密植条件下玉米品种混播对夏玉米光合性能及产量的影响

探究密植条件下玉米品种混播对夏玉米光合性能及产量的影响。在82 500株 hm ^-2种植密度下, 选用郑单958 (ZD958)和登海605 (DH605), 在大田条件下设置M(两种子相同数量混合后随机混播)、1行郑单958和1行登海605混播(1:1)、2行郑单958和2行登海605混播(2:2)、单播郑单958 (SZD958)和单播登海605 (SDH605) 5个水平, 研究密植条件下玉米品种混播对黄淮海夏玉米产量、群体干物质积累量、净光合速率、叶片衰老酶活性、冠层透光率等的影响。两年结果表明, ZD958和DH605混播可显著改善玉米生育后期群体透光率, 使叶面积指数、叶绿素含量和穂位叶净光合速率较单播显著增加, 干物质积累量显著增加。混播处理较单播增加生育后期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白含量, 与此同时, 丙二醛(MDA)含量降低。混播显著增加玉米群体产量, 究其原因是穗粒数和千粒重的有效增加。M、1:1、2:2处理的两年平均产量较SZD958和SDH605分别增加11.47%、8.70%、8.48%和9.30%、6.42%、6.20%, 其中M、1:1、2:2处理间没有显著差异。混播处理通过优化冠层结构, 改善群体通风透光条件, 延缓叶片衰老, 减缓花后叶面积指数和叶绿素含量降低, 保持较高的净光合速率, 致使群体干物质积累量增加, 产量提高。可见, 合理品种搭配的混播栽培可显著提高密植夏玉米产量, 是提高黄淮海区夏玉米产量的可选途径之一。     

玉米生产上3个主推品种光合特性、干物质积累转运及灌浆特性

以当前玉米生产主推品种郑单958、先玉335和京科968为试验材料, 考察其光合特性、干物质积累与转运及籽粒灌浆特性, 以揭示高产玉米品种的产量形成特性, 为玉米高产生产提供依据。结果表明: (1)产量以京科968最高、先玉335次之、郑单958最低, 京科968分别较郑单958和先玉335高14.55%和7.93%。(2)穗位叶净光合速率和冠层光合能力表现为京科968>先玉335>郑单958, 且吐丝期>乳熟期。京科968吐丝期和乳熟期的穗位叶净光合速率分别比先玉335高7.84%和16.78%, 比郑单958高22.23%和24.44%; 冠层光合能力分别较先玉335高38.77%和58.41%, 较郑单958高50.83%和56.49%。(3)花后干物质积累量、转移量、干物质转运率和干物质转运对籽粒贡献率均以京科968最高, 分别比先玉335高13.72%、21.20%、6.32%和4.77%, 比郑单958高31.87%、39.96%、18.49%和10.42%。(4)籽粒灌浆参数在不同品种间存在较大差异, 京科968与先玉335的平均灌浆速率(0.73和0.75 g 100-grain^-1 d^-1)相当, 且均高于郑单958 (0.67 g 100-grain^-1 d^-1); 活跃灌浆期以郑单958 (53.69 d)最长、京科968 (51.02 d)次之、先玉335 (48.95 d)最短。(5)相关分析表明, 产量与净光合速率显著正相关, 与花后干物质积累量及转运率极显著正相关。京科968具有较高的光合效率、花后干物质积累量及转运率、灌浆速率及较长的灌浆持续期, 是较郑单958和先玉335高产的重要原因。     

大田淹水对夏玉米光合特性的影响

选用登海605和郑单958为试验材料,在大田条件下设置淹水时期(三叶期、拔节期、花后10 d)和淹水持续时间(淹水3 d和6 d)处理研究淹水对夏玉米光合特性的影响。结果表明,淹水胁迫后叶面积指数和叶绿素含量显著下降,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)显著降低,三叶期淹水6 d对其影响最显著,开花期郑单958和登海605功能叶片的Pn、Gs、Ci较对照的分别下降21.24%、33.65%、16.49%和24.50%、32.31%、10.99%。淹水后叶片的Fv/Fm、Fm/Fo、ΦPSII显著下降,三叶期淹水6 d后影响最显著,登海605和郑单958分别下降16.86%、17.12%、11.67%和13.58%、21.40%、22.52%,这是导致夏玉米产量显著下降的主要光合生理机制,三叶期淹水6 d产量降幅最大,登海605和郑单958较对照分别下降41.51%和40.96%。三叶期淹水造成的影响最大,拔节期淹水次之,开花后10 d淹水造成的影响较小,其影响随淹水持续时间的延长而加剧。     

ACC处理对不同基因型玉米幼苗响应氮素供给的调控效应

乙烯对玉米生长发育与形态建成具有重要调控作用,但乙烯对玉米氮素吸收与积累调控效应缺乏深入研究,局限了乙烯在玉米丰产高效栽培中的应用。本研究以郑单958、瑞福尔1号和德美亚3号3个玉米品种为试验材料,比较研究不同基因型玉米植株对氮素供给的响应差异,结合外源添加乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid,ACC),分析乙烯对不同基因型玉米氮素吸收的调控效应。研究结果表明,在低氮条件下,氮素敏感型品种(德美亚3号和瑞福尔1号)比郑单958叶片缺氮表型明显,对ACC处理敏感,而且ACC处理抑制玉米植株地上和地下部的生长和干物质积累;ACC处理抑制了低氮下叶片叶绿素合成,降低叶片可溶性蛋白积累,促进玉米叶片早衰,其中ACC处理郑单958叶片叶绿素和可溶性蛋白含量均显著高于德美亚3号和瑞福尔1号;进一步研究发现,低氮处理抑制乙烯合成关键酶基因ZmACS7和ZmACO15的表达,降低乙烯含量,ACC处理促进低氮条件下ZmACS7和ZmACO15基因的表达,提高乙烯含量;低氮处理抑制玉米根系中ZmNRT2.1表达,但ACC处理促进低氮下玉米根系中ZmNRT2.1表达,其中郑单958根中ZmNRT2.1表达在低氮条件下显著高于德美亚3号和瑞福尔1号。研究结果表明乙烯通过调控玉米植株乙烯合成关键酶基因和ZmNRT2.1表达,调节了氮素吸收与分配,影响了植株生长,其中氮素敏感性品种比持绿型品种对乙烯更为敏感。     

不同春玉米品种花后光合物质生产特点及碳氮含量变化

玉米高产实践表明增加花后干物质生产对于产量的进一步增加具有重要作用。为了探明高产条件下花后干物质生产增加的原因,本研究比较了玉米品种登海661 (DH661)、中单909 (ZD909)和970的产量差异,并利用产量性能分析理论剖析了花后的产量性能参数,分析了花后主要功能叶穗位叶的叶绿素含量、净光合速率和碳、氮含量的变化。结果表明,品种间的产量差异显著,产量较高的品种(DH661和ZD909)具有较高的穗粒重,而DH661具有较多的穗粒数(466.7),ZD909具有较高的粒重(392.7 g);产量较高的品种后期干物质生产及其向籽粒的分配比例高,产量性能分析表明花后的平均叶面积指数(mLAI)及光合势(LAD)与干物质生产及产量均呈显著正相关;产量较高的品种花后穗位叶叶绿素、全碳和全氮含量下降慢,碳氮比值增加慢,光合速率在整个灌浆期相对较高,光合产物不仅向籽粒运转,还能在叶片中以淀粉的形式持续积累,在后期随着光合速率的下降,淀粉才开始降解向籽粒运输。可见玉米花后碳氮代谢协调、光合作用和物质生产能力衰减缓慢对于有效维持较高平均叶面积指数和光合势,进一步提高作物产量具有重要意义。     

夏玉米籽粒胚乳细胞增殖及产量对不同光照的响应

为了探讨不同光照条件对夏玉米籽粒胚乳细胞增殖及产量的影响,2012—2014年于山东农业大学试验农场进行了大田试验,选玉米品种郑单958和登海605为试验材料,设置大田自然光照(CK)、开花至收获期遮阴(S1)、拔节至开花期遮阴(S2)、出苗至收获期遮阴(S3)和开花至收获期增光(L)5个处理,研究其对夏玉米籽粒胚乳细胞增殖、籽粒灌浆、淀粉含量、干物质积累及产量的影响。结果表明,遮阴后籽粒胚乳细胞增殖速率、细胞数目和淀粉积累量降低,细胞充实度下降,粒重显著降低,且S3对其影响最大,S1次之,S2影响相对较小。郑单958和登海605两个品种S1、S2和S3成熟期的胚乳细胞数目较CK分别降低33%、6%、29%和41%、5%、29%,DH605 L处理显著提高了胚乳细胞增殖速率、胚乳细胞数目及淀粉含量,细胞充实度和粒重显著上升。遮阴导致籽粒灌浆速率减缓,灌浆高峰期推迟,2个品种S1、S2和S3的最大灌浆速率较CK分别降低34%、13%、58%和38%、13%、64%,登海605L处理提高了籽粒灌浆速率,籽粒灌浆高峰期提前出现。2个品种S1、S2和S3较CK分别减产58%、26%、81%和67%、27%、81%,登海605 L处理增产9%。即遮阴降低了籽粒胚乳细胞数目、淀粉含量和灌浆速率,进而影响产量,花粒期充足的光照则有助于籽粒胚乳细胞增殖和产量提高。     

不同基因型夏玉米间作对产量及氮素吸收利用的影响

为探究不同氮效率夏玉米品种间作的氮肥增产效果,采用田间试验研究了不同施氮水平下,不同氮效率夏玉米品种间作种植模式对其产量、氮素积累量、地上部生物量、光合特性及氮肥利用效率的影响。结果表明,不施氮水平下,郑单958和浚单20间作较郑单958和浚单20单作产量分别增加8.82%和6.34%,吐丝期净光合速率分别增加47.68%和30.89%;施氮240 kg/hm~2水平下,间作较郑单958和浚单20单作产量分别增加7.19%和5.88%,吐丝期净光合速率分别增加27.31%和22.16%;施氮450 kg/hm~2水平下,间作较郑单958和浚单20单作产量分别增加6.53%和5.31%,吐丝期净光合速率分别增加19.20%和7.43%。间作模式下,施氮240,450 kg/hm~2,玉米分别增产9.55%和11.22%,但2个氮水平间差异不显著。郑单958和浚单20间作提高了夏玉米氮素积累量,氮肥利用率提高3.10~3.47个百分点,氮肥农学效率提高1.08~2.64 kg/kg;施氮240 kg/hm~2水平下,郑单958和浚单20间作的氮肥利用率高于浚单20单作,氮肥农学效率最高。综合产量和氮肥利用效率,郑单958和浚单20间作施氮240 kg/hm~2效果较好。     

不同栽培模式对旱地春玉米光合特性和水分利用率的影响

明确旱地春玉米高产与水分高效协调的栽培技术及其生理原因,对提高水分限制条件下玉米水分利用效率及玉米可持续生产具有重要意义。本文以郑单958为材料,于2010年和2011年在陕西长武进行大田试验,设置当地农户栽培(对照)、高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培等4种栽培模式,比较了其对春玉米光合特性和水分利用效率的影响。结果表明,当地农户栽培、高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培产量平均达7.7、9.2、11.7和10.6 t hm^-2,高产模式较对照产量分别提高20.1%、52.9%和37.7%,水分利用效率分别提高27.8%、60.9%和45.1%。与当地农户栽培相比,高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培提高了花后叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和单叶水分利用效率(WUE_L);相对电子传递速率(ETR)、PSII实际量子产额(Φ_PSII)和光化学猝灭(q_P);延缓了叶片衰老;花后干物质积累量分别增加29.0%、82.3%和56.1%。结果说明通过地膜覆盖、增加密度和氮肥运筹等关键栽培技术的集成与优化,可实现旱地春玉米高产与水分高效30%以上的目标;其增产增效的主要原因在于显著增强玉米花后叶片光捕获能力与光化学效率,延缓叶片早衰,促进花后干物质积累及其对籽粒的贡献率。     

孕穗期渍水逆境对冬小麦氮素营养及产量的影响

采用池栽试验,研究了孕穗期渍水逆境对小麦氮素营养和产量的影响。研究结果表明：孕穗期渍水逆境显著影响小麦氮素的吸收量,降低茎鞘、功能叶片和全株含氮量和全氮积累量,而对氮素在地上不同器官的分配比例影响较小。由于渍水逆境影响了小麦根系正常吸收氮素,使叶片含氮量急剧下降,从而导致旗叶叶绿素含量和净光合速率降低,影响小麦功能叶片正常光合性能,最终使小麦粒重和产量下降。     

非生物胁迫对玉米杂交种及其亲本自交系产量性状的影响

以抗逆性较强玉米杂交种郑单958及其亲本(郑58、昌7-2)和抗逆性较差的杂交种陕单902及其亲本(K22、K12)为材料, 在不同种植密度(45 000株 hm^-2和75 000株 hm^-2)、施氮量(112.5 kg hm^-2和337.5 kg hm^-2)和灌水量(正常灌水和前期干旱控水)条件下, 分析了2个杂交种及其亲本产量及相关生理特性的变化规律。结果表明, 在非生物胁迫条件下(高密度、低氮和前期干旱控水), 与陕单902相比, 品种郑单958叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲优势值分别增加18%、9%、28%和22%; 与陕单902亲本(K22、K12)比, 郑单958亲本(郑58、昌7-2)叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲值分别增加45%、36%、51%和45%; 郑单958产量的中亲值和中亲优势显著高于陕单902, 且中亲值增幅高于杂种优势值。玉米杂交种郑单958较陕单902增产的同时, 增强了对非生物逆境适应的能力。玉米杂交种的抗逆性来自亲本自交系。玉米杂交种抗逆性强在于增强了花后叶片光合能力(较高的LAI和SPAD值), 促进了花后干物质积累。     

氮肥用量对两种不同类型玉米杂交种物质生产及氮素利用的影响

旨在探明东北春玉米不同类型杂交种物质生产及氮素利用特征及其与产量的关系。本文以不同类型杂交种代表性品种郑单958(ZD958,Reid×唐四平头模式)和先玉335(XY335,Reid×Lancaster模式)为试验材料,2014年和2015年设置5个氮肥水平[0 kg hm–2(N0)、100 kg hm–2(N1)、200 kg hm–2(N2)、300 kg hm–2(N3)和400 kg hm–2(N4)]和2个种植密度(67 500株hm–2和90 000株hm–2)试验,比较研究了不同类型玉米杂交种干物质与氮素积累、运转及氮素利用的差异规律。结果表明,两年XY335品种的最高籽粒产量均高于ZD958,最优氮肥施用量明显降低4.8%~10.6%;相比ZD958,不施氮处理,两种种植密度下XY335品种干物质积累能力及物质运转效率都明显降低,而施氮条件下XY335品种的干物质积累量、花后干物质量及干物质运转效率均增加,同时增幅随着施氮量增加逐步提高,且在高密度条件下优势更为明显。开花期XY335叶片与茎鞘氮素含量显著高于ZD958(P0.05),而成熟期由于其较高物质的运转效率表现出明显较低的数值,籽粒氮素含量在高密度下差异较小,而低密度条件下相对ZD958显著提高(P0.05)。施氮条件下XY335品种花前、花后氮素积累量和氮素积累总量均高于ZD958,其中叶片中氮素的转运对籽粒的贡献率显著较高(P0.05)。两种种植密度处理最优施氮条件下XY335氮素利用效率和氮素吸收效率均显著高于ZD958(P0.05),而氮农学利用率和氮肥偏生产力差异不显著。可见,高密度条件下XY335类型品种表现出明显较高的物质积累能力以及花后物质运转对籽粒的贡献率,获得较高的氮素利用效率,表现出明显高氮高效的品种特征,因此生产上建议,东北春玉米区高密度种植条件下该类型品种在较高氮肥施用量时易获得高产高效。     

综合农艺管理对夏玉米叶片生长发育及内源激素含量的影响

叶片可直接反映玉米植株的营养状况,是光合作用的主要场所,与干物质积累和产量形成密切相关。本研究以郑单958 (ZD958)为试验材料,以T1代表农民习惯处理; T2代表在T1的基础上,增加种植密度,推迟收获,降低施肥量,并优化施肥时期; T3代表在T2的基础上进一步增加种植密度和施肥量; T4代表在T3的基础上,降低种植密度和施肥量;N代表施氮量处理,设N0、N1、N2和N3分别为0、129.0、184.5和300.0kgNhm~(–2),研究综合农艺管理对夏玉米叶片生长及内源激素的调控作用。综合农艺管理措施包括优化耕作方式、种植密度、施肥量、施肥时期和收获时间等。结果表明,施氮量不足导致IAA、ZR和GA_3含量降低, ABA含量升高,叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)及比叶重均显著降低;随施氮量的增加,叶片IAA、ZR和GA_3含量增加,ABA含量降低,LAI、SPAD和干物质积累量均显著增加。综合农艺管理处理可调节叶片内源激素含量,其中T4处理IAA、ZR和GA_3含量较T1处理分别高23.1%、9.8%和14.7%;ABA含量降低12.4%;叶片LAI适宜, SPAD值增加4.2%,最终单株干物质积累量增加12.6%。综合农艺管理在降低施氮量,配合最佳的农艺管理方式下,可调节内源激素含量,增加叶片SPAD和比叶重,有利于单株干物质积累,这可能是促进夏玉米产量增加的重要原因之一。     

种植密度、氮肥和水分胁迫对玉米产量形成的影响

为阐明种植密度、氮肥和水分胁迫对不同玉米品种产量形成的影响,选用6个玉米品种,在两种密度(45 000株 hm^-2和75 000株 hm^-2)、两种施氮水平(纯氮112.5 kg hm^-2和337.5 kg hm^-2)和两种水分(前期干旱控水和正常灌水)处理下进行大田试验,调查玉米源库性状的主要生理参数和籽粒产量。结果表明,在环境压力较小时(低密度、高氮和正常灌水),玉米品种间籽粒产量、源性状(叶面积指数、穗位叶净光合速率和群体源供应能力)、库性状(群体库容量)、源库协调性状(群体库源比值、籽粒灌浆速率和收获指数)以及成熟期干物质积累量和吐丝期至成熟期干物质积累量差异较小,而逆境胁迫下(高密度、低氮和干旱),差异较大。环境压力较大时(高密度、低氮和干旱),叶面积指数、群体源供应能力、成熟期干物质积累量、吐丝期至成熟期干物质积累量、群体库容量和收获指数与籽粒产量呈显著或极显著正相关。由此说明,在玉米品种产量改良中要强化逆境人工选择,以适应自然选择,改善玉米品种逆境下的群体源库性状,增强吐丝期至成熟期叶片的光合生产效率,强源促库,提高逆境下的生产能力和适应性。     

种植密度对高产夏玉米登海661产量及干物质积累与分配的影响

选用玉米品种登海661和农大108,设置不同种植密度,研究高产条件下种植密度对夏玉米产量及干物质积累与分配的影响。结果表明,种植密度增加后群体产量和干物质积累量显著增加,单株产量和干物质积累量反之。登海661在9万株 hm^-2时充分发挥了生长潜能,可获高产。随种植密度的增加,开花期和乳熟期茎秆干物质积累量的降幅大于叶片,主要影响茎秆干物质积累;成熟期茎秆干物质积累量降幅小于叶片,主要影响叶片干物质积累。乳熟期以后茎秆和叶片的干物质输出率均随种植密度增加显著减少,茎秆的贡献率随种植密度增加显著减少,而叶片的贡献率,随种植密度增加显著增加。密度3~9万株 hm^-2时茎秆对籽粒干物质积累量贡献率大,10.5~13.5万株 hm^-2时叶片对籽粒库建成影响大。     

吐丝期干旱胁迫对玉米生理特性和物质生产的影响

以玉米品种郑单958 (抗旱性强)和陕单902 (抗旱性弱)为材料,采用抗旱池栽控水试验,研究了叶片光合特性、保护酶活性以及干物质转运对吐丝期干旱胁迫的响应。结果表明,在吐丝期干旱胁迫下2个品种产量分别降低39.10%和44.87%;叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)显著下降,胞间CO₂浓度(C_i)先升后降。PSII最大光化学效率(F_v/F_m)、实际量子产额(Φ_PSII)、光化学猝灭(q_P)降低,非光化学猝灭(q_N)升高;抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性先升高后降低,而丙二醛(MDA)含量一直升高。说明吐丝期干旱胁迫增加了花前营养器官贮藏同化物转运量(率)及其对籽粒转运的贡献率;但郑单958受干旱影响程度小于陕单902。说明抗旱品种郑单958具高抗氧化酶活性清除活性氧,使得膜脂过氧化程度轻,维持较高的光化学效率,延长叶片光合功能期,促进花前营养器官贮藏同化物转运量对籽粒的贡献率。这可能是其在干旱胁迫下仍能获得较高产量的重要原因之一。     

不同株高夏玉米品种同化物积累转运与分配特性

以矮秆玉米品种登海661 (DH661),中间型玉米品种超试3号(CS3),高秆玉米品种鲁单981 (LD981)和先玉335 (XY335)为试验材料,研究不同株高夏玉米品种同化物积累、转运及分配特性。结果表明,不同株高类型玉米品种干物质积累量在开花期之前差异不显著,其差异主要表现在开花后,随株高的增加,开花后的干物质积累降低。矮秆品种植株中下部茎秆的碳素分配率比高秆品种低,叶片则相反。通过¹³C同位素示踪研究表明,不同株高类型玉米品种不同部位叶片对产量的贡献不同。随株高降低,中、下部叶片的光合产物转移率相对提高,而上部叶片的转移率有所下降,高秆品种LD981和XY335上部叶片对籽粒的贡献率相对较高,中矮秆品种DH661和CS3下部叶片对籽粒的贡献率相对较高。不同部位叶片在开花前后对籽粒贡献也不相同,高秆品种LD981和XY335上部叶片开花后光合产物的转移率最高;矮秆品种DH661中部叶片开花前光合产物的转移率最高。