綜合應用中學生物學知識 探尋冬小麥增產的途徑

江蘇省盱眙縣教師發展管理中心 錢俊瑞

從教育改革發展的趨勢來看，學習的最終目的是讓學生走進社會，走進生活，讓學生利用所學的知識來解決生產和生活中遇到的問題，培養良好的學習品質，提高合作、交流、創新等核心能力。生物學知識重在實踐運用，中學生物學知識內容豐富，基礎性強，涉及面廣，實踐價值高，提高學生的生物學科學素養，培養學生多方面的能力，為學生的終身發展奠定基礎。本文以禾本科植物冬小麥為例，總結如何利用中學生物知識探尋提高糧食的產量。

小麥是種子植物門、被子植物亞門、單子葉植物綱、莎草目、禾本科、小麥屬，一年生或越年生草本植物，約20 種，分布于歐洲、地中海及亞洲部分地區。小麥是我國主要的糧食作物之一，種植小麥以收獲果實（穎果）為主要目的。我國常栽培的小麥又有冬小麥和春小麥之分，春小麥主要種在北方地區，一般在春季種植；冬小麥主要種在華東、華北地區。冬小麥一般9、10 月份播種，次年5、6 月份收獲。這里以冬小麥為例，結合中學生物學知識，從多角度去探尋冬小麥的增產途徑。

一、根據光合作用的原理，提高冬小麥產量

光合作用是綠色植物通過葉綠體，利用光能，把空氣中的二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。因此，可以充分利用光合作用的有關條件使其向著有利于光合作用的方向進行來提高小麥的產量。主要方法有：

（一）適當提高光照強度和延長光照時間。光照是綠色植物生長的必要條件之一。光照強度的大小直接影響光合作用效率，小麥屬于陽生植物，相對喜歡生活在光照強度較高的環境中，在一定的范圍內，適當提高光照強度可以提高光合作用的效率，從而提高其產量。另外，延長光照時間能提高光能利用率，提高凈光合作用量，增加有機物的積累，提高小麥的產量。因此，我們在對小麥種植場地選擇的時候，要考慮其光照強度的效果并可以采用各種方法來延長光照時間。

（二）適當提高二氧化碳濃度。二氧化碳是光合作用的主要原料之一。在一定的范圍內，植物光合速率隨著二氧化碳濃度的上升而增加，在達到某一定值后，再增加二氧化碳濃度，光合速率不再增加。從理論上講，適當提高小麥生長環境中的二氧化碳濃度，可以在一定范圍內促進光合作用暗反應的反應物的供應，增加有機物的生成，從而提高光合作用效率，提高小麥的產量。因此，合理密植，使小麥植株間通風透氣，使之能夠保證光合作用時對二氧化碳的吸收，這樣對小麥的生長和高產很有幫助。另外，如果有條件的話（比如在大棚中），可以適當地補充二氧化碳氣肥，也可以提高小麥光合作用效率。

（三）適當調節環境溫度。光合作用的光反應和暗反應都是酶促反應，需要多種酶參與反應，溫度影響酶的活性，因而對光合速率也有明顯的影響。一般來說，小麥的光合作用的最適溫度是25—30℃，低溫條件下植物光合作用速率變低的原因主要是酶的活性降低。高溫條件下光合速率也變低的原因主要是高溫使植物失水過多，影響氣孔的開閉，減少了二氧化碳進入細胞的數量。白天適當提高環境溫度，使溫度達到光合作用的酶作用的適宜溫度，有利于光合作用相關酶作用的發揮，促進光合作用的進行，與此相對應，夜間，適當地降低溫度，可以降低有氧呼吸的速率，減少對有機物的消耗，從全天看，增加有機物的積累，就有利于產量的提高。

（四）保證水的供應和適當提高土壤中礦質元素的含量。水和礦質元素會直接或間接地影響植物光合速率。例如：水也是光合作用的原料之一，充足的水分供應，能直接影響植物光合速率，提高作物的產量。土壤中植物必需的礦質元素有N、P、S、K、Ca、Mg 等，例如N 元素是植物體內蛋白質、核酸、酶等合成的必需元素，充足的N 元素可以促進葉片面積的增大和葉片數目的增多，從而增加光合面積，間接地影響植物光合速率；P 元素是植物體內核酸、磷脂等重要結構組成的必需元素。當植物缺乏光合作用必需的營養元素時，會出現諸多缺乏癥，如葉片變黃、變小或葉片上有斑點、葉片邊緣呈現燒焦狀等，適當提高土壤中礦質元素含量，就可以保證植物體內各種高分子有機物的合成，防止缺乏癥的發生，提高光合作用效率，從而促進其生長，提高產量。

二、從環境角度考慮小麥增產的途徑

（一）保證其生長土壤的適應的pH值。適合冬小麥生長的土壤pH 為6—8 之間，最適合pH 在6.8—7.0 的中性（或近中性）土壤。因而對種植小麥生長的土壤的pH 值應予以測定和調控，使其生長在最適合pH 范圍內，這樣才能促進其良性生長，從而達到增產的目的。

（二）設法進行環境溫度的調控。白天適當提高溫度，夜晚適當降低溫度。白天小麥進行光合作用，適當提高溫度使其有利于光合作用的各種酶的作用，提高光合作用效率。夜晚小麥不進行光合作用，只進行呼吸作用，即只消耗有機物，不生產有機物，降低溫度可以降低呼吸作用的速率，減少有機物的消耗，這樣，從全天來看，有利于有機物的積累。

（三）根據不同生長期的需要，適時適當地澆水施肥。小麥在不同的生長時期，對水、肥的需求量不同，如果在其生長的不同時期，根據其對水、肥的需要，適當地灌溉和施肥，就能促進其生長，提高其產量。例如在小麥的種子萌發期，需要充足的水分，但不能過大，水分過大，會引起呼吸作用受到抑制，甚至胚根腐爛，發芽率降低；又如在小麥的拔節期，需水量較大，要保證水的供應，需適時灌溉，又要控制好灌溉的水量，不能影響根部的呼吸作用。對于肥的供應，最好在播種期和拔節前期分別施肥，播種期最好是有機肥，而在拔節前期在施有機肥的基礎上再加一些含K 的復合肥效果更好。

（四）做好防蟲、除草、抗病工作。在小麥成長的不同時期，根據其生長規律，跟蹤做好提高小麥的防蟲、除草及防病工作，以提高小麥的產量。例如：對冬小麥而言，初春時要做好除草和防蟲工作，除草是防止雜草瘋長，爭奪小麥的生長空間和營養；春天是害蟲的高發期防蟲，初春防蟲既有效、又長遠；等到了齊穗期，要特別注意做好抗病、防病和抗倒伏的工作；對于接近成熟期，則要做好防霉工作。

（五）根據小麥的生長特性，做好春化工作。春化是指作物在生長發育過程中，必須經過一段低溫時期，才能通過個體發育的內部變化，實現由營養生長向生殖生長的轉變，才能開花結果。小麥是春化植物，必須進行春化處理，才能完成正常的開花結果。如冬小麥經過冬天寒冷天氣的自然磨煉，是自然春化。在特殊的情況下也可以對小麥種子進行人工春化處理。

三、改良小麥的品種，提高產量

（一）單倍體育種。單倍體育種是指通過花藥離體培養，形成單倍體植株，再利用人工誘導使染色體加倍（如利用秋水仙素處理幼苗使染色體加倍），得到染色體數目正常的植株（純合子），用這種方法得到的植株，不僅能夠正常繁殖，而且每對染色體上的成對基因都是純合的，自交產生的后代不會發生性狀分離。如我國的 “京花一號”小麥新品種，“京花一號”小麥穗大粒多，豐產性好，而且適應性和抗病性強，現在已經大面積推廣種植。

（二）多倍體育種。由于多倍體植株的莖稈粗壯，葉片、果實和種子比較大，對于小麥來說，籽粒大，產量高。例如：八倍體小黑麥營養價值比普通小麥豐富。在培育的過程中就是采用多倍體育種的方法：把普通小麥（六倍體）與黑麥（二倍體）雜交，得到四倍體種子，四倍體種子種植得到幼苗后通過利用秋水仙素處理等方法人工誘導使染色體加倍，得到八倍體小黑麥。

（三）采用基因工程技術。把抗逆性基因如抗蟲、抗旱、耐鹽堿、高產基因、優質蛋白基因等基因通過基因工程技術轉入小麥細胞體中并使之表達，從而使之體現一些優良性狀，這樣就能獲得一些得到諸如抗蟲、抗旱、耐鹽堿、高產、具有優質蛋白等的新品種。

（四）采用細胞工程技術。將兩種具有優良性狀的小麥體細胞進行植物體細胞雜交，然后進行植物組織培養，培養出具有優良性狀的小麥。例如：如果把小麥和荸薺的體細胞雜交能表達其性狀，就能得到地上收獲小麥，地下收獲荸薺的新品種。再如：假如能夠把甘蔗和小麥的體細胞雜交成功并能使甘蔗的含糖高的性狀和小麥產淀粉的性狀都能表達，既能獲得小麥籽粒作為糧食，又能通過秸稈制作蔗糖。

四、開發能夠進行生物固氮的新品種

豆科植物具有生物固氮的能力，是因為豆科植物根部具有根瘤菌，根瘤菌與豆科植物為互利共生的關系，根瘤菌能夠生物固氮，即把空氣中的氮氣轉變成氨（銨鹽）供給植物吸收和利用，植物體能夠為根瘤菌提供有機物。如果能采用轉基因技術將豆科植物控制生物固氮的基因轉移到小麥體細胞中并使之正常表達，那么應用前景非常喜人。既能使小麥自身能夠生物固氮而增產，又能減少工業氮肥的使用從而減少工業化肥（氮肥）生產過程中的能源資源浪費，并且減少生產和使用化肥過程中的環境污染。

生物是一門科學性和實踐性都很強的學科，如何在教學中讓學生利用科學知識解決生活問題是教育教學關注的重點。對于糧食作物來說，其增產途徑可從中學生物學知識方面進行探尋，我們應鼓勵學生只要開動腦筋，拓展思維，定能為小麥增產提出更多更好的思路和途徑。