综合应用中学生物学知识 探寻冬小麦增产的途径

江苏省盱眙县教师发展管理中心 钱俊瑞

从教育改革发展的趋势来看，学习的最终目的是让学生走进社会，走进生活，让学生利用所学的知识来解决生产和生活中遇到的问题，培养良好的学习品质，提高合作、交流、创新等核心能力。生物学知识重在实践运用，中学生物学知识内容丰富，基础性强，涉及面广，实践价值高，提高学生的生物学科学素养，培养学生多方面的能力，为学生的终身发展奠定基础。本文以禾本科植物冬小麦为例，总结如何利用中学生物知识探寻提高粮食的产量。

小麦是种子植物门、被子植物亚门、单子叶植物纲、莎草目、禾本科、小麦属，一年生或越年生草本植物，约20 种，分布于欧洲、地中海及亚洲部分地区。小麦是我国主要的粮食作物之一，种植小麦以收获果实（颖果）为主要目的。我国常栽培的小麦又有冬小麦和春小麦之分，春小麦主要种在北方地区，一般在春季种植；冬小麦主要种在华东、华北地区。冬小麦一般9、10 月份播种，次年5、6 月份收获。这里以冬小麦为例，结合中学生物学知识，从多角度去探寻冬小麦的增产途径。

一、根据光合作用的原理，提高冬小麦产量

光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把空气中的二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。因此，可以充分利用光合作用的有关条件使其向着有利于光合作用的方向进行来提高小麦的产量。主要方法有：

（一）适当提高光照强度和延长光照时间。光照是绿色植物生长的必要条件之一。光照强度的大小直接影响光合作用效率，小麦属于阳生植物，相对喜欢生活在光照强度较高的环境中，在一定的范围内，适当提高光照强度可以提高光合作用的效率，从而提高其产量。另外，延长光照时间能提高光能利用率，提高净光合作用量，增加有机物的积累，提高小麦的产量。因此，我们在对小麦种植场地选择的时候，要考虑其光照强度的效果并可以采用各种方法来延长光照时间。

（二）适当提高二氧化碳浓度。二氧化碳是光合作用的主要原料之一。在一定的范围内，植物光合速率随着二氧化碳浓度的上升而增加，在达到某一定值后，再增加二氧化碳浓度，光合速率不再增加。从理论上讲，适当提高小麦生长环境中的二氧化碳浓度，可以在一定范围内促进光合作用暗反应的反应物的供应，增加有机物的生成，从而提高光合作用效率，提高小麦的产量。因此，合理密植，使小麦植株间通风透气，使之能够保证光合作用时对二氧化碳的吸收，这样对小麦的生长和高产很有帮助。另外，如果有条件的话（比如在大棚中），可以适当地补充二氧化碳气肥，也可以提高小麦光合作用效率。

（三）适当调节环境温度。光合作用的光反应和暗反应都是酶促反应，需要多种酶参与反应，温度影响酶的活性，因而对光合速率也有明显的影响。一般来说，小麦的光合作用的最适温度是25—30℃，低温条件下植物光合作用速率变低的原因主要是酶的活性降低。高温条件下光合速率也变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了二氧化碳进入细胞的数量。白天适当提高环境温度，使温度达到光合作用的酶作用的适宜温度，有利于光合作用相关酶作用的发挥，促进光合作用的进行，与此相对应，夜间，适当地降低温度，可以降低有氧呼吸的速率，减少对有机物的消耗，从全天看，增加有机物的积累，就有利于产量的提高。

（四）保证水的供应和适当提高土壤中矿质元素的含量。水和矿质元素会直接或间接地影响植物光合速率。例如：水也是光合作用的原料之一，充足的水分供应，能直接影响植物光合速率，提高作物的产量。土壤中植物必需的矿质元素有N、P、S、K、Ca、Mg 等，例如N 元素是植物体内蛋白质、核酸、酶等合成的必需元素，充足的N 元素可以促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积，间接地影响植物光合速率；P 元素是植物体内核酸、磷脂等重要结构组成的必需元素。当植物缺乏光合作用必需的营养元素时，会出现诸多缺乏症，如叶片变黄、变小或叶片上有斑点、叶片边缘呈现烧焦状等，适当提高土壤中矿质元素含量，就可以保证植物体内各种高分子有机物的合成，防止缺乏症的发生，提高光合作用效率，从而促进其生长，提高产量。

二、从环境角度考虑小麦增产的途径

（一）保证其生长土壤的适应的pH值。适合冬小麦生长的土壤pH 为6—8 之间，最适合pH 在6.8—7.0 的中性（或近中性）土壤。因而对种植小麦生长的土壤的pH 值应予以测定和调控，使其生长在最适合pH 范围内，这样才能促进其良性生长，从而达到增产的目的。

（二）设法进行环境温度的调控。白天适当提高温度，夜晚适当降低温度。白天小麦进行光合作用，适当提高温度使其有利于光合作用的各种酶的作用，提高光合作用效率。夜晚小麦不进行光合作用，只进行呼吸作用，即只消耗有机物，不生产有机物，降低温度可以降低呼吸作用的速率，减少有机物的消耗，这样，从全天来看，有利于有机物的积累。

（三）根据不同生长期的需要，适时适当地浇水施肥。小麦在不同的生长时期，对水、肥的需求量不同，如果在其生长的不同时期，根据其对水、肥的需要，适当地灌溉和施肥，就能促进其生长，提高其产量。例如在小麦的种子萌发期，需要充足的水分，但不能过大，水分过大，会引起呼吸作用受到抑制，甚至胚根腐烂，发芽率降低；又如在小麦的拔节期，需水量较大，要保证水的供应，需适时灌溉，又要控制好灌溉的水量，不能影响根部的呼吸作用。对于肥的供应，最好在播种期和拔节前期分别施肥，播种期最好是有机肥，而在拔节前期在施有机肥的基础上再加一些含K 的复合肥效果更好。

（四）做好防虫、除草、抗病工作。在小麦成长的不同时期，根据其生长规律，跟踪做好提高小麦的防虫、除草及防病工作，以提高小麦的产量。例如：对冬小麦而言，初春时要做好除草和防虫工作，除草是防止杂草疯长，争夺小麦的生长空间和营养；春天是害虫的高发期防虫，初春防虫既有效、又长远；等到了齐穗期，要特别注意做好抗病、防病和抗倒伏的工作；对于接近成熟期，则要做好防霉工作。

（五）根据小麦的生长特性，做好春化工作。春化是指作物在生长发育过程中，必须经过一段低温时期，才能通过个体发育的内部变化，实现由营养生长向生殖生长的转变，才能开花结果。小麦是春化植物，必须进行春化处理，才能完成正常的开花结果。如冬小麦经过冬天寒冷天气的自然磨炼，是自然春化。在特殊的情况下也可以对小麦种子进行人工春化处理。

三、改良小麦的品种，提高产量

（一）单倍体育种。单倍体育种是指通过花药离体培养，形成单倍体植株，再利用人工诱导使染色体加倍（如利用秋水仙素处理幼苗使染色体加倍），得到染色体数目正常的植株（纯合子），用这种方法得到的植株，不仅能够正常繁殖，而且每对染色体上的成对基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。如我国的 “京花一号”小麦新品种，“京花一号”小麦穗大粒多，丰产性好，而且适应性和抗病性强，现在已经大面积推广种植。

（二）多倍体育种。由于多倍体植株的茎秆粗壮，叶片、果实和种子比较大，对于小麦来说，籽粒大，产量高。例如：八倍体小黑麦营养价值比普通小麦丰富。在培育的过程中就是采用多倍体育种的方法：把普通小麦（六倍体）与黑麦（二倍体）杂交，得到四倍体种子，四倍体种子种植得到幼苗后通过利用秋水仙素处理等方法人工诱导使染色体加倍，得到八倍体小黑麦。

（三）采用基因工程技术。把抗逆性基因如抗虫、抗旱、耐盐碱、高产基因、优质蛋白基因等基因通过基因工程技术转入小麦细胞体中并使之表达，从而使之体现一些优良性状，这样就能获得一些得到诸如抗虫、抗旱、耐盐碱、高产、具有优质蛋白等的新品种。

（四）采用细胞工程技术。将两种具有优良性状的小麦体细胞进行植物体细胞杂交，然后进行植物组织培养，培养出具有优良性状的小麦。例如：如果把小麦和荸荠的体细胞杂交能表达其性状，就能得到地上收获小麦，地下收获荸荠的新品种。再如：假如能够把甘蔗和小麦的体细胞杂交成功并能使甘蔗的含糖高的性状和小麦产淀粉的性状都能表达，既能获得小麦籽粒作为粮食，又能通过秸秆制作蔗糖。

四、开发能够进行生物固氮的新品种

豆科植物具有生物固氮的能力，是因为豆科植物根部具有根瘤菌，根瘤菌与豆科植物为互利共生的关系，根瘤菌能够生物固氮，即把空气中的氮气转变成氨（铵盐）供给植物吸收和利用，植物体能够为根瘤菌提供有机物。如果能采用转基因技术将豆科植物控制生物固氮的基因转移到小麦体细胞中并使之正常表达，那么应用前景非常喜人。既能使小麦自身能够生物固氮而增产，又能减少工业氮肥的使用从而减少工业化肥（氮肥）生产过程中的能源资源浪费，并且减少生产和使用化肥过程中的环境污染。

生物是一门科学性和实践性都很强的学科，如何在教学中让学生利用科学知识解决生活问题是教育教学关注的重点。对于粮食作物来说，其增产途径可从中学生物学知识方面进行探寻，我们应鼓励学生只要开动脑筋，拓展思维，定能为小麦增产提出更多更好的思路和途径。