DA-6与CCC复配对密植下玉米叶片光合及抗早衰能力的影响

王泳超，燕博文，曹红章，王山聪，马梦金，张俊杰，郭家萌， 王 浩，邵瑞鑫，杨青华

(1.河南农业大学 农学院，河南 郑州 450046；2.河南省作物化学调控工程研究中心，河南 郑州 450046)

玉米(Zeamays)是重要的粮饲作物，对我国粮食安全生产及畜牧业的发展具有关键作用[1]。随着耕地面积逐渐减少、人口数量不断增加，加之极端天气频发，不断提高玉米产量与我国经济发展密切相关[2]。我国玉米种植区普遍存在种植密度偏低的现象，因此，增加种植密度是提高玉米籽粒产量的有效途径之一[3]。然而，增密会引起玉米光合障碍和叶片早衰，从而影响玉米产量增加[4]。研究表明，玉米群体产量与叶面积指数(LAI)随着种植密度增加而升高，当密度达到一定范围后，植株间会出现严重的竞争，产量和LAI不再增加[5]。增密后会使得玉米群体冠层郁闭，导致群体通透性变差，最终使得群体光合生产效率下降[6]。密植会引起玉米冠层中下部叶片早衰[7]，且随着种植密度的增加，叶片内的活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)过量积累，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性逐渐降低，这些因素加速了玉米叶片衰老，从而影响玉米产量[8]。因此，探究高密度种植下改善玉米光合效率和叶片生理的农业措施，对建立玉米高产高效群体、促进农业集约化可持续生产具有重要意义。

化学调控剂可调节作物生长发育及生理活性，从而增强作物对环境的适应性，目前已被广泛用于生产[9-10]。矮壮素(CCC)属于植物生长延缓剂，喷施CCC会增加小麦叶面积[10]、提高玉米净光合能力和改善叶绿素荧光参数[11]；喷施CCC还可提高叶片抗氧化酶活性，降低MDA和ROS积累，减缓叶片衰老速率[11]。但也有研究表明，CCC处理会降低LAI，减缓作物生长速率，降低作物千粒质量[12]。胺鲜酯(DA-6)属于植物生长促进剂，研究表明，DA-6与不同浓度烯效唑复配可提高玉米单株叶面积，改善光合性能[13]。单独施用DA-6，可提高大豆SPAD值，改善光合参数，提高大豆产量[14]。此外，DA-6水溶液浸种，能显著提高白三叶种子发芽率，降低MDA、超氧阴离子含量，提高抗氧化酶活性，增加渗透调节物质含量[15]。

前人对玉米密植的研究多集中在品种[16]、水肥调控[17]及耕作栽培方式[18]，鲜有关于植物生长调节剂在玉米密植中的作用研究。由于CCC可能对作物产量产生负面影响，因此，本研究依据前期研究结果，将适宜浓度的DA-6与CCC复配，利用不同调控剂的互补作用，旨在明确复配剂对密植条件下玉米整体、个体光合能力及叶片衰老特性的调控效应，为玉米密植增产提供简单高效的方式，也为高产高效群体建立提供新思路。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018，2019年在河南农业大学原阳科教园区(34°55′N，113°36′E)进行。该地地处黄淮海平原，属于温带季风气候，平均气温16.8 ℃，年降水量435.9 mm，平均日照时长12 h，其中2018年和2019年玉米生长期的降水与平均气温如图1所示。试验地土壤为砂质潮土，播前土壤有机质含量10.57 g/kg，全氮含量1.08 g/kg，速效磷含量80.3 mg/kg，速效钾含量129.5 mg/kg。

图1 2018，2019年玉米生长期降水量和平均气温Fig.1 The precipitation and mean temperature at maize growth period in 2018 and 2019

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，种植密度(A：6.75万株/hm2和9.00万株/hm2)为主区，调节剂处理(B：0 mg/L DA-6+0 g/L CCC和15 mg/L DA-6+2 g/L CCC)为副区。供试玉米品种为郑单958，小区设计为行长6 m、行距0.6 m，每个小区10行，小区面积为36 m2。试验处理如表1所示，每个处理3次重复。

表1 试验处理Tab.1 Experimental treatments

2018，2019年播种日期分别为6月8日和6月6日，收获日期分别为9月25日和9月26日。试验用氮肥为尿素(含N 46%)，分2次施用，播种前施底肥(1/3)和拔节前施追肥(2/3)，追肥采用开沟条施方式；磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)用量分别为90，120 kg/hm2，作为底肥一次性施入。

在玉米7片展叶期采用背包式手动喷雾器对全株叶片喷施调控剂，每个玉米植株喷施约10 mL，对照采用清水，连续喷施2 d。选择晴朗无风天气，在10：00之前或16：00之后喷施，若喷施6 h内下雨，则根据情况适量补喷。喷施调控剂后，每个处理选30株挂牌标记，于吐丝后的10，20，30，40，50 d取整株及穗位叶进行相关指标测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 叶绿素含量 在吐丝后10～50 d，采用手持叶绿素仪CCM-200+(Instrumentation Consultancy Technologies)测定玉米穗位叶叶绿素含量，每个处理5株，避开叶脉，对同一片叶的上、中、下3个部分分别测定，求平均值。

1.3.2 叶绿素荧光参数 在吐丝后10～50 d，每个处理测定5株穗位叶叶绿素荧光参数值。使用FMS-2脉冲调制式叶绿素荧光仪(Hansatech，UK)测定初始荧光(Fo)、暗适应下最大可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)等荧光参数，通过这些参数计算出PSⅡ的最大光量子效率(Fv/Fm)。测定前叶片暗适应时间为20 min，光化学强度为400 μmol/(m2·s)，饱和闪光强度为8 000 μmol/(m2·s)。

1.3.3 光合参数 在吐丝后10～50 d，每个处理测定5株穗位叶光合参数。使用LI-6400(LI-COR，Lincoln，NE，USA)便携式光合仪测定胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)。

1.3.4 抗氧化酶活性 在吐丝后10～40 d，每个处理取5片穗位叶，清洗叶片表面，用滤纸吸干水分，之后用锡纸包样，放入-80 ℃冰箱，待用。SOD活性采用氮蓝四唑还原法测定，POD活性采用愈创木酚法测定，CAT活性采用Gao[19]的方法测定。

1.3.6 叶片相对衰老速率 在吐丝后10～50 d，测定全株绿叶面积，相对衰老速率为(前一次相对绿叶面积-后一次相对绿叶面积)/时间间隔。

1.3.7 比叶质量 在吐丝后的10，40 d，每个处理测量5株挂牌植株全株叶面积，之后将整株叶片放入105 ℃烘箱杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量。

比叶质量(SLW，g/m2)=单株叶片干质量/单株叶片面积[22]

①

1.3.8 叶面积指数 在吐丝后的10，40 d，每个处理测量5株挂牌植株全株叶面积。

LAI=单株叶面积×种植密度/土地面积

②

1.3.9 穗位叶图像 在吐丝后40 d，取穗位叶拍照。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据取平均值。采用SPSS 17.0进行方差分析，采用最小显著性差异法(LSD)进行多重比较，采用Microsoft Excel 2010 作图。

2 结果与分析

2.1 DA-6与CCC复配对玉米叶面积指数的影响

叶面积指数是反映植物群体生长状况的重要指标，其大小与最终产量高低密切相关。如图2所示，随吐丝后天数的增加，2018年的LAI呈下降趋势。提高群体种植密度会明显增加LAI，如在2018年吐丝后10 d，A2B1处理LAI比A1B1提高21.81%，差异显著(P<0.05)。叶片喷施复配剂后LAI总体上小幅下降，除2019年吐丝后10 d的A1B1和A1B2处理外，其他处理差异不显著。复配剂对低密度种植下玉米LAI的影响大于高密度种植，如在2018年吐丝后40 d，与A1B1相比，A1B2处理LAI下降14.99%，而与A2B1相比，A2B2处理LAI下降5.01%。

不同小写字母表示同一吐丝天数不同处理差异达5%显著水平。图3—9同。 Different small letters above the bars represent significant difference among different treatments for the same treatment time at 5% level.The same as Fig.3—9.

2.2 DA-6与CCC复配对玉米比叶质量的影响

比叶质量(SLW)是指单位叶面积叶片的干质量，其与叶片的光合作用能力密切相关。如图3所示，随吐丝后天数增加，SLW增加，这与单株叶面积下降有一定关系。除2018年吐丝后10 d外，其他时间SLW随种植密度增加而增加，如2018年吐丝后40 d，与A1B1相比，A2B1的SLW升高19.03%，差异显著(P<0.05)。除了2019年吐丝后40 d的A1B1与A1B2处理，叶片喷施复配剂会提高叶片SLW，如2019年吐丝后10 d，与A1B1和A2B1相比，A1B2和A2B2的SLW分别增加8.80%和3.57%。

2.3 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶SPAD值的影响

SPAD值代表叶绿素含量的相对值，也代表植株绿色程度，与植株个体光合能力密切相关。如图4所示，随着吐丝后天数的增加，SPAD值呈先升后降的趋势，在吐丝后20 d达到峰值。总体来说，提高种植密度会降低叶片SPAD值，特别是在未喷施调节剂的处理中，如2019年吐丝后50 d，与A1B1相比，A2B1处理SPAD值下降24.01%，差异显著(P<0.05)。叶片喷施复配剂提高不同种植密度下叶片SPAD值，有效缓解因密度增加导致的叶绿素含量下降。如在2018年吐丝后10～50 d，与A1B1相比，A2B1的SPAD值分别下降了7.81%，13.01%，5.58%，10.15%和14.23%，而喷施复配剂后，与A2B1相比，A2B2的SPAD值分别升高14.58%，23.14%，19.77%，28.80%和58.88%，除吐丝后10 d，其他取样时间差异显著(P<0.05)。

图3 DA-6与CCC复配对玉米比叶质量的影响Fig.3 Effect of mixed DA-6 and CCC on specific leaf weight of maize

图4 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶SPAD值的影响Fig.4 Effect of mixed DA-6 and CCC on SPAD value of maize ear leaf

2.4 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶光合作用参数的影响

光合作用是植物积累有机物质最主要的方式，光合作用参数直接反映了光合作用状态。如图5所示，随着吐丝后天数的增加，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度呈下降趋势。过度增加种植密度会降低光合作用参数，且部分处理差异显著(P<0.05)。如2018年吐丝后30 d，与A1B1相比，A2B1的Pn、Tr、Gs和Ci分别下降20.82%，18.53%，32.52%和17.16%，除Tr外，其他指标差异显著(P<0.05)。叶片施用复配剂会提高不同种植密度下的光合作用参数，如在2019年的10，30，50 d，A2B2的Pn分别比A2B1升高38.40%，24.89%和18.47%，差异显著(P<0.05)；Tr分别提高了30.63%，28.39%和43.57%，差异显著(P<0.05)；Gs分别升高9.69%，6.78%和12.5%，处理后10 d差异显著；Ci分别提高16.38%，13.48%和14.81%，差异不显著。

2.5 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光参数是一组用于描述植物光合作用机理和光合生理状况的变量或常数，其在衡量光系统对光能的吸收、传递、耗散等方面具有独特作用。如图6所示，随着吐丝后天数增加，初始荧光(Fo)呈现先降后升的趋势，在处理后20 d，Fo最低，而最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)和Fv/Fm呈先升后降趋势，在吐丝后20 d，数值达到最大。总体来说，提高种植密度会导致Fo升高，Fm、Fv和Fv/Fm降低，部分处理差异显著(P<0.05)。外源施用复配剂降低了不同种植密度下叶片Fo，提高了Fm、Fv和Fv/Fm数值。如在2018年吐丝后的50 d，与A2B1相比，A2B2处理的Fo降低8.19%，Fm、Fv和Fv/Fm分别升高7.79%，10.86%和2.81%，且差异显著(P<0.05)。数据表明，施用复配剂能改善光合作用过程中电子的吸收传递特性，提高光能利用，减少光损伤。

图5 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶光合作用参数的影响Fig.5 Effect of mixed DA-6 and CCC on photosynthesis parameters of maize ear leaf

2.6 DA-6与CCC复配对玉米叶片相对衰老速率的影响

叶片平均衰老速率能直观地体现叶片的抗衰老能力，且与叶片光合能力密切相关。如图7所示，种植密度升高会导致穗位叶早衰，在叶边缘和顶端出现干枯黄化现象，叶片喷施复配剂后，叶片衰老现象明显缓解。通过叶片相对衰老速率数据可知，在吐丝后的10～40 d，叶片相对衰老速率缓慢升高，在吐丝后40～50 d显著升高。种植密度增加会加速叶片衰老，如2019年30～40 d，与A1B1相比，A2B1叶片衰老速率升高了1.443百分点，差异显著。叶片施用复配剂后，不同密度处理叶片衰老速率均降低，如在2019年的4个测定时段，与A2B1相比，A2B2叶片相对衰老速率分别下降0.405，0.362，0.901和0.943百分点，且差异显著。

2.7 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶氧化损伤的影响

可溶性蛋白含量呈先升后降趋势，2018年最高含量在吐丝后20 d，2019年为吐丝后30 d。增加种植密度会显著降低穗位叶可溶性蛋白含量，如2018年吐丝10～40 d，与A1B1相比，A2B1处理可溶性蛋白含量分别下降30.11%，32.61%，37.39%和29.73%，且差异显著(P<0.05)。外源施用复配剂能提高不同种植密度下玉米穗位叶可溶性蛋白含量，如在2018年吐丝后10～40 d，与A2B1处理相比，A2B2可溶性蛋白含量分别升高28.46%，17.42%，26.39%和30.77%，且总体上差异显著(P<0.05)。

图6 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶叶绿素荧光参数的影响Fig.6 Effect of mixed DA-6 and CCC on chlorophyll fluorescence parameters of maize ear leaf

2.8 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶抗氧化酶活性的影响

植物体内抗氧化酶能清除活性氧等物质，减少氧化损伤，保护植物。如图9所示，随吐丝后天数增加，超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性均呈先升后降趋势，在吐丝后30 d活性最大，而过氧化氢酶活性呈逐渐下降趋势。增加种植密度会导致SOD、POD和CAT活性降低，如2018年吐丝后30 d，与A1B1相比，A2B1的3种酶活性分别下降6.69%，27.22%和15.32%。叶片喷施复配剂后3种酶活性升高，如2019年吐丝后40 d，与A2B1相比，A2B2的SOD、POD和CAT活性分别升高38.56%，14.84%和53.45%，且SOD和CAT活性差异显著(P<0.05)。

2.9 DA-6与CCC复配对玉米产量及其构成因素的影响

如表2所示，在未喷施复配剂的处理中，增加种植密度会显著降低玉米穗长和穗粗。在低密度种植下，施用复配剂会降低穗长和穗粗，但差异不显著，而在高密度种植下，复配剂会增加穗长和穗粗，且2018年的穗长差异显著(P<0.05)。种植密度和复配剂处理对穗行数和行粒数均无显著影响，除2019年的A1B1和A2B1处理外，其他处理间差异不显著。增加种植密度会降低百粒质量，未施用复配剂的处理中，差异显著(P<0.05)，而喷施复配剂的处理差异不显著。如2018年的A1B1处理百粒质量比A2B1处理高15.72%，差异显著(P<0.05)，而A1B2处理百粒质量比A2B2处理高10.34%，差异不显著。施用复配剂在低密度种植下降低了百粒质量，但差异不显著，在高密度种植下增加百粒质量，差异也不显著。未喷施复配剂处理中，提高种植密度对玉米产量影响不显著，2018年A2B1处理产量比A1B1处理提高7.81%，2019年A2B1处理产量比A1B1低0.14%，差异均不显著。喷施调节剂处理中，提高种植密度会提高产量，2018年A2B2处理产量比A1B2显著增加23.91%，2019年A2B2处理产量比A1B2增加12.40%。低密度种植条件下，DA-6与CCC复配剂处理玉米产量下降，高密度种植下，喷施调节剂会提高玉米籽粒产量，与A2B1相比，A2B2处理产量在2018，2019年分别升高14.61%和6.64%。方差分析结果显示，年份、复配剂和密度三者对百粒质量影响分别达到显著(P<0.05)、显著(P<0.05)和极显著(P<0.001)水平，年份与密度交互作用、年份、复配剂和密度三者交互作用对百粒质量影响均达到显著水平(P<0.05)。年份、复配剂及二者交互作用对产量影响均达到显著水平(P<0.05)。

图7 DA-6与CCC复配对玉米叶片相对衰老速率的影响Fig.7 Effect of mixed DA-6 and CCC on relative senescence rate of maize leaves

图8 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶氧化损伤的影响Fig.8 Effect of mixed DA-6 and CCC on oxidative damage of maize ear leaf

图9 DA-6与CCC复配对玉米穗位叶抗氧化酶活性的影响Fig.9 Effect of mixed DA-6 and CCC on antioxidant enzyme activity of maize ear leaf

表2 DA-6与CCC复配对玉米产量及其构成因素的影响Tab.2 Effect of mixed DA-6 and CCC on yield and yield components of maize

3 结论与讨论

3.1 密植下化控剂对玉米产量的影响

增加玉米种植密度是提高产量的重要途径之一，但产量随种植密度的增加并不呈线性增加趋势[23]。3 a试验结果表明，多个玉米品种种植密度由6.0万株/hm2增加到7.5万株/hm2时，产量增加，但当密度提高为9.0万株/hm2时，产量显著下降[24]。坚天才等[6]研究显示，穗长和穗粗与种植密度呈反比，适当增加密度可有效增加玉米穗粒数、百粒质量和出籽率，过度增密使玉米的穗粒数、百粒质量和出籽率呈下降趋势。本研究结果表明，在2018年增加种植密度提高了玉米产量，而2019年则降低了玉米产量，但差异均不显著。对产量构成因素来说，随着种植密度增加，穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒质量均呈现下降趋势。2018年产量结果的差异可能是因为2018年水分资源不足，不能发挥玉米个体优势，因此增产方式主要依靠群体数量，而2019年降雨充足，能充分发挥玉米个体优势，因此增产方式主要依靠个体潜力。

化控剂的应用可提高作物对不良环境的适应能力，缓解因逆境造成的作物减产。王媛媛等[25]研究结果显示，化控剂Opera能显著提高玉米穗长，减少秃尖长，增加千粒质量，从而提高产量。Kuryata等[26]研究表明，叶面喷施CCC可显著提高油料作物的每荚种子数量、千粒质量，从而提高籽粒产量。但Wang等[12]研究显示，叶片施用CCC后玉米穗长、穗直径、百粒质量和产量均呈下降趋势。分析原因可知，不同试验喷施CCC时间不同导致试验结果存在差异。DA-6属植物生长促进剂，研究表明，在玉米抽雄吐丝期叶面喷施DA-6会显著提高百粒质量，进而提高产量[27]。而将DA-6与烯效唑[13]、EDTA[27]等调节剂复配后均可提高玉米产量。本研究结果与前人结果相似，低密度种植条件下，DA-6与CCC复配剂处理玉米产量下降，而在高密度种植下产量提升。表明DA-6与CCC复配剂更适用于高密度种植下玉米群体，这与该复配剂对玉米群体光合能力的调控具有密切关系。

3.2 密植下化控剂对玉米群体光合能力的调控效应

LAI指植物叶片总面积与土地面积的比值，是反映作物群体光合能力的重要指标。Liu等[28]研究表明，当玉米种植密度由8.0万株/hm2升高到11.4万株/hm2时，LAImax由5.4升高到6.6，产量也由9.0～12.0 t/hm2上升到15.0～19.0 t/hm2。Maddonni等[29]研究也认为，种植密度的增加增大了群体LAI值。本研究与前人研究结果相似，当种植密度由6.75万株/hm2升高到9.00万株/hm2时，LAI提高。化学调控剂会影响植株叶面积，因此会影响LAI。谢方[30]研究表明，适宜浓度的DA-6能显著增加玉米LAI，提高群体光合能力。在玉米7片展叶期叶面喷施CCC能显著降低单株叶面积[12]。Kuryata等[26]研究也显示，喷施CCC后，油菜叶面积明显降低。本研究结果表明，喷施DA-6与CCC的复配剂后，不同种植密度的玉米LAI均下降，其中6.75万株/hm2玉米群体LAI下降幅度大于9.00万株/hm2，这可能是由于高密度种植下CCC抑制叶面积生长的作用被DA-6缓解。

SLW指单位叶面积的叶片质量，是衡量叶片群体光合性能的一个参数，并且通常与光合速率关系密切。前人研究表明，增加种植密度会降低叶片SLW[31]。本研究表明，多数时间高密度种植下叶片SLW增加，但差异不显著，这也间接说明并非任何情况下都能通过提高种植密度来提高群体光合能力，应当综合考虑品种特性和气候条件，选择适宜品种，发挥品种优势，从而获得高产[32-34]。前人对调节剂影响SLW的研究较少，而本研究结果表明，复配剂对SLW影响不显著，然而除群体光合能力外，植株个体的光合性能与产量也密切相关。

3.3 密植下化控剂对玉米个体光合能力的调控效应

提高种植密度虽能增加群体光合能力，但会导致植株个体间对CO2、水分、光照等资源的竞争，这严重影响植株个体的光合特性[35]。相关研究显示，增加玉米种植密度会降低穗位叶SPAD值[31]，叶片Gs降低，从而导致Ci增加[6]，降低Pn及Tr[36]。同时，种植密度增加会导致群体内光照不足，当密度过大时会导致Fv、Fm和Fv/Fm显著降低，而Fo显著增高，从而导致PS Ⅱ受损[37]。本研究结果与前人研究相似，玉米种植密度增加会导致SPAD值、Pn、Tr和Gs下降。但本研究中Ci与种植密度呈反比，与前人研究结果相反。这可能是由于本研究所用品种郑单958较耐密，因此，在遮阴时仍能维持一定的光合反应，但因Gs的下降导致CO2的吸收受到阻碍，因此Ci降低。化学调控剂对叶片光合性能具有调控作用，任红等[38]研究表明，叶片喷施DA-6能提高中单909穗位叶SPAD值。吴秋平等[39]研究也显示，多效唑能显著提高玉米棒三叶的SPAD值，保证了“叶源”充足供应。王泳超等[40]研究表明，叶片喷施DCPTA与CCC的复配剂，能显著降低穗位叶Fo值，提高Fv/Fm值，单独施用DCPTA可降低逆境下玉米的非光化学猝灭(qN)，提高玉米叶片光化学猝灭(qP)[41]。而在盐胁迫下，叶片施用γ-氨基丁酸(GABA)可显著提高玉米叶片Pn、Tr和Gs，降低玉米叶片Ci[42]。本研究与前人研究结果相似，DA-6与CCC复配可显著提高高密度种植下穗位叶SPAD值、Pn、Tr和Gs，不同的是本研究中玉米叶片Ci升高，推测这可能与喷施复配剂后Gs得到恢复及环境中CO2浓度相关，具体原因还需进一步研究。

3.4 密植下化控剂对玉米叶片抗氧化能力的影响