玉米穗轴的颜色变化,是偶然还是与农艺性状存在关联？——以历年国审普通品种为例

玉米穗轴颜色在温带种质及商业化杂交品种中受到强烈的人工选择。为了明确我国不同区域玉米穗轴颜色选择的偏向性,探索轴色与多种农艺性状间的关联,本文以1992—2020年国审普通玉米品种为例,对品种轴色、审定区域及多项农艺性状进行了比较分析。在统计到的1604个品种中,红轴品种占比从1992年的50%逐渐提高至2020年的80%以上。其中,北方春玉米区、黄淮海夏玉米区和西北玉米区的红轴品种比例随年份更替提升速度高于西南和南方玉米区。对比分析红、白轴品种在株型、果穗和籽粒特性等方面的差异发现,近15～20年间的红轴品种平均穗长和穗行数均显著高于白轴。随年代更替,红轴品种的籽粒平均粗淀粉含量升高趋势快于白轴,但其平均粗脂肪含量下降明显,并且红轴品种平均粗蛋白含量和赖氨酸含量表现弱于白轴。因此,针对红色穗轴的强烈人工选择可能主要与玉米单株产量潜力的挖掘有关。但红轴品种在非生物逆境抗性和籽粒品质方面的表现需要进一步探讨。     

不同时期灌溉对华北平原春玉米穗粒数的影响

干旱胁迫是限制华北地区春玉米穗粒数形成的关键因子,探究不同时期灌溉对穗粒数的影响,对提高该地区春玉米产量和水分利用效率具有重要意义。在2014—2016年进行3年大田试验,设置拔节期、大口期、抽雄期、吐丝后15 d灌水和不灌水对照(CK),明确不同时期灌水对土壤水分变化、吐丝期穗位叶光合速率、穗粒数的影响及其相互关系。结果表明,在干旱和关键生育时期缺水的年份,灌水处理可以提高春玉米穗粒数,其中花期灌水较其他处理提高了1.4%~97.0%(2014年和2015年);而在多雨的2016年,各个灌水处理间穗粒数差异不显著。拔节期和大口期灌水促进了春玉米营养生长,提高了叶面积指数和生物量,但春玉米花期遭遇干旱胁迫仍会降低穗粒数。花期灌水处理在营养生长阶段受干旱胁迫影响,叶面积指数和生物量都降低,但保证了吐丝—授粉—籽粒建成关键阶段有充足的水分供应,其吐丝期光合速率较其他处理提高5.2%~32.8%。回归分析结果表明,吐丝期充足的土壤水含量可以显著提高春玉米光合速率(P=0.0034)和穗粒数(P=0.0137),但过多降水(降低光辐射)会影响光合作用及籽粒结实。因此,花期灌水是干旱年份保证春玉米穗粒数的重要措施。     

夏玉米各器官氮素积累与分配动态及其对氮肥的响应

为探明夏玉米各器官氮素积累与分配动态及其对氮肥的响应,以郑单958为材料,设置5个施氮水平进行了连续2年的大田定位研究。结果表明,除籽粒外各器官的氮素积累进程都呈单峰曲线,茎鞘在吐丝期达到峰值,而叶片、苞叶和穗轴则到吐丝后12 d左右达到峰值,之后逐渐下降;籽粒和整株的氮素积累随生育进程持续增加,成熟期最高。与其他器官相比,叶片对氮素供给更敏感,氮胁迫使叶片氮素积累高峰提前,促进氮素提前向外转运,导致其率先衰老。施氮能提高各器官在各生育时期的氮素积累量和积累速率,但不改变氮素积累变化趋势。总体上,施氮量180 kg N hm^-2可满足夏玉米对氮素的需求,获得较高的产量。以各器官氮素积累最大值与成熟期的差值计算,各处理再转运氮素对籽粒的贡献率均表现为叶片>茎鞘>穗轴>苞叶,各器官再转运氮素对籽粒贡献率之和平均为53.3%,其中苞叶和穗轴占12.3%,也是籽粒中氮素来源的重要组成部分。     

增密对玉米花丝受精结实能力及衰老进程的影响

为探明增密对玉米花丝受精结实能力及衰老进程的影响,以登海605(DH605)和郑单958(ZD958)为材料,比较研究了两个密度(52 500,112 500株/hm~2)下玉米果穗花丝受精结实能力及衰老动态。结果表明:增密使花丝生长速率降低,吐出苞叶的时间延迟,整个果穗的花丝可受精持续时间延长,但不影响花丝的衰老特性。与低密度相比,高密度下DH605和ZD958果穗花丝吐出苞叶的时间分别推迟3,1 d,可受精结实持续时间分别延长2 d和1～2 d。高密度下玉米果穗顶部花丝吐丝时间虽晚但仍然有正常受粉结实的潜力。利用分别套袋1～20 d每天统一授粉以及花丝衰老数据进行相关分析,发现果穗可受精花丝百分率与衰老花丝呈极显著相关关系(r~2=0.964~(***)),说明延迟授粉造成的花丝受精结实能力降低主要是由于早吐丝花丝的衰老造成的。总之,增密对吐出苞叶后的花丝衰老时间影响不显著,但显著延长整个果穗花丝衰老时间。     

同步授粉对玉米穗粒数和籽粒早期生长的影响

为探明同步授粉(SP)与自然授粉(NP)玉米果穗不同部位籽粒生育特性,以‘郑单958’为材料,设置5和11株/m~2 2个种植密度处理,比较2种授粉方式对玉米穗粒数的影响以及授粉前子房与授粉后籽粒的早期发育动态变化。结果表明:2个密度处理下同步授粉的玉米穗粒数分别较自然授粉2017年提高1.1%和30.0%,2018年提高1.4%和26.2%。自然授粉果穗顶部子房重和籽粒重在整个早期发育过程中均显著低于果穗底部,而同步授粉处理在吐丝至授粉前,顶部和底部子房重量差异随着授粉时间的延长而逐渐减小,使得授粉当天的二者重量差异不显著。同步授粉显著提高授粉后15 d果穗的生长速率。可见,低密度(5株/m~2)条件下同步授粉对玉米穗粒数影响不显著,但在高密度(11株/m~2)条件下使玉米的穗粒数与果穗生长速率显著提高,这可能是由于同步授粉导致果穗顶部与底部子房与籽粒生长差异变小,同化物向"库"端分配增强有关。     

基于CERES-Wheat模型的沧州地区冬小麦需水量分析

作物生长模拟模型的应用为农田水资源分析和水分管理措施的优化提供了新的方法手段。本研究以CERES-Wheat模型为基础,通过情景分析的方法,分析了华北平原沧州地区冬小麦1981—2014年产量、大田蒸散量(ET)、作物蒸腾(EP)、土壤蒸发(ES)、水分生产率(WP)的年际变化特征,并建立了ET与WP定量化关系模型,利用该模型计算出了WP达到最大值的经济蒸散量为435 mm;利用ET多年平均值与多年平均降雨量差值计算出了T0(不灌溉)、T1(拔节期灌水75 mm)、T2(拔节期、扬花期各灌水75 mm)、T3(起身期、孕穗期和扬花期各灌水75 mm)4个水分处理不同产量目标下冬小麦多年平均的需水量分别为189 mm、264 mm、298 mm和319 mm,对应的平均产量分别为4 144 kg?hm?2、7 293 kg?hm?2、7 301 kg?hm?2和8 245 kg?hm?2;采取地膜覆盖等栽培管理措施扣除土壤蒸发,T0、T1、T2、T3水分处理可分别节水80 mm、71 mm、71 mm和70 mm。在此情况下,利用EP多年平均值与多年平均降雨量之间的差值计算出不同水分处理下冬小麦多年平均的需水量分别为109 mm(T0)、193 mm(T1)、227 mm(T2)和249 mm(T3)。以上研究结果可为沧州地区冬小麦水分定量化管理措施的制定提供参考。     

梯度干旱胁迫下玉米光合碳的日变化及品种偏向性

【目的】日周期是玉米生育周期中的基本代谢单元。光合作用是对环境最敏感的生理过程之一,光合碳代谢是玉米进行干物质积累的根本途径,规律性的光温变化环境下的光合碳固定、分配决定了玉米的代谢特征和环境适应能力。生产中,玉米品种对环境的适应能力存在差异,很多品种的区域性特征明显。为了探究玉米品种光合差异,明确叶源器官的光合速率、光合初始阶段产物浓度的日周期变化特征,以及对土壤干旱胁迫的响应特性,挖掘筛选玉米品种差异评价新指标。【方法】以玉米杂交种郑单958、先玉335、浚单20、农大108和ND66为试验材料,通过设置土壤相对含水量为85%(水分供应充足对照)、65%—70%(轻度干旱胁迫)、55%—60%(中度干旱胁迫)和45%—50%(重度干旱胁迫)4个土壤水分梯度处理,借助日变化分析法,于6:00—18:00以3 h的时间间隔对5个玉米杂交种吐丝期穗位叶的光合速率进行测定,分别在5个时间点(0:00、4:00、10:00、15:00和20:00)同步对穗位叶的蔗糖浓度、淀粉浓度及相关比值进行比较分析。【结果】玉米叶片光合速率在日周期中呈现单峰变化趋势,充足水分供应下在正午前后达到峰值,干旱胁迫导致峰值降低且提前出现,不同品种表现一致。玉米穗位叶蔗糖、淀粉浓度的日周期变化特征都为单峰曲线,前者高峰出现时间早于后者,峰值低于后者;干旱胁迫下,穗位叶淀粉浓度随胁迫加重而降低,蔗糖浓度较为稳定。将日周期中光合初始阶段玉米叶片蔗糖及淀粉浓度的提高值及二者的比例分别与光合速率积累量建立关系,得到单位光合速率对其的贡献率。综合比较而言,单位光合速率对淀粉浓度提高的贡献率农大108最高且稳定,有明显的淀粉积累优势;单位光合速率对蔗糖/淀粉比的贡献率,先玉335比值较高,有偏蔗糖积累代谢的特点,农大108比值在多个处理中稳定低于其他品种,属于淀粉积累偏向型。【结论】在本试验条件下,单位光合速率对蔗糖/淀粉比的贡献率可以在一定程度上作为玉米光合碳代谢类型划分标准。     

江西水稻主产区农户熟制选择行为分析——基于上饶市万年县农户调查的研究

江西是我国双季稻的优势产区,在保障国家粮食安全方面发挥着重要作用。以世界稻作文化发源地之一、古时贡米之乡的江西省万年县为例,通过实地调研和文献资料收集,分析了万年县水稻生产的熟制结构和农户在熟制选择中的考虑因素。结果表明,与近40年江西省水稻种植面积呈现正反“W”型变化特点相似,万年县双季稻呈现先减后增再减的变化特点,而单季稻呈现出持续增加的特点;农户熟制选择受地块特征和地理位置影响较大,城郊和滨湖平原地区的双季稻面积占绝对优势,而丘陵地区的单季稻种植面积在进一步扩大;经济效益和政策因素是农户水稻熟制选择的重要原因,而绿肥种植主要依靠政府政策的引导;劳动力状况和农业生产技术也是农户熟制选择的两大因素。因此,要加强冬闲田的开发利用、恢复绿肥生产、提高复种指数,努力做到土地用养结合、地力常新。调整作物结构、优化种植模式、引导农户遵循“绿色协调发展” 的原则选择合适的种植模式,进行合理的熟制配置,以此构建水稻生产绿色发展结构体系。     

自然光温和控制光温下玉米苗期叶片NSC比较及根系糖代谢日变化

通过对比玉米苗期叶片在田间和室内条件下NSC日变化特征,分析自然条件下光照和温度变化与光合碳同化产物间的关联性,对室外水培条件下玉米苗期根系蔗糖、总可溶性糖和淀粉日变化特性进行探讨。结果表明,玉米苗期叶片NSC累积呈先升高后降低的特征,不同处理NSC峰值均出现在光照结束阶段;田间光温条件下淀粉和可溶性糖累积浓度均高于室内水培。光温变化对NSC积累的影响达极显著水平(P0.01);前一时间点的光照与后一时间点的淀粉和可溶性总糖之间相关性均达极显著水平(R2=0.77;R2=0.90)。根系中可溶性糖浓度呈明显的日变化特征,淀粉则在141.9～161.9 mg/g DM范围内波动。     

华北地区夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数研究

为了验证玉米临界氮稀释曲线在我国华北地区的适用性,探讨以氮营养指数评价玉米氮营养状况的可行性,以郑单958为材料,设置5个氮肥处理(0、60、120、180和240 kg N hm^-2),利用2年定位试验数据研究了夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数。结果表明,一定范围内随着施氮量增加,地上部生物量(W)显著增长。玉米各生育时期不同氮肥处理的生物量和氮浓度数据可经统计分析分为限氮和非限氮两组,据此计算各生育时期临界氮浓度(N_c)并建立了夏玉米临界氮稀释曲线模型(N_c = 34.914W^-0.4134),模型参数与已有报道具有较好的相似性。根据模型推算的氮营养指数与相对氮累积量、相对地上部生物量和相对产量均具显著相关性。因此,利用临界氮稀释曲线和氮营养指数可以预测华北地区夏玉米植株临界氮含量和表征植株氮营养状况。