王明杰，張佳琪，武敏樺，俞新華，張凱旋，盧海博，趙海超，黃智鴻

(河北北方學院/河北省農(nóng)產(chǎn)品食品質(zhì)量安全分析檢測重點實驗室，河北張家口 075000)

作物植株莖稈的主要成分是纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、糖類等，同時還含有與抗倒伏能力有關(guān)的鉀、鈣、硅等成分。玉米莖稈內(nèi)部的化學組分與莖稈倒伏有密切聯(lián)系。目前有學者對玉米莖稈理化特性展開了研究，但是對玉米莖稈抗倒性與內(nèi)部化學成分之間的關(guān)系研究較少。研究表明，玉米莖稈化學成分含量的高低與其抗倒伏能力密切相關(guān)，玉米莖稈單位長度纖維素含量對莖稈機械強度起主導作用[15]?；貏┛梢愿纳朴衩浊o稈內(nèi)部理化性狀從而增強植株抗倒性并提高產(chǎn)量。樊海潮以玉米品種東農(nóng)253為試驗材料，噴施復配劑和噸田寶，對玉米莖稈內(nèi)部理化性狀研究表明，噴施化控劑可使玉米莖稈內(nèi)各理化性狀明顯改善，莖稈抗倒伏性能增強，產(chǎn)量增加[16]。

本試驗在前期抗倒伏品種篩選試驗的基礎(chǔ)上，以張家口地區(qū)大面積種植的春玉米品種京農(nóng)科728、金農(nóng)738為試驗材料，研究施用化控劑玉黃金后，不同種植密度下各個時期春玉米莖稈抗折強度及與抗倒伏性相關(guān)的生理生化指標，明確化控劑對玉米莖稈抗倒伏性的調(diào)控效應(yīng)，為冀西北地區(qū)春玉米化控防倒伏栽培提供理論依據(jù)，以期實現(xiàn)春玉米的高產(chǎn)密植、易于機械化收獲，從而達到節(jié)本增效的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗于2020年在河北省張家口市沙嶺子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)科學院試驗地(115°05′E，40°6′N)進行。該地區(qū)平均海拔高度為631 m，作物生長季節(jié)的月平均日照230～250 h，屬于長日照地區(qū)，無霜期100～150 d，年降水量350～450 mm，屬中溫帶亞干旱氣候區(qū)，晝夜溫差大，光照充足，冬季寒冷漫長，夏季炎熱短促，土壤質(zhì)地為壤土。

1.2 試驗設(shè)計

試驗選取冀西北寒旱區(qū)春玉米品種京農(nóng)科728(P1)、金農(nóng)738(P2)。設(shè)置3個不同種植密度：6.75萬株/hm2(M1)，8.25萬株/hm2(M2)，9.75萬株/hm2(M3)，藥劑為玉黃金，藥劑處理濃度為 200 mg/L(T1)，對照為清水(T2)。共12個處理，每個處理重復3次。藥劑處理時間為大喇叭口期(10葉期)，采用工農(nóng)-16型背負式噴霧器進行噴霧，噴霧均勻周到，保證葉片正面和背面均勻施藥。每個品種等行距種植10行，行距57 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖稈力學指標 在玉米大喇叭口期、吐絲期和成熟期，每個小區(qū)隨機選取3株玉米，將莖稈近地面處用刀割斷，去掉葉片、葉鞘等其他部位，保留莖稈，利用YYD-1型植物莖稈強度測定儀測定第3節(jié)間莖稈的壓碎強度、穿刺強度[5]。

1.3.2 植株莖稈生理生化指標

(1)苯丙氨酸解氨酶活性以及木質(zhì)素含量測定

2016年全國交通運輸工作會議確定了“十三五”期間綜合交通運輸發(fā)展的總體目標，聚焦如期實現(xiàn)全面建成小康社會奮斗目標，加快推進綜合交通、智慧交通、綠色交通和平安交通建設(shè)，到2020年基本建成安全便捷、暢通高效以及綠色智能的現(xiàn)代綜合交通運輸體系，推動交通運輸實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更加公平且更可持續(xù)的發(fā)展。

參照張志良等的方法測定苯丙氨酸解氨酶 (PAL) 活性；木質(zhì)素含量采用比色法測定。

(2)可溶性糖含量測定

采用蒽酮比色法進行測定?？扇苄蕴呛?C1×Vt/W×Vs×106×100%。

式中：C1為標準曲線求得的糖量，μg；Vt為提取液總體積，mL；Vs為測定時取樣量，mL；W為樣品鮮質(zhì)量，g。

(3)可溶性蛋白含量測定

采用考馬斯亮藍G-250法進行測定。蛋白質(zhì)含量(mg/g)=C2×Vt/W×Vs×100%。

式中：C2為標準曲線求得可溶性蛋白含量，μg。

(4)葉綠素含量測定

利用SPAD葉綠素儀測量葉綠素的相對含量，每個樣品重復3次。

(5)過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)測定

CAT活性參考Bailly等的過氧化氫還原法[17]，POD活性參照張志良愈創(chuàng)木酚法[18]。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel 2007和SPSS 23.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉黃金對密植春玉米莖折強度的影響

如表1所示，玉黃金處理(T1)后各生育期的莖折強度均顯著高于清水處理(T2)。各處理在花后16 d穿刺強度(RPR)均達到最大，在吐絲期、花后16 d P1M2T1的RPR和壓碎強度(SCS)最高，分別為36.43、59.03 N/mm2和237.90、378.13 N/mm2；花后 32 d P2M1T1的穿刺強度、壓碎強度最高，分別為44.33、435.57 N/mm2。在M1種植密度下，春玉米品種京農(nóng)科728(P1)在吐絲期穿刺強度提高最多，T1處理比T2處理提高39.80%；花后32 d壓碎強度提高最多，T1處理比T2處理提高了40.87%。春玉米品種金農(nóng)738(P2)在花后16 d穿刺強度提高最多，T1處理比T2處理提高55.69%；吐絲期壓碎強度提高最多，T1處理比T2處理提高14.24%。在M2種植密度下，京農(nóng)科728、金農(nóng)738均在吐絲期穿刺強度提高最多，T1處理比T2處理分別提高了79.02%、53.53%；花后32 d壓碎強度提高最多，分別提高了23.91%、36.41%。在M3種植密度下，京農(nóng)科728(P1)在T1處理下花后16 d穿刺強度提高最多，為37.83%，壓碎強度在花后32 d提高最多，為36.91%；金農(nóng)738(P2)在T1處理下花后 16 d 穿刺強度提高最多，為37.22%，壓碎強度在花后32 d提高最多，為39.39%。綜上，京農(nóng)科728在種植密度為8.25萬株/hm2(M2)時，噴施玉黃金穿刺強度增長效果最明顯，金農(nóng)738在種植密度為9.75萬株/hm2(M3)時，噴施玉黃金壓碎強度增長效果最明顯，莖折強度均為處理T1>處理T2，表明噴施玉黃金的春玉米品種抗折力強，春玉米品種京農(nóng)科728較金農(nóng)738莖折強度高。

2.2 玉黃金對密植春玉米生理生化指標的影響

2.2.1 玉黃金對密植春玉米莖稈基部木質(zhì)素含量和苯丙氨酸解氨酶活性的影響 如圖1所示，京農(nóng)科728、金農(nóng)738的木質(zhì)素含量在不同處理下均隨其生長發(fā)育先增加后降低，在吐絲期均達到最高，在成熟期又降低。與對照(T2)相比，京農(nóng)科728玉黃金處理在M1、M2、M3種植密度下在大喇叭口期分別提高了17.21%、22.82%、34.51%；吐絲期玉黃金處理分別提高了38.95%、25.38%、17.75%；成熟期玉黃金處理分別提高了25.08%、11.98%、24.06%。金農(nóng)738玉黃金處理在M1、M2、M3種植密度下在大喇叭口期分別提高了30.69%、48.60%、29.13%；吐絲期玉黃金處理分別提高了26.22%、40.02%、18.34%；成熟期玉黃金處理分別提高了18.00%、13.71%、42.63%。玉黃金處理后的木質(zhì)素含量均高于清水對照，且在各生育時期均達到顯著水平(P<0.05)。

表1 玉黃金對密植春玉米莖折強度的影響 N/mm2

如圖2所示，在大喇叭口期、吐絲期、成熟期，不同密植京農(nóng)科728、金農(nóng)738苯丙氨酸解氨酶活性與對照相比大體上存在顯著性差異，玉黃金處理可顯著提高苯丙氨酸解氨酶活性。與對照相比，京農(nóng)科728在M1、M2、M3種植密度下大喇叭口期玉黃金處理分別提高12.30%、11.97%、21.82%，吐絲期玉黃金處理分別提高12.89%、9.19%、16.24%，成熟期玉黃金處理分別提高17.2%、5.10%、14.38%。與對照相比，金農(nóng)738在M1、M2、M3種植密度下大喇叭口期玉黃金處理分別提高9.71%、22.07%、18.74%，吐絲期玉黃金處理分別提高3.46%、22.26%、7.95%，成熟期玉黃金處理分別提高18.15%、24.16%、10.92%。京農(nóng)科728在玉黃金處理下種植密度為9.75萬株/hm2時，在大喇叭口期和吐絲期苯丙氨酸解氨酶活性提高最大，成熟期提高較大；金農(nóng)738在玉黃金處理下種植密度為8.25萬株/hm2時，在各生育時期苯丙氨酸解氨酶活性提高最大，且活性最高。

2.3 玉黃金對密植春玉米葉片葉綠素含量的影響

對不同處理的春玉米品種在大喇叭口期和吐絲期進行SPAD值的測定。如圖3所示，春玉米品種京農(nóng)科728、金農(nóng)738在大喇叭口期和吐絲期3種種植密度下各處理葉綠素含量均存在顯著性差異。大喇叭口期京農(nóng)科728在3個不同種植密度下，T1處理較T2處理的SPAD值分別提高了4.89%、3.40%、4.91%；金農(nóng)738在3個不同種植密度下，T1處理較T2處理的SPAD值分別提高了14.02%、7.77%、7.79%。吐絲期京農(nóng)科728在3個不同種植密度下T1處理較T2處理的SPAD值分別提高了3.43%、3.62%、7.27%，金農(nóng)738在3個不同種植密度下T1處理較T2處理的SPAD值分別提高了8.20%、3.85%、2.80%。不同處理下的春玉米品種經(jīng)玉黃金處理可明顯提高葉綠素含量。

2.4 玉黃金對密植春玉米葉片POD活性和CAT活性的影響

過氧化物酶可以使植物組織中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度，因此過氧化物酶活性可作為組織老化的一種生理指標。如圖4所示，大喇叭口期、吐絲期、成熟期不同種植密度下春玉米品種T1處理較T2處理的POD活性均下降。大喇叭口期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下POD活性T1處理較T2處理分別下降2.10%、4.13%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降23.41%、3.41%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降43.35%、10.89%。吐絲期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降14.56%、32.03%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降46.64%、6.54%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降13.40%、48.85%。成熟期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降8.42%、40.03%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降38.06%、13.05%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，POD活性T1處理較T2處理分別下降20.17%、46.46%。

過氧化氫酶可促進H2O2分解，其酶促活性可以對植物細胞起到保護防御作用。如圖5所示，大喇叭口期、吐絲期、成熟期不同種植密度下春玉米品種T1處理較T2處理CAT活性均上升。大喇叭口期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升51.93%、43.20%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升37.92%、11.76%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升35.70%、39.09%。吐絲期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升24.47%、52.69%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升26.77%、6.63%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升59.16%、33.82%。成熟期京農(nóng)科728、金農(nóng)738在6.75萬株/hm2(M1)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升19.43%、52.38%；在8.25萬株/hm2(M2)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升38.69%、13.68%；在9.75萬株/hm2(M3)種植密度下，CAT活性T1處理較T2處理分別上升48.07%、34.16%。

2.5 不同處理春玉米生理生化指標與莖折強度相關(guān)性分析

如表2所示，穿刺強度與木質(zhì)素含量、苯丙氨酸解氨酶活性均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與過氧化物酶活性呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。壓碎強度與木質(zhì)素含量、苯丙氨酸解氨酶活性均呈極顯著正相關(guān)，與葉綠素含量、過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)，與過氧化物酶活性呈顯著負相關(guān)。結(jié)果表明，木質(zhì)素含量和葉綠素含量越高，春玉米莖折強度越強；苯丙氨酸解氨酶活性越高，春玉米莖折強度越強；過氧化物酶活性越低，春玉米莖折強度越強，其莖稈抗倒伏能力越強。

2.6 不同處理春玉米生理生化指標與莖折強度通徑分析

如表3所示，苯丙氨酸解氨酶活性對壓碎強度的直接效應(yīng)最大，為0.947，說明苯丙氨酸解氨酶活性上升壓碎強度增大；木質(zhì)素含量、葉綠素含量和過氧化氫酶活性直接系數(shù)較大，說明木質(zhì)素含量、葉綠素含量越高，過氧化氫酶活性升高，壓碎強度越大。過氧化物酶活性與壓碎強度呈負相關(guān)，說明過氧化物酶活性下降則壓碎強度增加。苯丙氨酸解氨酶活性直接系數(shù)較大，表明苯丙氨酸解氨酶活性上升，穿刺強度增大；過氧化物酶活性與穿刺強度呈負相關(guān)，表明過氧化物酶活性越低，春玉米莖稈穿刺強度越大。

表2 密植春玉米不同處理各生理生化指標與莖折強度相關(guān)關(guān)系

表3 密植春玉米不同處理生理生化指標與莖折強度通徑分析

3 討論

目前有學者對玉米莖稈理化特性展開了研究，但是對玉米莖稈抗倒性與內(nèi)部化學成分之間的關(guān)系研究較少。有研究表明，玉米莖稈化學成分含量的高低與其抗倒伏能力密切相關(guān)，玉米莖稈單位長度纖維素含量對莖稈機械強度起主要作用[19]?；貏┛梢愿纳朴衩浊o稈內(nèi)部理化性狀從而增強植株抗倒性并提高產(chǎn)量。在玉米生產(chǎn)中，人們?yōu)樘岣弋a(chǎn)量而增加種植密度，而種植密度過大則會造成玉米莖稈生長發(fā)育不良，莖稈抗倒性下降，密植玉米植株發(fā)生倒伏[20]。大量研究表明，應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑玉黃金可有效提高玉米植株莖稈抗倒性[21-25]。曹慶軍研究表明，春玉米株型相關(guān)性狀在不同處理下受化控處理的影響明顯，春玉米生育期噴施玉黃金，春玉米株型相應(yīng)性狀和莖部性狀變化明顯，莖稈化學成分含量也有不同程度的變化；玉黃金化控次數(shù)增加，春玉米莖稈倒伏率降低[26]。因此，化控劑玉黃金的噴施對春玉米莖稈抗倒伏能力具有明顯效果，在實際生產(chǎn)中具有重要意義。

4 結(jié)論

本試驗研究了玉黃金對密植春玉米莖折強度及生理特性的影響，并對其進行相關(guān)性和通徑分析。結(jié)果表明，玉黃金處理可以通過改善春玉米生理生化過程而提高密植春玉米莖稈抗倒伏能力。穿刺強度與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與過氧化物酶活性呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。壓碎強度與葉綠素含量和過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與過氧化物酶活性呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。玉黃金處理可增加木質(zhì)素、葉綠素含量，提高苯丙氨酸解氨酶、過氧化氫酶活性，降低過氧化物酶活性，從而增強密植春玉米莖折強度提高莖稈抗倒伏能力。