【文章內(nèi)容簡介】 為第一大 糧食 作物 的玉米，屬于雌雄同株， 含有多種 營養(yǎng)。 主 要生產(chǎn)區(qū)域位于世界第三大玉米帶 —中國松遼平原玉米帶 [1]。 玉米 總的種植面積 超過 1200平方公里， 在 糧食作物 方面 ，飼料來源 方面 和工業(yè)原料 方面 ， 都占有很重要的地位。玉米在人類發(fā)展進程中 也 起著 至關(guān)重要 的作用，因此， 通過 各種 途徑把玉米的產(chǎn)量 提 高上去 是國內(nèi)外專家 堅持不懈的研究的課題之一 。 除了選育 優(yōu)良 品種外，目前的研究大多覆蓋在為玉米創(chuàng)造良好的生存環(huán)境上，一方面，從玉米的種子入手，培育 產(chǎn)量高 、 抗性好 的 品種來提高產(chǎn)量；另一方面，為玉米的生長發(fā)育營造良好的外部環(huán)境條件，比如適時，適量的灌溉，科學(xué)的水肥一體化，適合的溫度和有效的光照條 件等等。然而在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起點低、任務(wù)重、壓力大、 人均占有土地面積小， 耕地面積逐漸減少的情況下，合理密植 提高玉米產(chǎn)量， 成為了 解決糧食問題的 一條必經(jīng)之路。目前，培育耐密植品種是育種工作的一大方向，合理的水肥以及 科學(xué)的 田間管理也是為了讓玉米在一定程度上耐密植。眾所周知，密植會帶來一系列生態(tài)因子的變化，如田間通光透氣性降低，玉米同質(zhì)競爭中，地上部分和地下部分加劇 [14]，紅光與遠紅光的比值（ R/FR）降低，光照強度降低等。其中，每一種因素都能 對 玉米最終的產(chǎn)量產(chǎn)生影響。 萬物生長靠太陽。 在眾多的影響最終產(chǎn)量的因素中 ，光是必不可少的一個重要因素，作物主要通過不同 類型 的光受體感受不同波長的光 [2,11]， 不同波長的光對作物的影響也各不一樣，植物體內(nèi)的各種光受體 經(jīng)過內(nèi)部調(diào)控和相互作用來指導(dǎo) 植物的 生長發(fā)育 [2]。在 高密度種植 條件下， R/FR比 值會有所降低， 這種 光譜成分比例的變化必然導(dǎo)致原來的光合作用發(fā)生改變從而對產(chǎn)量造成影響?；诖?本文通過實驗，設(shè)計了一套方法， 即 在正常條件下生長的玉米上方添加一個遠紅光LED燈，使得玉米葉片上方 R/FR比 值降低，以此來模擬密植條件下的低 R/FR比值，對照組 為 不添加遠紅光燈 的玉米，分析單一變量 ，得到最終的研究結(jié)果， 探究高密度種植的本質(zhì)， 從而為密植高產(chǎn)玉米的研究提供支持。 1 紅光 與 遠紅光對 植物 的作用 對大多數(shù)的植物和農(nóng)作物來說，紅光（ 660 nm） 是自然光中有效光合輻射的重要組成部分，它 的強弱對作物光合 作用 、物質(zhì)積累起 著 重要作用 [3]。 光質(zhì)對高等植物的碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝有調(diào)節(jié)作用 [2]。 有研究稱， 在紅光下生長的作 4 物 大多具有 較高 的碳水化合物含量 [5]。 730 nm 的遠紅光雖然對 改變 光合作用 的效果 不明顯 ，但 它的 強弱及其與 660 nm 紅光 之 間 形成 的比例 （即 R/FR比值） ，對作物 的 株高、節(jié)間 的 長 度 等形態(tài)建成，具有重要 的影響 [6]。 紅光對葉綠素合成本身的促進效應(yīng)大于對葉片生長的促進效應(yīng) [2,12]。 還有研究稱， 調(diào)節(jié) 光譜中的 R/FR比 值 已經(jīng)開始在建成植物形態(tài) ，調(diào)節(jié)植株高度 等方面 得到 應(yīng)用 ， R/FR比值已成為控制植株形態(tài)的一個重要評價參數(shù) [3]。 R/FR比值不僅影響植株的高度 和 根部的發(fā)育 ， 而且對某些物種的腋芽分化 、葉綠素含量 、 氣孔指數(shù)以及葉面積等均有不同程度的影響 [3]。 紅光 具有 降低莖的伸長速率 的效應(yīng) ，但施加遠紅光可以抵消這一效應(yīng) [2]。因此，補 充 遠紅光 可以對植株 節(jié)間長度的 生長和 發(fā)育 起到促進作用 [5]。 有 研究表明，紅光不利于菊花總莖長 度 的增加， 用 紅光處理 過的總莖長 比對照少 %， 另外還有 報道稱 紅光 對農(nóng) 作物莖桿 的 粗度 有增加 的 效應(yīng) [2]。 紅光 還 可以改變 植物 體內(nèi)某些激素的含量，比如 600700nm紅光能 阻礙 植物體內(nèi)赤霉素 （ GA） 的 合成 ，通過調(diào)節(jié) GA含量來 減少節(jié)間長度和 降低 植株高度 [9]； 而遠紅光的作用與紅光 恰好相反 ， 遠紅光 能提高 GA的含量 ， 從而增加節(jié)間長度和植株高度。 利用 這一原理 ，可以通過人工控制植物生長環(huán)境中的紅光 和 遠紅光的量 ， 改變 R/FR的比值，來調(diào)節(jié)植株的形態(tài) [6]。 另 有研究稱 ，低 R/FR值有利于 草莓葉片 中 類胡蘿卜素含量的增加 [4]， 還 有的 研究結(jié)果表明，與白光相比，黃光、紅光、藍光都降低了葉用萵苣 中 類胡蘿卜素的含量 [7]。 2 實驗 設(shè)施 LED 的現(xiàn)狀 LED 的優(yōu)點 LED即發(fā)光二極管（ light emitting diode）的英文簡稱，在同樣光照效果的情況下， LED 耗電量是白熾燈的八分之一，是熒光燈的二分之一，與 其他 含有 金屬的 人工光源相比， LED 為全固體發(fā)光體，不含汞，耐沖擊，不易破碎，廢棄物可回收利用，是一種無污染的綠色光源。此外， LED 的使用壽命可達 50000h以上，是普通光源的 數(shù)十倍 [6]。 LED能夠發(fā)出植物生長所需要的單色光光譜，容易被植物吸收，光能有效利用率可達 80%90%。同時， LED 散熱少，屬于 冷光源，近距離地照射植物 不會對植物周圍的溫度發(fā)生改變，這樣就 大大提高 了 空間的利用效率 。 LED光源中， 5 通過調(diào)節(jié)紅色 LED和遠紅色 LED光源的數(shù)量，可根據(jù) 實際具體要求 靈活改變 R/FR的比值 [7]。 LED在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的前景 目前常用于植物室內(nèi)培養(yǎng)的日光燈屬于冷光源，其光譜組成中，黃光和綠光較 多， 是不被植物所需要的， 而對植物生長發(fā)育起關(guān)鍵性作物的紅光和遠紅光甚微 [9]， 不能用來準確 模擬作物田間實際光環(huán)境 [7]。因此， LED燈成為了閉鎖式植物工廠中的必備設(shè)施 [8]。 在未來的精細化農(nóng)業(yè)， “工廠化 ”農(nóng)業(yè)的建立和發(fā)展中，LED將 會 被廣泛的應(yīng)用， 它 將 會 在農(nóng)業(yè)上，尤其是在育苗、育種和栽培上起到 重要的作用。 1 材料與方法 試驗材料 供試玉米品種為鄭單 958 和 魯單 981， 鄭單 958 是 由 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所研制的， 魯單 981 是 黃淮海區(qū)域的主推品種 ， 是 由 山東省農(nóng)科院玉米所選育的，適合黃淮海地區(qū)套種和夏季直播 的 品種。盆栽所用的桶， 型 號 規(guī)格是上口直徑為 38cm，下口直徑為 33cm，高為 44cm。試驗基質(zhì)為珍珠巖、沙子、細土三者混合物，混合比例為 2： 1： 3。 試驗地點 盆栽試驗地點在青島市青島農(nóng)科院 14 號大棚。 試驗設(shè)計 試驗為隨機區(qū)組設(shè)計，兩個供試品種，每個品種有兩個 R/FR 比值處理，實驗組添加遠紅光燈的低 R/FR 比值處理，對照組做正常光照處理 ； 同時， 每個 R/FR比值處理有兩個施 氮 方式處理： 只 施 基肥的 HL 處理和 不施加基肥，拔節(jié)期和大口期追肥 的 LH 處理 ，兩個施 氮 方式的施 氮 量相同。 2 測定項目與方法 測定項目與方法 玉米單株產(chǎn)量測定 玉米成熟后 ，取回樣品，自然曬干，進行 考種 。 每項單一處理取三個樣品，分別 測定穗重、籽粒重、穗軸重； 統(tǒng)計 穗行數(shù)、行粒數(shù)。 6 葉綠素 以及光合速率 的測定 測定時期 ： 玉米的拔節(jié)期、八葉期、大口期、吐絲期期間，晴天天氣。 葉綠素測定 采用 SPAD 儀測定穗位葉的葉綠素 含量 ，每個處理分別取 3 株進行測量，測量時選取葉片中間部位（避開葉脈）測定十次。 光合速率測定 采用 LI6400 型便攜式光合分析儀測定穗位葉的 光合速率 ，每個處理分別取 3 株玉米進行測定，光源采用儀器內(nèi)置的紅藍光，光照強度梯度在八葉期設(shè)置為 0、 200、 400、 800、 1200、 1600μmolm2s 1，大口期和吐絲期設(shè)置為 0、 100、 200、 400、 800、 1200、 1600、 1800μmol