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不同营养复配剂叶面喷施对冬小麦干热风抗性及产量的影响

刘文欢 李胜楠 侯阁阁 杨家蘅 段剑钊 朱云集

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不同营养复配剂叶面喷施对冬小麦干热风抗性及产量的影响

    作者简介: 刘文欢E-mail:13068302502@163.com;
    通讯作者: 朱云集, E-mail:hnndzyj@126.com

Effects of foliar-spraying of different nutritional mixtures on stress tolerance to dry-hot wind and yield in winter wheat

    Corresponding author: ZHU Yun-ji, E-mail:hnndzyj@126.com
  • 摘要: 【目的】干热风在我国冬麦区灌浆期频发,对小麦生产造成危害。本试验配制不同新型营养复配剂在小麦灌浆前期进行叶面喷施,研究其对冬小麦干热风抗性的影响,旨在确立减轻干热风灾害高效实用的方法。【方法】以冬小麦品种‘豫农186’和‘国麦301’为供试材料,在河南农业大学科教园区进行田间试验。花后第14天在叶面喷施5种营养复配剂,即CK (10 mg/kg吐温80)、A (0.2%硫酸锌、0.3%磷酸二氢钾、1%尿素和10 mg/kg吐温80)、B (A + 0.02%壳寡糖)、C (A + 0.1%海洋多糖) 和D (0.3%磷酸二氢钾和10 mg/kg吐温80)。灌浆期内5月9—28日,每隔3天,取样测定旗叶SPAD值、旗叶甜菜碱含量、籽粒灌浆速率、根系活力,收获后测产并考种。【结果】干热风胁迫下,与喷施A相比,喷施B和C能显著提高小麦灌浆期绿色功能叶数量,显著提高旗叶SPAD值和甜菜碱含量,B处理效果优于C处理。相比于CK,喷施A、B和C营养复配剂均能提高小麦根系活力,三个处理在灌浆期变化不一。喷施其它营养复配剂均能有效提高灌浆速率,B处理效果最显著;喷施B营养总配剂对强势粒灌浆速率的促进作用最大,喷施C营养总配剂对弱势粒灌浆速率的提升效果最好。4个营养复配剂均能增加‘豫农186’和‘国麦301’千粒重和籽粒产量,增幅分别为3.24%~15.0%和3.11%~31.4%,具体表现均为B > C > A > D > CK,其中B、C与A三处理间均差异显著。【结论】干热风危害下,在常规磷酸二氢钾、硫酸锌、尿素等组成的营养复配制剂中添加壳寡糖和海洋多糖能有效增强根系活力,提高旗叶SPAD值和甜菜碱含量,延缓叶片衰老,促进籽粒灌浆,增加千粒重,提高收获指数,实现减害稳产的目的,添加海洋多糖的效果不如壳寡糖。
  • 图 1  喷施营养复配剂处理后不同时间小麦持绿功能叶数

    Figure 1.  Number of staying-green functional leaves of wheat at different measuring date after sprayed with nutritional mixtures

    图 2  不同营养复配剂处理冬小麦旗叶SPAD值动态变化

    Figure 2.  Dynamic changes of SPAD in wheat flag leaves affected by different nutritional mixture treatments

    图 3  不同营养复配剂处理冬小麦旗叶甜菜碱含量动态变化

    Figure 3.  Dynamic changes of betaine content in wheat flag leaves under different nutritional mixture treatments

    图 4  不同营养复配剂处理下小麦根系活力

    Figure 4.  Wheat root activity under different nutritional mixture treatments

    图 5  不同营养复配剂处理冬小麦籽粒灌浆速率 (5月12—28日)

    Figure 5.  Wheat grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12–28 of May

    图 6  不同营养复配剂处理下冬小麦强势和弱势籽粒灌浆速率 (5月12—28日)

    Figure 6.  Superior and inferior grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12 – 28 of May

    表 1  不同营养复配剂处理下小麦产量及品质指标

    Table 1.  Difference of wheat yield and quality under different nutritional mixture treatments

    品种
    Cultivar
    处理
    Treatment
    穗数 (× 104/hm2)
    Spike number
    穗粒数
    Grains per spike
    千粒重 (g)
    1000-grain weight
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    收获指数
    Harvest index
    豫农186
    Yunong186
    CK528.76 a36.81 a46.01 d7204 d0.42 b
    A531.10 a36.91 a48.64 c7637 c0.44 a
    B521.85 a38.63 a51.71 a8287 a0.47 a
    C538.00 a37.80 a50.98 b8037 b0.45 a
    D535.42 a38.26 a48.08 c7437 c0.43 b
    国麦301
    Guomai301
    CK497.67 a40.07 a45.40 d6717 d0.39 c
    A512.00 a41.20 a47.36 c7287 c 0.41 bc
    B503.33 a42.92 a51.73 a8824 a0.48 a
    C508.09 a41.93 a50.99 b8321 b0.44 b
    D487.67 a40.92 a46.96 c 6926 cd0.40 c
    注(Note):CK—10 mg/kg 吐温 80 10 mg/kg Tween-80;A —0.2% 硫酸锌、0.3% 磷酸二氢钾、1% 尿素和 10 mg/kg 吐温 80 0.2% zinc sulfate,0.3% KH2PO4,1% urea and 10 mg/kg Tween-80;B—A 基础上添加 0.02% 壳寡糖 0.02% oligochitosan added into A;C—A 基础上添加 0.1% 海洋多糖 0.1% marine polysaccharide added into A;D—含吐温 80 (10 mg/kg) 的 0.3% 磷酸二氢钾溶液 0.3% KH2PO4 and 10 mg/kg Tween-80. 同列数据后不同小写字母表示差异达 5% 显著水平 Values followed by different small letters mean significant difference among treatments at the 0.05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-10
  • 网络出版日期:  2019-09-26
  • 刊出日期:  2019-09-01

不同营养复配剂叶面喷施对冬小麦干热风抗性及产量的影响

    作者简介:刘文欢E-mail:13068302502@163.com
    通讯作者: 朱云集, hnndzyj@126.com
  • 1. 河南农业大学资源与环境学院,郑州 450002
  • 2. 河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心,郑州 450002
  • 3. 西南大学/中国农业科学院柑桔研究所国家柑橘工程技术研究中心,重庆 400712

摘要: 【目的】干热风在我国冬麦区灌浆期频发,对小麦生产造成危害。本试验配制不同新型营养复配剂在小麦灌浆前期进行叶面喷施,研究其对冬小麦干热风抗性的影响,旨在确立减轻干热风灾害高效实用的方法。【方法】以冬小麦品种‘豫农186’和‘国麦301’为供试材料,在河南农业大学科教园区进行田间试验。花后第14天在叶面喷施5种营养复配剂,即CK (10 mg/kg吐温80)、A (0.2%硫酸锌、0.3%磷酸二氢钾、1%尿素和10 mg/kg吐温80)、B (A + 0.02%壳寡糖)、C (A + 0.1%海洋多糖) 和D (0.3%磷酸二氢钾和10 mg/kg吐温80)。灌浆期内5月9—28日,每隔3天,取样测定旗叶SPAD值、旗叶甜菜碱含量、籽粒灌浆速率、根系活力,收获后测产并考种。【结果】干热风胁迫下,与喷施A相比,喷施B和C能显著提高小麦灌浆期绿色功能叶数量,显著提高旗叶SPAD值和甜菜碱含量,B处理效果优于C处理。相比于CK,喷施A、B和C营养复配剂均能提高小麦根系活力,三个处理在灌浆期变化不一。喷施其它营养复配剂均能有效提高灌浆速率,B处理效果最显著;喷施B营养总配剂对强势粒灌浆速率的促进作用最大,喷施C营养总配剂对弱势粒灌浆速率的提升效果最好。4个营养复配剂均能增加‘豫农186’和‘国麦301’千粒重和籽粒产量,增幅分别为3.24%~15.0%和3.11%~31.4%,具体表现均为B > C > A > D > CK,其中B、C与A三处理间均差异显著。【结论】干热风危害下,在常规磷酸二氢钾、硫酸锌、尿素等组成的营养复配制剂中添加壳寡糖和海洋多糖能有效增强根系活力,提高旗叶SPAD值和甜菜碱含量,延缓叶片衰老,促进籽粒灌浆,增加千粒重,提高收获指数,实现减害稳产的目的,添加海洋多糖的效果不如壳寡糖。

English Abstract

  • 干热风是我国北方麦区小麦生育后期主要灾害性天气,伴随着高温低湿和一定风力,易导致植株生理性干旱加剧、光合能力降低、根系活力减弱、灌浆时间缩短、植株提早干枯,从而逼熟小麦,致使减产5%~40%[1-4]。目前,为防御小麦干热风,在育种、生态、物理和化学等方面均已提出较为稳妥的解决方案:一是培育抗干热风新品种,提高作物的胁迫适应性;二是植林防风,进行生态预防;三是合理浇灌麦黄水,增加植株抵御性;四是喷洒叶面肥或化学药剂,提高植株抗逆性[2, 4-5]。鉴于干热风灾害的突发性和不可控性,在实际生产中,传统减灾方法是干热风来临之前于扬花期喷洒石油助长剂、磷酸二氢钾、草木灰、硼等,由于成分单一,防御效果受到影响,配方有待改进[1]。近年来,通过对壳寡糖和海洋多糖等新型生物刺激素的研究,发现其在促进小麦碳氮代谢、提高光合作用、激发植株生物胁迫和非生物胁迫应答、诱导植株抗逆性等方面效果显著,在农业生产上具有巨大的应用潜力[6-8]。因此,为探究传统配方加入壳寡糖和海洋多糖后抵御干热风危害的能力,本研究设置不同营养复配剂在小麦灌浆期喷施试验,以验证其抗小麦干热风和稳定产量的效果,为冬小麦生产减轻干热风危害提供参考。

    • 试验于2016—2017年在河南农业大学科教示范园区进行,土质为壤土,0—20 cm土层土壤养分为:有机质16.2 g/kg,全氮1.00 g/kg,碱解氮119 mg/kg,速效磷19.1 mg/kg,速效钾97 mg/kg。各处理每公顷施纯N 240 kg,P2O5 150 kg,KCl 150 kg;其中,氮肥50%基施,50%拔节期追施;磷钾肥均全部基施。

      以半冬性中晚熟品种‘国麦301’和‘豫农186’为供试材料,于10月8日播种,基本苗为2.25 × 106株/hm2。常规抗干热风的叶面肥配方含0.2%硫酸锌、0.3%磷酸二氢钾、1%尿素和10 mg/kg吐温80,以此配方 (A) 为基础,分别添加0.02%壳寡糖 (B)、0.1%海洋多糖 (C) 制备新型营养复配剂,同时设置喷施含吐温80 (10 mg/kg) 的清水对照 (CK) 和喷施含吐温80 (10 mg/kg) 的0.3%磷酸二氢钾溶液 (D) 处理,共5个处理,每处理3次重复,随机区组排列,每公顷喷施750 kg液量,花后14天喷施。

    • ‘国麦301’和‘豫农186’两品种开花期分别为4月25日和4月22日,鉴于两品种大田实际生长情况,选取国麦301’鲜样进行生理指标测定;成熟期对两品种进行测产并考种。

      干热风发生指标采用中国气象局2007年发布的气象行业标准[9],试验进行期间,河南省先后出现3次干热风天气,仅次于1965年,居1961年以来第二位,具体发生时段为:1) 5月10—13日,河南省连续4天发布干热风预警,郑州市高温达34℃~36℃。2) 5月16—18日,河南大部分地区出现3天以上的干热风天气。其中,5月17日,全省平均最高温达33.2℃,郑州站点达38℃,14时相对湿度低于25%,并有3级左右偏南风,属于重度干热风天气。3) 5月26—28日,河南省连续3天发布重度干热风预警,郑州市高温达37℃~38℃。

    • 在盛花后第17天开始取样,基本保持每3天取样1次。同时,记录各个时期取样小麦的绿叶数,反映功能叶的持绿性;使用SPAD仪测定小麦旗叶SPAD值,反映叶绿素水平;采用高氯酸非水滴定法测定小麦旗叶甜菜碱含量,反映不同处理的抗旱性;用α-萘胺法测定小麦根系活力;烘干称重法计算小麦灌浆速率。成熟期分别测定单位面积穗数、穗粒数、千粒重、产量和收获指数等指标。

    • 采用Microsoft Excel 2013进行试验数据处理和作图,SPSS 19.0进行统计分析,Duncan法进行显著性检验。

    • 图1所示,随灌浆期推进,各处理植株绿叶数持续减少。干热风灾害下,不同营养复配剂处理小麦功能叶持绿性表现出差异,相比D和CK处理,A、B和C处理能较好地促进植株维持较多和较长时期绿叶数,有助于延长光合时间以生产更多干物质。对应于5月10~13、16~18和26~28日3次干热风胁迫,B和C处理均表现出较高的叶片持绿性,有利于减轻干热风危害。在后两次干热风发生情况下,B处理表现出更强的减轻干热风灾害能力。

      图  1  喷施营养复配剂处理后不同时间小麦持绿功能叶数

      Figure 1.  Number of staying-green functional leaves of wheat at different measuring date after sprayed with nutritional mixtures

    • SPAD值可以表征叶片中叶绿素的相对含量。图2显示,随灌浆的进行,各处理旗叶SPAD值均表现出持续降低趋势,表明旗叶内叶绿素逐渐减少,光合能力降低。干热风影响下,相比于CK处理,喷施A、B和C复配剂小麦旗叶SPAD值相对较高,能有效延长叶绿素持续功能期,利于增强光合作用。此外,相比于其它处理,B处理营养复配剂小麦旗叶SPAD在不同时间点的各处理中具有最高值,这表明B处理维持旗叶绿叶性能较好,能有效减缓衰老和降低干热风危害。

      图  2  不同营养复配剂处理冬小麦旗叶SPAD值动态变化

      Figure 2.  Dynamic changes of SPAD in wheat flag leaves affected by different nutritional mixture treatments

    • 甜菜碱是植物干旱胁迫下分泌的主要抗性物质,能有效减缓不利环境的影响。图3表明,前两次干热风发生后,小麦旗叶内甜菜碱含量均处于较高水平,说明干热风胁迫刺激小麦旗叶甜菜碱分泌,以抵御和减缓干热风危害。与CK相比,其他处理小麦旗叶甜菜碱含量均有所提高,其中以B处理最高,C处理次之;在第二次干热风胁迫下,B和C处理旗叶甜菜碱含量先于A和D处理达到峰值,说明B和C处理抵御干热风的效果更好。

      图  3  不同营养复配剂处理冬小麦旗叶甜菜碱含量动态变化

      Figure 3.  Dynamic changes of betaine content in wheat flag leaves under different nutritional mixture treatments

    • 图4所示,干热风胁迫下,5种处理小麦根系活力变化趋势相似,基本呈现先降再升动态变化,说明根系活力受外界影响较大。相比于CK,A、B和C处理根系活力均有所提高,以B处理的根系活力最高,C处理次之,说明A、B和C处理三个营养复配剂均能促进植株生长,提高根系活力,其中以B处理效果较好。

      图  4  不同营养复配剂处理下小麦根系活力

      Figure 4.  Wheat root activity under different nutritional mixture treatments

    • 图5可知,5种处理小麦籽粒灌浆速率趋势一致,均是先缓慢增加达到高峰,再剧烈下降后缓慢降低。在3次干热风胁迫下,相比于CK,四个复配剂均能提高籽粒灌浆速率,尤以B处理的灌浆速率最高,效果最好。

      图  5  不同营养复配剂处理冬小麦籽粒灌浆速率 (5月12—28日)

      Figure 5.  Wheat grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12–28 of May

      不同粒位籽粒灌浆速率具有差异性 (图6),强势粒灌浆速率明显高于弱势粒,说明强势粒对籽粒灌浆的贡献度大于弱势粒。干热风危害下,营养复配剂均能提高强、弱势粒灌浆速率,但不同复配剂处理间表现出差异。相比于CK,强势粒在B处理下灌浆速率最高,弱势粒在C处理下效果最好,但在第三次干热风危害时,B和C处理差异不显著。

      图  6  不同营养复配剂处理下冬小麦强势和弱势籽粒灌浆速率 (5月12—28日)

      Figure 6.  Superior and inferior grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12 – 28 of May

    • 表1可知,不同营养复配剂对豫农186和国麦301两品种产量影响趋势一致,相比于CK,其他营养复配剂显著增加两品种产量,总体增幅分别为3.24%~15.0%和3.11%~31.4%,其中B处理增幅最高,分别为15.05%和31.38%。营养复配剂对两品种穗数和穗粒数影响均不显著,但对千粒重影响较大。与CK相比,其他复配剂均显著增加豫农186和国麦301两品种千粒重,增幅分别为4.50%~12.4%和3.44%~13.94%,其中B处理增加最多,增幅分别为12.39%和13.94%,C次之,增幅分别为10.80%和12.3%;同时,B和C处理均显著提高两品种收获指数,提高幅度分别为11.9%和23.1%,7.14%和12.8%。这说明,营养复配剂可以通过提高千粒重和收获指数增加籽粒产量,从而减轻干热风造成的损失。

      表 1  不同营养复配剂处理下小麦产量及品质指标

      Table 1.  Difference of wheat yield and quality under different nutritional mixture treatments

      品种
      Cultivar
      处理
      Treatment
      穗数 (× 104/hm2)
      Spike number
      穗粒数
      Grains per spike
      千粒重 (g)
      1000-grain weight
      产量 (kg/hm2)
      Yield
      收获指数
      Harvest index
      豫农186
      Yunong186
      CK528.76 a36.81 a46.01 d7204 d0.42 b
      A531.10 a36.91 a48.64 c7637 c0.44 a
      B521.85 a38.63 a51.71 a8287 a0.47 a
      C538.00 a37.80 a50.98 b8037 b0.45 a
      D535.42 a38.26 a48.08 c7437 c0.43 b
      国麦301
      Guomai301
      CK497.67 a40.07 a45.40 d6717 d0.39 c
      A512.00 a41.20 a47.36 c7287 c 0.41 bc
      B503.33 a42.92 a51.73 a8824 a0.48 a
      C508.09 a41.93 a50.99 b8321 b0.44 b
      D487.67 a40.92 a46.96 c 6926 cd0.40 c
      注(Note):CK—10 mg/kg 吐温 80 10 mg/kg Tween-80;A —0.2% 硫酸锌、0.3% 磷酸二氢钾、1% 尿素和 10 mg/kg 吐温 80 0.2% zinc sulfate,0.3% KH2PO4,1% urea and 10 mg/kg Tween-80;B—A 基础上添加 0.02% 壳寡糖 0.02% oligochitosan added into A;C—A 基础上添加 0.1% 海洋多糖 0.1% marine polysaccharide added into A;D—含吐温 80 (10 mg/kg) 的 0.3% 磷酸二氢钾溶液 0.3% KH2PO4 and 10 mg/kg Tween-80. 同列数据后不同小写字母表示差异达 5% 显著水平 Values followed by different small letters mean significant difference among treatments at the 0.05 level.
    • 小麦籽粒灌浆期发生干热风易使植株细胞失水、叶片色素和蛋白质被破坏、功能叶光合速率下降、蒸腾作用加强,造成生理性干旱,影响产量形成[4]。大田生产中,减轻干热风危害的重要方法是化学防御—喷施外源营养复配剂,具有见效快、效果好的特点[10-12]。前人研究发现,小麦生育后期喷施叶面肥可以提高叶片SPAD值,延缓叶片衰老,延长灌浆时间,提高抗干热风能力[10, 13]。本试验中,干热风危害下,喷施营养复配剂可以促进小麦植株维持较高持绿性、提高旗叶SPAD值和提升根系活力,从而有效减缓叶片衰老,促进对土壤营养元素的吸收,提高抗干热风能力,减轻干热风危害;其中,B处理效果最好,C处理次之。

      研究发现,当植株遇不良环境时,可以通过调节体内高浓度的渗透物质来维持代谢和生存,其中,甜菜碱是高等植物最常见的渗透物质之一[14-15]。研究表明,甜菜碱在细胞内受环境胁迫诱导,其浓度与植株抗逆性呈正相关,对于提高作物抗逆性非常重要[4, 16-17],干热风胁迫发生时,植株体内甜菜碱含量会升高[4, 14]。本研究与此类似,在前两次干热风发生时,旗叶甜菜碱含量升高,植株抗逆性增强。此外,干热风危害下,喷施营养复配剂能明显提高旗叶甜菜碱含量,尤以B和C处理含量较高,这可能是由于外源营养复配剂中壳寡糖和海洋多糖诱导了小麦植株抗逆性[8],促使旗叶中甜菜碱大量积累;相比于添加海洋多糖的C处理,添加壳寡糖的B处理小麦抗逆效果更好,这可能是因为壳寡糖对小麦植株抗逆性的诱导要高于海洋多糖[8]

    • 喷施叶面肥有助于提高灌浆期叶片叶绿素含量、提升光合速率,从而生产更多的光合产物,为籽粒灌浆提供充足的营养源[18-20]。卢殿君等[21]研究表明,喷施磷酸二氢钾能够延缓花后早衰,改善灌浆过程。曹彩云等[10]发现,干热风胁迫下喷施叶面肥可以延长灌浆持续期,增加粒重。本研究表明,干热风危害下,喷施营养复配剂能提高灌浆速率,但不同营养复配剂效果不同,B处理最好,C处理次之。这可能是因为营养复配剂促进植株提高抗逆性,延长叶片持绿性,增加旗叶的叶绿素含量,利于植株灌浆。小麦籽粒通常因所在小穗粒位不同而被分为强势粒和弱势粒,强势粒开花早,灌浆启动快,同化能力强,粒重高,而弱势粒灌浆启动慢,充实度差,粒重小[22-25]。本研究结果表明,营养复配剂B能更有效地促进强势粒灌浆,而营养复配剂C对弱势粒影响较大。这可能是因为壳寡糖和海洋多糖对植株抗逆性及生长发育的调控作用时间不同而造成的。

      干热风发生时,高温会严重影响籽粒灌浆,使灌浆期缩短,粒重减轻,产量下降[26-27]。喷施叶面肥可以延缓干热风胁迫导致的早衰,提高光合能力,延长灌浆持续期,显著增加籽粒产量[21]。本试验中,干热风胁迫下,喷施营养复配剂可以有效提高千粒重,增加收获指数,从而增加产量。尤其是在B和C处理下,千粒重和收获指数均显著提高,产量大幅增加。相比而言,B处理的增产效果更好。

    • 1) 灌浆期叶面喷施营养复配剂可以促使小麦在灌浆后期维持较高的叶片持绿性,提高旗叶SPAD值、甜菜碱含量和根系活力,从而减缓叶片衰老,增强植株对养分的吸收利用,提高抗干热风能力。其中,喷施含硫酸锌、磷酸二氢钾、尿素、壳寡糖的处理 (B处理) 效果最好,含硫酸锌、磷酸二氢钾、尿素、海洋多糖的处理 (C处理) 次之。

      2) 干热风胁迫下,喷施营养复配剂可以有效提高籽粒灌浆速率,增加千粒重,提高收获指数,从而达到增产效果,尤其是以含壳寡糖的B处理效果最好,含海洋多糖的C处理次之。

参考文献 (27)

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