不同类型玉米品种冠层结构及光合性能研究

河南省土壤肥料站 胡娜

郑州市粮丰农业科技有限公司 杨青军

玉米是我国的重要粮、经、饲作物，种植面积和总产量超过水稻和小麦，位居第一。而且玉米是C4植物，呼吸作用消耗的干物质少，光合效率高，对粮食增产有很大意义。近年来，玉米机械化粒收是玉米生产发展的方向，是目前我国实现玉米生产全程机械化的瓶颈。玉米机械粒收的质量指标主要包括籽粒破碎率、杂质率和损失率。国内外研究表明，玉米籽粒含水率显著影响籽粒收获质量，含水率越高，籽粒的破碎率就越大，且籽粒破碎率和杂质率随含水率的上升显著增加。因此，适应机械化粒收的品种是今后研究的热点。河南省玉米品种区试也率先增加了机收组，桥玉8号为机收组对照品种。随着生产上机械粒收的推广，这类品种的冠层特性、群体内的光分布、光合特性等需要研究。本试验主要对适宜机械粒收品种与其他生产上大面积推广的品种进行研究，为进一步培育紧凑型、高光效、适宜机械粒收玉米品种提供理论依据。

一、材料与方法

（一）试验材料和地点

此次试验的品种为：浚单20、浚单22、郑单958、桥玉8号、豫单603、桥玉20共6个品种。试验安排在黄泛区农场农业科学研究所试验田。

（二） 试验设计

试验采用随机区组试验设计，每个小区长10 m，宽4 m，宽窄行种植（宽行70 cm，窄行50 cm），按照高产田标准进行管理。小区分为4个重复，每个重复6个小区，共24个小区。

（三）测定指标及方法

1. 叶面积指数。在拔节期（6叶展）、大喇叭口期（12叶展）、吐丝期系统测定叶面积。选取具有代表性的植株5株，在各时期测定叶片长度、叶片最大宽度，叶面积=叶片长度×叶片宽度×校正系数（展开叶0.75，未展开叶0.5）计算，单位为m2。各时期的单株叶面积为各单叶面积之和，单位土地面积上的总叶面积则为平均单株叶面积与总株数之积。叶面积指数LAI的计算公式为：

GA-土地面积。 LA为该土地面积上的总叶面积。

2.茎叶夹角、叶向值。茎叶夹角定义为叶片平面与茎秆垂直方向的夹角，是决定群体透光和受光姿态的重要指标。茎叶夹角越小，说明叶片坚挺上举，植株越紧凑。

叶向值（LOV）：叶向值是表示叶片挺拔、上冲和空间下垂程度的综合指标。叶向值越大，表明叶片挺拔、上冲性越强，株型越紧凑；值越小，表明叶片平展，下垂程度越大，上冲性差，株型越平展松散。

抽雄吐丝期用教学量角器测量植株的茎叶夹角θ，用卷尺测量叶片最高点（下垂点）到叶环的长lf（cm）和叶片理直后叶环至叶尖的叶片总长度l（cm），用下式计算叶向值：

为测定的叶片数。

3.光合有效辐射。光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）是能够被绿色植物的叶绿体吸收并用于光合作用，实现物质积累的那部分辐射。一般定义在400～700 nm波段。PAR是形成生物产量的基本能源，直接影响着植物的生长、发育、产量和产品质量，也是到达地表面的太阳辐射光谱中最重要的波段之一。

冠层内PAR透光率，即冠层内穗位的PAR与冠顶PAR的比，在不同时期采用LAI-2000型冠层分析仪进行测量。

4.光合速率。在大喇叭口期、吐丝期、成熟期使用LI-6400型便携式光合系统测定不同品种玉米叶片的净光合速率（Pn）。

二、结果分析

（一）不同玉米品种冠层特性的比较分析

1.不同品种不同生育期叶面积指数的比较分析。由图1可以看出，所选的6个紧凑型玉米品种在拔节期叶面积指数差别不大。大喇叭口期6个品种叶面积指数（LAI）大小关系为：桥玉20＞浚单20＞郑单958＞桥玉8号＞浚单22＞豫单603；吐丝期6个品种叶面积指数（LAI）大小关系为：桥玉20＞郑单958＞桥玉8号＞浚单20＞浚单22＞豫单603。同时，叶面积指数在整个生育前期增长较快，在吐丝期前后达到最大值。这些结果表明6个紧凑品种的最大叶面积指数都在5～6；在所选择的6个紧凑型品种中桥玉20的叶面积指数在大口期和吐丝期期均最大，拥有较好的叶面积指标，其次为郑单958，豫单603叶面积指数最低。

2.不同品种叶夹角、叶向值的比较分析。茎叶夹角和叶向值是玉米群体冠层特征的2个重要参数。茎叶夹角和叶面积对玉米的群体生长率（CGR）影响较大，即在一定的范围内，叶面积越大，夹角越小，群体生长率越高，主要原因是群体的光截获率增加，群体光合速率提高增加了干物质积累。另外，茎叶夹角和叶面积对群体光合速率的影响较大。在早晨或傍晚，当太阳射线几乎水平进入玉米群体时，茎叶夹角或叶面积对群体生长率的影响很小，在中午，紧凑型玉米较高的叶面积指数有利于提高群体生长率。所以，紧凑型玉米的增产潜力，只有在较高的叶面积指数的前提下，才能得以发挥。

紧凑型玉米品种茎叶夹角小，叶向值大的特点，增加了田间透光率。徐庆章等研究团队通过人工改型试验证明：玉米的最佳茎叶夹角为10°，最适叶向值为64.63。

由图2可看出，品种间叶夹角表现为：豫单603＞郑单958＞桥玉20＞浚单20＞浚单22＞桥玉8号，并且前5个品种都大于20°，只有桥玉8号为18.4°；叶向值大小关系为：桥玉8号＞浚单22＞浚单20＞桥玉20＞郑单958＞豫单603，且均大于45°。说明桥玉8号株型最紧凑，其次为浚单22、浚单20、桥玉20、郑单958、豫单603。

（二）不同品种玉米光合有效辐射的比较分析

前期研究结果证明：玉米冠层内平均PAR的垂直分布具有随着向下累计叶面积指数的增加而指数递减的趋势。在冠层中上部，PAR透光率较高，递减很明显，冠层下部则维持较低水平，变化不大。

由图3可看出，吐丝期品种间透光率差异明显，宽行的透光率大小顺序为：郑单958＞桥玉8号＞浚单22＞浚单20＞桥玉20＞豫单603。在窄行对比中各品种间差别也较为明显，透光率由高到低为：浚单20＞浚单22＞郑单958＞桥玉8号＞桥玉20＞豫单603。

这些结果说明：在宽窄行种植情况下，宽行与窄行的透光率有很大的差别。其中，宽行的桥玉8号、郑单958、浚单22透光率较好；窄行的浚单20、浚单22、郑单958透光率较好。总体上桥玉8号、郑单958、浚单22透光率表现较好。

（三）不同品种间不同生育时期光合速率的比较分析

不同品种在不同生育时期光合速率有明显差异。由于光合速率的测量跟天气、LI-6400型便携式光合系统的稳定性等很多因素有关，因此，在光合速率的对比分析中采取在同一生育时期大致相同的条件下进行横向对比，不同生育时期不在进行纵向对比。

拔节期（图4）光合速率的高低依次为：豫单603＞桥玉8号＞郑单958＞浚单22＞浚单20＞桥玉20；大喇叭口期（图5）光合速率高低依次为：浚单20=浚单22＞豫单603＞郑单958＞桥玉8号＞桥玉20；吐丝期（图6）光合速率高低依次为：浚单22＞豫单603＞桥玉20＞浚单20＞桥玉8号＞郑单958；吐丝期25 d（图7）光合速率的高低依次为：浚单22＞桥玉20＞郑单958＞豫单603＞浚单20＞桥玉8号。

图1 不同品种不同生育时期的叶面积指数（LAI）

图2 不同品种的叶夹角与叶向值的a对比

图3 吐丝期不同品种透光率

图4 拔节期不同品种光合速率（CO2μ mol／（m2·s））

在光合速率这一指标上，浚单22比其他5个品种表现好；豫单603前期表现较好，吐丝后在整体对比中光合速率下降。郑单958和浚单20两个品种表现相对稳定。桥玉20属于晚熟品种，大喇叭口期以后光合速率呈增长趋势，后期表现较好。桥玉8号拔节期表现较好，后期对比中表现较差。因此，各品种在光合速率这一指标的整体对比中的表现优劣顺序为：浚单22、豫单603、郑单958、桥玉20、浚单20、桥玉8号。

三、讨论与小结

玉米光合作用已经在器官、个体和群体等不同层次进行了研究。据研究，玉米植株无论从光合强度还是光合面积，叶片的光合几乎占据了植株的全部。由于叶片是玉米的主要光合器官，郑丕尧及其他研究者从叶片形态特征、内部结构、光合速率动态特征等方面进行了深入的研究，并从叶片的光合性能的各个角度进行了综合分析，明确了叶片光合速率在物质生产以及产量上的重要作用。王珍等人研究表明，玉米冠层内单叶光合速率的变化规律是上层叶＞中层叶＞下层叶，而盛晋华等研究认为，玉米植株不同叶位叶片的光合速率表现为中位叶＞上位叶＞下位叶。盛晋华和赵明研究结果表明，玉米叶片光合速率日变化呈单峰曲线。以往用单叶测定时光合速率有“午休”现象，这是群体光合速率和单叶光合速率日变化的不同之处。对于玉米群体全生育期光合速率变化规律研究有单峰、双峰、多峰型，但由于测定时的环境条件的影响，各种结论难以相互比较。

玉米冠层中光分布造成的光合作用的差异远远大于其他因素造成的差异。光照强度是决定光合速率的主导因素。王庆成等研究结果表明，玉米群体光合速率的日变化与光照强度的日变化相一致，上午随光强增强而逐渐提高，中午达最大值，而下午随光照减弱而逐渐降低。光在玉米群体中的分布状况主要由冠层结构决定，在冠层结构中叶片起最主要的作用，与光分布及其对光能的利用有着密切的关系。丁希武等人据1994—1995年对玉米生育时期的观测，表明不同玉米群体在同一生育阶段的叶层结构不尽相同，其透光率不同。同一玉米群体在不同生育段的透光率也不相同。由于不同的玉米株型也造成了不同的群体结构，从而对光在冠层中的分布也产生了影响。薛吉全等人从不同层次的群体透光率研究表明，不同品种相比较，紧凑型玉米的上层透光率和地面透光率大于平展型玉米的上层透光率和地面透光率，而中层透光率差异则不大。这就说明紧凑型玉米由于叶片上挺，直立的叶片使上层光较多的漏射到下层，群体下部接受的光能较多，使群体下部叶片遮阴程度减弱。这种光分布特点决定了耐密的紧凑型玉米在高密度条件下，利用其株型结构把所接受的光能合理地分配到群体内各叶层，从而使群体内透光率还能维持较高水平，满足了叶片光合作用对光能的需要。

图5 大喇叭口期不同品种光合速率（CO2μ mol／（m2·s））

图6 吐丝期不同品种光合速率（CO2μ mol／（m2·s））

图7 吐丝后25天不同品种光合速率（CO2μ mol／（m2·s））

因此在生产中，要考虑群体结构，有了合理的群体结构，也就决定了合理的光分布，从而使玉米光能利用率达到最高，光合作用水平达到最佳状况，为玉米获得高产提供了优越的光环境。

通过对6个紧凑型玉米品种在冠层特性、光截获、光合特性相关指标的对比分析，得出以下结论：6个品种中桥玉8号、浚单20有较好的冠层结构。同时，由于拥有较好的冠层结构桥玉8号、浚单20表出较好的透光率，群体内光分布较为合理。不同品种在光合速率的整体对比中的高低顺序为：浚单22、豫单603、郑单958、桥玉20、浚单20、桥玉8号。由此可见，适宜机械化粒收、冠层结构合理、光合速率高的桥玉8号是下一步育种的方向。