便携式植物抗倒伏性测定仪对玉米茎杆强度的研究分析.doc

托普仪器致力于中国农业仪器的发展便携式植物抗倒伏性测定仪对玉米茎杆强度的研究分析玉米是我国的一种主要的农业作物，茎杆的强度影响着玉米的收成。本文主要讲述利用浙江托普仪器的YYD-1A型便携式植物抗倒伏性测定仪对作物茎杆强度的测量，讲述了玉米茎杆强度的现状、影响因素及解决措施。1玉米国内外发展现状玉米(Zea mays L)作为C4高光效高产作物，已成为我国第一大粮食作物，年总产量已达15亿t。根据中国粮食发展战略规划，至2015年玉米总产量将上升至179亿。玉米的原产地是美洲，墨西哥是玉米的原产地和品种多样性集中地。1493年，哥伦布从美洲带回欧洲，后来遍及世界各地的农作物。我国最早记载玉米栽培的是1551年(明嘉庆30年)河南襄城县志，1555年(明嘉庆34年)河南巩县志等，在这些地方志的物产中称玉米为玉麦、御麦或番麦，当时尚无形态描述。1573年浙江杭州人田艺蘅所著留青日扎和1578年李时珍所著本草纲目，都有关于玉米栽培较为详细的记刻引。全世界玉米生产面积为13968万hm2，单产为4230kg，总产为590791万吨。种植玉米面积最多的5个国家依次是美国、中国、巴西、墨西哥、印度，分别占世界玉米种植总面积的216、165、97、56和46，其中发展中国家的玉米种植面积I世界玉米种植总面积的64，但总产量仅占43141。单产最高的玉米主产国依次是意大利、法国、美国、加拿大、中国；平均产量占前5位的国家依次为意大利、美国、法国、加拿大和西班牙，分别比世界玉米平均产量高1053、974、868、711和711；总产最高的5个国家依次是美国、中国、巴西、墨丽哥、法国，分别占世界玉米总产量的420、195、51、2996和24。2003-2004年度美国玉米产量为26亿吨，中国为第二大土产国，产量为114亿吨，其它产量大的国家还有巴西，产量为4000万吨，欧盟15国3935万吨，墨西哥1900万吨，阿根廷1540万吨。预计在2015年，世界玉米播种面积将达到15000万hrn2151。在我国，夏玉米区主要包括河南、山东全境，河北省的中南部，陕西省关中和陕南，山西省南部及安徽、江苏省北部，是我国玉米优势产区之一。河南省玉米常年播种面积215万hm2左右，近年上升到240多万l瑚2，2006年以后由于玉米价格较高，玉米种植面积有所增加，据不完全统计，2007年达到了363万hm2。常年总产量1300万吨左右，河南省玉米消费量为l 100万吨左右，出省量100万吨以上；近年玉米单产水平在5250kghm2，2006年单产为5 604kgl。2玉米倒伏特点的研究普遍认为玉米倒伏分为茎倒伏和根倒伏。根倒伏是玉米植株自地表处同根系一起倾斜歪倒，其主要原因是根系发育较弱，在人雨或灌溉后，土壤湿度过大因水浸泡而变得松软，玉米根系同持能力下降，遇大风而发生倒伏。玉米的根倒与玉米的根数、根系直径、根的生长方向以及植株地上部分的结构有关IS。玉米3叶期的初生根系直径同根倒伏呈高度负相关；开花、收获时的根倒伏率同初生根系的后生木质部导管数高度负相关，第6节上根的后生木质部导管数同根倒伏旱负相关01。Pell秭nflll发现，倒伏植株的断裂点在较高节问的不定根上，较高节间上根出现的早晚以及根的机械特性在茎的稳定性中占有重要的地位。Hall12J认为玉米对根倒伏的抗性与垂直方向的关系不太重要，而与根的伸展范围大小有密切关系。Koehlertl2I等也认为玉米根水平方向伸展程度对抗倒性是重要的。Pinthusll31进一步研究指出：小麦根伸展角度与抗倒伏性高度正相关，抗倒伏玉米杂交种亲本系的根夹角应为400，根面积要大。Hall和Koehler都认为根量与根数增大有利于抗倒伏。Koehler认为抗扭转型根倒伏与根直径关系密切。茎倒伏是植株朱发生根倒伏前，从基部以上某个节位折断，茎秆折断的部位有的是幼嫩的节或节间。一般发生在拔节后期和抽雄以后。原因是茎秆的机械组织嫩弱、节间脆，玉米茎秆的抗风能力弱，再加上这个时期容易发生瞬间强风，从而使玉米易倒折(141。玉米不同生育时期倒伏对产量的影响不同，吐丝至乳熟中期，玉米倒伏越早减产越严重，穗粒数越少，百粒重越低f15-171。玉米倒伏程度不同对产量影响不同，单株产量随茎秆倒伏程度的增大而降低。茎折破坏了水分、养分和光合产物的运输，所造成的产量损失比根倒更严重。3玉米茎秆抗倒伏的研究31玉米茎秆倒伏对产量和植株外部形态特征影响的研究目前国内外众多的育种、栽培研究均把提高玉米单穗重作为实现高产、超高产所选择的一个重要目标性状【20】，但一般而言，随着单穗重的提高，茎秆的负重增人，植株的摹倒伏就会增加，而倒伏的发生又是造成作物减产的重要限制因素之一12。因此国内外学者对玉米茎倒伏作了大量的研究。一般认为玉米茎秆抗倒伏能力与茎秆质量有关，从形态学来说，玉米的穗位上节数、近地面节间长度、茎粗和茎秆重量对植株的抗倒性都可以产生影响。茎粗对植株的抗倒力影响最大，株高通过茎粗增强抗倒力，而穗位高的材料通过株高的增加和茎粗的增加增强了抗倒性1221。基部节间短而粗则抗倒能力较强；而茎基部各=肖问的长粗值大，说明节间长而细弱，易发生倒伏，其中以第3节间与倒伏关系最密切，倒伏率与第3节间粗度旱极显著负相关(r=-O978 6幸事)，倒伏率与株高茎粗呈显著正相关(Fo9850*)u51。有关玉米茎秆倒伏对产量和植株外部形态特征影响的研究较多，前人广泛研究了玉米倒伏存在的类型，不同倒伏类型和程度对产量的影响23彩】。在玉米生产中，全体倒伏每增加1，减产约108k酣蚰2【16】。在吐丝至乳熟中期，倒伏越早减产越严重【2616,17,24。研究表明，随密度增加植株高度增加，基部节间伸长，穗位高也提高，但茎粗、气生根数、外皮厚度及鲜重下降12列。多数学者研究认为玉米茎基部节间短而粗，茎秆基部各节问的长粗比值越大，抗倒伏能力刮27J。茎粗对植株的抗倒伏影响最大：用玉米地茎粗系数(基部节间粗株高x100)和穗位系数(穗位高株高100)可估测玉米地抗倒伏能力，茎粗系数大和穗位高系数小的植株，其抗倒伏能力强1191；也有学者认为株高与茎倒伏呈负相关关系。32玉米茎秆抗倒伏力学特征的研究从力学角度分析，作物茎秆的质量主要包括压碎强度和穿刺强度。茎秆质量的轮回选择显示：压碎强度与玉米的抗倒伏能力呈显著的正相关关系，能有效的评价茎秆的抗倒伏能力。茎秆硬皮强度对压碎强度的贡献是主要的(50sow)，硬皮穿刺强度与茎秆倒伏和茎秆压碎强度高度相关，茎秆外皮厚度可作为抗茎倒的选择指标129,30，lvanovic(1982)还认为外皮厚度对产量有正效应，对其选择可同时改良产量和抗倒性，但穗下节间茎折率与茎压碎强度、外皮厚度及茎段干重无关。茎秆穿刺强度和压碎强度测定方法常用于茎秆较坚硬、粗大的作物，如玉米、高梁等。茎秆硬皮穿孔强度是用一定横截面积(如O01锄2)的测头，在茎秆基部节间垂直于茎秆方向刺入，读取穿透茎秆的最大读数3233341。作物茎秆压碎强度测定选在生理成熟期，将茎秆近地面节段采同室内，自然干燥，再用自动水压机垂直压榨，测定使茎秆破碎时的压力值【351。国外研究测定茎秆强度常选的部位是支持根以上的第二(或三)个伸长节中部，时期为乳熟期或吐丝盛期过后35天|36371，也有在即将开花前测定的【刈。国内多选茎基部第三节间中部，时期在乳熟至蜡熟期(成熟前)。据Fiche等研究，杂交种与测定时间交互作用最小，表明在开花前就可以对茎秆质量进行评价。考虑到玉米茎腐病在灌浆期开始发病，乳熟期到蜡熟期症状明显，为了排除茎腐病为害的干扰，茎秆强度的测定最好在开花前至乳熟前结束，测定部位选在地面环状下扎气生根以上第三节间为宜，在整个生育期内还需防治玉米螟的为害。33茎秆化学组分和解剖特征与茎秆强度关系的研究多数学者研究认为茎杆髓腔的薄壁细胞中总水溶性碳水化合物的含量、蛋白质和钾含量、茎杆粗纤维含量与倒伏呈显著负相关【26,392340,4。茎杆髓腔薄壁细胞所占比例，随着节位的上升而明显提高，而稳定的薄肇细胞比例有利于茎杆抵抗弯曲和降低根倒42,43】。Kaack等(2001，2003)研究认为，玉米不同品种间、不同节问的干物质量重差别不明显；而干物质中的纤维素、灰分含量在品种间差异明显，在节间差异不明显；木质素的含量在品种间、不同节间差异均表现明显l加，删。进一步研究还发现茎杆纤维素含量与薄壁组织的面积和维管束的面积有很高的回归系数，木质素的含量只与茎杆表皮层面积有一定的相关。茎杆维管束的面积与纤维素含量的互作效应对茎杆抗倒伏有正相关，植株形态特征及茎杆的化学成分对倒伏的影响也得到了其他实验的证实。而玉米茎杆单位长度纤维束含量对茎杆机械强度起主要决定作用1451。由于纤维素多聚糖是植株支持系统细胞壁碳骨架链的主要成分，p14葡萄糖苷链结晶而成的小微纤丝而组成纤维素。目前已基本明确了植物纤维束合成过程中，ss可能促进底物的供给而提高纤维素的合成效率。很多实验表明，植物纤维束的生物合成是由纤维束合成酶亚基(CesA)组成的纤维素合成酶复合体(Rosette)和其他酶共同完成的一个复杂过程f钓471。但目前还没有直接的证据表明，是什么因素影响或决定着玉米茎杆中纤维素的合成速率。而Richmond等(2001)将拟南芥幼苗在盐胁迫或长光照F，AtCesA 1的转录水平降低3倍；经乙烯(ETH处理的植株在光照下AtCesA2和AtCesA3的转录水平降低3倍；因此，了解玉米茎杆抗倒伏机制及纤维素合成过程，开展光环境对玉米茎杆纤维素累积过程的影响及内源激素物质对茎杆强度形成调：箝效应研究具有十分重要意义。4、便携式植物抗倒伏性测定仪在茎杆强度测量上的应用便携式植物抗倒伏测定仪由浙江托普仪器有限公司研发制造，主要有两种，即YYD-1A和YYD-1B型。便携式植物抗倒伏测定仪是一种通过测量植物茎杆的强度来检测植物的抗倒伏性的仪器，可用于农业、林业等植物、农作物的抗倒伏性检测。便携式植物抗倒伏性测定仪功能特点1.三种不同测头：可进行茎杆弯折性能测量、茎杆抗压强度测量、茎杆组织结构（穿刺）强度测量；2.可连接电脑测试，可保存、打印，做各种分析，输入速度、面积还可显示位移、压强等参数；3.可储存896个测试值4.大屏幕液晶显示，有背光功能，并具有屏幕数字正、倒反转功能；5.自动关机时间设置；6.电池容量显示，电量过低自动关机。在测量植物茎杆抗