高產(chǎn)谷子品種高產(chǎn)機(jī)制

琦明玉 張立媛 李紅光

摘要：為探尋赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子高產(chǎn)機(jī)理以及相關(guān)的指標(biāo)，對(duì)赤峰地區(qū)主要推廣高產(chǎn)品種的主要農(nóng)藝性狀、生理指標(biāo)和產(chǎn)量進(jìn)行比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高產(chǎn)品種株高在各個(gè)生育期均顯著高于對(duì)照，但在高產(chǎn)品種之間，成熟期株高與產(chǎn)量之間并不呈顯著正相關(guān)，高產(chǎn)品種成熟期株高在一個(gè)適度范圍內(nèi)，赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種的理想株高在140～160 cm;高產(chǎn)谷子品種在各個(gè)生育期葉面積指數(shù)也顯著高于對(duì)照品種，表現(xiàn)為葉面積指數(shù)前期增長速度快、數(shù)值高、高位保持時(shí)間長，且葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種抽穗期時(shí)葉面積指數(shù)應(yīng)在4.5以上，并保持至灌漿期結(jié)束。高產(chǎn)谷子品種在干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)為干物質(zhì)積累速率較高，且各個(gè)時(shí)期干物質(zhì)積累量較大。但干物質(zhì)量受株高等多方面影響，赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種干物質(zhì)量成熟期在50～70 g;根質(zhì)量與品種特性相關(guān)性較大，并不能成為研究高產(chǎn)理論的特征性狀;葉綠素含量高是高產(chǎn)品種的一個(gè)特征，但葉綠素含量主要受品種特征的影響。

關(guān)鍵詞：谷子;高產(chǎn)機(jī)理;株高;葉面積指數(shù);干物質(zhì)積累量

中圖分類號(hào)： S515.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）11-0120-04

收稿日期：2018-02-27

基金項(xiàng)目：國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-07-13.5）。

作者簡(jiǎn)介：琦明玉（1985—），女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，碩士，助理研究員，從事糜子栽培與育種研究。E-mail：qimingyu006@126.com。? 谷子（Setaria italica）屬禾本科，是北方地區(qū)重要的糧食作物，是內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市第一大特色雜糧，常年播種面積在10萬hm2以上，是赤峰地區(qū)小雜糧產(chǎn)業(yè)的主要支撐[1]。目前對(duì)作物高產(chǎn)的追求難度不斷增大，對(duì)高產(chǎn)理論的研究主要圍繞在群體結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征以及栽培方式上。其中水稻、小麥、棉花等在高產(chǎn)機(jī)理方面的研究較為全面深入，郭仁松等通過對(duì)超高產(chǎn)棉田田間調(diào)查和測(cè)定，確立新疆高產(chǎn)棉花群體質(zhì)量結(jié)構(gòu)特征[2];李紅霞等認(rèn)為，水稻的群體特性是由外界的生境因子所調(diào)控的，調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)是水稻獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵途徑之一[3];夏瓊梅等通過對(duì)云南不同環(huán)境類型下水稻的高產(chǎn)機(jī)理研究認(rèn)為，環(huán)境是影響水稻高產(chǎn)的因素之一，但高產(chǎn)水稻在不同環(huán)境下有相似的干物質(zhì)積累特征[4];呂邦民早期對(duì)谷子高產(chǎn)機(jī)理的研究，探討了低、中、高3類產(chǎn)量特征谷田在群體結(jié)構(gòu)、干物質(zhì)積累上的差異[5]。后期對(duì)谷子高產(chǎn)的研究主要圍繞在栽培技術(shù)方面，如王艷菲探討了承德地區(qū)谷子高產(chǎn)的栽培方法[6];楊樹廷探討了遼寧西部谷子高產(chǎn)的栽培特點(diǎn)[7]。在谷子高產(chǎn)機(jī)理的研究由群體結(jié)構(gòu)、栽培方式轉(zhuǎn)向個(gè)體生理基礎(chǔ)方面，只有劉曉輝等通過對(duì)2個(gè)谷子品種生理指標(biāo)的測(cè)定，確認(rèn)谷子產(chǎn)量與葉綠素、光合速率、物質(zhì)分配速率等生理性狀有直接或間接的關(guān)系[8]。本試驗(yàn)通過對(duì)赤峰地區(qū)主要推廣的高產(chǎn)谷子品種，在農(nóng)藝性狀、生理指標(biāo)、干物質(zhì)積累等方面的差異性分析比較，確認(rèn)高產(chǎn)谷子的主要特征及限制因素，有助于正確認(rèn)識(shí)谷子產(chǎn)量形成的規(guī)律，也為谷子高產(chǎn)提供理論研究，為高產(chǎn)品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2017年在赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，土質(zhì)是栗鈣土，播種方法為開溝撒播。施加硅復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量分別為14%、20%、6%，SiO2含量≥3%）225 kg/hm2作基肥，中耕鋤草3次，全生育期不追肥、灌溉。

1.2 試驗(yàn)材料

6個(gè)谷子品種為赤谷10、赤谷16、赤谷17、峰紅谷、豫谷18、黃金谷（CK）。本試驗(yàn)所選用的谷子品種均屬于赤峰地區(qū)主要推廣高產(chǎn)品種以及引進(jìn)計(jì)劃推廣品種。黃金谷屬于本地優(yōu)質(zhì)品種，相對(duì)于其他5個(gè)品種，其產(chǎn)量較低，作為本次試驗(yàn)研究高產(chǎn)谷子高產(chǎn)機(jī)理的對(duì)照品種。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種4個(gè)重復(fù)。每小區(qū)行寬0.45 cm，行長5 m，4行區(qū)，小區(qū)面積9 m2，總共24個(gè)小區(qū)，用地216 m2。

1.3.2 調(diào)查項(xiàng)目及測(cè)定方法

1.3.2.1 葉綠素含量的測(cè)定 在拔節(jié)期、灌漿期和成熟期每小區(qū)取隨機(jī)5株，采用丙酮乙醇混合液（1 ∶ 1）進(jìn)行浸提，利用分光光度法測(cè)定。

1.3.2.2 葉面積及葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)變化的測(cè)定 苗期20 d、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取代表性樣株5株，儀器測(cè)定法，用C1-202便攜式葉面積儀來測(cè)定葉面積指數(shù)。

1.3.2.3 干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)變化的測(cè)定 苗期20 d、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取代表性植株5株，取地上部分洗干凈，先在105 ℃下殺青30 min，以停止樣品呼吸消耗，然后在80 ℃下繼續(xù)烘48 h，冷卻至室溫稱質(zhì)量。

1.3.2.4 主要農(nóng)藝性狀調(diào)查 調(diào)查每小區(qū)長勢(shì)基本一致的5株進(jìn)行標(biāo)記，在不同生長發(fā)育階段觀察記載植株株高動(dòng)態(tài)，在不同生長發(fā)育時(shí)期測(cè)定植株根系質(zhì)量變化。成熟時(shí)，小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同谷子品種農(nóng)藝性狀動(dòng)態(tài)變化

比較不同谷子品種的株高動(dòng)態(tài)顯著差異性，由表1可知，在苗期和拔節(jié)期時(shí)，除豫谷18與對(duì)照品種黃金谷無顯著差異以外，其他品種均顯著高于對(duì)照，其他參試品種之間比較，赤谷16株高最高，赤谷10與赤谷17次之，且二者之間無顯著差異性，再次為峰紅谷。抽穗期豫谷18的株高顯著低于對(duì)照黃金谷，其他品種均顯著高于對(duì)照，其他參試品種之間比較，赤谷16與赤谷17株高最高，且兩者之間無顯著差異，其次為赤谷10，再次為峰紅谷。灌漿期和成熟期時(shí)，豫谷18的株高顯著低于對(duì)照黃金谷，其他品種均顯著高于對(duì)照，其他參試品種之間比較，赤谷16和赤谷17的株高最高，且兩者之間無差異性，其次為赤谷10與峰紅谷，且兩者之間無差異性。

由圖1可知，谷子株高在拔節(jié)期至抽穗期開始快速升高，株高增長率為赤谷17>赤谷16>峰紅谷>黃金谷>赤谷10> 豫谷18。

比較不同谷子品種的根質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯著差異性（表2）可知，苗期和成熟期時(shí)，只有豫谷18根質(zhì)量顯著高于對(duì)照品種以外，其他品種的根質(zhì)量均顯著低于對(duì)照的根質(zhì)量;在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，對(duì)照品種的根質(zhì)量均顯著高于其他參試品種。

由圖2可知，6個(gè)谷子品種在各個(gè)生育期根質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，都在苗期至拔節(jié)期期增長迅速，抽穗期之后根質(zhì)量增長率并不明顯。

2.2 不同谷子品種全生育期生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化

由表3可見，谷子品種在不同生育期干物質(zhì)積累量顯著不同。苗期，所有谷子品種干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于對(duì)照黃金谷，其中赤谷16最高，其次為赤谷10與赤谷17，再次為峰紅谷，最后為豫谷18;拔節(jié)期，除峰紅谷與對(duì)照無顯著差異性外，其他品種干物質(zhì)量均顯著高于對(duì)照，其中赤谷16最高，再次為赤谷10、赤谷17、豫谷18，且三者之間無顯著差異;抽穗期，所有谷子品種干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于對(duì)照黃金谷，其中赤谷10、赤谷16、赤谷17干物質(zhì)質(zhì)量最高，且三者之間無顯著差異，其次為峰紅谷，再次為豫谷18;灌漿期，所有谷子品種干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于對(duì)照黃金谷，其中赤谷16與赤谷17較高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷10，再次為峰紅谷;成熟期時(shí)，除豫谷18與對(duì)照無顯著差異外，其他品種干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于對(duì)照，其中赤谷16與赤谷17最高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷10與峰紅谷，且二者之間無顯著差異。

由圖3可見，谷子品種干物質(zhì)質(zhì)量隨著生育期的開展呈直線上升趨勢(shì)，至灌漿結(jié)束趨于平緩。谷子從出苗至穗分化階段隨氣溫逐漸升高，其營養(yǎng)器官亦增大，同化器官發(fā)育與干物質(zhì)積累量的增長率最高，穗分化結(jié)束后增長率開始下降。

由表4可知，不同谷子品種在不同生育期葉面積指數(shù)有較大差異。苗期，除赤谷17和峰紅谷與對(duì)照黃金谷無顯著差異外，其他品種均高于對(duì)照，其中赤谷16最高，其次為赤谷10與豫谷18;拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，所有參試品種葉面積指數(shù)均高于對(duì)照，其中赤谷10與赤谷16最高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷17、峰紅谷、豫谷18，且三者之間無顯著差異;成熟期，除豫谷18與對(duì)照無顯著差異外，其他參試品種均高于對(duì)照，其中赤谷10與赤谷16較高，且二者之間無顯著差異，其次為赤谷17、峰紅谷，且二者之間無顯著差異。

由圖4可知，不同谷子品種在全生育期葉面積指數(shù)均呈單峰曲線。苗期由于苗小根細(xì)，處于緩慢生長時(shí)期，此時(shí)葉面積指數(shù)最低。伴隨根系之急驟增長，地上部亦增大。葉面積指數(shù)也增長，至抽穗期達(dá)到最大值。灌漿期時(shí)，谷子的營養(yǎng)生長已停止，同時(shí)田間郁閉，葉面積指數(shù)保持不變或有下降趨勢(shì)。至成熟期谷田開始落黃，葉面積指數(shù)開始由下降至衰亡。

由表5可以看出，葉綠素含量在不同谷子品種中的含量差異性較大。抽穗期時(shí)，赤谷17葉綠素含量最高，顯著高于對(duì)照黃金谷和其他品種，豫谷18與對(duì)照品種黃金谷無顯著差異;灌漿期時(shí)，赤谷16的葉綠素含量顯著高于對(duì)照黃金谷和其他品種，赤谷17和赤谷10與對(duì)照無顯著差異，豫谷18顯著低于對(duì)照品種;成熟期時(shí)，所有谷子品種葉綠素含量均顯著高于對(duì)照黃金谷，赤谷16含量最高。

2.3 不同谷子品種測(cè)產(chǎn)結(jié)果

由表6可知，5個(gè)谷子品種產(chǎn)量均較對(duì)照顯著升高，赤谷10產(chǎn)量最高，較對(duì)照增產(chǎn)69.2%，其次為赤谷16和赤谷17，二者之間無顯著差異，且較對(duì)照品種黃金谷增產(chǎn)30.0%以上，再次為峰紅谷，較對(duì)照增產(chǎn)21.6%，最后為豫谷18，較對(duì)照增產(chǎn)14.3%。

2.4 谷子品種農(nóng)藝和生理性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

比較成熟期時(shí)產(chǎn)量與谷子品種農(nóng)藝和生理性狀的相關(guān)性，由表7可知，株高與干物質(zhì)質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，根質(zhì)量與葉面積指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，干物質(zhì)質(zhì)量與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，產(chǎn)量只與葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，而與其他性狀無相關(guān)性。

3 討論與結(jié)論

3.1 高產(chǎn)品種株高與根質(zhì)量的差異性

本試驗(yàn)中，高產(chǎn)品種在谷子生育期后期（抽穗期、灌漿期、成熟期）株高均顯著高于對(duì)照品種。但在高產(chǎn)品種之間，成熟期株高與產(chǎn)量之間并不呈現(xiàn)出相關(guān)性，高產(chǎn)品種成熟期株高在一個(gè)適度范圍內(nèi)，赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種的理想株高在140～160 cm，表明株高可以代表一定程度上谷子營養(yǎng)生長狀況，高產(chǎn)品種株高會(huì)維持在一定的水平上，以保證生殖生長時(shí)提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)。牛艷波在對(duì)小麥株型與產(chǎn)量相關(guān)性的研究上認(rèn)為，植株過矮，減少了生物學(xué)產(chǎn)量，進(jìn)而會(huì)影響產(chǎn)量的減少;另外矮稈的源較小，就無法同時(shí)保證源、庫、流的協(xié)調(diào)，最終也會(huì)影響植物的產(chǎn)量[9]。但是株高越高不代表產(chǎn)量會(huì)越高，反而會(huì)引起倒伏、徒長問題，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。所以，高產(chǎn)品種的株高特征是維持在一個(gè)合適的范圍之間。楊惠杰等在對(duì)水稻莖稈性狀與抗倒伏及產(chǎn)量因子的關(guān)系研究中也得出相同結(jié)論[10]。

張耗等認(rèn)為，根質(zhì)量越高說明根系越發(fā)達(dá)，越可以為地上部分的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)支持，所以根質(zhì)量應(yīng)與地上部分（株高、干物質(zhì)質(zhì)量）和產(chǎn)量呈正相關(guān)性[11]。但是本次試驗(yàn)中，產(chǎn)量最低的對(duì)照品種黃金谷根質(zhì)量在生育期的各個(gè)時(shí)段均顯著高于其他品種（除豫谷18外）。環(huán)境脅迫對(duì)于根系生長有明顯正向刺激作用，脅迫因子促使根系在長度、密度方面增長，來進(jìn)一步吸收土壤營養(yǎng)[12]。由此說明根質(zhì)量與品種特性相關(guān)性較大，谷子作為西部地區(qū)重要的抗旱防災(zāi)作物，其抗旱、抗鹽堿特點(diǎn)突出，而黃金谷為赤峰地區(qū)優(yōu)質(zhì)農(nóng)家品種，深受農(nóng)民喜愛，主要特點(diǎn)之一便是抗旱能力突出。黃金谷具有分蘗特性，但其有效分蘗少。無效分蘗可以增加根質(zhì)量，但其爭(zhēng)奪營養(yǎng)物卻不能有效結(jié)實(shí)，致使產(chǎn)量不高。總之，在本次試驗(yàn)中根質(zhì)量并不能成為研究高產(chǎn)谷子理論的特征性狀。

3.2 高產(chǎn)品種葉面積指數(shù)與葉綠素含量的差異性

在本次試驗(yàn)中，高產(chǎn)谷子品種其在各個(gè)生育期葉面積指數(shù)也顯著高于對(duì)照品種，且葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)性，表明高產(chǎn)谷子葉面積指數(shù)前期增長速度快，數(shù)值高、高位保持時(shí)間長，為谷子前期生長獲得大量葉源，保證了充足的光合面積。羅宏海等在對(duì)棉花葉面積載荷量的研究中也得出相似結(jié)論[13]。赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種，抽穗期是葉面積指數(shù)應(yīng)在4.5以上，并保持至灌漿期結(jié)束。

葉綠素含量高是高產(chǎn)品種的一個(gè)特征，但葉綠素含量主要受到品種特征影響。本試驗(yàn)中，峰紅谷葉綠素含量在任何時(shí)期都表現(xiàn)較高，但其產(chǎn)量表現(xiàn)并不屬于前列，大田觀察可以明顯看出峰紅谷無論是莖稈還是葉片均比其他谷子品種深。顧駿飛等在水稻低葉綠素含量突變對(duì)光合作用及產(chǎn)量的影響中也發(fā)現(xiàn)，高葉綠素含量并不是葉片高光合速率的必需條件[14]。在今后的高光效育種中，挑選葉綠素含量適宜的品種更有利于葉片內(nèi)氮素在其他光合器官中的分配，提高光合效率，最終獲得高光效品種。

3.3 高產(chǎn)品種干物質(zhì)積累的差異性

本試驗(yàn)中高產(chǎn)谷子品種在干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)為干物質(zhì)積累速率較高， 且各個(gè)時(shí)期干物質(zhì)積累量較高。但干物質(zhì)質(zhì)量受株高等多方面影響，赤峰地區(qū)高產(chǎn)谷子品種干物質(zhì)質(zhì)量成熟期在50～70 g。湯永祿等在對(duì)小麥的研究中也得出，產(chǎn)量與各個(gè)生育階段的群體干質(zhì)量和分蘗期、拔節(jié)期的個(gè)體干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，超高產(chǎn)品種具有前期生長旺盛、干物質(zhì)

積累多，后期分配到籽粒的干物質(zhì)比例較高等特點(diǎn)，這是高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)[15]。

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