減源對(duì)密植夏玉米光合性能和產(chǎn)量的影響及其生理機(jī)制研究.pdf

1、玉米產(chǎn)量的提高部分歸因于種植密度的增加，但過(guò)高的種植密度使冠層中下部葉片光照條件變差，致使單株生產(chǎn)力降低。如何緩解該條件下群體光合與單株光合性能的矛盾成為當(dāng)前玉米高產(chǎn)栽培中急需解決的問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，密植玉米存在葉片冗余。冠層上部葉片遮擋了更有生產(chǎn)能力的中部葉片，去除部分上部葉片，利于單株光合性能的改善。本研究于2012-2013年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)和作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，種植密度為105000株hm-2，選用緊湊型玉米品種鄭

2、單958(Zhengdan958)和半緊湊型玉米品種金海5號(hào)(Jinhai5)。于吐絲后3天分別對(duì)兩個(gè)品種做不同程度去葉處理，包括去除植株頂部?jī)善~(S2)、四片葉(S4)、六片葉(S6)，以不去葉植株為對(duì)照(S0)。比較去葉能否緩解密植夏玉米群體與單株光合性能的矛盾、13C同化物在籽粒中的分配比例及籽粒產(chǎn)量是否有所增加，以期為延緩密植夏玉米葉片衰老、穩(wěn)定或提高單株生產(chǎn)能力探討新的技術(shù)途徑，同時(shí)也為耐密高產(chǎn)品種選育提供理論依據(jù)。主要研究

3、結(jié)果如下:
　　1.減源對(duì)密植夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響
　　高密度種植條件下不同程度去除穗位葉上部葉片對(duì)兩株型夏玉米產(chǎn)量性狀的調(diào)控效應(yīng)不同。適當(dāng)去除植株頂部?jī)善~顯著增加了密植玉米籽粒產(chǎn)量，但兩株型品種增加幅度不同:如金海5號(hào)S2處理產(chǎn)量2012和2013年度較對(duì)照分別增加15.41％和11.67％，而鄭單958兩年增幅分別為9.60％和9.81％?？梢?jiàn)，去除植株頂部?jī)善~對(duì)半緊湊型玉米品種金海5號(hào)產(chǎn)量調(diào)控效用更大。去除

4、植株頂部四片葉和六片葉處理因光合源強(qiáng)度的大幅減少顯著降低了籽粒產(chǎn)量，如金海5號(hào)S4處理籽粒產(chǎn)量?jī)赡贻^對(duì)照分別降低25.79％和27.59％，而S6處理兩年降幅分別為56.50％和55.62％。減源對(duì)兩株型玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素也有顯著影響。適當(dāng)去除植株頂部?jī)善~后穗粒數(shù)較S0無(wú)明顯變化，而粒重均顯著高于其他處理。以金海5號(hào)為例，S2處理粒重較對(duì)照兩年增幅分別為11.85％和2.95％;而S4處理兩年降幅分別為6.31％和5.50％，S6處理則

5、分別下降12.85％和7.25％。此外，去除植株頂部?jī)善~亦顯著增加了成熟期收獲穗數(shù)。
　　2.減源對(duì)密植夏玉米干物質(zhì)積累和分配的影響
　　兩年試驗(yàn)表明，年際間及互作效應(yīng)均顯著影響成熟期干物質(zhì)積累量。S2處理成熟期總干物重顯著高于其他處理，且增加了吐絲后干物質(zhì)積累量和吐絲后干物重占總干物重的比例，而S4和86處理顯著降低了成熟期總干物重，兩品種表現(xiàn)趨勢(shì)一致。不同去葉處理對(duì)成熟期各器官干物質(zhì)積累亦有顯著影響。莖稈干物重處理間和

6、年際間差異均達(dá)極顯著水平(P＜0.001)，且金海5號(hào)兩者互作效應(yīng)亦顯著(P＜0.05)。高密度種植條件下去除植株頂部?jī)善~顯著降低了成熟期莖稈干物重，使更多干物質(zhì)運(yùn)往籽粒;而過(guò)度去葉處理（S4和S6）莖稈干物重較對(duì)照顯著增加，使更多的干物質(zhì)滯留在莖稈中，不利于籽粒產(chǎn)量的形成。
　　3.減源對(duì)密植夏玉米群體光合性能的影響
　　去葉對(duì)兩株型密植夏玉米群體光合性能的調(diào)控效應(yīng)明顯。去除植株頂部?jī)善~(S2)自花后一直保持較高的CA

7、P和較長(zhǎng)的LAI高值持續(xù)期。蠟熟期，鄭單958和金海5號(hào)S2處理CAP較對(duì)照分別升高23.85％和38.08％。過(guò)度去除植株頂部四片葉和六片葉造成CAP的急劇下降。蠟熟期，鄭單958 S4和S6處理分別降低31.43％和42.14％，而金海5號(hào)S4和S6處理則分別降低26.36％和44.77％。由此可見(jiàn)，適度去除植株頂部?jī)善~有利于改善生育后期CAP，且對(duì)金海5號(hào)影響較大。此外，去葉可顯著改善冠層光照條件，然而過(guò)度去葉增加了生育后期的漏

8、光損失，不利于光能利用率的提高。
　　4.減源對(duì)密植夏玉米單株光合性能的影響
　　去葉顯著改善了密植夏玉米穗位葉Pn、gs、Ci。花后0～26 d，S6處理Pn、gs和葉綠素含量較對(duì)照顯著增加，之后急劇下降;自花后26 d，S2處理表現(xiàn)出較優(yōu)的單葉光合特性?；ê?2 d，鄭單958和金海5號(hào)S2處理Pn較對(duì)照分別升高22.58％和26.67％;鄭單958 S4和S6處理Pn分別下降8.80％和28.37％，而金海5號(hào)S4和S

9、6處理Pn分別下降3.65％和22.70％。此外，Ci的變化趨勢(shì)與Pn相反。由此可知，高密度種植條件下去除植株頂部?jī)善~可有效調(diào)控兩株型密植玉米單株生產(chǎn)力，能較好地協(xié)調(diào)高密度群體與個(gè)體的關(guān)系，且對(duì)半緊湊型品種金海5號(hào)調(diào)控效果更明顯。
　　5.減源對(duì)密植夏玉米葉片衰老特性及葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響
　　穗位葉SOD活性受不同程度去葉處理的影響。自花后26 d，S2處理SOD活性有明顯增強(qiáng)的趨勢(shì)，而S4和S6處理的SOD活性急劇降低

10、?；ê?2 d，鄭單958 S2處理SOD活性較對(duì)照S0升高9.97％，而金海號(hào)S2升高16.34％。與此同時(shí)，兩品種S2處理MDA含量均顯著低于對(duì)照，表明去除植株頂部?jī)善~降低了穗位葉膜脂過(guò)氧化程度。由此可知，去除植株頂部?jī)善~延緩了葉片衰老，且對(duì)半緊湊型品種金海5號(hào)的調(diào)控作用更大。然而，過(guò)度去除植株頂部四片葉和六片葉加速了穗位葉片的衰老。此外，高密度種植條件下去除植株頂部?jī)善~在籽粒灌漿中后期仍維持相對(duì)完整的葉綠體結(jié)構(gòu)，延緩了葉片衰

11、老;隨去葉程度的增強(qiáng)，葉肉細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)逐漸不完整，葉綠體膜結(jié)構(gòu)逐漸不完整，基粒逐漸溶解，加速了葉片的衰亡。
　　6.減源對(duì)密植夏玉米不同器官13C同化物分配的影響
　　不同程度去除密植玉米穗位葉上部葉片對(duì)13C同化物分配模式影響顯著。在吐絲后4天，當(dāng)籽粒是較弱的庫(kù)時(shí)，13C同化物主要分配在莖稈中，其次分配在剩余其他葉片和苞葉中，占到總同化物的50％左右。在籽粒灌漿過(guò)程中逐漸運(yùn)往籽粒。成熟期，去除植株頂部?jī)善~顯著降低了13C同

12、化物在莖稈和其他葉片中的分配比例，促進(jìn)了其向籽粒的分配。較對(duì)照而言，S2處理13C同化物向籽粒的分配比例增加15.57％。然而，S4和S6處理中其向籽粒的分配較對(duì)照分別下降13.91％和22.00％，主要是因?yàn)榇蟛糠?3C同化物滯留在莖稈和苞葉中，不利于籽粒產(chǎn)量的形成。
　　7.減源對(duì)密植夏玉米氮素積累及分配的影響
　　高密度種植條件下去葉顯著影響吐絲后四天和成熟期不同器官氮素積累和分配。吐絲后四天，大部分氮素分配在莖稈和葉

13、片中，占到總氮素含量的70％左右。成熟期，去除植株頂部?jī)善~顯著增加了植株總氮素積累量。以金海5號(hào)為例，去二葉處理成熟期植株總氮素積累量2012年和2013年較對(duì)照分別增加14.66％和11.17％。同時(shí)，去除植株頂部?jī)善~顯著降低了成熟期莖稈氮素積累量，使更多的氮素運(yùn)往籽粒，顯著增加了籽粒氮素積累量。然而，過(guò)度去除植株頂部四片葉和六片葉顯著降低了籽粒氮素積累量，使過(guò)多的氮素滯留在莖稈中，不利于其向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　8.減源對(duì)密植

14、夏玉米穗位葉片和籽粒激素含量的影響
　　高密度種植條件下不同程度去除穗位葉上部葉片對(duì)剩余穗位葉片IAA、ABA、ZR和GA含量具有明顯的調(diào)控作用。花后0-13 d，去葉處理穗位葉IAA、ZR含量均大于非去葉處理，26 d后處理間表現(xiàn)不一致:S2處理穗位葉在籽粒灌漿中后期維持較高的IAA、ZR含量，而S4和S6處理則顯著降低，表明適度去葉能延緩密植玉米葉片衰老。同樣，高密度種植條件下去除植株頂部?jī)善~處理花后ABA含量增加趨勢(shì)較緩，