的生长发育,而且很大程度上决定着产量。硝酸还原酶参与硝态氮的还原过程,因而,植物组织中硝酸还原酶的活性直接影响植物体内的氮素代谢。

穗位叶硝酸还原酶活性反映了穗位叶氮代谢强弱。试验中各品种在散粉后27d左右达到最大,3品种比较,登海 602最大,洛玉 7号次之,洛玉 8号最小,说明登海602具有较高的氮代谢能力。Fv/Fm和Fv/F0呈倒抛物线趋势,在14:00时达到最小值,3品种比较,洛玉 8号 Fv/Fm日变化最大,登海 602次之,洛玉 7号最小,说明洛玉8号光能利用率较高。穗位叶叶绿素含量则是在散粉后35 d达到最大值,3品种比较,登海 602最大,洛玉 8号次之,洛玉 7号最小,也说明登海 602穗位叶片具有较高的物质生产能力。但由于当年气候原因,登海 602雌雄蕊花期不能很好相遇,造成秃尖较长,结实率较低,同时登海 602千粒重较小,因此产量相对较低。而洛玉 8号光能利用率高,千粒重较大,结实率也较高,最终产量较高。

[1]黄振喜,王永军,王空军,等.产量15000 kg/hm2以上夏玉米灌浆期间的光合特性[J].中国农业科学,2007,40(9):1898-1906.

[2]裘 敏,刘旺清,魏亦勤,等.超高产技术与中国未来粮食安全 [J].内蒙古农业科技,2007,(1):15-17.

[3]戴小枫,孟宪学,刘世珍.养活 2030年 16亿人口需要新的农业科技革命[J].中国农学通报,1998,14(2):7-9.

[4]刘景辉,王志敏,李立军,等.超高产是中国未来粮食安全的基本技术途径 [J].农业现代化研究,2003,24(3):161-165.

[5]李和生.植物生理生化实验原理和技术 [M].北京:高等教育出版社,2000.127-128,192-194.