高产谷子品种高产机制

2019-07-22琦明玉张立媛李红光

江苏农业科学 2019年11期

琦明玉张立媛李红光

摘要：为探寻赤峰地区高产谷子高产机理以及相关的指标，对赤峰地区主要推广高产品种的主要农艺性状、生理指标和产量进行比较分析。结果发现：高产品种株高在各个生育期均显著高于对照，但在高产品种之间，成熟期株高与产量之间并不呈显著正相关，高产品种成熟期株高在一个适度范围内，赤峰地区高产谷子品种的理想株高在140～160 cm;高产谷子品种在各个生育期叶面积指数也显著高于对照品种，表现为叶面积指数前期增长速度快、数值高、高位保持时间长，且叶面积指数与产量呈显著正相关。赤峰地区高产谷子品种抽穗期时叶面积指数应在4.5以上，并保持至灌浆期结束。高产谷子品种在干物质积累方面表现为干物质积累速率较高，且各个时期干物质积累量较大。但干物质量受株高等多方面影响，赤峰地区高产谷子品种干物质量成熟期在50～70 g;根质量与品种特性相关性较大，并不能成为研究高产理论的特征性状;叶绿素含量高是高产品种的一个特征，但叶绿素含量主要受品种特征的影响。

关键词：谷子;高产机理;株高;叶面积指数;干物质积累量

中图分类号： S515.04 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）11-0120-04

收稿日期：2018-02-27

基金项目：国家谷子高粱产业技术体系建设专项（编号：CARS-07-13.5）。

作者简介：琦明玉（1985—），女，内蒙古鄂尔多斯人，硕士，助理研究员，从事糜子栽培与育种研究。E-mail：qimingyu006@126.com。谷子（Setaria italica）属禾本科，是北方地区重要的粮食作物，是内蒙古自治区赤峰市第一大特色杂粮，常年播种面积在10万hm2以上，是赤峰地区小杂粮产业的主要支撑[1]。目前对作物高产的追求难度不断增大，对高产理论的研究主要围绕在群体结构、环境特征以及栽培方式上。其中水稻、小麦、棉花等在高产机理方面的研究较为全面深入，郭仁松等通过对超高产棉田田间调查和测定，确立新疆高产棉花群体质量结构特征[2];李红霞等认为，水稻的群体特性是由外界的生境因子所调控的，调节群体结构是水稻获得高产的关键途径之一[3];夏琼梅等通过对云南不同环境类型下水稻的高产机理研究认为，环境是影响水稻高产的因素之一，但高产水稻在不同环境下有相似的干物质积累特征[4];吕邦民早期对谷子高产机理的研究，探讨了低、中、高3类产量特征谷田在群体结构、干物质积累上的差异[5]。后期对谷子高产的研究主要围绕在栽培技术方面，如王艳菲探讨了承德地区谷子高产的栽培方法[6];杨树廷探讨了辽宁西部谷子高产的栽培特点[7]。在谷子高产机理的研究由群体结构、栽培方式转向个体生理基础方面，只有刘晓辉等通过对2个谷子品种生理指标的测定，确认谷子产量与叶绿素、光合速率、物质分配速率等生理性状有直接或间接的关系[8]。本试验通过对赤峰地区主要推广的高产谷子品种，在农艺性状、生理指标、干物质积累等方面的差异性分析比较，确认高产谷子的主要特征及限制因素，有助于正确认识谷子产量形成的规律，也为谷子高产提供理论研究，为高产品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2017年在赤峰市农牧科学研究院试验基地进行。试验地前茬作物为玉米，土质是栗钙土，播种方法为开沟撒播。施加硅复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为14%、20%、6%，SiO2含量≥3%）225 kg/hm2作基肥，中耕锄草3次，全生育期不追肥、灌溉。

1.2 试验材料

6个谷子品种为赤谷10、赤谷16、赤谷17、峰红谷、豫谷18、黄金谷（CK）。本试验所选用的谷子品种均属于赤峰地区主要推广高产品种以及引进计划推广品种。黄金谷属于本地优质品种，相对于其他5个品种，其产量较低，作为本次试验研究高产谷子高产机理的对照品种。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计随机区组设计，每个品种4个重复。每小区行宽0.45 cm，行长5 m，4行区，小区面积9 m2，总共24个小区，用地216 m2。

1.3.2 调查项目及测定方法

1.3.2.1 叶绿素含量的测定在拔节期、灌浆期和成熟期每小区取随机5株，采用丙酮乙醇混合液（1 ∶ 1）进行浸提，利用分光光度法测定。

1.3.2.2 叶面积及叶面积指数动态变化的测定苗期20 d、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期，每个小区随机取代表性样株5株，仪器测定法，用C1-202便携式叶面积仪来测定叶面积指数。

1.3.2.3 干物质积累动态变化的测定苗期20 d、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期，每个小区随机取代表性植株5株，取地上部分洗干净，先在105 ℃下杀青30 min，以停止样品呼吸消耗，然后在80 ℃下继续烘48 h，冷却至室温称质量。

1.3.2.4 主要农艺性状调查调查每小区长势基本一致的5株进行标记，在不同生长发育阶段观察记载植株株高动态，在不同生长发育时期测定植株根系质量变化。成熟时，小区实收测产。

2 结果与分析

2.1 不同谷子品种农艺性状动态变化

比较不同谷子品种的株高动态显著差异性，由表1可知，在苗期和拔节期时，除豫谷18与对照品种黄金谷无显著差异以外，其他品种均显著高于对照，其他参试品种之间比較，赤谷16株高最高，赤谷10与赤谷17次之，且二者之间无显著差异性，再次为峰红谷。抽穗期豫谷18的株高显著低于对照黄金谷，其他品种均显著高于对照，其他参试品种之间比较，赤谷16与赤谷17株高最高，且两者之间无显著差异，其次为赤谷10，再次为峰红谷。灌浆期和成熟期时，豫谷18的株高显著低于对照黄金谷，其他品种均显著高于对照，其他参试品种之间比较，赤谷16和赤谷17的株高最高，且两者之间无差异性，其次为赤谷10与峰红谷，且两者之间无差异性。

由图1可知，谷子株高在拔节期至抽穗期开始快速升高，株高增长率为赤谷17>赤谷16>峰红谷>黄金谷>赤谷10> 豫谷18。

比较不同谷子品种的根质量动态显著差异性（表2）可知，苗期和成熟期时，只有豫谷18根质量显著高于对照品种以外，其他品种的根质量均显著低于对照的根质量;在拔节期、抽穗期、灌浆期，对照品种的根质量均显著高于其他参试品种。

由图2可知，6个谷子品种在各个生育期根质量动态变化趋势相似，都在苗期至拔节期期增长迅速，抽穗期之后根质量增长率并不明显。

2.2 不同谷子品种全生育期生理指标的动态变化

由表3可见，谷子品种在不同生育期干物质积累量显著不同。苗期，所有谷子品种干物质质量均显著高于对照黄金谷，其中赤谷16最高，其次为赤谷10与赤谷17，再次为峰红谷，最后为豫谷18;拔节期，除峰红谷与对照无显著差异性外，其他品种干物质量均显著高于对照，其中赤谷16最高，再次为赤谷10、赤谷17、豫谷18，且三者之间无显著差异;抽穗期，所有谷子品种干物质质量均显著高于对照黄金谷，其中赤谷10、赤谷16、赤谷17干物质质量最高，且三者之间无显著差异，其次为峰红谷，再次为豫谷18;灌浆期，所有谷子品种干物质质量均显著高于对照黄金谷，其中赤谷16与赤谷17较高，且二者之间无显著差异，其次为赤谷10，再次为峰红谷;成熟期时，除豫谷18与对照无显著差异外，其他品种干物质质量均显著高于对照，其中赤谷16与赤谷17最高，且二者之间无显著差异，其次為赤谷10与峰红谷，且二者之间无显著差异。

由图3可见，谷子品种干物质质量随着生育期的开展呈直线上升趋势，至灌浆结束趋于平缓。谷子从出苗至穗分化阶段随气温逐渐升高，其营养器官亦增大，同化器官发育与干物质积累量的增长率最高，穗分化结束后增长率开始下降。

由表4可知，不同谷子品种在不同生育期叶面积指数有较大差异。苗期，除赤谷17和峰红谷与对照黄金谷无显著差异外，其他品种均高于对照，其中赤谷16最高，其次为赤谷10与豫谷18;拔节期、抽穗期、灌浆期，所有参试品种叶面积指数均高于对照，其中赤谷10与赤谷16最高，且二者之间无显著差异，其次为赤谷17、峰红谷、豫谷18，且三者之间无显著差异;成熟期，除豫谷18与对照无显著差异外，其他参试品种均高于对照，其中赤谷10与赤谷16较高，且二者之间无显著差异，其次为赤谷17、峰红谷，且二者之间无显著差异。

由图4可知，不同谷子品种在全生育期叶面积指数均呈单峰曲线。苗期由于苗小根细，处于缓慢生长时期，此时叶面积指数最低。伴随根系之急骤增长，地上部亦增大。叶面积指数也增长，至抽穗期达到最大值。灌浆期时，谷子的营养生长已停止，同时田间郁闭，叶面积指数保持不变或有下降趋势。至成熟期谷田开始落黄，叶面积指数开始由下降至衰亡。

由表5可以看出，叶绿素含量在不同谷子品种中的含量差异性较大。抽穗期时，赤谷17叶绿素含量最高，显著高于对照黄金谷和其他品种，豫谷18与对照品种黄金谷无显著差异;灌浆期时，赤谷16的叶绿素含量显著高于对照黄金谷和其他品种，赤谷17和赤谷10与对照无显著差异，豫谷18显著低于对照品种;成熟期时，所有谷子品种叶绿素含量均显著高于对照黄金谷，赤谷16含量最高。

2.3 不同谷子品种测产结果

由表6可知，5个谷子品种产量均较对照显著升高，赤谷10产量最高，较对照增产69.2%，其次为赤谷16和赤谷17，二者之间无显著差异，且较对照品种黄金谷增产30.0%以上，再次为峰红谷，较对照增产21.6%，最后为豫谷18，较对照增产14.3%。

2.4 谷子品种农艺和生理性状与产量的相关性分析

比较成熟期时产量与谷子品种农艺和生理性状的相关性，由表7可知，株高与干物质质量呈极显著正相关，根质量与叶面积指数呈显著负相关，干物质质量与叶绿素含量呈显著正相关，产量只与叶面积指数呈极显著正相关，而与其他性状无相关性。

3 讨论与结论

3.1 高产品种株高与根质量的差异性

本试验中，高产品种在谷子生育期后期（抽穗期、灌浆期、成熟期）株高均显著高于对照品种。但在高产品种之间，成熟期株高与产量之间并不呈现出相关性，高产品种成熟期株高在一个适度范围内，赤峰地区高产谷子品种的理想株高在140～160 cm，表明株高可以代表一定程度上谷子营养生长状况，高产品种株高会维持在一定的水平上，以保证生殖生长时提供足够的营养物质。牛艳波在对小麦株型与产量相关性的研究上认为，植株过矮，减少了生物学产量，进而会影响产量的减少;另外矮秆的源较小，就无法同时保证源、库、流的协调，最终也会影响植物的产量[9]。但是株高越高不代表产量会越高，反而会引起倒伏、徒长问题，导致产量下降。所以，高产品种的株高特征是维持在一个合适的范围之间。杨惠杰等在对水稻茎秆性状与抗倒伏及产量因子的关系研究中也得出相同结论[10]。

张耗等认为，根质量越高说明根系越发达，越可以为地上部分的生长提供营养物质支持，所以根质量应与地上部分（株高、干物质质量）和产量呈正相关性[11]。但是本次试验中，产量最低的对照品种黄金谷根质量在生育期的各个时段均显著高于其他品种（除豫谷18外）。环境胁迫对于根系生长有明显正向刺激作用，胁迫因子促使根系在长度、密度方面增长，来进一步吸收土壤营养[12]。由此说明根质量与品种特性相关性较大，谷子作为西部地区重要的抗旱防灾作物，其抗旱、抗盐碱特点突出，而黄金谷为赤峰地区优质农家品种，深受农民喜爱，主要特点之一便是抗旱能力突出。黄金谷具有分蘖特性，但其有效分蘖少。无效分蘖可以增加根质量，但其争夺营养物却不能有效结实，致使产量不高。总之，在本次试验中根质量并不能成为研究高产谷子理论的特征性状。

3.2 高产品种叶面积指数与叶绿素含量的差异性

在本次试验中，高产谷子品种其在各个生育期叶面积指数也显著高于对照品种，且叶面积指数与产量呈极显著正相关性，表明高产谷子叶面积指数前期增长速度快，数值高、高位保持时间长，为谷子前期生长获得大量叶源，保证了充足的光合面积。罗宏海等在对棉花叶面积载荷量的研究中也得出相似结论[13]。赤峰地区高产谷子品种，抽穗期是叶面积指数应在4.5以上，并保持至灌浆期结束。

叶绿素含量高是高产品种的一个特征，但叶绿素含量主要受到品种特征影响。本试验中，峰红谷叶绿素含量在任何时期都表现较高，但其产量表现并不属于前列，大田观察可以明显看出峰红谷无论是茎秆还是叶片均比其他谷子品种深。顾骏飞等在水稻低叶绿素含量突变对光合作用及产量的影响中也发现，高叶绿素含量并不是叶片高光合速率的必需条件[14]。在今后的高光效育种中，挑选叶绿素含量适宜的品种更有利于叶片内氮素在其他光合器官中的分配，提高光合效率，最终获得高光效品种。

3.3 高产品种干物质积累的差异性

本试验中高產谷子品种在干物质积累方面表现为干物质积累速率较高，且各个时期干物质积累量较高。但干物质质量受株高等多方面影响，赤峰地区高产谷子品种干物质质量成熟期在50～70 g。汤永禄等在对小麦的研究中也得出，产量与各个生育阶段的群体干质量和分蘖期、拔节期的个体干质量呈极显著正相关，超高产品种具有前期生长旺盛、干物质

积累多，后期分配到籽粒的干物质比例较高等特点，这是高产的生理基础[15]。

参考文献：

[1]周颖. 赤峰市旱作谷子全膜机播简化栽培技术[J]. 中国农技推广，2015，31（2）：27-28.

[2]郭仁松，李斌，薛刚，等. 南疆超高产棉花源库特征研究[J]. 新疆农业科学，2010，47（4）：649-654.

[3]李红霞，黄国龙. 施氮量对陵两优102群体结构和产量的影响初探[J]. 杂交水稻，2017，32（4）：39-41.

[4]夏琼梅，李贵勇，邓安凤，等. 云南特殊生态区水稻高产机理研究[J]. 西南农业学报，2016，29（1）：6-10.

[5]吕邦民. 谷子高产结构及其生理指标的研究[J]. 黑龙江农业科学，1989（1）：1-5.

[6]王艳菲. 谷子的高产优质栽培技术[J]. 农业与科技，2017，37（19）：126-127.

[7]杨树廷. 朝阳县谷子高产栽培技术[J]. 现代农业科技，2017（8）：26，30.

[8]刘晓辉，高士杰，郭中校. 吉林省谷子高产理论研究进展[J]. 吉林农业科学，2006，31（4）：14-16.

[9]牛艳波. 不同小麦品系的产量和农艺性状之间相关性分析[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2015：33-36.

[10]杨惠杰，房贤涛，何花榕，等. 福建超级稻品种茎秆结构特征及其与抗倒性和产量的关系[J]. 中国生态农业学报，2012，20（7）：909-913.