不同栽培模式对夏玉米冠层结构及光合性能的影响

【目的】比较研究夏玉米不同栽培模式群体冠层特性、穗位叶叶绿体结构及光合性能的差异,阐明栽培模式对上述指标的调控效应,为进一步构建高效冠层结构的夏玉米高产栽培模式提供理论依据。【方法】本试验于2018—2019年在山东泰安进行,以登海605为供试品种,以当地农户栽培管理模式（FP）为对照,通过综合优化种植密度、肥料运筹和种植方式等设置超高产栽培模式（SH）、高产高效栽培模式（HH）2种优化管理模式,比较3种栽培管理模式夏玉米冠层结构、穗位叶叶绿体结构及净光合速率的差异。【结果】与FP模式相比,SH、HH模式群体上层叶片茎叶夹角小、叶向值大,中、下层叶片发育较好,叶面积指数高及高值持续期长,中部叶层光能截获率显著提高21.64%和12.63%,形成了适宜的群体冠层结构。SH、HH模式的叶绿体结构发育良好,而FP发育相对较差。SH和HH模式下穗位叶叶绿体中类囊体发育良好且数目较多,基粒片层和基质片层排列整齐、清晰,细胞内膜结构完整;FP的叶绿体中类囊体发育相对较差,发育不完全的类囊体占比较大,基质片层模糊且排列不整齐。吐丝期穗位叶净光合速率表现为SH＞HH＞FP,干物质积累量及产量也表现出相同的趋势,SH和HH模式较FP模式分别增产14.20%和4.91%。【结论】相比于FP模式,SH、HH模式产量提高的原因是优化了夏玉米群体冠层结构,保证了叶绿体结构的完整性,显著提高了叶片光合能力。与SH模式相比,HH模式减少了肥料施用量,其群体结构合理且叶片发育良好,是更有助于利用光能的栽培模式。     

不同栽培管理条件下夏玉米产量与肥料利用效率的差异解析

于2017—2018年在泰安、淄博和烟台,根据生产调研和各地夏玉米高产经验,在同一地块综合设置了超高产栽培、高产高效栽培和农户栽培3种栽培模式,分别模拟超高产生产水平(SH)、高产高效生产水平(HH)和农户生产水平(FP) 3个层次。并分别设置不施氮(SHN_0、HHN_0、FPN_0)、不施磷(SHP_0、HHP_0、FPP_0)和不施钾(SHK_0、HHK_0、FPK_0)的肥料空白处理。定量分析不同产量层次之间产量差及肥料利用效率差,探究产量差和效率差的影响因素及缩差增效途径。结果显示,当前山东省夏玉米SH、HH和FP的籽粒产量分别实现了光温潜力产量的68.13%、63.71%、53.22%。随着产量差距的增大,肥料利用效率降低。FP的N、P、K肥料利用效率分别为4.23、5.83、4.94 kg kg~(–1), SH的分别为3.84、4.64、2.97 kg kg~(–1)。通过优化栽培措施后,高产高效管理模式能够较FP籽粒产量提升10.49%, N、P、K的肥料利用效率分别提高67.07%、101.35%、57.65%,是实现产量与肥料利用效率协同提升的有效技术途径。对各产量水平进行产量性能分析发现,随着产量水平的提高,平均叶面积指数和单位面积穗数明显提高,而穗粒数、平均净同化率和粒重则有所下降。随着产量水平的提高,吐丝后干物质和N、P、K元素积累比例有增加的趋势。因此,在保持现有功能性参数不降低情况下,优化结构性参数是当前产量与资源利用效率协同提升的有效措施,今后高产高效应更加注重生育后期群体结构性能的优化。     

玉米籽粒早期发育相关蛋白的差异表达特性

玉米籽粒发育早期,代谢活动旺盛,细胞分裂与增大活跃,为后续贮藏物质的合成形成充足库容。为阐明籽粒早期发育的蛋白合成、积累与调控过程,本研究以夏玉米品种登海661为试验材料,在开花期人工饱和授粉后第3、第5、第10天取果穗中部籽粒,利用同位素标记相对定量(iTRAQ)技术分析其蛋白差异表达特性。玉米籽粒早期发育阶段总计鉴定及定量2639种蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中代谢过程和分子过程是最主要的2个生物过程;催化活性和绑定功能是最主要的2个分子功能,这些生物过程与分子功能对籽粒早期发育具有重要作用。定量分析结果表明137种蛋白在籽粒发育早期显著差异表达,其功能涉及蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂、碳水化合物与能量代谢、转运、次生物质代谢、淀粉合成、转录、油脂代谢、信号转导、氨基酸代谢等。其中,表达差异较大的是与蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂以及碳水化合物与能量代谢相关的蛋白。表达模式聚类结果显示这些不同功能类别的蛋白协同表达,共同调控玉米籽粒的早期发育。     

肥料配施枯草芽孢杆菌对夏玉米产量及养分利用的影响

目的枯草芽孢杆菌能增加土壤养分、改善土壤结构、提高化肥利用率,并能促使土壤中的有机质分解,促进作物生长,提高产量。研究枯草芽孢杆菌与肥料配施对夏玉米产量、肥料吸收利用的影响,为提高肥料的增产效果、降低农业面源污染提供理论指导。方法2016和2017年以登海605(DH605) 为试验材料,设置不施氮肥 (CK)、单施化肥 (N)、单施牛粪 (M)、牛粪 + 枯草芽孢杆菌 (MB)、化肥 + 枯草芽孢杆菌 (NB) 5个处理,分析了夏玉米产量和肥料吸收利用状况。结果牛粪配施枯草芽孢杆菌处理的籽粒产量及肥料利用效率最高,显著高于单施牛粪处理。与单施牛粪相比,牛粪配施枯草芽孢杆菌两年产量平均增幅为20.2%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为30.8%、63.5%、30.8%,肥料偏生产力平均提高20.7%;化肥配施枯草芽孢杆菌两年产量平均值比单施化肥提高2.55%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为12.5%、10.6%、3.84%,肥料偏生产力平均提高3.18%。牛粪配施枯草芽孢杆菌的经济效益比单施牛粪提高16.9%,化肥配施枯草芽孢杆菌的经济效益与单施化肥基本相同。分析表明,植株干物质积累量和氮素积累量,尤其是花后干物质和氮素积累的增加是增产增效的主要原因。其中牛粪配施枯草芽孢杆菌的效果要优于化肥配施枯草芽孢杆菌。结论肥料配施枯草芽孢杆菌能显著增加夏玉米的干物质积累量及产量,促进肥料的吸收利用。在施用氮肥的基础上,配施适量的枯草芽孢杆菌不仅能实现增产增效的目的,还能提高玉米的经济效益。有机肥配施枯草芽孢杆菌是实现夏玉米节肥增效的有效措施之一。     

30个甜高粱品种茎秆糖产量与干物质生产特性相关研究

甜高粱是一种主要的生物质能源作物,加强甜高粱品种改良与高产栽培对保障我国能源供应及能源安全具有重要意义。在充分发挥个体生产潜力条件下(大田种植密度15 000株/hm2),研究了国内外30个甜高粱品种茎秆糖含量与抽穗前和抽穗后干物质积累特性。结果表明,对成熟期糖产量起直接贡献作用的性状由大到小排序为:抽穗期干物重、抽穗期含糖量、抽穗后干物重所占比例和抽穗后含糖量。其中,抽穗期干物重对糖产量的直接通径系数与其简单相关系数接近,而抽穗期含糖量与此时期干物重呈极显著正相关,最终与糖产量密切相关。抽穗后含糖量由于与抽穗期干物重显著负相关,使其对成熟期糖产量的负间接效应大于自身正直接效应,表现与糖产量弱负相关;抽穗后干物重所占比例则总间接负效应远大于自身正直接效应,最终与糖产量呈极显著负相关。因此,提高茎秆含糖量基础上增加抽穗前干物质积累量,是甜高粱高糖产量品种选育的重要目标。     

高产玉米新品种登海661的高产特性研究

通过不同玉米品种比较,研究玉米新品种登海661的高产特性,为超高产玉米育种和栽培提供科学依据。结果表明,登海661的穗大、粒重,单株子粒产量高,分别较郑单958和农大108高25%和30%;干物质积累量大,与郑单958和农大108的差异主要表现在花后;叶面积指数高值持续期较长,在生育后期下降速度慢。登海661的株高、穗位高分别较郑单958和农大108低18.53%、22.68%和51.97%、48.03%,穗高系数显著低于郑单958和农大108;穗部及上下两节间较短,抗倒伏,耐密植。     

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。     

镉对玉米叶片光系统活性的影响

 【目的】研究Cd对玉米叶片光系统活性的影响及其抑制光合性能的作用位点与方式,为进一步解释Cd对玉米叶片光合机构伤害机理提供理论依据。【方法】以郑单958和登海661为供试材料,3叶期开始以Hoagland营养液为养分来源,设置4个不同浓度Cd处理连续培养40 d,选择第8片展开叶测定气体交换参数、叶绿素荧光诱导动力学曲线及820 nm光吸收曲线,分析Cd抑制玉米叶片光合机构性能的主要原因。【结果】Cd胁迫下,PSⅡ电子供体侧K点荧光（Wk）和受体侧J点荧光（Vj）明显增加,与受体侧相比,供体侧性能下降导致PSⅡ性能（Ψo）降低。Cd胁迫使RuBP羧化酶活性和光能产物（NADPH）利用率显著降低,PSI电子积累量上升,RuBP羧化酶活性的下降使PSI 820 nm光吸收量（ΔIR/Io）快速降低,PSⅡ与PSI性能下降比率不同,造成两光系统协调性（Φ(PSI/PSⅡ)）降低。【结论】Cd抑制叶片Pn由非气孔因素引起。Cd降低羧化系统活性,导致光能转化为化学能过程受阻,使过剩电子大量积累于PSI处;随Cd浓度增加,PSI性能降幅显著高于PSⅡ,二者协调性降低,导致Pn降低。     

高粱bmr-6和bmr-12基因对产量和品质性状的效应比较

比较了在Atlas、Early Hegari-Sart、Kansas Collier、Rox Orange和Wheatland 5种高粱遗传背景下,bmr-6和bmr-12基因对产量性状及品质性状的影响。结果表明,bmr-6和bmr-12基因使株高显著降低,同时增加了植株的茎粗;而对分蘖数和叶片数的影响较小。bmr-6和bmr-12对产量性状是负面影响,但在不同的遗传背景下不一致。对于品质性状,bmr-6一般是使中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维降低,而bmr-12则对这两者影响不大。bmr-6和bmr-12都使酸性洗涤木质素和酸不溶灰分降低。综合考虑,bmr-12的育种利用价值比bmr-6大。     

高留茬玉米秸秆复式割台粉碎还田装置设计与试验

为了在玉米摘穗的同时,将秸秆上半部分回收作饲料,下半部分实现高质量粉碎还田,在4YZQ-2B1型穗茎兼收玉米收获机割台的下方增加了锯盘式玉米秸秆粉碎装置,通过对圆锯片运动及切割机理等的分析,利用ADAMS对此复式割台进行了参数优化和运动分析,并在Pro/Mechanica中,对锯盘刀轴进行了有限元模态分析,得到其固有频率。确定采用平面锯身整体式横截圆锯片,直径为180~380mm,厚度分为1.2、1.5、2mm 3种,锯片间距为50mm,齿形为等腰三角斜磨齿,齿高为7.5mm,两刀辊中心距为760mm。高留茬玉米复式割台田间试验结果显示,当机组的作业速度为2m/s,刀辊转速为850r/min时,秸秆粉碎长度合格率为92.14%,留茬高度平均值为52.18mm,均满足秸秆还田机作业标准,能够对玉米秸秆离地粉碎,减轻了刀具的磨损、提高了玉米秸秆还田质量。