GPIT那氏大穗玉米在重度鹽堿地的種植試驗

王 綸，王星玉，楊紅軍，那郅燁，杜建民，趙和平，元慕田

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山西 太原 030031；2.云南生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 昆明 650106；3.寧夏農(nóng)業(yè)科學(xué)院荒漠化治理研究所，寧夏銀川750002；4.山西省奧圣農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，山西 太原 030001）

GPIT那氏大穗玉米在重度鹽堿地的種植試驗

王 綸1，王星玉1，楊紅軍2，那郅燁2，杜建民3，趙和平4，元慕田4

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山西 太原 030031；2.云南生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 昆明 650106；3.寧夏農(nóng)業(yè)科學(xué)院荒漠化治理研究所，寧夏銀川750002；4.山西省奧圣農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，山西 太原 030001）

為了進一步驗證GPIT那氏大穗玉米的耐鹽性，對那氏大穗玉米在重度鹽堿地進行了種植試驗。結(jié)果表明，與對照正大12比較，那氏大穗玉米植株在葉片特征、根系特征上均發(fā)生了明顯的變化，其莖稈的產(chǎn)量和品質(zhì)、籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量也明顯得到了提升，說明那氏大穗玉米在高光效特性的前提下，也使其耐土壤鹽堿的能力得到了提高；如果再輔以相應(yīng)配套的栽培技術(shù)，那氏大穗玉米在重度鹽堿地上的增產(chǎn)潛力將會得到更加明顯的體現(xiàn)。

GPIT；大穗；玉米；重度鹽堿地；試驗

土壤鹽漬化及其對作物的鹽害是世界范圍內(nèi)的一大難題。我國鹽堿地面積僅次于澳大利亞、俄羅斯、阿根廷，約為2 670萬hm2[1]。土壤鹽漬化現(xiàn)象在干旱、半干旱地區(qū)普遍存在，大量的地表蒸發(fā)使土壤溶液不斷濃縮，部分土地因重度鹽堿化而被棄荒[2]。實踐證明，采用生物方法治理鹽堿地，即通過種植耐鹽作物和耐鹽品種是開發(fā)利用鹽堿地的有效措施。因此，鑒定和篩選各種作物的耐鹽品種越來越引起人們的重視。世界上不少國家已經(jīng)開展了這方面的研究工作，美國已篩選出可用全海水灌溉的大麥品種，展示出耐鹽資源篩選鑒定的必要性及耐鹽育種的前景[3]。我國從20世紀(jì)80年代起，對水稻、小麥、大麥、高粱、谷子、黍稷等多種作物種質(zhì)資源進行了耐鹽性鑒定，篩選出一批耐鹽性強的種質(zhì)資源，并在鹽堿地的開發(fā)利用中發(fā)揮了重要的作用[4]。除此之外，通過生物技術(shù)對不同作物的種子進行處理，以增強種子的耐鹽能力，對鹽堿地的開發(fā)利用也發(fā)揮了不可替代的作用。山西省在2010年啟動的6.7萬hm2鹽堿地的開發(fā)利用項目中，把生物治理鹽堿地列在了重要的位置[5]，不僅在利用耐鹽作物和耐鹽品種上加大了力度，同時，高光效、強抗逆的GPIT生物制劑能夠間接提高作物品種的耐鹽性，其應(yīng)用也被列入了治理鹽堿地的重要內(nèi)容[6-7]。玉米屬中度耐鹽性作物，但品種之間又存在著耐鹽程度大小的差異。GPIT那氏大穗玉米是通過GPIT生物技術(shù)的育種手段選育而成，具有普通玉米品種所不具備的高光效、強抗逆的生物學(xué)特性，在生產(chǎn)上也表現(xiàn)出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆和抗病性強的特點[8]。

為了進一步驗證GPIT那氏大穗玉米的耐鹽性，2016年由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院品種資源研究所、云南省生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所、山西奧圣農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、寧夏農(nóng)業(yè)科學(xué)院荒漠化治理研究所等單位在寧夏銀川市賀蘭山農(nóng)牧場進行了GPIT那氏大穗玉米在重度鹽堿地的種植試驗，以期通過對那氏大穗玉米葉片和根系特征、莖葉青貯產(chǎn)量和品質(zhì)以及籽粒產(chǎn)量因子、產(chǎn)量等因素與耐鹽堿品種正大12的比較分析，明確其抗鹽堿的特性和機理，為鹽堿地的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 材料 供試品種為GPIT那氏大穗玉米（以下簡稱那氏大穗），對照為當(dāng)?shù)刂魍颇望}品種正大12。

1.1.2 研究區(qū)概況 試驗地在寧夏賀蘭山東麓，屬賀蘭山?jīng)_積扇平原，地理位置為東經(jīng)105°32′，北緯38°30′，海拔為 1 108 m，無霜期 130 d，年降水量202 mm，年日照時數(shù)3 000 h。土質(zhì)為淡灰鈣土，土壤全鹽含量7.78 g/kg，pH值8.62，屬重度鹽堿地。

1.2 試驗方法

試驗以小區(qū)進行，隨機排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積為206.25 m2（25 m×8.25 m），每小區(qū)種植16行玉米，各小區(qū)間留120 cm走道。于播前7日深旋耕12～15 cm，及時耙磨保墑。播種期為4月25日，以滾輪式播種器進行人工播種，寬行密植，行距60 cm，株距為22 cm，播深為5 cm，密度達(dá)75 795株/hm2。旋耕時施入尿素225 kg/hm2，播種時施入磷酸二銨150 kg/hm2，拔節(jié)期溝施尿素157.5 kg/hm2和磷酸二銨67.5 kg/hm2，其他各項田間管理同常規(guī)[9]。

1.3 調(diào)查項目及方法

1.3.1 那氏大穗與正大12（CK）葉片和根系特征的調(diào)查 調(diào)查項目為全株葉面積、穗3葉葉面積、全株鮮葉質(zhì)量、干葉質(zhì)量及葉干鮮比、鮮根質(zhì)量、干根質(zhì)量及根干鮮比、根密度。

1.3.1.1 全株葉面積 在乳熟期隨機選取試驗品種和對照的植株，以卷尺測量全株每片葉片的長度和寬度（測量葉片的中間最寬處），計算出每片葉的葉面積（葉面積＝葉長×葉寬×0.75（0.75為玉米葉面積系數(shù)）），然后每片葉面積相加得出全株葉面積，取10株葉面積平均值，精確到0.01。

1.3.1.2 穗3葉葉面積 調(diào)查全株葉面積時，對穗的上部1片葉和下部2片葉的葉面積相加，得出穗3葉葉面積，取10株的平均值，精確到0.01。

1.3.1.3 干、鮮葉質(zhì)量及干鮮葉質(zhì)量比 鮮葉質(zhì)量：對乳熟期全株葉片稱質(zhì)量，取3株平均值，精確到0.01。干葉質(zhì)量：鮮葉烘干后的質(zhì)量，取3株平均值，精確到0.01。干鮮葉質(zhì)量比：干葉質(zhì)量除以鮮葉質(zhì)量，精確到0.01。

1.3.1.4 干、鮮根質(zhì)量及干鮮根質(zhì)量比 鮮根質(zhì)量：隨機取試驗和對照品種各3株，去掉地上部分，在植株下各挖一個長、寬、深分別為65，40，30 cm的土坑，將土體連同根系取回，將土抖凈，取出根系稱質(zhì)量，取3株平均值，精確到0.01。干根質(zhì)量：鮮根烘干后的質(zhì)量，取3株平均值，精確到0.01。干鮮根質(zhì)量比：干根質(zhì)量除以鮮根質(zhì)量，精確到0.01。

1.3.1.5 根密度 干根的質(zhì)量除以土坑的體積（60cm×40cm×30cm），取3株平均值，精確到0.01。1.3.2 那氏大穗與正大12（CK）莖稈青貯產(chǎn)量、品質(zhì)和籽粒產(chǎn)量因子、產(chǎn)量的調(diào)查和測定 調(diào)查項目為每公頃莖葉產(chǎn)量，莖稈的含糖量、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、每公頃籽粒產(chǎn)量。

1.3.2.1 每公頃莖葉產(chǎn)量 收獲期測量3個試驗小區(qū)莖葉產(chǎn)量，求平均值，折合公頃產(chǎn)量，精確到0.01。

1.3.2.2 莖稈的含糖量 收獲期莖稈取樣，由便攜式測糖儀測定，精確到0.01。

1.3.2.3 穗的6項數(shù)量性狀 取10株樣株穗，測量其穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量和穗粒質(zhì)量，取其平均值，精確到0.01。

1.3.2.4 公頃產(chǎn)量 試驗和對照（CK）3個小區(qū)籽粒的平均產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 那氏大穗與正大12（CK）葉片和根系的特征比較

一個作物品種耐鹽程度的強弱，在葉片和根系的形態(tài)特征上首先會得到明顯的體現(xiàn)，其主要表現(xiàn)在全株葉面積大小和質(zhì)量的高低以及根系的質(zhì)量與數(shù)量的多少上。正大12（CK）是當(dāng)?shù)赜衩灼贩N中篩選出的耐鹽性強的品種，近年來一直作為當(dāng)?shù)亻_發(fā)和改良重度鹽堿地的品種利用，表現(xiàn)出籽粒產(chǎn)量高，而且還具有葉茂根繁的形態(tài)特征，把正大12作為那氏大穗在重鹽堿地試驗的對照（CK）品種，就可以更加說明那氏大穗的耐鹽程度。從表1可以看出，從葉片的特征中，那氏大穗全株的葉面積比對照多376.8 cm2，高5.73%；穗3葉面積比對照多279.96 cm2，高14.08%；鮮葉質(zhì)量比對照少6.85 g，低5.23%；干葉質(zhì)量比對照多0.23 g，高0.5%；干鮮葉質(zhì)量比比對照高2.08百分點。縱觀那氏大穗與正大12（CK）葉片的特征比較，除了鮮葉質(zhì)量出現(xiàn)負(fù)值外，其他各項均為正值。葉是作物進行光合作用制造碳水化合物的主要器官，那氏大穗不論是全株葉面積還是穗3葉葉面積均比對照大，說明那氏大穗玉米具有高光效的形態(tài)特征，其中，穗3葉在光合作用中起著舉足輕重的作用，而那氏大穗穗3葉葉面積比對照增加的百分點要比全株葉面積增加的百分點高，這就為那氏大穗光合效率的提高創(chuàng)造了更加有利的條件[11]。光合效率的提高，又會導(dǎo)致那氏大穗植株的健壯生長，健壯的植株自然會對逆境的抵抗能力（包括耐鹽能力）增強，因此，這也是那氏大穗比對照耐鹽性強的重要形態(tài)特征體現(xiàn)。從鮮葉質(zhì)量、干葉質(zhì)量、干鮮葉質(zhì)量比來看，鮮葉質(zhì)量那氏大穗比正大12（CK）低5.23%，說明那氏大穗高光效的特性需要加大對葉片中水分的供給量，從而導(dǎo)致鮮葉質(zhì)量的降低，這種狀況并不會影響植株的正常生長。干葉質(zhì)量的增加，不僅說明了那氏大穗比對照葉片繁茂，也說明了葉中干物質(zhì)的積累，如葉綠素、氮、磷、鉀和微量元素等也大于對照，間接說明那氏大穗在重度鹽堿地的耐鹽程度也大于對照。干鮮葉質(zhì)量比那氏大穗比對照高2.08百分點，正好驗證了那氏大穗雖然鮮葉質(zhì)量比對照減少，但干葉質(zhì)量卻增加了，進一步說明那氏大穗因具有高光效特性而使其耐鹽性增強。

表1 那氏大穗與正大12（CK）在重度鹽堿地種植葉片特征比較

從表2可以看出，鮮根質(zhì)量比對照多58.81 g，比對照高41.49百分點，說明那氏大穗在重度鹽堿地的根系發(fā)育要明顯好于對照。鮮根質(zhì)量的提高說明2方面問題：一是須根的數(shù)量多，二是根系的吸水能力和保水性要明顯好于對照，這也是那氏大穗能夠高度耐鹽的重要形態(tài)特征體現(xiàn)。干根質(zhì)量比對照多44.54 g，比對照高58.83%，干根質(zhì)量的提高說明那氏大穗的根系發(fā)育良好，在鹽堿地土壤中的分布不論是深度還是廣度上都表現(xiàn)出比對照明顯的優(yōu)勢，這也是那氏大穗之所以能高度耐鹽的主要特征體現(xiàn)。干鮮根質(zhì)量比比對照多6.55百分點，說明那氏大穗的根系不僅數(shù)量多，而且干物質(zhì)的積累也多，在重度鹽堿地表現(xiàn)出高度耐鹽性，強大的根系是基礎(chǔ)，在這里起到了很關(guān)鍵的作用。根密度比對照多0.12 mg/cm3，比對照高9%，說明那氏大穗的須根系在重度鹽堿地上廣而深的分布，龐大的根系對那氏大穗高度的耐鹽性發(fā)揮了重要的作用。

表2 那氏大穗與正大12（CK）在重度鹽堿地種植根系的特征比較

2.2 那氏大穗與正大12（CK）莖稈產(chǎn)量、品質(zhì)和籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量的比較

衡量一個作物品種耐鹽程度的強弱，除了在葉片和根系形態(tài)特征上有所體現(xiàn)外，更重要的是在莖稈的青貯產(chǎn)量和品質(zhì)以及籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量上得到體現(xiàn)。因為葉片和根系的發(fā)達(dá)必然會導(dǎo)致植株健壯，使莖葉青貯產(chǎn)量增加，品質(zhì)提高。同時，光合效率明顯提高，而光合效率的提高就會使籽粒的產(chǎn)量因子和產(chǎn)量相應(yīng)提升。從種植籽粒產(chǎn)量因子、產(chǎn)量的比較來看（表3），穗長比對照提高3.2 cm，比對照增加16.75%；穗粗比對照提高0.25 cm，比對照增加4.25%；穗行數(shù)比對照增加0.21行，比對照提高1.16%；行粒數(shù)比對照增加3.04粒，比對照提高7.78%；百粒質(zhì)量比對照增加2.8 g，比對照提高8.81%；穗粒質(zhì)量比對照增加38.34 g，比對照提高17.17%；每公頃產(chǎn)量比對照增加2 615.4 kg，比對照增產(chǎn)17.17%。從莖稈（包括葉片）的產(chǎn)量來看（表4），每公頃比對照提高產(chǎn)量750 kg，莖稈產(chǎn)量的提高對促進當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展和草場的保護起到了至關(guān)重要的作用[12]。更重要和難能可貴的是，在莖稈產(chǎn)量提高的前提下，莖稈的含糖量提高8.21百分點，這是非常罕見的現(xiàn)象，這也正是那氏大穗以GPIT生物制劑作為獨特的育種手段，對GPIT生物制劑高光效特性在作物育種上遺傳傳遞的一種明顯的體現(xiàn)。從GPIT生物制劑在各種作物上通過浸種、根外噴施等方法應(yīng)用后，在光合效率大幅提高的前提下，間接地起到了增產(chǎn)提質(zhì)的效果[13]，進而又在作物育種上得到了應(yīng)用，使GPIT生物制劑的高光效作用通過品種自身直接發(fā)揮出來，在生產(chǎn)上應(yīng)用后，就更加省工、省時，提高了經(jīng)濟效益，從應(yīng)用到育種，這不能不說是GPIT生物制劑在實踐應(yīng)用上的一大飛躍。那氏大穗在重度鹽堿地莖稈含糖量比對照大幅度的提升，也充分表明那氏大穗的高光效特性，在重度鹽堿的生態(tài)環(huán)境下并未受到明顯的影響。從抗逆性的角度來看，也表明那氏大穗的高度耐鹽性。那氏大穗在重鹽堿地莖稈含糖量的大幅提高，大大提高了玉米莖稈的適口性和營養(yǎng)含量，不僅提高了莖稈的利用價值和附加值，在重度鹽堿地的開發(fā)利用中，特別是對牧區(qū)來說顯得更加重要[14]。

表3 那氏大穗與對照在重度鹽堿地種植籽粒產(chǎn)量因子、產(chǎn)量的比較

除莖稈以外，籽粒產(chǎn)量是衡量大穗玉米耐鹽性強弱的更重要的指標(biāo)。由表3可知，那氏大穗與正大12（CK）6項產(chǎn)量因子的比較中均為正值，而且增值的幅度也很平穩(wěn)，這就為那氏大穗產(chǎn)量的增加奠定了基礎(chǔ)。正大12是當(dāng)?shù)亻_發(fā)重度鹽堿地的優(yōu)良品種，其本身的耐鹽堿性很強，那氏大穗玉米的出現(xiàn)使得正大12在重度鹽堿地的表現(xiàn)也顯得有所遜色，而大穗玉米為重度鹽堿地的進一步開發(fā)利用提供了更加有效的途徑，同時也為當(dāng)?shù)厝嗣竦拿撠氈赂蛔叱隽艘粭l新的更廣闊的道路。

表4 那氏大穗與對照在重度鹽堿地種植莖稈產(chǎn)量和品質(zhì)的比較

3 結(jié)論與討論

那氏大穗在重度鹽堿地上的種植試驗結(jié)果表明，那氏大穗的高光效特性導(dǎo)致的葉片和根系特征的變化，莖稈產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量的變化，均是對重度鹽堿地生態(tài)環(huán)境的高度適應(yīng)。從這些變化中也可以看出，那氏大穗并沒有在土壤高鹽堿含量的逆境環(huán)境中生長受阻，而是比對照更加茁壯地生長，表現(xiàn)在葉片更加肥厚，葉面積特別是穗3葉葉面積增大，葉綠素含量增加，為適應(yīng)在高鹽堿的生態(tài)環(huán)境下光合效率的提高創(chuàng)造了條件；根系的發(fā)育也更加良好，不論橫向或縱向的須根數(shù)量和質(zhì)量均比對照有所增加，為那氏大穗在生長過程中從深層的土壤中吸收更多的水分和養(yǎng)料奠定了基礎(chǔ)，從而降低了土壤因高度的鹽堿含量對生長發(fā)育造成的危害程度；那氏大穗葉片和根系在重鹽堿地的突出表現(xiàn)，又為那氏大穗在重度鹽堿地莖稈的產(chǎn)量以及籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善奠定了基礎(chǔ)。這也更加凸顯出那氏大穗對在高鹽堿土壤生態(tài)的逆境中，對土壤中鹽堿的高度抵抗性，這種在一般的玉米品種難以表現(xiàn)出的耐鹽堿特性，也成就了那氏大穗在我國高度鹽堿地的開發(fā)利用中體現(xiàn)出的價值。

那氏大穗之所以表現(xiàn)出對土壤中鹽堿的高度抗性，與那氏大穗應(yīng)用GPIT生物制劑的育種手段有關(guān)。由于GPIT生物制劑的核心作用是大幅提高太陽光能的利用率，因此，那氏大穗有別于其他品種的最大特點，就是對光能利用率的提高，在此前提下，才會出現(xiàn)在逆境的生態(tài)環(huán)境條件下，表現(xiàn)出對逆境的高度抗逆性和適應(yīng)性（其中包括耐鹽堿性）。但還需要說明的一點是，那氏大穗由于應(yīng)用GPIT生物技術(shù)手段育成，雖然比較明顯地體現(xiàn)出GPIT生物制劑高光效的特性，在抗逆性上也得到了體現(xiàn)，但在全生育期的生長發(fā)育過程中，還對GPIT生物制劑存在某種程度的依賴性，因此，在生長發(fā)育的前期，還要采取相應(yīng)的配套栽培措施，要求在出苗后4～5葉期，7～8葉期，12～13葉期再輔以1∶200倍的GPIT生物制劑稀釋液對莖葉各噴施1次，就會更加激發(fā)那氏大穗高光效所帶來的潛能[15]。但遺憾的是，此次試驗在生育前期并未采用葉片噴施的輔助配套措施，使那氏大穗在葉片特征、根系特征、莖稈的產(chǎn)量和品質(zhì)以及籽粒產(chǎn)量因子和產(chǎn)量上受到了一定程度的影響。盡管如此，那氏大穗在重度鹽堿地與對照明顯差異的試驗結(jié)果，也是出乎人們意料的。除此之外，那氏大穗寬行窄壟的配套種植模式也不可忽視，要求行距1.1 m，壟距30 cm，每公頃留苗密度51 000～52 500株。而此次的試驗是采取寬行密植的種植方法，使那氏大穗高光效特性的發(fā)揮受到了一定程度的影響。如果在相應(yīng)配套的栽培模式下，那氏大穗在重度鹽堿地種植，一定會出現(xiàn)比此次試驗更加理想的效果。

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The Planting Experiment of GPIT Big Ear Corn in Serere Alkali Area

WANGLun1，WANGXingyu1，YANGHongjun2，NAZhiye2，DUJianmin3，ZHAOHeping4，YUANMutian4
（1.Institute ofCrop GermplasmResources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，KeyLaboratoryofCrop Gene Resources and GermplasmEnhancement on Loess Plateau，MinistryofAgriculture，Taiyuan 030031，China；2.Yunnan Institute ofEcological Agriculture，Kunming650106，China；3.Institute ofDesertification Management，Ningxia AcademyofAgricultural Sciences，Yinchuan 750002，China；4.Shanxi AoshengAgricultural Development Co.，Ltd.，Taiyuan 030001，China）

To further verify with salt resistance of GPIT big ear corn,the planting experiment of big ear corn in severe saline alkali soil was carried out.The results show that compared with Zhengda 12,the leaves,root system characteristics have taken place obvious changes,and also lead to the stem yield and quality,grain yield and yield factor improve significantly,which explains the big ear corn on the premise of high photosynthetic efficiency features,soil salinity resistance ability is also improved.If the technique of cultivation is supplemented bythe correspondingtechnology,the potential ofthe yield increase on the high salt alkali land will be more evident.

GPIT；bigear;corn;severe saline alkali;experiment

S513

A

1002-2481（2017）11-1776-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.11

2017-06-26

山西省科技推廣項目（2013071019）；中國國際經(jīng)濟技術(shù)交流中心項目（CPR/10/201寧夏沙漠化防治與民生改善）

王 綸（1972-），男，山西太原人，副研究員，主要從事作物栽培和種質(zhì)資源研究工作。