玉米根系发育与抗旱栽培的研究
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作者:刘励蔚
摘要：东北、华北是我国玉米的主要种植区域，干旱是限制玉米产量的主要因素之一，而根系作为水分的直接感应器官，起到向玉米地上部供应水分和养分的作用，因此，根系发展状况直接影响了玉米产量。本文旨在讨论干旱环境下，通过栽培方式稳定玉米根系在土壤中的活力和生长条件，减小干旱对玉米根系的损伤，为稳定玉米产量提供理论基础。
关键词：玉米;根系;抗旱;研究
中图分类号： S513 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.22.018
根系是玉米吸收土壤水分最主要的器官，根系的生長状态直接决定作物的长势及产量。我国玉米种植区域广泛的华北、东北部普遍存在苗期干旱，生育周期内水分供给不足的现象，可以对玉米根系在干旱胁迫下变化的外部结构和内部生理性状加以利用，从栽培手段方面促进玉米根系的发育及强其对水分胁迫的抗性，对提高玉米产量具有重要意义。
1 干旱对玉米根系发育状况的影响
1.1干旱对玉米根系生长状况的影响
干旱是限制玉米产量发展的重要因素之一。玉米作为气生根的代表型植物，其根系在强化支撑植株的同时，更重要的是向地上部分转运土壤中的水分及营养物质，其根系的发育情况与玉米产量呈显著正相关关系。玉米对水分反应敏感，在水分供给不足时，玉米根生长速度放慢、生物量下降、根冠比增加，地下部生长速度高于地上部生长速度，这是由于在干旱环境内，玉米会再分配水分和营养物质，优先供给地下部根系，确保根系的正常生长，为后期干旱情况缓解而迅速恢复生长奠定基础。玉米在前期生长较为缓慢，尤其是在水分不足的情况下，玉米根重、根体积与土壤干旱程度呈现正相关关系，在轻中度干旱环境内，玉米的发育会以地下部根系生长为中心，一方面需要加强根系的固定吸收能力，另一方面要锻炼胁迫条件下的应激能力，以减少玉米后期生长遇到的干旱灾害，从而为玉米发育创造相对良好的环境基础。在干旱条件下，玉米拔节期、抽雄期和开花期的根冠比及根系活跃吸收面积都有所增加，在一定程度上提高了玉米抵抗干旱的能力。因此，玉米生育期内所遇到的干旱胁迫，会通过改变其根系结构和生理功能进行调节，以最大程度的适应干旱环境，加强胁迫后作物生长的恢复能力，降低水分缺失造成的影响。
1.2 干旱对玉米根系生理生化的影响
玉米根系在干旱环境下，会发生根部性状生理生化上的变化，其自身会分泌一些物质以平衡水分缺失条件下根部的渗透压，增加渗透物是植物体对干旱的应激机制，从而抵御伤害，维护植物体正常的生长环境。水分胁迫下玉米根系所分泌的渗透物质主要有无机离子以及具有调节功能的有机物两类，如钾离子、钙离子、脯氨酸和活性氧等。干旱环境内，玉米根系中积累了大量的活性氧，降低了根系活力，造成玉米根系结构损伤，如活性氧过度在根系中积累且不及时清除，会产生变性蛋白、膜质类物质过氧化，使根部功能丧失，降低产量甚至会导致植株死亡。研究表明，玉米根系在干旱胁迫下大量积累丙二醛，使膜质类相关蛋白发生过氧化反应，加大了膜与膜之间的间隙，进一步增加了细胞膜的透性，直接导致了玉米根系受损。
2 提高玉米根系抗旱性的方式
2.1 利用深松耕作和分层施肥促进玉米根系发育
玉米根系发达并集中分布于距地表50厘米内的耕层中，传统的浅旋耕作方式，使犁底层越来越厚并逐渐上移，使得可利用的土壤耕作层越来越少，尤其在干旱环境下，土壤透气性差，保水能力下降。坚硬的犁底层更严重地限制了玉米根系从土壤中吸收水分，阻碍了玉米根系稳定扎根并向下生长;干旱土壤中氮素以硝态氮的形式最易被玉米根系吸收，但会随水分的缺失而下沉出根层之下。因此，采取深松分层施肥的方式相比于浅耕一体化施肥，能够显著提高玉米根系指标。深松深度约为25～30厘米，氮、磷、钾肥分两层施入，上层肥料深度为5～15厘米，下层肥料深度为15～25厘米。深松耕作能够提高深层土壤中的含水量，显著降低地表层的土壤容重，大大地降低了土壤板结率，增加了土壤透气透水性，最大程度地提高了干旱环境下玉米根系对水分的吸收率，而肥料深施更能为玉米根系创造一个集生物、物理、化学优势三维生长空间，促进玉米根系向地下部生长，提高玉米根系在土壤中的扎根能力，增加根长、根部生物量，进一步增强在干旱环境下光合作用产物向地上部的转移，极大地缓解了土壤干旱对玉米根系的损伤，为稳定玉米产量奠定基础。
2.2 利用新型纳米材料促进玉米根系发育
纳米材料指的是在三维空间中大于等于一维处于1～100纳米范围内的材料，共可以分四个维级，其中，碳纳米材料的研究应用最为广泛，碳纳米是有一维及以上分散相尺度，并且小于100纳米的碳材料，具有十分独特的理化性质。很多生物学家在研究中发现碳纳米材料富勒烯能够促进植物根系延长，增加根部生物量。在干旱环境内，活性氧大量在玉米根尖产生，并作为逆境信号参与根系的发展，富勒烯提高玉米根系抗旱性的作用机制是，有效地清除了在水分胁迫条件下玉米根部的活性氧，从而为根部创造一个良好的生长环境，进而提高抗旱性。用一定浓度浸泡后的玉米种子，具有快速萌发的现象。在水分胁迫对比试验中，利用富勒烯处理后的玉米根长、根重等指标显著高于对照组，富勒烯处理后的玉米幼苗根系发育状况显著优于对照组。因此，将碳纳米材料富勒烯应用于玉米苗期抗旱工作中，可有效清除玉米根系在缺水条件下的活性氧，激发玉米应激反应，维持根部的生长环境，保证玉米产量。
参考文献
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作者简介：刘励蔚，硕士，初级农艺师，研究方向：玉米育种。
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