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多效唑和缩节胺对玉米根系生长、光合特性、抗倒伏性和产量的影响

Muhammad Kamran  
【摘要】:增加玉米的种植密度是提高其籽粒产量的最有效农艺方法之一。然而,增加种植密度会引起作物植株高度的增加和茎秆直径减小,从而增加了植株的倒伏风险,这对作物产量有着不利的影响。倒伏是制约玉米籽粒产量的重要因素,它不仅降低了玉米产量,而且降低了籽粒的质量。在半干旱地区,除倒伏因素外,水分供应不足也是导致玉米产量低下的另一个原因。应用植物生长调节剂的是一种有效的作物生长调控措施,它可以调节作物冠层结构、优化种植密度、提高作物对非生物胁迫的耐受性、改善作物的抗倒伏能力和提高作物籽粒产量。因此,本研究通过大田试验,拟阐明两种植物生长调节剂“多效唑”和“缩节胺”处理种子对株高、茎秆机械强度、木质素含量及高密度下玉米抗倒伏性能的影响机制;研究多效唑浸种和拌种两种方法对半干旱地区玉米根系的形态和生理特性、叶绿素含量、光合能力,叶绿素荧光反应和抗氧化酶的活性的影响,并分析它们与玉米籽粒产量的相互关系。最终通过生长调节剂处理降低高密度种植玉米的倒伏率,同时提高作物对水分亏缺的耐受性,达到增加玉米产量的目标。研究设置多效唑0、200、300、400 mg L~(-1)四个浸种浓度,和0、1.5、2.5、3.5 g kg~(-1)四个拌种量。而对缩节胺仅设0、2.0、2.5、3.0 g kg~(-1)四个拌种量。本研究主要结果如下:1)在半干旱地区,短缺和不稳定的降雨常常限制了玉米生长和产量提高。应用植物生长调节剂可以通过改善土壤中根系的分布及其生理特性来改善根系对养分和水分的吸收,从而减轻这些负面影响。两年试验结果表明,多效唑处理种子后,玉米根长密度(Root-length density,RLD),根系表面积密度(Root-surface area density,RSD)和根重密度(Root-weight density,RWD)在0-100cm土层有显著的提高,其中浸种主要影响了0-70 cm土层的根系,拌种主要影响了0-60 cm土层的根系。另外,经过多效唑处理种子后玉米的根系活力、根系伤流液、根系干重、根茎粗和根冠比也显著提高,而且分别以300 mg L~(-1)(浸种)和3.5 g kg~(-1)(拌种)浓度效果明显。多效唑处理种子后明显改善了玉米穗部性状,与对照(不处理)比较,多效唑浸种和拌种处理玉米在82500株·hm~(-2)种植密度下籽粒产量分别提高了61.3%和45.2%。以上结果表明,通过合理利用多效唑可以有效地提高和改善玉米根系的生理特性和形态特征,增强根系吸收能力。2)密植栽培是提高作物籽粒产量的有效途径,然而,种植密度提高会引起作物株高增加和茎秆直径降低,因此增加了玉米植株的倒伏风险。研究表明:多效唑处理种子降低了玉米植株的节间长度、株高、穗位高、重心高度和倒伏率。与对照相比,多效唑处理种子通过提高茎壁穿刺强度,抗折强度,茎秆直径,茎壁厚度和干物质密度,显著提高了茎秆的机械强度。随多效唑处理浓度提高,茎秆基部第二节间的木质素含量提高,苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、肉桂醇脱氢酶(Cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)和4-香豆酸-辅酶A-连接酶(4-coumarate:CoA ligase,4CL)的活性显著提高,在300 mg L~(-1)(浸种)和3.5 g kg~(-1)(拌种)处理获得最高值,使玉米获得较高的抗倒伏能力。木质素含量与茎壁穿刺强度、抗折强度,和PAL、4CL、POD、CAD的活性呈显著正相关,与倒伏率呈显著负相关。以上表明经300 mg L~(-1)(浸种)和3.5 g kg~(-1)(拌种)浓度多效唑处理有效控制了玉米株高生长,并通过促进木质素积累增强了茎秆节间的机械强度。基于多效唑对植株抗倒伏性状指标的影响,可以采用此调节剂来优化种植密度,实现玉米增产的目标。3)通过调节光合能力和抗氧化系统,可以提高夏玉米的光合产物和产量。基于延缓性植物生长调节剂的保护能力,本文研究了半干旱条件下玉米光合效率和抗氧化防御系统对多效唑处理的调控响应,来阐明多效唑对夏玉米光合作用与籽粒产量的影响。结果表明,多效唑处理后增加了叶片叶绿素含量,提高了光合作用能力和与光系统II的光能捕获能力,并增强了抗氧化物的活性,提高玉米灌浆期的抗衰老性能,获得较高的穗粒数、千粒重和籽粒产量,与对照相比,多效唑拌种和浸种后在82500株·hm~(-2)高密度种植下可分别提高玉米籽粒产量39%和61%。多效唑处理种子后,玉米在拔节至成熟期间(9叶期,12叶期,吐丝期,乳熟期和蜡熟期),叶片抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性,以及脯氨酸、可溶性蛋白的含量明显增加。与此同时,丙二醛(Malonaldehyde,MDA)含量显著降低,以300 mg L~(-1)(浸种)和3.5 g kg~(-1)(拌种)浓度效果最显著。4)倒伏作为一种重要的不利因素,它限制了玉米的产量和质量,在密植情况下表现尤为明显。基于大田棉花生产化控技术的应用效果,本文希望通过研究,明确缩节胺对玉米抗倒伏性的影响。结果表明,缩节胺通过增强玉米基部茎壁穿刺强度和茎秆抗折力,增加干物质密度、茎秆直径和木质素的积累,从而增强了茎秆的机械强度,获得了较强的抗倒伏能力。分析同时表明茎秆抗折力和茎壁穿刺强度与植株倒伏率之间存在显著的负相关关系。此外,缩节胺处理后玉米植株高度较对照明显降低,并且随处理浓度增加,玉米倒伏率、株高、节间长和重心高度均呈现降低的趋势。研究同时表明,缩节胺处理增强了茎秆木质素含量及其相关酶的活性,最终获得了较高的玉米籽粒产量,其中以2.0 g kg~(-1)浓度的处理效果最好。


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