3个贵州薏苡品种农艺性状及光合特性研究

2019-09-10徐剑李建容赵懿琛赵德刚

山地农业生物学报 2019年5期

徐剑　李建容　赵懿琛　赵德刚

摘要：為探究贵州薏苡农艺性状及光合生理特性，以兴仁小白壳、黔薏苡1号、黔薏苡2号进行田间小区试验，测量其农艺性状并测定光合特性日变化，以期为发掘高产的薏苡品种提供理论依据。结果表明：黔薏苡1号的茎粗、分蘖数、单株产量、主茎产量均显著高于黔薏苡2号和兴仁小白壳;黔薏苡2号的株高、茎节数、分蘖数显著低于兴仁小白壳。3个薏苡品种之间的净光合速率、气孔导度及胞间CO2浓度日变化趋势均不同，兴仁小白壳和黔薏苡1号各自在13：00、14：00出现午休现象，表现为黔薏苡1号、黔薏苡2号净光合速率显著高于兴仁小白壳，黔薏苡1号净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率均显著低于其它两个品种，此后逐渐升高，16：00时达到峰值并显著高于其它两个薏苡品种。蒸腾速率兴仁小白壳在10：00～11：00、14：00～15：00时间段高于黔薏苡1号、黔薏苡2号。

关键词：薏苡;农艺性状;光合作用

中图分类号：S5

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）05-0065-05 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.05.011

Study on Agronomic and Photosynthetic Characteristics of Three Job’s Tears （Coix Lachryma-jobi L.） Varieties of Guizhou Province

XU Jian1，LI Jian-rong1，ZHAO Yi-chen1，2*，ZHAO De-gang1，2，3

（1.School of life sciences Guizhou University Institute of Agro-Bioengineering;The Key Laboratory of Plant Resources Conservation Germplasm Innovation in Mountainous Region（Ministry of Education），Institute of Agro-Bioengineering，Guizhou University， Guiyang，Guizhou 550025，China;2.Schoolof Tea Sciences，Guizhou University，Guiyang， Guizhou 550025，China;3.Guizhou Academy of agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006，China）

Abstract：In order to explore the agronomic traits and photosynthetic physiological characteristics of Job’s Tears （Coix Lachryma-jobi L.） in Guizhou， a field experiment was conducted using Xingren small white shell， Guizhou coix No. 1， Guizhou coix No. 2 as tested materials， and the agronomic traits and the diurnal variation of photosynthetic characteristics was measured to provide theoretical basis for exploiting high-yield Job’s Tears variety varieties. The results showed that the stem diameter， tiller number， yield per plant and main stem yield of Guizhou coix No. 1 were significantly higher than that of Guizhou coix No. 2 and Xingren small white shell; plant height， stem number and tiller number of Guizhou coix No. 2 were significantly lower than that of Xingren small white shell. The net photosynthetic rate， stomatal conductance and intercellular CO2 concentration were different among the three Job’s Tears varieties. The Xingren small white shell and Guizhou coix No. 1 appeared a midday depression of photosynthesis at 13：00 and 14：00， respectively. The net photosynthetic rate of Guizhou coix No. 1 and Guizhou coix No. 2 were significantly higher than that of Xingren small white shell. The net photosynthetic rate， stomatal conductance， intercellular CO2 concentration and transpiration rate of Guizhou coix No. 1 were significantly lower than those of the other two varieties， but increased gradually and peaked at 16：00 and were significantly higher than those of the other two varieties. The transpiration rate of Xingren small white shell was higher than that of Guizhou coix No.1 and No.2 during 10：00～11：00 and 14：00～15：00.

Key words：Job’s Tears （Coix Lachryma-jobi L.）; agronomic traits; photosynthesis

薏苡（Coix lachryrm-jobi L.）为禾本科薏苡属草本植物，是一种药食兼用的小杂粮，具有抗虫、抗涝及耐贫瘠等特点[1-2]。贵州是薏苡起源地之一，薏苡种植面积及产量居全国第一，且品种营养成分含量较高[3]，其代表性品种为兴仁小白壳。兴仁小白壳原产于贵州兴仁县，属地理保护标志品种，常作为亲本用于薏苡育种[4-6]。除兴仁小白壳外，黔薏苡1号及黔薏苡2号作为国审品种，灌浆期籽粒干物质积累速率比兴仁小白壳快[6]。

光合作用是作物生产力关键因素之一[7]，籽粒的干物质增长绝大部分来源于光合作用，并且20%～30%干物质与旗叶的光合作用有关[8-9]。因此，研究薏苡光合速率有助于挖掘光合性能优异的种质资源。目前关于薏苡拔节期、旺长期和全生育期[10-12]光合速率的研究已有报道。研究发现薏苡光合效率大小与植株高大、分蘖数和百粒重等有关[13]，而灌浆期籽粒干物质增长最重要的阶段，其光合速率的研究尚未见报道。本研究以兴仁小白壳、黔薏苡1号和黔薏苡2号为材料，测量其7个主要农艺性状和5个产量性状，同时测定灌浆期光合特性，采用方差分析对3个贵州薏苡品种农艺性状与光合特性进行综合评价，以期为高产的薏苡品种选育和目的性状改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验材料与种植条件

本研究所用材料兴仁小白壳、黔薏苡1号、黔薏苡2号均由贵州省农科院亚热带作物研究所提供，贵州农业生物工程研究院繁殖并保存。

试验于2018年5月4日在贵州大学农业生物工程研究院作物种植基地进行，采用人工起畦穴播法，种植面积为19.39 m2，每穴4～5粒种子，每穴株行距50～60 cm×70～80 cm，待幼苗長出3～4真叶时进行间苗，每穴留1株苗，每个品种种植3行，每行20株，常规肥水管理。自播种之日起到种子成熟，观察记录全生育期及农艺性状测量。种植及农艺性状测量参照张喜瑞[14]方法，种植方式略有改动。

1.2 农艺性状和光合生理特征测定

农艺性状测量为每个品种选取60株，测其株高、主茎粗（基部）、茎节数、分蘖数、粒型（以粒长、粒宽作为测量指标）。种子成熟后进行考种，每个品种选取5株，测其百粒重、主茎产量、单株产量。

利用Li6400×T光合仪测定灌浆期兴仁小白壳、黔薏苡1号及黔薏苡2号的净光合速率（photosynthetic rate，Pn）、气孔导度（stomatal conductance，GS）、胞间二氧化碳浓度（Intercellular carbon dioxide concentration，Ci）和蒸腾速率（transpiration rate，Tr）。每品种薏苡选3株，测其主茎从上往下数第二片完全展开叶，测定时刻为9：00～18：00，期间每隔1 h测一次，每次重复3次。光合日变化测定参照舒志明等[10]方法。

1.3 数据处理

对实验数据用软件Excel 2003进行数据整理，SPSS 22.0进行方差分析，软件GraphPad prism 6进行作图。

2 结果与分析

2.1 薏苡农艺性状特征

对供试薏苡成熟期的株高、茎粗、茎节数、分蘖数、粒长、粒宽及收获后的百粒重、单株产量、主茎产量进行测定（表1、表2、表3）。结果表明：兴仁小白壳与黔薏苡1号的株高、茎节数、粒长、粒宽、百粒重未达到显著水平，但茎粗、分蘖数、单株产量、主茎产量分别显著低于黔薏苡1号15.2%、16.9%、46.7%、32.8%;此外，兴仁小白壳与黔薏苡2号的茎粗、粒长、粒宽、主茎产量、单株产量、百粒重未达到显著水平，株高、茎节数、分蘖数分别显著高于黔薏苡2号11.4%、14.1%、34.1%。小区产量测定发现，兴仁小白壳产量为5.35 kg/6.46m2，分别低于黔薏苡1号27.21%，黔薏苡2号17.69%。说明黔薏苡1号、黔薏苡2号的产量优于兴仁小白壳。

2.2 薏苡光合特性

从上午9：00到下午18：00，兴仁小白壳、黔薏苡1号与黔薏苡2号的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）及胞间CO2浓度（Ci）日变化呈现不同趋势（图1～3）。从净光合速率日变化曲线来看，兴仁小白壳有明显的双峰曲线，从9：00到11：00净光合速率随光照的强度增强而增强，在11：00时，净光合速率达到全天最大值，为30.800 μmol/m2·s;在中午强光条件下光合作用受到光抑制而出现“午休现象”;在14：00时，兴仁小白壳出现第二个峰，此后一直呈下降趋势;黔薏苡1号为双峰曲线，在14：00时出现出现最低值，之后逐渐升高，在16：00到达峰值，此时其光合速率显著高于其它两个薏苡品种。黔薏苡2号光合曲线为平稳的单峰曲线，15：00时达到峰值。从品种间不同时刻差异来看，在10：00、13：00及16：00时刻，黔薏苡1号的光合速率显著高于兴仁小白壳，可发现在13：00时，黔薏苡2号的光合速率显著高于兴仁小白壳，在9：00、12：00、14：00、17：00时，兴仁小白壳的光合速率显著高于黔薏苡1号;在11：00、12：00、17：00时，兴仁小白壳的光合速率高于黔薏苡2号，说明在强光照射下，黔薏苡1号及黔薏苡2号比兴仁小白壳更能有效利用光能。

从气孔导度（GS）日变化曲线趋势来看，兴仁小白壳有明显的双峰曲线，在9：00到11：00时间段，气孔导度随光照强度的增强导度升高，在11：00达到全天中的最高，之后从12：00到14：00时，呈现降低后又上升的趋势，在14：00到达第二个小高峰，此后一直呈下降趋势。黔薏苡1号为双峰曲线，峰值在11：00和15：00时。黔薏苡2号为单峰曲线，峰值在14：00时。从品种间差异分析可知，在9：00和16：00时，黔薏苡1号气孔导度显著高于兴仁小白壳，其中在14：00时，兴仁小白壳显著高于黔薏苡1号，在10：00到12：00时间段，兴仁小白壳显著高于黔薏苡2号，说明在强光下3个薏苡品种对水分的维持能力为黔薏苡1号高于兴仁小白壳和黔薏苡2号。

从胞间CO2浓度（Ci）日变化来看，兴仁小白壳为单峰曲线，在9：00～13：00时间段，其胞间CO2浓度随着光照强度的增加而降低，在14：00时到达最高峰，再从14：00～16：00呈下降趋势，此后一直逐渐上升。黔薏苡1号为双峰曲线，峰值在11：00和15：00。黔薏苡2号为平稳的单峰曲线，峰值在14：00。对比不同时刻品种间胞间CO2浓度可发现，在14：00时，黔薏苡2号胞间CO2浓度显著高于兴仁小白壳。胞间CO2浓度，在13：00和14：00时，兴仁小白壳显著高于黔薏苡1号，在9：00和11：00时，兴仁小白壳显著高于黔薏苡2号，说明在强光下3个薏苡品种对CO2的同化能力为黔薏苡1号高于黔薏苡2号和兴仁小白壳。

蒸腾速率（Tr）日变化，3个薏苡品种均为双峰曲线，表现为9：00到13：00时间段，品种随着光合强度的增加，蒸腾速率逐渐上升，13：00时达到最高峰，之后在13：00到15：00时间段，呈现降低后升高趋势，在15：00时，兴仁小白壳和黔薏苡2号出现第二个峰值，但黔薏苡1号的蒸腾速率在16：00时才到达第二个峰值。对比品种在不同时刻的差异，发现在9：00时，黔薏苡1号和黔薏苡2号的蒸腾速率显著高于兴仁小白壳，在14：00和15：00时，兴仁小白壳蒸腾速率显著高于黔薏苡1号，在10：00、11：00、15：00、16：00时，兴仁小白壳蒸腾速率显著高于黔薏苡2号，说明随着光照辐射的增强，3个薏苡品种的蒸腾速率大小为兴仁小白壳高于黔薏苡1号和黔薏苡2号。

3 结论与讨论

在农业生产中，作物产量的高低是最为关键的，而作物的农艺性状及光合强度与产量密切相关，并且农艺性状能够显著影响光合效率，单株产量高低与茎粗大小呈正相关[15-16]。此外，分蘖数对产量的增加有促进作用，分蘖数越多，作物的单蘖、单株光合作用速率也就越高[17]。研究发现利用光合促进剂处理作物后，作物的株高和茎粗及产量增加[18]，这和本研究得出的黔薏苡1号茎粗、分蘖数及产量均高于兴仁小白壳、黔薏苡2号的结果一致。

光合作用是植物有机物质的根本来源，因此发掘光合能力较强的优良品种，对作物资源开发具有极为重要的意义。本研究发现3个薏苡品种净光合速率曲线在11：00～15：00时段，净光合速率均高于上午和下午，这与舒志明等研究结果类似，表明薏苡灌浆期和拔节期光合特性相似。在中午13：00时，兴仁小白壳出现午休现象，而其它两个薏苡品种在同一时刻的净光合速率显著高于兴仁小白壳，14：00时，黔薏苡1号有小幅的午休现象，16：00时，出现第二个峰值，此时的净光合速率显著高于其它两个薏苡品种，说明黔薏苡1号和黔薏苡2号光合能力高于兴仁小白壳，3个薏苡品种对光合适应能力黔薏苡1号高于黔薏苡2号，黔薏苡2号高于兴仁小白壳。净光合速率与气孔导度密切相关，并且气孔导度影响其蒸腾作用和胞间CO2浓度，特点是在供应水分充足时，气孔导度变化呈上升趋势，利于CO2同化，而水分供应不足时，气孔导度变化呈降低趋势，利于蒸腾作用，不利于光合作用，理论上，胞间CO2浓度与CO2同化量呈正相关，进而影响净光合速率[19]。研究表明随着CO2浓度的增加，净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及水分利用效率均随之增加[19]。本研究发现，黔薏苡2号的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度曲线趋势呈平稳上升再下降，表明其光合比较稳定，而兴仁小白壳的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度曲线趋势与黔薏苡1号相似，均有单、双峰趋势。从3品种的蒸腾速率曲线可看出，在9：00～15：00时间段，上升、下降趋势一致，但黔薏苡1号在16：00时才达到第二个峰值，黔薏苡1号水分维持能力高于其它两个品种，可以得出，黔薏苡1号是一种优良的薏苡品种，但黔薏苡1号种子的壳比较硬。因此，以黔薏苡1号作为亲本，选育出壳硬度小的品种是接下来的研究关键。

参考文献：

[1] MA K H，KIM K H，DIXIT A，et al.Assessment of genetic diversity and relationships amongCoix lacryma-jobiaccessions using microsatellite markers[J].Biologia Plantarum （Prague），2010，54（2）：272-278.

[2] 林瑶，陆世惠，喻巧容，等.薏苡茎叶提取物石油醚部位的体外抗肿瘤活性研究[J].中国临床药理学杂志，2018，34（3）：282-284.

[3] 常冬妹，卢红梅，陈莉，等.兴仁薏仁米营养成分分析与评价[J].食品工业，2017，38（6）：303-307.

[4] 黄亨履，崔嵬，高吉寅，等.黔南山区薏苡资源的多样性及评价[J].贵州农业科学，1995（S1）：22-27.

[5] 张国兵，周棱波，汪灿，等.薏苡新品种粱丰薏2號选育研究[J].农技服务，2016，33（14）：10-11，19.

[6] 李祥栋，潘虹，陆秀娟，等.贵州薏苡品种籽粒的灌浆特征[J].贵州农业科学，2018，46（3）：11-14.

[7] 路献勇，闫晓明，江本利，等.薏苡生理生化代谢的[99]研究进展[J].贵州农业科学，2017，45（12）：30-34.

[8] 许大全，李德耀，沈允钢，等.喷雾对小麦光合作用与籽粒产量的影响[J].植物生理学通讯，1986（3）：38.

[9] 曹树青，赵永强，温家立，等.高产小麦旗叶光合作用及与籽粒灌浆进程关系的研究[J].中国农业科学，2000（06）：19-25.

[10] 舒志明，梁宗锁，孙群，等.薏苡拔节期光合作用日变化特征研究[J].中国农学通报，2007（3）：164-170.

[11] 杨志清，张世鲍，蒙海铁，等.云南文山10个薏苡品种光合特性分析[J].云南农业大学学报（自然科学），2015，30（03）：440-444.

[12] 李慧玲，白岩，李雁鸣.薏苡生育期中叶片光合性能的研究[J].河北农业大学学报，2012，35（05）：9-14.

[13] 罗光辉，赵仁全，罗光琼，等.黔北地区薏苡高产栽培最佳行窝距及最适播种量探讨[J].山地农业生物学报，2015，34（05）：65-69.