超高产夏玉米根源特性及其对产量影响的生理生化机理研究

玉米作物我国第二大粮食作物，其总产增加占全国粮食增产的比例已超过44%。在我国人口不断增加、耕地面积刚性减少的情况下，提高玉米单产成为增加玉米总产，确保粮食安全的主要途径。前人对玉米超高产夏玉米冠部的研究较为深入，但是对于根源特性的研究鲜见报道。本项目研究黄淮海超高产夏玉米根系分布、活性的时空变化动态，探明根系伤流液随生育进程数量及组成成分的变化动态，明确超高产夏玉米根源的形态及功能特性，为超高产夏玉米品种选育提供技术支持。并通过限根、水肥、化控等人工措施研究根源功能对叶源光合特性、衰老进程及籽粒发育和产量形成的影响，进而明确超高产夏玉米根源、叶源及籽粒库间的调控途径及方式。总结超高产夏玉米根源特性及其对产量形成影响的生理生化机制，为夏玉米超高产栽培管理措施的制定提供理论依据。

玉米作为我国第一大粮食作物，2013总产达到2.11亿吨，占全国粮食总产的35.05%。但在我国人口不断增加、耕地面积刚性减少的情况下，提高玉米单产成为增加玉米总产，确保粮食安全的主要途径。根系作为玉米的重要源器官，在玉米产量形成过程中具有重要作用，本项目采用不同产量潜力的玉米品种（郑单958Z（ZD958）和登海661（DH661）），利用大田剖面、根箱栽培等多种方式对超高产夏玉米根源特性及其对产量形成影响的生理生化机制进行了深入研究。结果表明：（1）高产夏玉米深层根系分布较多。整个生育时期，DH661根系干重、根长密度、根系直径及根尖数均显著高于ZD958，且抽雄后，DH661在深层土壤中的根系干重、根长密度、根尖数与ZD958差异极显著，DH661根系空间分布较合理；（2）高产夏玉米根系生理功能强，衰老延迟。DH661根系TTC还原强度、根系TTC还原总量、根系总吸收面积、活跃吸收面积及抗衰老酶活性（SOD、POD及CAT）均显著高于ZD958，而MDA含量显著低于ZD958。生育后期，DH661仍具有较高清除活性氧的能力，膜脂过氧化程度较轻，根系活力强，有效地延长了根系功能期。（3）高产夏玉米深层根系活力能够延缓叶片衰老，提高净光合速率，延长光合高值持续期。切断深层根系后，光合叶面积减小，叶绿素含量降低，SOD、POD活性下降，MDA含量上升，加速了叶片衰老进程，光合关键酶活性降低，抑制了光化学反应的进行，光合机构受到破坏，导致净光合速率下降，光合能力降低。（4）高产夏玉米40-80cm的根系对穗粒数和千粒重均有显著影响，80cm以下根系主要影响籽粒千粒重，切断深层根系后产量显著降低。切断深层根系后根系活力下降，伤流强度明显减小，伤流液中Mg、B、Fe和Zn的含量显著降低，随断根深度的提高，下降幅度逐渐增大。（5）高产夏玉米根系伤流液数量大，内源激素含量高，可显著影响籽粒胚乳细胞增殖与籽粒灌浆。在灌浆前期（花后0-10d）根系中的ZR和GA分别与籽粒中的ABA和GA显著正相关；籽粒发育中期（花后10-20d）根系中的ABA含量与籽粒中的ABA、GA和IAA显著正相关；而GA则与籽粒中的ZR、ABA、GA和IAA正相关。籽粒发育后期（20-40d）根系中的ABA与籽粒的ABA显著正相关；而IAA与籽粒中的ABA、GA显著正相关。根据上述结果，我们认为通过土壤耕