四甲基戊二酸对夏玉米光合生产特征的调控效应

马正波 董学瑞 唐会会 闫 鹏 卢 霖 王庆燕 房孟颖 王 琦 董志强

四甲基戊二酸对夏玉米光合生产特征的调控效应

马正波 董学瑞 唐会会 闫 鹏 卢 霖 王庆燕 房孟颖 王 琦 董志强*

中国农业科学院作物科学研究所/ 农业农村部作物生态与栽培重点开发实验室, 北京 100081

为研究四甲基戊二酸(TGA)对夏玉米光合特征和产量的调控效应, 2018、2019年在中国农业科学院新乡试验基地开展大田试验, 以中单909 (ZD909) 和京农科728 (JNK728)为试验材料, 设置5个TGA施用梯度(0、75、150、225和300 g hm–2)。结果表明，适宜剂量的TGA处理可提高玉米产量、延缓玉米生育期内功能叶的衰老速率, 增强灌浆期的净光合速率, 试验条件下TGA的最佳施用量为150 g hm–2。在TGA最佳施用量下, ZD909和JNK728的产量相比对照2年平均分别增加8.7%和11.7%。2个品种玉米生育期内叶绿素含量、可溶性蛋白含量和光合势相比对照平均分别增加14.3%和19.7%、18.7%和22.7%、10.9%和16.9%; 而叶片衰老速率相比对照平均降低了55.9%和56.5%; 灌浆期的净光合速率相比对照平均分别增加44.0%和58.4%。相关性分析表明, 玉米产量与生育期内叶片衰老速率呈显著负相关, 而与灌浆期净光合速率呈显著正相关。综上, TGA处理能够提高叶片叶绿素和可溶性蛋白含量, 延缓玉米叶片衰老速率, 并提高了灌浆期净光合速率, 进而实现玉米增产。

四甲基戊二酸; 夏玉米; 光合特性; 叶片衰老速率; 产量

作物生物产量约有95%来自光合作用, 光合产物量即干物质积累是作物生长发育的重要指标[1-2], 也是形成经济产量的物质基础。提高生育期内光能利用效率是发挥玉米高产潜力的重要途径。有学者认为,花后玉米净光合速率与生物产量和籽粒产量呈显著正相关, 群体光合同化量直接决定玉米产量[3]。然而花后玉米叶片开始衰老, 导致光合能力下降, 严重制约着同化物的积累[4-5]。合理密植能够有效提高玉米单位面积生物量和经济产量, 但是种植密度的提高会加剧植株间的遮阴作用, 导致光合速率降低, 中后期甚至引起叶片早衰[6-7]。因此, 在玉米灌浆期, 通过延缓叶片衰老、延长光合速率高值持续期, 是提高灌浆期光能利用率、发挥玉米高产潜力的有效措施[8]。

应用作物化学调控技术可以调节作物自身的内源激素平衡, 调控作物对水分、养分的吸收、同化、运转, 改善作物自身对环境的适应能力, 最终影响作物的产量形成[9-11]。通过叶面喷施5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)、胺鲜酯(DA-6)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)等植物生长调节剂能够有效提高作物叶片光合羧化酶活性以及保护酶活性, 最终提高叶片光合速率[12-14], 但是, 这些调节剂针对大田作物的调控效果并不理想, 如5-ALA存在见光易分解的问题, DA-6对喷施时期和剂量均有严格要求, 在生产上进行推广有较大难度。近年来, 通过将植物生长调节剂与种子包衣剂或肥料相结合的化控技术逐渐成为研究热点。四甲基戊二酸(tetramethyl glutaric acid, TGA)普遍存在于植物体内, 具有调控蛋白质代谢的作用; 外源TGA能够被植物快速吸收, 并促进植物生长发育, 提高保护酶活性, 增强植物抗逆性[15]。目前, TGA在园艺作物上应用广泛, 主要用于打破种子休眠、减少落花落果等, 而针对大田作物, 以拌肥方式围绕TGA延缓叶片衰老、提高功能叶光合性能等方面的研究尚未见报道。因此, 本研究通过设置TGA施用梯度(与等量肥料混合基施)处理, 以中单909和京农科728为材料, 研究TGA对夏玉米光合特性和产量的影响, 以期为建立华北地区夏玉米高产高效栽培技术提供一定的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在中国农业科学院作物科学研究所新乡试验站(35°18′N, 113°54′E)进行, 试验地土壤为黏壤两合土, 土壤有机质含量12.5 g kg–1, 全氮含量1.1 g kg–1, 速效磷含量16.1 mg kg–1, 速效钾含量109.9 mg kg–1, pH 8.1。2年玉米生长季降雨量和温度见图1。

图1 2018–2019年玉米生长季内日降雨量、日平均温度

1.2 试验材料与设计

试验以玉米(L.)杂交种京农科728 (JNK728)和中单909 (ZD909)为材料, 试验采用随机区组设计, 4次重复, 小区长7.2 m, 宽10 m, 株距24.5 cm, 60 cm等行距播种, 种植密度为67,500株 hm–2。全生育期施肥量N、P2O5、K2O按125︰75︰35 (kg hm–2)的比例基施, 设置TGA处理0、75、150、225和300 g hm–2(分别表示为CK、TGA1、TGA2、TGA3和TGA4) 5个TGA施用量, TGA用50 mL蒸馏水溶解后与肥料搅拌均匀后自然晾干, 在玉米播种前一次性基施。田间除草、植保等管理同当地大田生产。2018年试验于6月18日播种, 10月11日收获; 2019年试验于6月18日播种, 10月18日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶绿素和可溶性蛋白含量 在玉米拔节期(V7)、大口期(V13)、开花吐丝期(VT)、乳熟期(R2)、蜡熟期(R4)和收获期(R6), 随机选取4~5株长势均匀一致的植株穗位叶(吐丝期之前的取最新的展开叶), 去除叶尖、叶基部、叶脉。参照Lichtenthaler等[16]的方法测定叶绿素含量(叶绿素a, 叶绿素b), 称取叶片0.15 g，用10 mL 95%乙醇避光浸提48 h, 中间震荡摇匀6次, 保证充分提取, 用双通道紫外-可见分光光度计测量665 nm、649 nm的吸光值。参照邹琦[17]的方法测定可溶性蛋白含量: 将相同位置的玉米穗位叶或新展开叶剪碎, 称取0.15 g样品, 加入1.5 mL Tris-HCl提取缓冲液(内含2 mmol L–1MgCl2, 2 mmol L–1DTT, 0.4 mol L–1蔗糖)在4℃冰浴下研磨至匀浆, 匀浆液于4℃ 15,000´离心20 min, 取12 μL粗酶液, 加1.8 mL考马斯亮蓝充分反应2 min后在595 nm波长下测定吸光值。可溶性蛋白含量(mg g–1FW) = (C×V/Va)/m, 式中C为查标准曲线所得每管蛋白质含量(mg), V为提取液总体积(mL), Va为测定所取提取液体积(mL), m为取样量(g)。

1.3.2 净同化速率、光合势和叶片衰老速率 分别在玉米拔节期(V7)、大口期(V13)、开花吐丝期(VT)、乳熟期(R2)、蜡熟期(R4)和收获期(R6), 选取有代表性植株3株, 测量每株叶片长度和宽度, 叶面积(LA) = L×W×0.75 (0.5), 式中L表示叶片最大长度, W表示叶片最大宽度, 展开叶和未展开叶校正系数分别为0.75和0.5。叶面积测量完毕后, 于105℃杀青30 min后85℃烘干称重。玉米净同化速率(NAR)、光合势(LAD)测定及计算参照王方瑞[18]的方法, 叶片衰老速率计算方法参照Gao等[19]的方法, NAR、LAD和叶片衰老速率分别按照公式(1)、公式(2)和公式(3)计算:

式中, Wa、Wb分别表示前后2个测定时期的植株总干重, LAa、LAb分别表示前后2个测定时期的叶面积, Ta、Tb分别表示前后2次测定时期的时间。净同化速率和光合势从V13~R6期进行计算, 叶片衰老速率从R2~R6期进行计算。

1.3.3 光合速率的测定 使用Li-6400型便携式光合系统测定仪, 在吐丝期和蜡熟期测定2次, 选择晴朗无风的天气于上午9:00—11:30在各处理小区中间位置随机选取5株玉米, 测定玉米穗位叶净光合速率, 测定时避开叶脉位置。

1.3.4 籽粒灌浆特性 在玉米吐丝开始后的第7天开始取样, 取样时从上述标记的玉米植株中取3个玉米雌穗, 取样频率为每周1次至玉米籽粒黑层出现。田间取样后, 将雌穗放入冰盒取回实验室测定, 测定时每穗取中部籽粒100粒放入纸袋, 并在60℃的烘箱中烘干至恒重, 用精确度为0.0001 g天平称重记录。灌浆特征参数通过Richards方程进行模拟计算:=/(1+e(b–cx))1/d, 得到Richards方程参数、、(其中为终极生长量,为初值参数,为生长速率参数, 灌浆速率最大时的生长量max=/2, 达到最大灌浆速率的天数max= (ln)/, 最大灌浆速率max= (×max)/2, 活跃灌浆天数= 6/)[20]。

1.3.5 产量与产量构成因素 玉米成熟后, 在小区中部选取3行10 m2测产称重, 并记录有效株数、收获有效穗数(单穗籽粒≥30粒), 用称重法在每个小区选取10个平均穗, 用于调查雌穗穗部性状(穗长、秃尖长、穗粗、穗粒数和千粒重), 并测定出籽率和含水率, 折算产量(按14%含水量计)。

1.4 试验数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理计算及作图, 用SPSS 19.0进行统计分析, 以LSD法(<0.05)检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 TGA对玉米产量及产量构成因素的影响

表1所示, 四甲基戊二酸(TGA)处理均提高了2个品种玉米产量。2018年, JNK728和ZD909相对CK分别增产0.1%~8.1%和2.6%~8.2%, 其中, TGA2 (150 g hm–2)增产效果最优, JNK728和ZD909产量相比CK分别增产8.1%和8.2%; 2019年, JNK728和ZD909相对CK分别增产7.0%~15.3%和6.1%~9.2%, 其中, TGA2 (150 g hm–2)增产效果最优, JNK728和ZD909产量相比CK分别增产15.3%和9.2%。

TGA处理下, 2个品种玉米平均穗长、千粒重、穗粒数均高于CK, 而秃尖长低于CK。2年试验中, TGA处理提高了JNK728穗长、穗粒数和千粒重, 尤其是2019年在TGA2处理下, JNK728穗长比CK显著增长5.2%, 穗粒数显著增加6.0%, 千粒重显著提高7.8%; 与之相似, TGA2处理下, ZD909穗粒数和千粒重显著大于CK, 较CK增加5.9%和3.3%; 2018年, ZD909在TGA2处理下穗粒数显著高于CK, 较CK提高5.5%, 千粒重无显著差异, JNK728在TGA2处理下穗长和穗粒数较CK增加2.6%和3.4%。2年试验中, 在TGA2处理下, JNK728秃尖长分别比CK减小21.9%和34.1%, 且差异达显著水平; 与之不同的是, TGA处理对ZD909秃尖长均无显著性差异。

表1 2018–2019年TGA对2个品种玉米产量构成因素的影响

JNK728: 京农科728; ZD909: 中单909; CK: 对照; TGA1、TGA2、TGA3、TGA4分别代表TGA施用量为75、150、225、300 g hm–2。同一列不同小写字母表示不同处理间在< 0.05水平下差异显著。

JNK728: Jingnongke 728; ZD909: Zhongdan 909; CK: control; TGA1, TGA2, TGA3, TGA4 denote the TGA application rate of 75, 150, 225, and 300 g hm–2, respectively. Values followed by different letters within a column are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments.

2.2 TGA对玉米光合生产特性的影响

2.2.1 净同化速率(NAR) 图2所示, TGA处理提高了玉米的净同化速率(NAR)。JNK728在TGA处理下, 整个生育期的平均NAR较CK提高了12.5%~31.6%, 其中, TGA2下增幅最大, 相比CK提高31.6%, 在V13和R4期, TGA2处理显著大于CK; ZD909在TGA处理下, 整个生育期的平均NAR较CK提高了8.7%~54.1%, 在TGA2下增幅最大, 相比CK提高54.1%, 在V13、VT、R2期, TGA2处理显著大于CK。2个品种玉米NAR均在TGA2处理下平均增幅最大, 整个生育期中R6期增幅最大, 较CK增加了64.0%和149.2%。

2.2.2 光合势(LAD) 图3所示, TGA处理提高了玉米光合势(LAD)。在VT~R6期, JNK728和ZD909在TGA处理下, LAD较CK分别平均增加了5.8%~16.9%和0.6%~10.9%, 其中, TGA2下增幅最大, JNK728和ZD909相比CK分别增加16.9%和10.9%。2个品种玉米均在R6期光合势增幅最大, 显著大于CK, 较CK增加36.7%和16.6%。

图2 2019年TGA对2个品种玉米净同化速率的影响

CK: 对照; TGA1、TGA2、TGA3、TGA4分别代表TGA施用量为75、150、225和300 g hm–2, 图中竖线表示处理间LSD0.05值; V13、VT、R2、R4和R6分别表示玉米的大口期、开花吐丝期、乳熟期、蜡熟期和收获期。

CK: control; TGA1, TGA2, TGA3, TGA4 denote the TGA application rate of 75, 150, 225, and 300 g hm–2, respectively.Vertical bars represent the LSD0.05value; V13, VT, R2, R4, and R6 denote the maize of trumpeting, silking stage, milk stage, dough stage, and maturity stage, respectively.

图3 2019年TGA对2个品种玉米群体光合势的影响

缩写和处理同图2。Abbreviations and treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.2.3 穗位叶净光合速率(n) 表2所示, 在TGA处理下, 2个品种玉米在花期和蜡熟期的净光合速率(n)均大于CK。花粒期, JNK728在TGA处理下较CK增加15.4%~32.4%, 其中, TGA2处理下增幅最大, 相比CK增加32.4%; ZD909在TGA1、TGA2、TGA3处理下较CK增加19.1%~30.5%, 在TGA4处理下降低6.2%, TGA2处理下较CK增加30.5%, 增幅最大; 蜡熟期, JNK728在TGA1~ TGA4处理下较CK增加29.6%~77.8%, 在TGA2下增幅最大, 相比CK增加77.8%; ZD909在TGA1~TGA3处理下较CK增加8.0%~57.5%, 在TGA4处理下却降低8.5%, TGA2处理下较CK增加57.5%, 增幅达最大。

2.3 TGA对玉米叶片叶绿素和可溶性蛋白含量的影响

2.3.1 叶绿素含量 图4所示, 2个品种玉米在TGA处理后, 叶片叶绿素含量均高于CK。整个生育期, JNK728在TGA处理下较CK平均增加8.5%~19.7%, 其中, TGA2下增幅最大, 相比CK增加19.7%, 在V7~R6期叶绿素含量均显著大于CK; ZD909在各TGA处理下分别平均增加7.1%~14.3%, TGA2下增幅最大, 相比CK增加14.3%, TGA2处理下, ZD909在各个时期均显著大于CK。

2.3.2 可溶性蛋白含量 图5所示, 整个生育期, JNK728在TGA处理下较CK平均增加11.8%~22.7%, 其中TGA2处理下增幅最大, 相比CK增加22.7%, 在V7、V13、VT、R4和R6期, TGA2处理可溶性蛋白含量显著大于CK; ZD909在TGA处理下较CK平均增加8.8%~18.7%, TGA2下增幅最大, 相比CK增加18.7%, 在V7、V13、R2、R6期, TGA2处理显著大于CK。

表2 2019年TGA对2个品种玉米穗位叶净光合速率的影响

缩写和处理同表1。同一列不同小写字母表示不同处理间在< 0.05水平下差异达显著水平。

Abbreviations and treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments.

图4 2019年TGA处理对2个品种玉米叶片叶绿素含量的影响

V7: 拔节期。缩写和处理同图2。V7: jointing stage. Abbreviations and treatments are the same as those given in Fig. 2.

图5 2019年TGA处理对2个品种玉米叶片可溶性蛋白含量的影响

V7: 拔节期。缩写和处理同图2。V7: jointing stage. Abbreviations and treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.3.3 叶片衰老速率 图6所示, TGA处理下, 2个品种玉米叶片衰老速率显著降低, 在R2~R6期, JNK728和ZD909较CK分别平均降低了0.01%~56.5%和31.7%~55.9%, 2个品种玉米均在TGA2下叶片衰老速率最低, 较CK平均降低56.5%和55.9%, 在R6期, JNK728在TGA2处理下显著低于CK, 而ZD909则在R4和R6期, TGA2处理下均显著低于CK。

图6 2019年TGA处理对2个品种玉米叶片衰老速率的影响

缩写和处理同图2。Abbreviations and treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.4 TGA对玉米籽粒灌浆特性的影响

表3所示, 相比CK, TGA处理提高了籽粒最大灌浆速率(max)和最大灌浆率下的籽粒干重(max), 其中JNK728的max和max较CK平均分别增加4.0%~5.2%和4.5%~16.4%; 相比之下, ZD909的max较CK平均增加2.6%~10.0%,max在TGA1和TGA2处理下较CK增加2.8%~6.8%, 而在TGA3和TGA4处理下低于CK。在TGA处理下, 2个品种玉米达到最大灌浆速率需要的天数(max)均高于CK, 但JNK728的有效灌浆天数()低于CK处理, 而ZD909D值除TGA1处理外均高于CK处理。

2.5 TGA处理下玉米主要指标间的相关性分析

表4所示, 在TGA处理下, 玉米产量与净同化速率(0.73*)呈显著正相关, 与净光合速率(0.79**)呈极显著正相关, 与叶片衰老速率呈极显著负相关(-0.91**), 表明TGA通过调控玉米生育期内光合生产特性指标来影响产量, 净光合速率提高, 而叶片衰老速率明显降低, 促进光合产物的合成, 为后期光合产物向籽粒中转移及粒重的增加奠定基础。由于叶绿素含量与可溶性蛋白含量(0.98**)呈极显著正相关, 表明叶绿素的合成与可溶性蛋白含量密切相关, 同时叶片衰老速率与叶绿素含量(−0.63*)呈显著负相关, 表明叶绿素含量和可溶性蛋白含量的提高抑制了叶片的衰老, 而叶片衰老速率与净光合速率(−0.91**)呈极显著负相关, 与净同化速率(−0.76*)呈显著负相关。

表3 2019年TGA处理对2个品种玉米籽粒灌浆特征参数的影响

缩写和处理同表1。Abbreviations and treatments are the same as those given in Table 1.

表4 TGA处理下产量和其他参数的相关性分析

*,**分别表示在< 0.05和< 0.01水平下显著相关。

*,**indicate significant correlation at< 0.05 and< 0.01, respectively.

3 讨论

3.1 TGA对玉米产量的调控效应

植物生长调节剂作为植物外源生长物质的一种, 通过调控植物内源激素含量影响植物整体生长发育的各种生理代谢指标, 从而提高植株抗逆性及产量[21]。植物生长调节剂能够明显提高玉米功能叶叶绿素含量和光合速率, 延长叶片功能期, 促进功能叶光合产物的合成与积累, 从而利于玉米籽粒产量和品种的提高[22-28]。高浓度的冠菌素、脱落酸等植物生长调节剂对作物的生长有抑制作用, 而低浓度则表现为促进效应[20,29-30]。本研究发现, TGA处理对2个品种玉米产量的影响具有与其他植物生长调节剂相同的剂量效应, 随TGA施用量的增加, 产量呈先增加后减小的趋势, 表明适宜施用量的TGA处理显著降低玉米果穗秃尖长度, 增加穗粒数和千粒重, 从而提高产量。玉米籽粒灌浆速率与灌浆持续期长短决定了最终籽粒产量, 在玉米灌浆的中后期, 调控籽粒灌浆特性是实现玉米高产的重要途径。灌浆速率和灌浆过程持续天数均与粒重显著相关[31-32]。在本研究中, 由于灌浆中期是籽粒建成的关键时期, TGA处理提高了2个品种玉米在灌浆中期的灌浆速率, 虽然ZD909有效灌浆天数低于CK, 但2个品种玉米的最大灌浆速率和最大灌浆速率持续时间均大于CK, 从而提高了后期籽粒干重。同一品种产量在2年试验中差异较大, 但各处理间产量变化趋势一致, 综合气象数据分析发现, 可能是因为2018年花粒期(VT期)到灌浆初期(R2期)的高温少雨天气, 2018年播种后45 d到播种后60 d期间日平均温度均高于2019年, 影响部分雌穗小花分化和授粉情况, 从而影响穗粒数、千粒重和产量, 总体产量明显较2019年降低。

3.2 TGA对玉米光合生产特性的调控效应

玉米生长后期是玉米产量形成的关键时期, 叶片作为光合产物的主要合成器官, 为籽粒源源不断的输送同化物, 叶片衰老导致光合能力下降, 严重制约玉米有机物的积累, 对玉米产量影响很大[18]。叶片叶绿素含量是衡量叶片衰老和光合功能的重要指标, 叶绿素含量的高低决定了叶片光合速率的大小[33]。本研究中TGA处理下2个品种玉米叶片叶绿素含量明显大于对照处理(CK), 尤其是在玉米灌浆后期, 功能叶叶绿素含量的下降幅度远低于CK。植物细胞中大部分蛋白质都位于叶绿体中, 叶绿体中的Rubsico有30%都是可溶性蛋白, 同时也是光合作用中的关键酶, 与蛋白质降解和叶绿素含量降低有着直接联系[34-35]。叶衰老过程中Rubisco含量的下降是叶片衰老的主要特征[36], TGA处理下, 玉米叶片可溶性蛋白含量较CK上升, 叶片可溶性蛋白含量和叶绿素含量的降解速率较CK减缓, 从而防止玉米叶片后期的衰老。相关性分析表明, 可溶性蛋白含量和叶绿素含量均与叶片衰老速率呈显著负相关, TGA提高了叶片叶绿素含量和可溶性蛋白含量, 抑制单株玉米叶片的衰老, 使玉米在花期之后, 黄叶面积减少, 衰老速率降低。

叶片是玉米的主要光合器官, 灌浆期内保持较高的光合速率是获得高产的必备条件[37-38]。在TGA处理下, 2个品种玉米穗位叶净光合速率在花期和蜡熟期均大于CK, 只有ZD909在TGA4施用量下略低于CK, 表明较高施用量下会降低叶片净光合速率, 而在TGA2施用量下均显著高于其他TGA处理, JNK728和ZD909平均分别较CK增加28.0%和29.8%。光合势(LAD)是量化作物群体光合特性的重要指标, 在一定范围内, LAD越大, 群体光能利用率越高, 积累干物质也越多[39]; 而净同化速率(NAR)是植物在一定时期内通过光合作用所积累的干物质量, 是衡量光合能力的重要指标之一[40]。相关性分析表明, 玉米净光合速率与LAD、NAR呈显著正相关, LAD和NAR与生物产量有显著正相关关系, 这与王方瑞的研究结果一致[18]。同时, 玉米产量又与叶片衰老速率呈极显著负相关, 与NAR呈显著正相关, 与净光合速率呈极显著正相关, 说明TGA通过调控玉米生育期内光合生产特性指标来影响产量, 可能是因为TGA处理提高了叶片叶绿素含量和可溶性蛋白含量, 叶片衰老速率降低, 相比CK促进了光合作用, 单株叶片净光合速率提高, 有效光合时间延长, LAD提高, 促进光合产物的合成, 净同化速率显著增大, 为后期光合产物向籽粒中转移及粒重的增加奠定基础。

4 结论

四甲基戊二酸(TGA)对玉米产量及光合生产特征的调控具有明显的剂量效应, 适宜TGA施用量(150 g hm–2)提高玉米群体光合势和净光合速率, 显著增加穗粒数、千粒重和玉米单产。其主要的作用机制是适宜剂量的TGA提高了玉米生育期叶绿素含量和可溶性蛋白含量, 抑制生育后期叶片衰老, 使生育后期光合生产能力增强, 促进了灌浆期光合同化物的积累, 保证了叶片源器官光合产物的供应。因此, TGA适宜作为华北地区夏玉米提质增效的化控技术进行推广应用。

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Effect of tetramethyl glutaric acid on summer maize photosynthesis characte­ristics

MA Zheng-Bo, DONG Xue-Rui, TANG Hui-Hui, YAN Peng, LU Lin, WANG Qing-Yan, FANG Meng-Ying, WANG Qi, and DONG Zhi-Qiang*

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China

In this study, we explore the effect of tetramethyl glutaric acid (TGA) photosynthesis characteristics and yield in summer maize. Field experiments were conducted in Xinxiang experimental station of Chinese Academy of Agricultural Sciences in 2018 and 2019. Two widely planted maize cultivars were planted, and five TGA application gradients (0, 75, 150, 225, and 300 g hm–2) were carried out. The results showed that the appropriate TGA treatment could increase maize yield, delay functional leaf senescence rate during the whole growth stage, and enhanced net rate during the grain-filling stage, respectively. The optimal TGA dosage was 150 g hm–2, the yield of Zhongdan 909 (ZD909) and Jingnongke (JNK728) respectively increased by 8.7% and 11.7% compared to the control treatment in two experimental years under the optimal TGA treatment. Furthermore, chlorophyll content, soluble protein content and leaf area duration of ZD909 and JNK728 increased by 14.3% and 19.7%, 18.7% and 22.7%, 10.9% and 16.9%, respectively, in contrast, leaf senescence rate decreased by 55.9% and 56.5%, respectively during the experimental years. In addition, net photosynthetic increase by 44.0% and 58.4%, respectively, during the grain-filling stage. Correlation analysis indicated maize yield was significantly negatively correlated with leaf senescence rate during the whole growth period, and significantly positively correlated with net photosynthetic rate during grain-filling stage. In conclusion, suitable TGA treatment could delay leaf senescence rate by increasing leaf chlorophyll and soluble protein content, and improve ear leaf net photosynthetic rate during the reproductive growth stage, and ultimately increased maize yield.

tetramethyl glutaric acid; summer maize; photo synthetic production characteristics; leaf senescence rate; yield

10.3724/SP.J.1006.2020.03002

本研究由国家重点研发计划项目(2018YFD0200608)资助。

The study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFD0200608).

董志强, E-mail: dongzhiqiang@caas.cn

E-mail: m2942989968@163.com

2020-01-16;

2020-06-05;

2020-06-22.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200622.1120.006.html