东北地区不同玉米品种光合指标和产量的差异研究

崔钰曼， 李志洪， 张 婷， 赵传拓

(吉林农业大学资源与环境学院，吉林长春 130118)

东北地区不同玉米品种光合指标和产量的差异研究

崔钰曼， 李志洪*， 张 婷， 赵传拓

(吉林农业大学资源与环境学院，吉林长春 130118)

[目的]为更好地选择光合性能好、物质生产能力强的玉米品种，对东北地区常见8个玉米品种的光合指标和产量进行研究，为生产中选择高光效玉米品种提供依据。[方法]试验于2013年在吉林省梨树县进行，在拔节期和吐丝期测定吉单27、穗禾369、先玉335、迪卡516、利民33、农华101、郑单958、京科968玉米品种净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及叶绿素含量，在成熟期分析玉米品种的光合效率及产量变化。[结果]在8个品种中，除京科968、迪卡516、利民33的平均光合速率在8.04～14.87 μmol /(m2·s)外，其他玉米品种的平均光合速率在16.96～23.53 μmol /(m2·s)；郑单958、利民33、迪卡516、先玉335的籽粒产量较高，大于8 372 kg/hm2，其余品种的产量在7 111～7 973 kg/hm2。[结论]郑单958、先玉335、利民33、迪卡516适宜在东北地区种植。

光合指标；玉米；产量

玉米是我国重要的粮食作物、饲料作物以及工业原料。在粮食危机日趋加重的今天，其种植面积却接近极限。只有进一步提高玉米的单产，才能保障其产出与消费的平衡[1]。光合作用是作物产量形成的物质基础。已有研究表明，90%～95%的植物干重都来自光合产物[2-3]。东北地区是我国重要的玉米生产和加工基地[4-5]。随着全球气候变暖，东北地区春季提前，生长季延长，生长季内总积温增加，使得东北地区适宜种植的玉米品种发生变化，玉米品种的种植范围出现北移和东扩[6-8]。所以，通过对东北地区常见玉米品种的光合指标和产量进行测定、分析，筛选出光合性能好、物质生产能力强的品种，以充分实现作物的生产潜力，保证高产稳产，减少盲目跨积温区种植导致的减产。这是保证东北地区玉米生产稳定、持续的有效途径。

1 材料与方法

1.1 田间试验田间试验于2013年在吉林省四平市梨树县中国农业大学实验站内进行。梨树县位于吉林省西南部，地理位置在E123°45′～124°53′，N42°49′～43°46′，地处松辽平原，属于北温带半湿润季风大陆性气候。该县年平均气温5.8 ℃， ≥0 ℃积温为3 207 ℃，年平均日照时数为2 700 h，无霜期150余天，年平均降水量为577.2 mm。在全球变暖的气候背景下，梨树县气温呈显著上升的趋势，日照时数呈显著下降的趋势[4]。

试验田土壤类型为黑土。0～20 cm土壤耕层有机质含量为2.44%，速效磷(P2O5)含量为9.09 mg/kg，速效氮(碱解氮)含量为145.2 mg/kg，速效钾含量为156.73 mg/kg，pH为5.11。

1.2 试验设计选择该地区主推玉米品种8个，即吉单27、穗禾369(早熟组)，先玉335、迪卡516、利民33(中熟组)，农华101、郑单958、京科968(中晚熟组)。除利民33种植密度为7.5万/hm2外，其他品种密度均为6万/hm2。每个品种设3次重复，小区面积36 m2，常规耕作管理。

播种日期为5月8日，人工播种。土壤基肥为NPK化肥(复合肥)，其中N 63.8 kg/hm2，K2O 68.3 kg/hm2，P2O572.8 kg/hm2。在玉米拔节期追施氮肥136.2 kg/hm2，总施氮量为200 kg/hm2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1光合指标测定。在玉米拔节期和吐丝期，选择一晴朗无风天的上午，用Li-6400型便携式光合测定仪测定植株的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。在每个区选取3～4个植株，测定拔节期的向阳最上展开叶，并且做好标记。在吐丝期，测定同一植株的同一叶片中部。

1.3.2叶绿素测定。取测定光合指标的临近植株相同叶位叶片，带回室内，用浓度80%丙酮溶液提取，用分光光度计法测定叶绿素含量[9]。

1.3.3产量测定。在玉米成熟期，在每个小区中间地段选取10 m2进行测产。同时，在每个小区取标准穗三穗带回实验室，烘干后按照比例估算籽粒单位面积产量。

1.4 数据分析所有数据均在Excel和SPSS17.0软件中进行分析。

2 结果与分析

2.1 光合作用差异

2.1.1净光合速率。光合作用是叶绿素吸收太阳光能，将CO2同化为有机物的过程。其净光合速率是衡量光合效率的重要指标之一，也是决定干物质生产的主要因素之一。由图1可知，在玉米拔节期，穗禾369和农华101的净光合速率较高，在25～30 μmol/(m2·s)之间，郑单958和先玉335的净光合速率处于中等水平(20.7～22.7 μmol/(m2·s))，利民33、迪卡516和吉单27的净光合速率低于20 μmol/(m2·s)，京科968的净光合速率在13 μmol/(m2·s)以下。

在玉米吐丝期，农华101的净光合速率相对较高，为21.1 μmol/(m2·s)，京科968的净光合速率较低，为5.4 μmol/(m2·s)，其他品种的净光合速率值处于中等水平(12～20 μmol/(m2·s))。

此外，8个玉米品种在吐丝期的净光合速率值都小于拔节期，其中京科968和穗禾369减少较多，分别减少了49%和40%；吉单27减少值最小，减少了 2.6%；其余品种减少值在14%～32%之间。

2.1.2蒸腾速率。由图2可知，在玉米拔节期，农华101品种的蒸腾速率最高，为6.1 mmol/(m2·s)；京科968玉米品种的蒸腾速率最低，为1.8 mmol/(m2·s)；其他玉米品种的蒸腾速率值在3.0～4.4 mmol/(m2·s)之间。

在玉米吐丝期，农华101和穗禾369的蒸腾速率较大，大于3 mmol/(m2·s)；京科968的蒸腾速率最小，为0.87 mmol/(m2·s)；其他品种的蒸腾速率较稳定，维持在1.5～2.5 mmol/(m2·s)之间。

8个玉米品种的吐丝期蒸腾速率都小于拔节期的蒸腾速率，其中京科968、先玉335、迪卡516及农华101品种的蒸腾速率减少较多，分别减少了53.1%、45.7%、43.3%和44.2%；利民33和吉单27的吐丝期蒸腾速率分别比拔节期减少了32.8%、23.9%；郑单958和穗禾369品种的吐丝期蒸腾速率较拔节期减少最小，分别为17.3%和14.5%。

2.1.3气孔导度。 气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道，气孔状态对光合作用有重要影响，因此气孔导度和光合指标有密切的关系。从图3可以看出，不同玉米品种拔节期与吐丝期的气孔导度的规律性与同时期测得的蒸腾速率的规律性相一致。其中，京科968、先玉335、迪卡516和农华101品种的气孔导度减少值较多，分别减少了57.2%、53.6%、60.9%和52.7%；吐丝期利民33和穗禾369的气孔导度分别比拔节期减少了33.5%、34.2%；郑单958和吉单27品种的气孔导度减少较小，分别为2%和14.9%。

2.2 叶绿素含量变化从图4可以看出，在玉米拔节期，迪卡516、农华101和穗禾369品种的叶绿素含量较高，在2.6～3.0 mg/g之间，其他玉米品种的叶绿素含量在2.2～2.5 mg/g之间。在玉米吐丝期，利民33、迪卡516、吉单27以及穗禾369的叶绿素含量都大于3 mg/g，其他品种的叶绿素含量较低，在2.3～2.9 mg/g之间。

相比较而言，8个玉米品种的叶片叶绿素含量皆为吐丝期大于拔节期，其中利民33和吉单27品种的叶绿素含量增加较多，分别增加了40.8%、30.7%；郑单958和农华101品种的叶绿素含量增加较少，分别为7.0%、8.0%；其他品种的叶绿素含量增加百分率在10.5%～26.4%之间。

2.3 拔节期光合指标叶绿素含量是光合作用的物质基础之一，其含量直接影响对光能的吸收和转换。从图5可以看出，在拔节期8个玉米品种的叶绿素含量(Y)与净光合速率(X)存在直线关系，Y= 0.033 3X+1.831(r=0.748 9,n=8)，两者有0.05水平显著的正相关关系。这说明随着叶绿素含量的增加，光合速率呈增加趋势。

从2个时期玉米的光合速率、蒸腾速率和气孔导度的变化可以看出，8个玉米品种的变化规律基本一致，说明三者之间有明显的正相关性。从图6可以看出，在拔节期，光合速率与蒸腾速率的相关系数达到0.646 1。

2.4 籽粒产量从图7可以看出，郑单958、利民33、迪卡516的产量较高，分别为9 206、8 954、8 847 kg/hm2；京科968、穗禾369的产量较低，分别为7 347、7 111 kg/hm2；剩余品种的产量都维持在7 651～8 478 kg/hm2。

3 结论与讨论

众多研究表明，提高光能利用率是进一步提高作物产量的主要途径[10]。合理、有效地利用光能是获得高产的基本保证[11]。8个玉米品种的净光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量有明显的正相关关系。这与武志海等[12-13]研究结果相一致。气孔导度影响蒸腾速率的变化，而蒸腾速率是影响植株水分利用的重要因素之一[14]，因此气孔导度与蒸腾速率越小，玉米植株的抗旱性越强。

虽然8个玉米品种吐丝期的光合速率都小于拔节期，但玉米叶片的叶绿素含量增加。这是由于测定的叶片叶位偏下，而下部叶片的光合速率要低于上、中部叶片[15-16]。随着玉米的生长，下部叶片遮光明显，光照不足，并且叶龄增加，所以尽管8个玉米品种的叶绿素含量增加，但吐丝期的光合速率要小于拔节期。这与童淑媛等[17-20]研究结果基本一致。

试验中，8个玉米品种的光合速率与产量的相关关系不密切。以利民33和迪卡516为例，2个品种的产量较高，但光合速率较低。这是由于玉米产量受多个因素的影响，并且8个玉米品种的株型、光合面积、呼吸作用等性状各不相同，单位叶面积的光合速率并不是产量高低的衡量标准，但不代表光合速率与产量无关。这与杜维广等[21-22]研究结果相一致。在我国玉米品种的更替过程中，新品种具有较高的光能利用率和群体光合速率。光合作用是玉米产量形成的基础，是进一步提高产量的重要因素，因此提高群体光合性能是获得高产的基本保证。

综合8个玉米品种的光合指标，光合能力较强且在吐丝期和拔节期变化差异较小的品种有利民33、郑单958、农华101；京科968的光合能力较弱且在吐丝期光合速率降低较多；其他品种的光合能力处于中等水平。由于叶绿素含量与净光合速率呈正相关关系，可以通过提高叶绿素含量或筛选一些叶绿素含量较高的玉米品种，提高玉米的光合速率，进一步确保玉米高产。蒸腾速率和气孔导度则可作为筛选抗旱玉米品种的指标之一。将8个玉米品种的光合速率平均值与籽粒产量进行比较后，可以得出产量较高、光合速率处于中等以上水平的品种有郑单958、先玉335，产量较高但光合速率处于中下等水平的品种有利民33、迪卡516，产量在中等水平但光合效率处在中上等水平的品种有农华101、吉单27。京科968的光合效率最低且产量较低，说明该品种在东北地区不能较好的利用光能。穗禾369虽然光合能力较强，但是产量最低。这可能与其抗逆性较弱有关，具体原因还有待进一步研究。

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Study on Differences of Photosynthetic Characteristics and Yield of Different Maize Variety in Northeast

CUI Yu-man, LI Zhi-hong*, ZHANG Ting et al

(College of Resources and Environment,Jilin Agricultural University, Changchun, Jilin 130118)

[Objective]In order to choose maize varieties which had better photosynthetic performance and production ablity, 8 common maize varieties were selected in Northeast China, and the photosynthetic indices and yield which would offer gist for the selection of the maize with the high photosynthetic efficiency were studied. [Method]Field experiments were conducted in Lishu, Jilin Province to study photosynthetic efficiency and influencing factors of Jidan27, Suihe369, Xianyu335, Dika516, Limin33, Nonghua101, Zhengdan958 and Jingke968. The net photosynthetic rate，transpiration rate, stomatal conductance and chlorophyll content were determined at jointing and silking stages, and the yield was determined at mature period. [Result]The average Pn of Jingke968，Dika 516 and Limin33 were 8.04-14.87 μmol /(m2·s), and the others were 16.96-23.53 μmol /(m2·s). Zhengdan 958, Limin 33, Dika 516 and Xianyu 335 had a higher grain yield, morn than 8 372 kg/hm2, and the grain yield of remaining varieties was 7 111-7 973 kg/hm2. [Conclusion] Zhengdan958, Xianyu335, Limin33 and Dika516 were suitable for planting in Northeast China.

Photosynthetic characteristics; Maize; Yield

“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAC09B01)。

崔钰曼(1990- ),女,山东临沂人,硕士研究生，研究方向：植物养分高效利用与土壤GIS应用。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事土壤养分高效利用、精准农业、GIS农业应用研究。

2015-03-24

S 513

A

0517-6611(2015)13-012-03