作物化学催熟技术现状与玉米化学催熟展望

玉米籽粒田间机械直收是我国玉米生产发展的方向,黄淮海区玉米收获时籽粒含水率偏高,并导致破碎率偏高是当前该区夏玉米田间机械粒收存在的主要问题。生产上为提高作物的机械收获质量和生产效益,常常使用化学催熟技术促进作物提前成熟,降低植株或籽粒含水率,以适应机械收获的需要。介绍几种常用的化学催熟剂及化学催熟对作物产量、品质和机械收获的影响,并对化学催熟在夏玉米上的应用进行初步探讨。

黄淮南部玉米产量对气候生态条件的响应

针对近年来黄淮南部气候条件和耕作制度变化,2015—2016年在河南农业大学科教园区以该区主推品种郑单958为材料,采用分期播种方法,研究玉米产量对气候生态条件的响应,探讨气候因子与玉米产量的关系。结果表明,由于年际间、播期间气候因子的差异,玉米产量差异显著,大体表现为春播产量高于夏播,且夏播产量随播种时间的推迟而显著降低。随着播期的推迟,玉米苗期日均温逐渐升高,粒期日均温逐渐降低,有效积温减少,生育期缩短。试验设定密度下,百粒重对产量的贡献大于穗粒数,而影响百粒重和穗粒数的主要气候因子是全生育期有效积温和粒期有效积温。影响玉米产量的主要气候因子是苗期气温日较差(r=0.696*)和日均温(r=-0.638*)、粒期有效积温(r=0.822**)和日均温(r=0.723**)、生育期有效积温(r=0.843**)。因此,生产上,春播玉米播期由传统的4月15日左右推迟至5月1日左右,可减少花期阴雨和高温热害影响,表现出较好的丰产稳产性。夏播玉米在麦收后抢时早播,不仅可争取更多积温,还可使玉米苗期处于较低日均温、粒期处于较高日均温的有利温度条件下,同时为推迟收获期和机械粒收创造条件。

氮肥水平对限制灌溉下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响

为了解氮素营养供应与小麦节水效果的关系,以周麦22为材料,采取大田试验研究了不同氮肥水平对限制灌条件下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响。结果发现,与正常灌水相比,限制灌溉降低了小麦旗叶叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,提高了小麦旗叶胞间CO2浓度;限制灌溉条件下,与不施氮肥相比,增施氮肥能明显改善小麦旗叶光合性能。从产量来看,充分灌水有利于小麦产量提高,而限制灌溉条件下,灌水时期提前或增施氮肥能不同程度提高小麦产量。以上结果说明,增施一定量的氮肥能明显改善限制灌溉条件下冬小麦花后旗叶光合性能,提高小麦产量和水分利用效率。

氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响

为建立冬小麦节水高产栽培技术,以周麦22为材料,通过大田试验研究了氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响。结果表明,限制灌溉条件下增施氮肥能增加旗叶中全氮量和叶片相对含水率,同时能增加灌浆期旗叶谷氨酰胺合成酶(GS)活性,GS2的转录水平有明显提高;与灌浆期灌水相比,拔节期灌水处理的小麦氮素代谢强度较高,但不显著。从产量和水肥利用效率来看,增施氮肥能增加小麦产量和水分利用效率,但氮肥利用效率不高;与灌浆期灌水相比,拔节期灌水小麦产量和水肥利用效率明显较高。一定范围内增施氮肥或灌水时期适当提前能明显增强限制灌溉下小麦氮代谢水平,提高产量和水分利用效率。

黄淮麦区小麦种质资源矮秆基因分布及其与农艺性状的关系

为了进一步阐明多个矮秆基因的分布及其与小麦农艺性状的关系,运用分子标记对来自我国黄淮麦区的246份小麦种质资源中6个矮秆基因位点(Rht1、Rht2、Rht4、Rht8、Rht9及Rht12)分别进行了检测,同时连续3年调查参试材料株高、穗长、穗下节长、小穗数、旗叶长、旗叶宽、穗粒数、粒长、粒宽和千粒重共10个农艺性状,分析了不同矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响。结果表明,6个矮秆基因在黄淮麦区小麦中均具有广泛分布,其中含有Rht1和Rht2基因的小麦品种分布最广。分析矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响发现,在Rht1位点,Rht1-B1a和Rht1-B1b两种基因型间的株高没有显著差异;在Rht2位点,拥有Rht2-D1b类型的小麦品种所有年份间的株高和穗下节长较低,但千粒重较高,为相对优良的基因型。排除Rht1和Rht2基因效应后,Rht4、Rht8、Rht9和Rht12位点对黄淮麦区小麦品种不同农艺性状均具有重要影响,其中,Rht4基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht4-B1b类型为相对优良的基因型;Rht8基因位点主要对小麦穗下节长、穗长和千粒重具有重要影响,且Rht8-D1b类型为相对优良的基因型;Rht9基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht9-A1a类型为相对优良的基因型;Rht12基因位点主要对小麦千粒重和穗长具有重要影响,且Rht12-A1a类型为相对优良的基因型。进一步分析发现,6个位点中对株高影响最大的是Rht2基因,其次是Rht4基因;有4个位点(Rht1、Rht2、Rht8、Rht12)对千粒重有显著影响,其中Rht2基因的影响最大。分析除Rht1外其他5个位点优良基因型在不同时期小麦品种中的分布发现,从早期历史品种、近期历史品种到现代品种,不同位点优良基因型分布比例总体呈现上升趋势,表明优良矮秆基因型在黄淮麦区小麦品种选育中的利用逐渐增加,尤其是82.9%的现代小麦品种已含有Rht2-D1b类型。

外源丙酸对干旱胁迫下小麦氮代谢和产量的影响

为了解外源丙酸对小麦抗旱性的影响,以豫农211为试验材料,在大田条件下测定和分析了外源丙酸(拌种5mmol·L^(-1),喷施0.25mmol·L^(-1))对小麦氮代谢相关指标和产量的影响。结果发现,干旱胁迫下,小麦的生长发育受到明显抑制,干物质积累量、可溶性蛋白含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、硝酸还原酶(NR)活性均显著下降,脯氨酸含量升高,产量下降。外源丙酸处理可以使受干旱胁迫小麦的干物质积累量、可溶性蛋白含量、GS活性、NR活性和产量均显著增加,脯氨酸含量显著下降。说明适宜浓度的外源丙酸处理可减轻干旱对小麦生长发育的抑制作用,提高小麦的氮代谢和产量水平。

小麦根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力和产量的关系分析

【目的】在黄淮平原典型农田氮肥减施条件下,探索决定小麦根系活力的关键脱氢酶种类及酶活性变化及其对籽粒产量的影响。【方法】采用大田试验方式,运用裂区设计,主处理为施氮量,设0(N0),135(N1),157.5(N2),180(N3),202.5(N4),225(N5)kg·hm^(-2) 6个施氮水平,副处理为半冬性品种矮抗58和周麦27号。对小麦越冬期、返青期、拔节期、挑旗抽穗期、灌浆期和蜡熟期根中异柠檬酸脱氢酶(NADP-ICDH)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、戊糖磷酸途径总脱氢酶(G6PDH+6PGDH)活性与根系活力(改良TTC法)和产量间的关系进行分析。【结果】小麦关键生育时期根系活力呈"高-低-高-低"变化,NADP-ICDH,NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)活性变化均表现为先上升后下降的趋势,灌浆后活性变化不明显。越冬前后,不同施氮处理间根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性表现为不施氮处理(N0)大于施氮处理(N1—N5);拔节—抽穗期,NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力均表现为施氮处理(N1—N5)显著高于不施氮(N0)处理,随着施氮水平逐步降低不同酶活性随之降低,与N5处理相比,N4处理NADP-ICDH和NADP-ME的活性未达显著水平,同时(G6PDH+6PGDH)活性和根系活力降幅最少。施氮量显著影响小麦籽粒产量及其构成因素,与不施氮处理(N0)相比,施氮处理(N1—N5)下的单位面积成穗数、穗粒数显著提高。综合两年度产量平均值可知,N5处理下籽粒产量最高,达9 238.02 kg·hm^(-2),N4处理次之,较N5处理仅下降0.3%且差异未达显著水平。进一步分析表明,不同生育时期根中NADP-ICDH、NADP-ME与(G6PDH+6PGDH)三者之间呈显著或极显著正相关关系;NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力呈正相关关系,其中生育中、后期达显著或极显著水平;根系活力及NADP-ICDH,NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)活性与产量呈显著或极显著正相关关系。通径分析表明,两年度NADP-ICDH,NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)活性在拔节期和挑旗抽穗期对产量有较大的正向作用;挑旗抽穗期根系活力对产量的直接作用较小,但其通过NADP-ME和戊糖磷酸途径总脱氢酶(G6PDH+6PGDH)活性对产量所产生的间接正向作用较大,因而根系活力对产量的影响达极显著水平。【结论】本试验条件下,综合考虑NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力变化及籽粒产量表现,黄淮平原麦田施氮水平由N5减至N4水平当是最佳选择。NADP-ICDH,NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)活性与采用改良TTC法测定的"根系活力"密切相关,其中NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)活性对根系活力影响最大,实践中可通过分子育种手段和有效栽培措施实现NADP-ME和(G6PDH+6PGDH)在根中的高表达以提高小麦根系活力。

土壤耕作技术对小麦出苗质量、根系功能及粒重的影响

【目的】针对黄淮平原农作区一年两熟条件下玉米秸秆还田严重影响麦苗质量的突出问题,探索适宜的土壤耕作技术以提高小麦幼苗质量,最终提高产量。【方法】2016—2018年连续2年,在河南省新郑市辛店镇黄岗村开展田间试验。采用随机区组设计,将翻耕、耙、镇压3个因素组合配套实施8个处理,分别为深翻耕+旋耕(DT+RT;DT:30cm,RT:15cm)、深翻耕+耙(DT+H)、深翻耕+旋耕+镇压(DT+RT+C)、深翻耕+耙+镇压(DT+H+C)、旋耕(RT)、旋耕+耙(RT+H)、旋耕+镇压(RT+C)、旋耕+耙+镇压(RT+H+C)。对小麦出苗率及幼苗质量进行调查,并在越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期、蜡熟期对根系进行调查分析,分别在灌浆期对小麦籽粒性状、收获后对小麦产量及其构成因素进行调查分析。【结果】小麦播种后20d,不同土壤耕作处理间幼苗质量差异显著。旋耕后出苗整齐度高于深翻耕,而深翻耕后出苗率、基本苗数和株高高于旋耕。相同耕、镇压因素处理下,耙后出苗率增幅为1.0%—5.7%,相同耕、耙因素处理下,镇压后出苗率增幅为0.06%—8.3%;同时深翻耕后,极少出现缺苗、断垄,RT处理缺苗、断垄的累计长度最高,两年平均为55cm。从越冬期到蜡熟期,不同土壤耕作处理的根系活力均呈现“高-低-高-低”的变化趋势,DT+H+C处理最高;在越冬期和拔节期,镇压和耙处理后,与无镇压、耙处理相比,根系活力均提高。单株次生根数目在抽穗期达到最大,DT+H+C处理最高,两年最高值分别为45.2条与40.2条;与无耙处理相比,耙处理后,单株次生根数目最高增加14.8%,与无镇压处理相比,镇压处理后,单株次生根数目最高增加12.2%。花后5—10d,DT+H+C和RT+H+C处理的籽粒灌浆速率增长幅度显著高于其他处理,开花后20d达到峰值,其中DT+H+C处理籽粒灌浆速率比其他处理高1.0%—19.4%,达显著水平。灌浆期籽粒千粒重,在花后0—15d,DT+H+C处理增长最快,DT+RT处理增长最慢,花后25—30d,DT+H+C处理千粒重最高,较RT处理提高20.8%。从不同土壤耕作技术对籽粒产量及其构成因素的影响来看,DT+H+C处理的籽粒产量最高;耙和镇压处理的单位面积穗数、穗粒数和千粒重的变化并不规律,籽粒产量均有明显提升,幅度为1.4%—12.2%。经济效益方面,与当地以往耕作方式RT相比,RT+H、RT+H+C、RT+C、DT+H+C、DT+H处理所得效益均高于RT处理,其中DT+H+C处理产生经济效益最高,两年平均比RT处理高12.3%。【结论】黄淮平原农作区当前一年两熟制条件下,不同土壤耕作技术影响幼苗质量,旋耕有利于出苗的整齐度提高,而深翻耕则有利于出苗率及幼苗均匀度提高,株高增高,为冬前形成壮苗奠定基础;深翻耕将耕层加深,利于根系下扎,促进次生根数目的增加以及耕层根系活力的提高,间接影响籽粒产量。综合考虑植株根系生长发育、生育后期籽粒灌浆速率、粒重形成和产量表现等,研究认为黄淮农作区DT+H+C处理土壤耕作技术是当前的最佳选择。

小麦根蘖发育和产量对耕作和追氮方式以及施氮量的响应

【目的】黄淮平原小麦生产中大量施用氮肥,探讨不同耕作和施肥方式对小麦根蘖发育的影响,以期实现减氮不减产并提高氮肥利用率的目标。【方法】2016—2018年连续两个种植年度,以半冬性中熟小麦品种矮抗58为材料,采用裂裂区设计试验方法,主区为施氮量(240、180 kg/hm^2),副区为耕作方式(旋耕、深耕),副副区为追肥方式(撒施、隔行开沟追肥、隔二行开沟追肥),研究了小麦根系生长和生理活性、主茎和分蘖发育动态与成穗、籽粒产量和氮肥利用率。【结果】小麦不同生育时期单株次生根数、根系活力、单位面积茎蘖数、叶面积指数(LAI)均随施氮量降低而降低。与旋耕相比,深耕条件下小麦生育中、后期单株次生根数和单位面积茎蘖数增多、根系活力提高、LAI增大。生育后期,隔行开沟追肥的单株次生根数、根系活力、单位面积茎蘖数和LAI最高,撒施次之,隔二行开沟追肥最低。减量施氮较常规施氮籽粒产量降低了2.41%,氮肥偏生产力、氮肥吸收效率和氮肥内在利用率分别增加了29.67%、25.69%和2.29%。与旋耕相比,深耕条件下籽粒产量增加了5.60%,氮肥偏生产力和氮肥吸收效率分别提高了4.48%和8.47%。不同追肥方式中,隔行开沟追肥的籽粒产量最高,氮肥偏生产力和氮肥吸收效率显著提高,较撒施分别提高了3.62%、3.98%和7.38%,较隔二行开沟追肥分别提高了5.93%、6.34%和12.93%。【结论】深耕可提高生育中、后期小麦单株次生根数、根系活力和单位面积茎蘖数。常规施氮(纯氮240 kg/hm^2)结合深耕(深度25~30 cm)、隔行开沟追肥,可获得最高小麦产量;减施25%氮肥(180 kg/hm^2)会导致籽粒产量降低,但结合深耕并采用隔行开沟施肥方式,可显著提高氮肥利用率,部分降低减氮所造成的产量损失,是获得高产高效的最佳组合。

水分胁迫对小麦幼苗中活性氧与细胞死亡的影响

【目的】研究水分胁迫迫对抗旱与干旱敏感型小麦幼苗叶片活性氧与细胞死亡的影响。【方法】本实验选用2个耐旱性差异显著的小麦品种为材料,分析水分胁迫对小麦幼苗中脯氨酸含量、活性氧水平和细胞死亡程度等指标的影响。【结果】水分胁迫对旱选10号的叶片含水量、叶片渗透势和生物量影响相对较小,其下降幅度均低于郑引1号;叶片中脯氨酸(Pro)含量和根系活力的上升幅度则显著高于郑引1号;而叶片中丙二醛(MDA)含量和相对电导率上升幅度显著低于郑引1号。水分胁迫下,旱选10号叶片与根尖部位的H_2O_2含量、O^-_2水平及细胞死亡率也显著低于郑引1号。【结论】说明在水分胁迫下,旱选10号可以通过减缓体内活性氧积累,增加脯氨酸含量与根系活力和降低细胞死亡程度,从而增强了其对胁迫的耐受能力。

锌肥对干旱下冬小麦产量形成及籽粒锌积累动态的影响

干旱胁迫是造成冬小麦减产的主要原因之一,为探寻干旱防御技术,本研究以豫农211为材料,在拔节期、灌浆期对小麦进行不同水分和锌肥处理,研究了施用锌肥对干旱条件下冬小麦SPAD值、叶片相对含水率、地上部干物质积累、籽粒灌浆速率、籽粒锌积累动态及产量形成的影响。结果表明,干旱胁迫下,冬小麦叶片SPAD值、叶片相对含水率、单株地上部干物质积累、籽粒灌浆速率、籽粒锌积累速率、产量及其构成因素均显著下降,施用适量锌肥可以提高小麦叶片含叶绿素量,增加叶片相对含水率及单株干物质总量,提高籽粒灌浆速率,促进籽粒锌积累速度及最终籽粒含锌量,提高产量。本试验条件下,锌肥能增加干旱下小麦产量4.80%,籽粒含锌量36.86%。

氯化胆碱对小麦幼苗耐低温能力的生理调控效应

为了解外源氯化胆碱(CC)对小麦幼苗耐低温能力的生理调控作用,选用小麦品种开麦21(低温敏感型)和周麦27(耐低温型)为试验材料,利用人工模拟低温条件,研究了叶面喷施CC对盆栽小麦幼苗形态指标和部分生理指标的影响。结果表明,喷施CC显著缓解低温造成小麦幼苗萎蔫的程度,显著降低叶片相对电导率和超氧阴离子(O_2~)产生速率及丙二醛(MDA)含量,显著增强了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,并增加了脯氨酸(Pro)含量。与开麦21相比,在低温处理下周麦27叶片的O_2~产生速率相对较慢,膜损伤程度相对较轻,同时Pro含量和CAT活性增幅相对较高。综上所述,外源喷施CC能够显著缓解低温对小麦幼苗造成的损伤,从而增强小麦的抗低温能力。

玉米子粒机收后期脱水速率的配合力分析

以自选的8个自交系为母本、7个常用骨干自交系为父本,按照NCⅡ设计,组配56个杂交组合。对杂交组合子粒含水量性状进行表型分析和配合力分析。联合方差分析结果表明,不同组合不同时期的含水量间差异均达极显著水平。通过不同时期、不同组合子粒含水量变化趋势分析发现,出苗后95~98 d是子粒脱水速率发生变化的关键时期,出苗后95~98 d后脱水速率快的组合收获时子粒含水量低,更适合机收。配合力分析结果表明,PH4CV、08LF和ZX7在培育脱水速率快的玉米杂交种方面具有较大的应用潜力。子粒含水量在出苗后95 d受非加性效应影响较大,在接近收获时,受基因加性效应影响较大。

两种密度条件下玉米穗上节间距QTL分析

为研究高密度胁迫下穗上节间距的遗传机制,以豫82×沈137的重组近交系(RIL)群体为材料,构建一张包含有1 114个位点的SNP标记的遗传连锁图谱,图谱总长度为1 821.79 cM,标记平均间距为1.64 cM。利用复合区间作图法在60 000株/hm^2密度下共检测到11个、120 000株/hm^2密度下检测到12个穗上节间距的QTL,位于第6染色体上的QTLq For ILL6-2/qForILG6在两种密度下同时被检测到,表明该QTL均能稳定表达;位于第9染色体上的qThiILL9/qForILL9-1在60 000株/hm^2的密度下同时被检测到,解释穗上节间距遗传变异的8.67%和10.61%,在120 000株/hm^2密度下未被检测到,表明此QTL在低密度下特异表达调控穗上节间距3、4。在高密度下检测到qSixILG6和qSixILG10分别解释穗上节间距6遗传变异的16.97%和13.66%,说明该QTL在高密度环境下特异表达。