花期高溫脅迫下調理劑“熱害清”預處理對玉米產量性狀及生理指標的影響

文廷剛 杜小鳳 劉京寶

關鍵詞：高溫脅迫;調理劑;熱害清;形態性狀;生理指標;玉米

近年來，隨著全球氣溫變暖，高溫脅迫逐漸成為影響農業生產的主要難題之一[1]。玉米是我國三大糧食作物之一，雖然玉米是一種喜溫作物，但也常會遭遇高溫脅迫，嚴重影響了玉米生長和產量形成[2-3]。研究顯示，花期是玉米對高溫脅迫最為敏感的時期，主要會引起穗發育異常、小穗小花敗育、穗粒數下降、籽粒灌漿速率和源庫比受影響[4-6]。閆艷等研究發現，高溫脅迫會導致玉米穗部性狀受到極大影響，表現為禿尖增長，穗質量、穗粒數和千粒質量下降[2]。鄧茳明等研究發現，高溫脅迫主要影響植物的光合作用、膜穩定性和線粒體呼吸等正常生理活動，造成體內抗氧化酶系統和過氧化物質的清除作用失去動態平衡，從而影響植株正常的生長和發育[7]。本研究以耐高溫型玉米品種鄭單309和熱敏感型玉米品種登海605為材料，研究花期高溫脅迫對夏玉米植株形態、穗部性狀以及抗氧化酶系統活性的影響。同時也研究了玉米抗高溫調理劑“熱害清”對玉米抗高溫的效果，為玉米的抗逆栽培和高效優質生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為耐高溫型玉米品種鄭單309（河南省農業科學院提供）和熱敏感型玉米品種登海605（市購）。調理劑“熱害清”新產品由江蘇省植物生長調節劑工程技術研究中心提供。

1.2 試驗設計

1.2.1 田間小區試驗 試驗于2018—2019年連續2年在淮安市現代農業高新科技園區進行。試驗設高溫和常溫、噴藥和不噴藥處理，分別形成4個處理組合[高溫不噴藥（HN）、高溫噴藥（HT）、常溫不噴藥（NN）、常溫噴藥（NT）]，詳見圖1。在噴施“熱害清”調理劑預處理5 d后進行田間搭棚覆膜增溫處理，保證白天棚內溫度控制在（37±2） ℃之間，高于40 ℃時揭開棚的兩端進行通風降溫。常溫處理即為未覆膜的自然溫度處理。調理劑“熱害清”新產品的用量和用法嚴格按產品說明書進行，即每 667 m2 用“熱害清”新產品一套（50 mL水劑+12 g粉劑）兌水15 kg，于玉米大喇叭口期（第12張葉展開）進行葉面噴施。試驗地前茬為小麥，肥力中等。玉米于2018年6月22日和2019年6月13日人工穴播，2年均采用寬窄行播種方式，寬行行距80 cm，窄行行距60 cm，株距22 cm。分別于2018年8月1日和2019年7月29日進行“熱害清”預處理，處理后5 d進行高溫脅迫，至灌漿期結束（處理后15 d）。其他田間管理同常規大田生產。

1.2.2 田間套袋試驗 玉米花絲和花粉結實率的測定采用人工套袋交叉授粉法。在玉米吐絲或散粉前，選取長勢一致的玉米植株對雌穗和雄穗進行套袋?；ńz結實率的測定是將常溫不噴藥（NN）的玉米植株花粉人工授粉到經高溫和調理劑處理后的玉米花絲上，成熟時測定玉米穗的實粒數和結實率。花粉結實率的測定則是將受過高溫和調理劑處理的玉米植株花粉人工授粉到常溫的正常玉米花絲（NN）上，成熟時測定玉米穗的實粒數和結實率，試驗處理詳見表1。每個處理套袋50個穗子，3次重復。玉米生長過程中的管理措施與其他大田操作一致。

1.3 測定項目與方法

玉米成熟后，對處理的植株性狀和穗部性狀進行測定，包括株高、穗位高、棒三葉面積、葉綠素含量、氣生根數和穗長。玉米穗部性狀主要測定總粒數、實粒數、空癟粒數、百粒質量和產量。結實率=單穗結實粒數/（穗行數×每行應結籽粒 數）×100%。

SOD活力的測定采用NBT法[8];POD活力的測定采用愈創木酚法[9];CAT活力的測定采用紫外吸收法[10]。MDA含量的測定用硫代巴比妥酸法[11]。葉綠素含量的測定采用丙酮提取法[12]。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016軟件和SPSS 19.0數據處理系統進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 調理劑“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米植株和穗部主要性狀間的效應差異

由表2可知，年份主效應除在玉米禿尖、總粒數、空癟粒數、花粉和花絲結實率上有顯著或極顯著（P<0.01）影響外，對其他性狀均無顯著影響。高溫主效應除對穗長無顯著影響外，在其余植株性狀上均存在顯著或極顯著影響;而調理劑預處理主效應以及高溫、調理劑預處理二者交互作用除穗長外，在其余植株性狀上均存在顯著或極顯著影響。

2.2 調理劑“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米植株形態的影響

由表3可知，在夏玉米大喇叭口期（第12葉展開）噴施“熱害清”后，2個品種株高和穗位高在高溫和常溫下均顯著下降，2年結果基本一致。2019年數據顯示，鄭單309和登海605的株高分別較未噴施處理下降28.1%和14.9%、12.9%和9.7%，其穗位高分別下降20.0%和15.3%、17.5%和172%，穗位以上節間長度占株高的比值分別增加1.1%和0.3%、4.3%和2.2%?？梢?， 噴施“熱害清”后， 玉米株高和穗位高顯著下降，而穗位以上節長與株高比明顯提升。這有利于玉米植株的通風，起到散熱降溫作用，其中“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米植株的改善效果更好。棒三葉面積和葉綠素含量在“熱害清”預處理后顯著增加，2年數據一致。2019年，鄭單309和登海605的棒三葉面積分別較未噴施處理增加7.5%和5.0%、5.5%和33%;其葉綠素分別增加13.5%和15.8%、11.6%和238%。噴施“熱害清”后穗長有縮短趨勢，但未達顯著水平;玉米禿尖則顯著縮短，2年趨勢一致。2019年數據顯示，鄭單309和登海605的玉米禿尖分別較未噴施處理減少17.4%和45.6%、16.1%和66.7%。同時，“熱害清”處理還顯著增加了植株氣生根數，2019年數據顯示，2個品種分別較未噴施處理增加了16.4%和26.0%、31.0%和28.9%?？梢?，“熱害清”預處理可顯著降低玉米植株的高度和穗位高，提升穗位上部節間的株高占比，顯著增加玉米棒三葉面積、葉綠素含量和氣生根數，玉米穗長略有減小，但玉米植株的上部形態得到了顯著改善，這有利于植株上部通風透光、散熱降溫，以及玉米光合作用和光合物質的積累;而氣生根數的增加，有利于土壤養分吸收和水分利用，促進蒸騰作用從而達到散熱降溫的效果。

2.3 調理劑“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米產量及構成的影響

由表4可知，除對總粒數無顯著影響外，高溫脅迫對實粒數、空癟粒數和單穗粒質量均有顯著影響，2年數據基本一致。高溫脅迫顯著降低了2個品種的實粒數，增加了空癟粒數。噴施“熱害清”后，2個品種的實粒數均顯著增加，空癟粒數顯著減少。2019年數據顯示，鄭單309和登海605的實粒數在高溫和常溫下分別較未噴施處理增加16.4%和7.1%、19.7%和10.9%;空癟粒數分別減少503%和485%、16.2%和14.3%。這說明“熱害清”對提高玉米實粒數、降低空癟粒數有顯著效果，尤其在高溫脅迫下效果更顯著。高溫脅迫還顯著降低了2個品種的單穗粒質量，噴施“熱害清”后，2個品種的單穗粒質量均較未噴施處理有顯著提高。2019年數據顯示，未噴施“熱害清”的情況下，高溫脅迫顯著降低了鄭單309和登海605的單穗粒質量，分別降低了12.3%和20.4%，這表明高溫脅迫對品種間的影響有顯著差異。噴施“熱害清”后，高溫脅迫下鄭單309和登海605百粒質量分別較未噴施處理提高2.3%和3.7%;而2個品種單穗產量則分別增加20.9%和19.3%?？梢?，高溫脅迫嚴重威脅了玉米產量的形成;而噴施“熱害清”預處理可挽回產量損失20%左右。即使在常溫下使用“熱害清”仍可提高玉米實粒數、 降低空癟粒數進而實現增產增收，2個品種2年平均增產7.1%和14.6%，且表明在對高溫敏感類品種（登海605）噴施“熱害清”預處理，其應用效果更為顯著。

2.4 調理劑“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米花粉和花絲結實率的影響

從圖2-A和圖2-B可以看出，當玉米花粉受到高溫脅迫時，鄭單309和登海605的實粒數和結實率均顯著下降，其中結實率分別較常溫處理降低53.0%和97.1%。“熱害清”預處理后，2個品種高溫脅迫下的實粒數和結實率均顯著增加，其中2個品種結實率分別較未噴施處理提高30.7%和 1 636.4%。常溫處理下2個品種噴施“熱害清”后其實粒數和結實率也顯著增加，其中鄭單309和登海605結實率分別較未噴施處理提高9.9%和82%?？梢姡邷孛{迫能顯著降低玉米花粉的結實率，熱敏感型玉米品種表現尤其顯著;而“熱害清”預處理則能顯著降低高溫脅迫對花粉結實率的損害，提高玉米實粒數和結實率。從圖2-C和圖2-D可以看出，當花絲受高溫脅迫時，2個品種實粒數和結實率均出現顯著下降，其結實率分別較常溫處理降低24.5%和26.2%。“熱害清”預處理后，2個品種實粒數和結實率均有顯著增加，其中結實率分別較未噴施處理提高7.3%和10.7%。常溫處理下，鄭單309和登海605實粒數和結實率也有增加，其中結實率分別較未噴施處理提高3.6%和5.3%?？梢姡邷靥幚砟軌驀乐亟档陀衩讓嵙岛徒Y實率。通過噴施“熱害清”預處理可顯著提高玉米花粉和花絲的抗高溫脅迫能力。此外，即使在常溫下噴施“熱害清”處理也能提高玉米花粉和花絲結實率。

2.5 調理劑“熱害清”預處理對高溫脅迫下玉米穗位葉抗氧化酶活力及丙二醛含量的影響

由圖3可知，整體來說，高溫脅迫能夠促進玉米穗位葉抗氧化酶活力的提高及MDA含量的增加。噴施“熱害清”預處理后，2個品種玉米葉片中的抗氧化酶活力在高溫和常溫下均明顯高于未噴施處理，其中高溫脅迫的增效更明顯;而MDA含量則明顯降低。就SOD活力而言，整體呈現先增后減的趨勢。高溫脅迫下的SOD活力較常溫對照明顯增加，這表明高溫可以激發玉米葉片SOD活力?！盁岷η濉碧幚砗螅邷孛{迫下葉片SOD活力均較未噴施處理明顯提高，這有利于減少高溫對玉米的傷害。CAT和POD活力經“熱害清”處理后的變化趨勢與SOD相似，均能明顯增加葉片中CAT和POD活力。MDA含量則在“熱害清”處理后明顯下降?？梢?，調理劑“熱害清”對高溫脅迫下的葉片抗氧化酶活力有顯著的增效作用，并能降低MDA含量，顯著減少高溫脅迫對玉米葉片的損害。

3 結論與討論

作物在生育期內遭受短暫或持續高溫脅迫會導致植株形態發育異常，引起生理生化改變[1]。前人研究顯示，玉米抽雄吐絲期受高溫脅迫可造成花粉喪失萌發能力，形成秕粒，從而導致結實率和籽粒質量降低[13]。王海梅研究發現，玉米開花期溫度大于32 ℃即會對玉米各項生理指標和產量構成產生一定影響。隨著處理溫度升高，植株體內的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及SOD活力均呈現先升后降的變化，而百粒質量、莖稈質量則呈現下降趨勢，禿尖比上升[14]。本研究中，2個玉米品種在高溫脅迫下的植株形態構建受到了顯著影響。“熱害清”預處理后，2個品種玉米植株的高度和穗位高顯著降低，棒三葉面積、葉綠素含量和氣生根數增加，從而顯著改善玉米植株的上部形態，植株間通風透光條件增強，光合利用率增加，有利于植株光合物質的形成和積累;而氣生根的增加，則有利于對土壤養分和水分的吸收利用及抗倒伏能力的提高。

本研究中，高溫處理顯著增加2個玉米品種的空癟粒數，降低了實粒數，顯著影響結實率提高。同時，玉米百粒質量和單穗粒質量均受高溫影響而顯著降低。通過“熱害清”預防性處理，2個玉米品種的實粒數顯著提高，空癟粒數顯著降低，百粒質量和單穗粒質量顯著增加。即使在常溫處理下施用“熱害清”也能提高玉米實粒數，降低空癟粒數?？梢姟盁岷η濉鳖A防性處理對高溫和常溫下玉米產量構成均有顯著改善作用。于康珂等的研究表明，高溫脅迫會導致花絲過早枯萎、壽命縮短，并造成結實率降低、禿頂增長、缺粒嚴重，出現減產達113%～42.7%的嚴重后果[15]。趙麗曉等的研究表明，花期高溫主要是通過影響玉米的花粉活力、花絲生長、授粉受精過程，最終導致穗上部籽粒敗育，有效粒數減少[16]。本研究中，無論是對花粉還是花絲進行高溫脅迫處理，均能導致2個品種的實粒數和結實率顯著降低，其中熱敏感型品種表現得尤為突出?！盁岷η濉鳖A防性處理對2個品種在高溫脅迫下的實粒數和結實率均有顯著提高，即使常溫下的實粒數和結實率也有較大提高?？梢姡邷孛{迫導致玉米減產的主因是每穗實粒數的減少，但品種間有差異。高溫引發花粉和花絲活性下降致使結實率降低則是造成實粒數減少的主因，且對花粉的影響大于花絲。通過調理劑預防性處理可顯著提高花粉、花絲對高溫的抗性而提高結實率，從而達到減損的目的。

細胞內的抗氧化酶系統是植株抵御逆境脅迫的一道重要防線。高溫脅迫會嚴重影響細胞膜的穩定性和線粒體呼吸，導致體內抗氧化酶系統和活性氧物質的清除失去了動態平衡，造成活性氧的累積，最終形成氧化傷害[17]。丙二醛是膜脂過氧化的產物之一，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度[18]。本研究中，高溫脅迫能提高抗氧化酶系統SOD、POD和CAT的活力，MDA含量也隨之增加?？梢姡邷孛{迫能激活體內抗氧化酶系統活性，提升抵抗高溫的能力，這與前人的研究[19-20]一致。“熱害清”預處理后，玉米葉片中的SOD、POD和CAT活力均明顯增加，尤以高溫處理后的增效最明顯;而MDA含量則明顯下降。由此可見，“熱害清”預處理可以提高玉米葉片的抗氧化酶系統活性，尤其在高溫脅迫下，氧化酶系統活性增加更顯著，這對于增強植株抗高溫能力、減少脅迫損傷有顯著效果。

參考文獻：

[1]陳小霞，李 磊，牛洪斌，等. 高溫脅迫對不同小麥品種幼苗葉片中抗氧化酶活力的影響[J]. 河南農業科學，2008，37（12）：38-40，58.

[2]閆 艷，徐麗娜，梅沛沛，等. 花期高溫對夏玉米材料BN183穗部性狀的影響[J]. 河南科技學院學報（自然科學版），2019，4（47）：1-4.

[3]李伏生，康紹忠，張富倉. 大氣CO2濃度和溫度升高對作物生理生態的影響[J]. 應用生態學報，2002，9（13）：1169-1173.

[4]趙龍飛，李潮海，劉天學，等. 花期前后高溫對不同基因型玉米光合特性及產量和品質的影響[J]. 中國農業科學，2012，45（23）：4947-4958.

[5]趙麗曉，張 萍，王若男，等. 花后前期高溫對玉米強弱勢籽粒生長發育的影響[J]. 作物學報，2014，40（10）：1839-1845.

[6]尹小剛，王 猛，孔箐鋅，等. 東北地區高溫對玉米生產的影響及對策[J]. 應用生態學報，2015，26（1）：186-198.

[7]鄧茳明，熊格生，袁小玲，等. 棉花不同耐高溫品系的SOD、POD、CAT活性和MDA含量差異及其對盛花期高溫脅迫的響應[J]. 棉花學報，2010，22（3）：242-247.

[8]高俊鳳. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[9]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[10]鄭炳松. 現代植物生理生化研究技術[M]. 北京：氣象出版社，2006.

[11]郝建軍，康宗利，于 洋. 植物生理學實驗技術[M]. 北京：化學業出版社，2007.

[12]高海濤，王育紅，孟戰贏，等. 超高產小麥產量及旗葉生理特性的研究[J]. 麥類作物學報，2010，30（6）：1080-1084.

[13]王愛國，羅廣華. 植物的超氧化物自由基與羥胺反應的定量關系[J]. 植物生理學通訊，1990，26（6）：51-57.

[14]王海梅. 高溫脅迫對河套灌區玉米生理指標及產量構成要素的影響[J]. 干旱氣象，2015，33（1）：59-62.

[15]于康珂，劉 源，李亞明，等. 玉米花期耐高溫品種的篩選與綜合評價[J]. 玉米科學，2016，24（2）：62-71.

[16]趙麗曉，雷 鳴，王 璞，等. 花期高溫對玉米子粒發育和產量的影響[J]. 作物雜志，2014（4）：6-9.

[17]芮鵬環，韓坤龍，王長進，等. 灌漿期高溫對玉米葉片抗氧化酶活力及滲透調節物質的影響[J]. 江蘇農業科學，2018，46（24）：82-84.

[18]尹 慧，陳秋明，何秀麗，等. 短暫高溫對百合植株抗氧化酶系統的影響[J]. 園藝學報，2007，34（2）：509-512.

[19]汪炳良，徐 敏，史慶華，等. 高溫脅迫對早熟花椰菜葉片抗氧化系統和葉綠素及其熒光參數的影響[J]. 中國農業科學，2004，37（8）：1245-1250.

[20]劉瑞俠，李艷輝，陳紹寧，等. 干旱高溫協同脅迫對玉米幼苗抗氧化防護系統的影響[J]. 河南農業大學學報，2008，42（4）：363-366.孫成韜，劉曉麗，王延波. 噴淋秋水仙素加倍玉米單倍體籽粒最適條件及應用效果研究[J].