王佳诺, 陈桂平, 李盼, 王丽萍, 南运有, 何蔚, 樊志龙, 胡发龙, 柴强, 殷文, 赵连豪
【目的】针对绿洲灌区传统玉米种植地膜投入量大、极端高温易引起玉米灌浆期叶片光合性能低、产量下降等问题,通过研究地膜两年覆盖利用下玉米灌浆期的光合生理机制,旨在为绿洲灌区地膜减量条件下实现玉米高产提供理论支持。【方法】始于2013年在河西走廊绿洲灌区的随机区组试验,本研究于2021—2023年,根据地膜覆盖时间长短形成3种处理:免耕一膜两年覆盖利用(NTP);秋免耕春覆膜(RTP);传统耕作每年覆新膜(对照组,CTP)。探究玉米灌浆期叶片叶绿素含量、气体交换参数、光合生理关键酶活性、基因相对表达量及关键蛋白含量对不同地膜利用方式的响应。【结果】不同地膜利用方式通过调控玉米灌浆期的光合生理特性,促使玉米增产稳产。与CTP处理相比,NTP灌浆期叶绿素a、b平均提高15.1%、8.3%,说明NTP处理有利于维持玉米叶绿素含量,从而有效延缓了叶绿素的降解,促进玉米光合作用。NTP较CTP处理净光合速率和蒸腾速率在灌浆中期、后期分别平均提高25.2%和11.5%、20.0%和12.2%,说明NTP处理有利于调节玉米灌浆期的气体交换参数,增强了玉米灌浆期光合作用。同时,NTP在灌浆期维持较高的光合生理关键酶活性、基因相对表达量及关键蛋白含量,为光合作用的提高提供了保障。与CTP处理相比,NTP处理玉米叶片丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性平均提高了18.9%、20.0%和30.6%,玉米叶片pepc、ppdk、rub基因表达量分别提高22.1%、75.8%和70.6%,光合反应中心D1、D2蛋白含量分别提高了12.6%和13.2%;RTP较CTP处理玉米叶片PPDK、PEPC和Rubisco活性平均提高了15.6%、16.4%和19.2%,玉米叶片pepc、ppdk、rub基因表达量分别提高13.6%、53.9%和57.7%,光合反应中心D1蛋白含量提高了10.1%。此外,NTP较CTP处理玉米籽粒产量在2021、2022和2023年分别提高了5.2%、6.0%和5.3%;RTP较CTP处理玉米籽粒产量仅在2022年提高了5.2%。【结论】免耕一膜两年覆盖利用是西北绿洲灌区维持较高光合性能、地膜减投、实现玉米增产的有效栽培管理措施。