小麥分蘗期凍害后增施恢復(fù)肥的產(chǎn)量挽回效應(yīng)及其生理機(jī)制

李春燕，楊景,2，張玉雪，姚夢(mèng)浩，朱新開(kāi)，郭文善

（1揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州 225009；2光明米業(yè)（集團(tuán)）有限公司農(nóng)業(yè)技術(shù)中心，上海 202171）

小麥分蘗期凍害后增施恢復(fù)肥的產(chǎn)量挽回效應(yīng)及其生理機(jī)制

李春燕1，楊景1,2，張玉雪1，姚夢(mèng)浩1，朱新開(kāi)1，郭文善1

（1揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州 225009；2光明米業(yè)（集團(tuán)）有限公司農(nóng)業(yè)技術(shù)中心，上海 202171）

【目的】小麥越冬期低溫凍害時(shí)有發(fā)生，影響產(chǎn)量形成，而前人關(guān)于越冬期凍害的補(bǔ)救措施報(bào)道較少，因此研究分蘗期受凍小麥?zhǔn)┯没謴?fù)肥挽回產(chǎn)量的效應(yīng)，探明增施尿素恢復(fù)產(chǎn)量的生理原因，可為小麥抗逆栽培提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼?yàn)選用小麥品種揚(yáng)麥16，利用人工智能控溫室，設(shè)置晝夜溫度-2℃/-6℃（2012年）和-2℃/-8℃（2013年），分別處理24、48、72 h，處理結(jié)束后5 d調(diào)查植株凍害指數(shù)。隨后一次性增施恢復(fù)肥尿素（N 46%）75、150 kg·hm-2（2012）和75、120、180 kg·hm-2（2013）補(bǔ)救，增施尿素后10、20、30 d取主莖展二葉，測(cè)定可溶性糖、游離脯氨酸和內(nèi)源激素含量變化，成熟期測(cè)量株高并收獲籽粒測(cè)產(chǎn)?！窘Y(jié)果】分蘗期低溫脅迫后揚(yáng)麥16受凍指數(shù)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)由0.2上升到0.5左右。施肥補(bǔ)救后10 d，所有處理植株可溶性糖、游離脯氨酸以及脫落酸（ABA）和玉米素核甘（ZR）含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，不施肥處理顯著高于施恢復(fù)肥處理，相同處理時(shí)段，隨恢復(fù)肥施用量增加上述指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，赤霉素（GA3）含量呈相反變化趨勢(shì)；增施尿素后20 d，施肥處理可溶性糖和游離脯氨酸含量、ABA和ZR含量較不施肥處理快速下降，GA3含量上升；施肥后30 d，各低溫處理的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和內(nèi)源激素含量已恢復(fù)至接近自然對(duì)照水平。隨低溫處理時(shí)間延長(zhǎng)，小麥產(chǎn)量、基部Ⅰ、Ⅱ節(jié)間長(zhǎng)度及株高降低，相同處理時(shí)段內(nèi)，基部節(jié)間長(zhǎng)度、株高及產(chǎn)量恢復(fù)和挽回效應(yīng)隨恢復(fù)肥施用量增加而提高。【結(jié)論】分蘗期受凍小麥根據(jù)受凍指數(shù)及時(shí)適量施用恢復(fù)肥能明顯緩解低溫傷害，表現(xiàn)為植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量下降以及激素更趨于平衡，促進(jìn)新生分蘗發(fā)生和基部Ⅰ、Ⅱ節(jié)間伸長(zhǎng)，一定程度上挽回了產(chǎn)量的損失。研究兼顧產(chǎn)量挽回效應(yīng)和氮肥偏生產(chǎn)力，提出分蘗期受凍指數(shù)為0.2左右的輕度凍害推薦施尿素75 kg·hm-2，受凍指數(shù)0.36左右的中度凍害推薦施尿素120 kg·hm-2，受凍指數(shù)0.5左右的重度凍害推薦施尿素180 kg·hm-2。

小麥；分蘗期；低溫凍害；恢復(fù)肥；生理調(diào)節(jié)

0 引言

【研究意義】長(zhǎng)江中下游麥區(qū)地處中國(guó)氣候的南北過(guò)渡地帶，小麥越冬期間常受到北方寒潮入侵，低溫凍害一直是制約小麥分蘗期生長(zhǎng)發(fā)育的主要障礙因素，在暖冬年型抗寒性弱的春性小麥品種生育進(jìn)程快，特別是稻秸全量還田質(zhì)量不高，小麥弱苗偏多，遇寒流受凍率更高[1-2]，如2016年1月21—25日，江蘇小麥遭遇寒潮，最低溫度已接近歷史極值，太湖農(nóng)區(qū)達(dá)-8.6℃，里下河農(nóng)區(qū)達(dá)-11.3℃，淮北農(nóng)區(qū)達(dá)-14.8℃，部分田塊旺苗和弱苗受凍嚴(yán)重[3]。因此，開(kāi)展增施恢復(fù)肥緩解低溫對(duì)麥苗生長(zhǎng)發(fā)育的傷害以及挽回受凍小麥產(chǎn)量損失的研究，可為小麥抗低溫逆境減災(zāi)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】越冬期低溫凍害主要影響小麥產(chǎn)量三因素中的穗數(shù)，如江淮地區(qū)越冬期小麥經(jīng)持續(xù)10 d以上0℃以下低溫凍害后，莖蘗和分蘗節(jié)受凍，穗數(shù)顯著減少，產(chǎn)量降低[4-5]。受凍后的小麥在生理上會(huì)發(fā)生一系列變化，表現(xiàn)為細(xì)胞中游離脯氨酸、可溶性糖等有機(jī)溶質(zhì)含量增加，細(xì)胞液濃度增大，以維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定，提高植株抗寒力[6-9]。大面積生產(chǎn)中不同小麥品種以及不同生育階段的小麥耐受低溫的能力不同。幼穗發(fā)育進(jìn)程慢或低溫半致死溫度低的小麥品種植株葉片中的可溶性糖和脯氨酸含量均高于抗凍力弱的小麥品種[10-11]。除滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，內(nèi)源激素在植物適應(yīng)低溫環(huán)境中起重要的調(diào)控作用[12-13]，如抗寒力強(qiáng)的冬小麥體內(nèi)赤霉素（GA）含量低于抗寒力弱的冬小麥[14]，脫落酸（ABA）和玉米素核苷（ZR）含量以及ABA/GA比值均高于抗寒性弱的小麥品種，說(shuō)明激素間的平衡對(duì)提高小麥抗寒性更重要[15-17]。低溫脅迫條件下施鉬處理啟動(dòng)了醛脫氫酶活性，促進(jìn)了ABA、IAA的合成，增強(qiáng)了小麥抗寒性[18]。以上研究結(jié)果說(shuō)明低溫脅迫下小麥植株會(huì)產(chǎn)生一系列的生理應(yīng)激反應(yīng)，以適應(yīng)外界溫度的變化?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究較多的是小麥越冬期凍害的防御措施[19-20]，關(guān)于冬季凍災(zāi)后如何根據(jù)小麥?zhǔn)軆鰢?yán)重度確定恢復(fù)肥施用量，以及分析增施肥料促進(jìn)小麥生長(zhǎng)恢復(fù)的相關(guān)生理調(diào)節(jié)效應(yīng)的報(bào)道不多，尚需要深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)選用春性小麥品種揚(yáng)麥16，在分蘗期采用人工智能控溫室進(jìn)行低溫處理24、48、72 h，設(shè)置增施恢復(fù)肥尿素施用量2個(gè)（2012）和3個(gè)水平（2013），測(cè)定小麥植株受凍后增施恢復(fù)肥后小麥株高、產(chǎn)量及植株可溶性糖、脯氨酸和內(nèi)源激素含量的變化，探明基于小麥?zhǔn)軆鲋笖?shù)和氮肥偏生產(chǎn)力確定的合理恢復(fù)肥用量，并明確其生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于 2012—2014年在江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)盆缽場(chǎng)（32o39′E，119o42′N）進(jìn)行。該區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均溫度13.2—16.0℃, 降雨量800—1 200 mm, 日照2 000—2 600 h。試驗(yàn)采用盆栽，每盆裝土13 kg，全生育期施300 kg N·hm-2，180 kg P2O5·hm-2，180 kg K2O·hm-2。氮肥運(yùn)籌為基肥﹕壯蘗肥﹕拔節(jié)肥為 5﹕1﹕4，磷鉀肥為基肥﹕拔節(jié)肥為5﹕5?；拾茨繕?biāo)施肥量計(jì)算，采用稀釋法與盆土拌均勻，裝入盆缽中；壯蘗肥于4葉期追施；拔節(jié)肥于葉齡余數(shù)2.5葉追施。每盆澆水1 000 mL，土壤沉實(shí)后播種，播種后蓋土1 cm。2012年10月31日、2013 年11月2日播種，每盆播12粒種子，4葉期定苗，每盆留苗6株，每處理種20盆。

溫度處理在人工智能溫室（溫度控制誤差±0.5℃，大氣相對(duì)濕度設(shè)置為70%，控制誤差±1%，光量子通量密度800 μmol·m-2·s-1）中進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于分蘗期（5.0—6.0葉期）選取麥苗生長(zhǎng)基本一致的盆缽，進(jìn)行晝夜-2℃/-6℃（2013年1月19—21日）和-2℃/-8℃（2014年1月7—9日）低溫處理，處理時(shí)間設(shè)24、48、72 h 3個(gè)水平，處理結(jié)束后放置自然條件下生長(zhǎng)，待凍害癥狀表現(xiàn)（低溫處理結(jié)束第5天）一次性增施尿素（N 46%）作恢復(fù)肥，2012—2013年度增施尿素量設(shè)0、75、150 kg·hm-23個(gè)水平，2013—2014年度增施尿素量設(shè)0、75、120、180 kg·hm-24個(gè)水平，以室外自然生長(zhǎng)不施恢復(fù)肥為對(duì)照。2013年處理期間日平均最低溫為1.75℃，日平均最高溫為6.75 ℃；2014年處理期間日平均最低溫為-1℃，日平均最高溫為6.75℃。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 凍害等級(jí)和發(fā)生率調(diào)查 低溫處理結(jié)束待凍害癥狀完全顯現(xiàn)后（低溫處理后第5天），根據(jù)全國(guó)小麥區(qū)域試驗(yàn)凍害5級(jí)指標(biāo)進(jìn)行凍害嚴(yán)重度調(diào)查。凍害5級(jí)指標(biāo)：1級(jí)無(wú)凍害、2級(jí)葉尖受凍發(fā)黃不超過(guò)1/3、3級(jí)葉尖受凍1/3—1/2、4級(jí)葉片全枯、5級(jí)植株或大部分分蘗凍死。

1.3.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)測(cè)定 施恢復(fù)肥后10、20和30 d，分別取各處理植株主莖展二葉（心葉下一葉）待測(cè)。其中，參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[21]流程，采用蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量，采用磺基水楊酸提取，酸性茚三酮法測(cè)定游離脯氨酸含量，每個(gè)處理重復(fù)3次。1.3.3 內(nèi)源激素含量測(cè)定 取1.3.2中待測(cè)樣品測(cè)定小麥內(nèi)源激素含量。其中，采用高效液相色譜法（HPLC）[22]測(cè)定內(nèi)源激素ABA、GA3和ZR。測(cè)定的色譜條件為：Dubhe C184.6 mm×250 mm，5 μm；100 mL流動(dòng)相含乙腈5 mL、甲醇50 mL、0.6%乙酸45 mL，流速1.0 mL·min-1；檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm；柱溫30 ℃，進(jìn)樣量10 μL。選ABA（Sigma，A1049-250 MG）、GA3（Sigma，48880-250 MG-F）、ZR（Sigma, Z0375-10MG）作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu) 成熟期調(diào)查穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重（13%水分），按盆計(jì)產(chǎn)，重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

凍害發(fā)生率（%）=達(dá)到凍害級(jí)別的莖蘗數(shù)/總莖蘗數(shù)×100

受凍指數(shù)=（∑凍害等級(jí)（2級(jí)及以上）×凍害發(fā)生率）/5[23]

產(chǎn)量恢復(fù)效應(yīng)（%）=（施恢復(fù)肥處理產(chǎn)量-不施恢復(fù)肥處理產(chǎn)量）/不施恢復(fù)肥產(chǎn)量×100

產(chǎn)量挽回效應(yīng)（%）=（施恢復(fù)肥處理產(chǎn)量-不施恢復(fù)肥處理產(chǎn)量）/自然對(duì)照產(chǎn)量×100

氮肥偏生產(chǎn)力（g·g-1）=籽粒產(chǎn)量/總施氮量

本文數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003、DPS 6.55、Sigma Plot 10.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、繪圖、統(tǒng)計(jì)分析。因2012—2013和2013—2014兩年度小麥生長(zhǎng)季各項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致，本文重點(diǎn)以2013 —2014年數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 結(jié)果

2.1 分蘗期低溫對(duì)小麥凍害率的影響

2012—2013和2013—2014兩年度延長(zhǎng)分蘗期低溫脅迫時(shí)長(zhǎng)，小麥植株凍害程度加重（表 1）。脅迫24 h，僅發(fā)生2、3和4級(jí)凍害，無(wú)5級(jí)凍害發(fā)生，受凍指數(shù)0.2左右；脅迫時(shí)間延長(zhǎng)至48 h，開(kāi)始發(fā)生5級(jí)凍害，分別有3.09%和5.39%的莖蘗凍死，3級(jí)和4級(jí)凍害率增加，受凍指數(shù)增加至0.33和0.39；脅迫72 h，凍害程度進(jìn)一步加重，兩年度平均27.43%的莖蘗葉片全枯，7.1%的莖蘗凍死，凍害指數(shù)達(dá)0.5左右。說(shuō)明小麥分蘗期隨著低溫脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，揚(yáng)麥16植株受凍程度逐漸加重，凍害指數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)。

表1 分蘗期低溫脅迫后小麥凍害級(jí)別及百分率Table 1 Degree and proportion of freezing injury of wheat plant under low temperature stress at tillering stage

2.2 恢復(fù)肥對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的調(diào)節(jié)效應(yīng)

2.2.1 可溶性糖 低溫脅迫增施尿素后10 d，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，不施肥處理葉片、葉鞘中的可溶性糖含量較自然對(duì)照顯著上升，同一處理時(shí)段，隨尿素施用量增加，可溶性糖含量逐漸下降（表2）。施肥后10 d，低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理的葉片和葉鞘中可溶性糖含量比不施恢復(fù)肥處理分別低28.90%和24.36%，但仍高于自然對(duì)照處理；施肥后20 d，各施恢復(fù)肥處理的可溶性糖含量比施肥后10 d進(jìn)一步下降，低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理的葉片和葉鞘中可溶性糖含量仍較不施肥處理降低19.37%和17.87%，低溫72 h 施180 kg·hm-2尿素處理的葉片和葉鞘中可溶性糖含量比不施肥處理下降了 33.00%和 10.77%，均高于自然對(duì)照處理。施肥后30 d，3個(gè)時(shí)段各施肥處理葉片和

表2 分蘗期低溫脅迫施恢復(fù)肥后小麥葉片、葉鞘中可溶性糖含量的變化（2013-2014）Table 2 Changes of soluble sugar contents in the second leaves and sheaths from the top after urea amendment to wheat under low temperature stress at tillering stage (mg·g-1) (2013-2014)

葉鞘中可溶性糖含量已下降到接近自然對(duì)照處理，其中低溫24 h施120、180 kg·hm-2尿素的兩處理葉片和葉鞘中可溶性糖含量已低于自然對(duì)照處理，72 h不同施尿素處理略高于對(duì)照，說(shuō)明施用恢復(fù)肥顯著促進(jìn)葉片、葉鞘中可溶性糖含量穩(wěn)步下降，對(duì)受凍小麥植株有加速恢復(fù)生長(zhǎng)的調(diào)控效應(yīng)。

2.2.2 游離脯氨酸 分蘗期低溫脅迫施恢復(fù)肥后10 d，脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，展二葉中脯氨酸含量越高，均高于自然生長(zhǎng)的對(duì)照，以不施恢復(fù)肥處理展二葉中脯氨酸含量最高（圖 1）。施恢復(fù)肥各處理的脯氨酸含量均低于不施肥處理，同一處理時(shí)段內(nèi)，隨著尿素施用量增加，脯氨酸含量逐漸下降，但仍顯著高于自然生長(zhǎng)的對(duì)照。其中低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理脯氨酸含量比不施肥處理下降了 9.02%，但仍較對(duì)照提高了44.27%，低溫72 h施180 kg·hm-2尿素處理的脯氨酸含量比不施肥處理降低 16.47%，仍較對(duì)照提高了74.19%。施肥后20 d，各處理脯氨酸含量較10 d前顯著下降，施恢復(fù)肥處理的脯氨酸含量下降更多，仍略高于自然對(duì)照，如低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理脯氨酸含量較對(duì)照僅提高了 8.68%，低溫 72 h施 180 kg·hm-2尿素處理脯氨酸含量較對(duì)照提高了 37.47%。施肥后30 d，除不施恢復(fù)肥處理外，3個(gè)處理時(shí)段各施肥處理之間脯氨酸含量接近自然對(duì)照，增施尿素促進(jìn)植株的快速恢復(fù)。

圖 1 分蘗期低溫脅迫施恢復(fù)肥后展二葉游離脯氨酸含量的變化Fig. 1 Changes of proline contents in the second leaf from the top after urea amendment to wheat under low temperature stress at tillering stage

2.3 恢復(fù)肥對(duì)展二葉內(nèi)源激素含量的調(diào)節(jié)效應(yīng)

2.3.1 ABA含量 低溫脅迫施肥后10 d，各處理展二葉ABA含量均高于自然生長(zhǎng)對(duì)照（圖2），隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，ABA含量呈增加趨勢(shì)，各施恢復(fù)肥處理的ABA含量均低于不施肥處理，其中低溫72 h施180 kg·hm-2尿素處理的ABA含量比不施肥處理降幅最大，達(dá)25.25%。施肥后20 d，所有處理ABA含量較施肥后10 d顯著下降，不施恢復(fù)肥處理仍高于施肥處理，其中低溫24、48、72 h施180 kg·hm-2尿素處理分別較不施肥處理下降了6.38%、18.83%、19.04%。30 d后所有處理 ABA含量進(jìn)一步下降接近自然對(duì)照，施肥后30 d，低溫24、48 h脅迫施肥處理的ABA含量已與自然對(duì)照無(wú)顯著差異，72 h脅迫后施肥處理略高于自然對(duì)照。

圖2 分蘗期低溫脅迫施恢復(fù)肥后展二葉ABA含量的變化Fig. 2 Changes of ABA contents in the second leaf from the top after urea amendment to wheat under low temperature stress at tillering stage

2.3.2 GA3含量 低溫脅迫施恢復(fù)肥后10 d，脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，各處理展二葉GA3含量下降越顯著，同一低溫處理時(shí)段，各處理植株展二葉中GA3含量顯著低于自然生長(zhǎng)對(duì)照（圖3），增施尿素處理促進(jìn)了GA3含量提升，隨肥料用量增加，與對(duì)照GA3含量差距逐步縮小。低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理展二葉中GA3含量比不施肥處理上升了33.46%，低溫72 h施180 kg·hm-2尿素處理展二葉中 GA3含量比不施肥處理顯著上升了60.35%。施肥后20 d，所有處理GA3含量均顯著回升，脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，回升越慢。施肥后30 d，各處理GA3含量逐漸上升到接近自然對(duì)照處理，低溫72 h各施肥處理GA3恢復(fù)效應(yīng)慢于低溫24 h、48 h等量施肥處理。表明恢復(fù)肥促進(jìn)受凍植株的生長(zhǎng)恢復(fù)，凍害越重，恢復(fù)效應(yīng)越慢。

2.3.3 ZR含量 由圖3可知，低溫脅迫施恢復(fù)肥后10 d，植株展二葉中ZR含量表現(xiàn)與GA3呈相反趨勢(shì)。隨著低溫脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，ZR含量逐漸升高，表現(xiàn)出一定的應(yīng)激效應(yīng)。同一處理時(shí)段內(nèi)，隨著恢復(fù)肥施用量的增加，ZR含量呈下降趨勢(shì)。施恢復(fù)肥后10 d，低溫72 h施180 kg·hm-2尿素處理的ZR含量比不施肥處理下降21.17%，施肥后20 d，該處理下降了13.60%。施肥后30 d，各處理展二葉中ZR含量下降到接近正常對(duì)照水平。

圖3 分蘗期低溫脅迫施恢復(fù)肥后展二葉中GA3、ZR含量的變化Fig. 3 Changes of GA3and ZR contents in the second leaf from the top after urea amendment to wheat under low temperature stress at tillering stage

2.4 增施恢復(fù)肥后的植株形態(tài)

揚(yáng)麥16自然生長(zhǎng)條件下株高為87.27 cm（表3），低溫脅迫后不施肥處理株高變化范圍為 63.01—74.58 cm，較自然對(duì)照株高減幅為14.54%—27.80%。施用恢復(fù)肥后株高增加3.05—8.69 cm，同一處理時(shí)段內(nèi)，隨著恢復(fù)肥施用量的增加，株高下降變緩。其中低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理株高最高，比對(duì)照下降6.65%。低溫72 h施180 kg·hm-2尿素處理株高為71.70 cm，比對(duì)照下降17.84%。3個(gè)處理時(shí)段各施恢復(fù)肥處理的植株基部Ⅰ、Ⅱ節(jié)間長(zhǎng)度均比不施恢復(fù)肥處理分別增加 0.5—1.85 cm和 0.34—1.89 cm，而上部IV、V節(jié)間長(zhǎng)度及穗長(zhǎng)比不施恢復(fù)肥處理略增，增幅較小。說(shuō)明脅迫越重，施肥促進(jìn)株高恢復(fù)的效應(yīng)越明顯。

2.5 低溫脅迫后增施恢復(fù)肥對(duì)產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)的恢復(fù)效應(yīng)

在本試驗(yàn)條件下，分蘗期低溫脅迫導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降，主要是影響穗數(shù)，其次是每穗粒數(shù)和粒重（表4），兩年度每盆穗數(shù)比自然對(duì)照分別減少8.5—11.5個(gè)和10.5—12.5個(gè)，每穗平均粒數(shù)分別減少6.83—10.79粒和 6.20—9.72粒，千粒重分別下降5.88—8.06 g和3.7—10.3 g。凍害后增施恢復(fù)肥比未施肥處理穗數(shù)顯著增加，每穗粒數(shù)和粒重均略有增加。低溫24 h施180 kg·hm-2尿素處理每盆穗數(shù)較對(duì)照增加了2.5個(gè)，低溫72 h施180 kg·hm-2處理每盆穗數(shù)增加 8.5個(gè)，凍害越重，恢復(fù)肥促進(jìn)穗數(shù)增加的效應(yīng)更顯著。對(duì)增施恢復(fù)肥后小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行通徑分析，恢復(fù)肥促進(jìn)穗數(shù)的增加是產(chǎn)量增加的主要原因，直接通徑系數(shù)為 0.5389**，千粒重對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)為0.4474*，每穗粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)最小。說(shuō)明分蘗期小麥凍后增施恢復(fù)肥主要促進(jìn)新生分蘗的發(fā)生與成穗，一定程度上挽回產(chǎn)量損失。

綜合兩年度產(chǎn)量數(shù)據(jù)表明，分蘗期低溫脅迫后，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不施恢復(fù)肥處理每盆產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，產(chǎn)量平均降幅為42.56%—57.28%。增施恢復(fù)肥后的每盆產(chǎn)量均高于相應(yīng)不施恢復(fù)肥處理，同一處理時(shí)段內(nèi)，施恢復(fù)肥處理的產(chǎn)量隨尿素用量

的增加而增加，但補(bǔ)救后每盆產(chǎn)量仍顯著低于自然對(duì)照。產(chǎn)量恢復(fù)效應(yīng)和產(chǎn)量挽回效應(yīng)均隨施肥量增加逐漸提升。24 h低溫脅迫后造成的輕度凍害以 75 kg·hm-2尿素處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，每克氮素平均生產(chǎn)籽粒 26.69 g。48 h低溫脅迫中度凍害以 120 kg·hm-2尿素處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，每克氮素可生產(chǎn)籽粒24.98 g。72 h低溫脅迫重度凍害以180 kg·hm-2尿素處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，每克氮素可生產(chǎn)籽粒22.78 g。

表3 分蘗期低溫脅迫及恢復(fù)肥施用量下小麥的株高、穗長(zhǎng)及節(jié)間長(zhǎng)度（2013—2014）Table 3 Changes of the length of internode, ear and plant after urea amendment to wheat under low temperature stress at tillering stage (2013-2014)

表4 分蘗期低溫脅迫后施恢復(fù)肥對(duì)產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)的影響Table 4 Effects of remedial fertilizer after low temperature stress on yield formation in wheat at tillering stage

2.6 生理指標(biāo)與植株形態(tài)和產(chǎn)量的關(guān)系分析

相關(guān)分析表明（表 5），展二葉中的脯氨酸與可溶性糖含量、內(nèi)源激素ABA和ZR含量與基部I、II節(jié)間長(zhǎng)度、株高和產(chǎn)量均呈極顯著的負(fù)相關(guān)，GA3含量與基部節(jié)間長(zhǎng)度、株高及產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明分蘗期低溫脅迫后，葉片中高含量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及ABA與ZR含量不利于植株生長(zhǎng)，表現(xiàn)為脅迫越重營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)受阻越重，基部節(jié)間越短，株高降低，最終影響產(chǎn)量的形成。

表5 低溫脅迫施恢復(fù)肥10 d的小麥生理指標(biāo)與株高、產(chǎn)量的相關(guān)分析Table 5 Correlation coefficients between the mechanism parameters on the 10th day after applying remedial fertilizer and plant height as well as yield

3 討論

3.1 增施恢復(fù)肥對(duì)植株形態(tài)及產(chǎn)量的恢復(fù)效應(yīng)

冬小麥分蘗越冬期間遭遇低溫凍害時(shí)有發(fā)生，低溫對(duì)小麥植株莖生長(zhǎng)的影響是阻滯莖節(jié)間的伸長(zhǎng)，使節(jié)間變短、株高降低[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，分蘗期低溫脅迫后小麥株高減幅為14.54%—27.80%，增施恢復(fù)肥處理株高減幅下降為6.23%—23.81%，對(duì)受凍植株基部Ⅰ、Ⅱ節(jié)間促進(jìn)伸長(zhǎng)的作用比對(duì)上部節(jié)間更顯著，受凍程度越重，恢復(fù)肥促進(jìn)基部節(jié)間伸長(zhǎng)的作用減小，對(duì)株高調(diào)節(jié)幅度越小。說(shuō)明分蘗期低溫脅迫后增施恢復(fù)肥主要促進(jìn)基部節(jié)間的伸長(zhǎng)，這可能是因?yàn)槭┓恃a(bǔ)救后，有利于加速植株基部莖稈生長(zhǎng)恢復(fù)正常，使得節(jié)間伸長(zhǎng)，株高得到部分修復(fù)。

前人研究指出冷冬年小麥產(chǎn)量比正常年型減產(chǎn)，主要是由于主莖和大分蘗不同程度死亡，穗數(shù)減少所致，輕則減產(chǎn)5%—20%，重則導(dǎo)致絕收[1, 25-26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，兩年度揚(yáng)麥16分蘗期低溫脅迫后，隨著低溫脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，受凍指數(shù)由0.2左右逐漸增加至0.5左右，減產(chǎn)幅度為42.56%—59.70%。王龍俊等[27-28]研究認(rèn)為分蘗期凍害發(fā)生后，要立即追肥，可以挽回部分產(chǎn)量損失。本試驗(yàn)結(jié)果表明，分蘗期相同低溫處理時(shí)段，隨尿素用量的增加促進(jìn)了高節(jié)位分蘗的發(fā)生與成穗數(shù)，每盆產(chǎn)量增加，產(chǎn)量恢復(fù)效應(yīng)和產(chǎn)量挽回效應(yīng)較好，但仍顯著低于自然生長(zhǎng)的對(duì)照。說(shuō)明植株雖受凍較嚴(yán)重，只要分蘗節(jié)未凍死，及時(shí)施恢復(fù)肥，有促進(jìn)再生高節(jié)位分蘗成穗的作用。凍害指數(shù)大于0.5的處理，凍后增施恢復(fù)肥處理的每穗粒數(shù)和千粒重較不施肥處理均增加，恢復(fù)肥雖促進(jìn)穗數(shù)的形成，但因穗數(shù)增加有限，最終每盆產(chǎn)量低于自然對(duì)照。依據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，建議應(yīng)根據(jù)分蘗期受凍指數(shù)合理確定恢復(fù)肥的用量，受凍指數(shù)為0.2左右的輕度凍害推薦施尿素75 kg·hm-2，受凍指數(shù)為0.36左右的中度凍害以120 kg·hm-2尿素處理的恢復(fù)效果最好，受凍指數(shù)為0.5左右的重度凍害推薦施尿素180 kg·hm-2，既在一定程度上挽回了產(chǎn)量損失，又可提高氮肥偏生產(chǎn)力。

3.2 凍災(zāi)后增施恢復(fù)肥挽回產(chǎn)量的生理調(diào)節(jié)效應(yīng)

低溫逆境脅迫下，植物通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和防脫水劑（游離脯氨酸、可溶性糖）的積累提高抗冷性[10, 29-30]。如果溫度降低程度或低溫持續(xù)時(shí)間超過(guò)作物的耐受程度，作物將受到低溫的傷害[31]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，分蘗越冬期低溫脅迫后，隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，不施肥處理展二葉游離脯氨酸和可溶性糖含量逐漸增加，表明游離脯氨酸和可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過(guò)增加含量來(lái)抵御植株所受的低溫傷害，這與前人的研究結(jié)果較為一致[32-33]。施肥后10—30 d，3個(gè)時(shí)段各施肥處理之間可溶性糖和游離脯氨酸含量逐漸下降接近自然對(duì)照水平。說(shuō)明施肥能促進(jìn)植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)快速恢復(fù)，為小麥由受凍緩慢生長(zhǎng)向正常生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變起到了推動(dòng)作用。

隨著低溫脅迫程度的加劇，葉片內(nèi)源激素的變化越來(lái)越顯著。前人研究表明低溫脅迫下水稻葉片 GA3的含量下降，ABA的含量升高?？购?qiáng)的冬小麥體內(nèi)GA3含量低于抗寒力弱的冬小麥，ZR含量升高[14, 34]。本試驗(yàn)結(jié)果，分蘗期隨低溫處理時(shí)間延長(zhǎng)，不施肥處理 ABA含量逐漸升高，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)激效應(yīng)，這可能是因?yàn)?ABA含量增加促進(jìn)氣孔關(guān)閉以保持體內(nèi)水分平衡，并通過(guò)保護(hù)膜結(jié)構(gòu)、維護(hù)膜功能、啟動(dòng)抗寒基因?qū)Νh(huán)境脅迫做出積極、主動(dòng)的適應(yīng)性反應(yīng)來(lái)減少逆境傷害[35-37]。同一處理時(shí)段內(nèi)，隨著恢復(fù)肥施用量增加，ABA和ZR含量呈下降趨勢(shì)，GA3含量呈上升趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果基本一致[15, 34]。增施恢復(fù)肥后，GA3含量呈上升趨勢(shì)，脅迫越重回升越慢，至施肥后30 d，GA3、ABA和ZR含量接近自然對(duì)照處理。相關(guān)分析表明，葉片中高含量的脯氨酸、可溶性糖、ABA與ZR影響了植株正常生長(zhǎng)代謝，葉片光合功能受抑制，導(dǎo)致基部伸長(zhǎng)節(jié)間的光合產(chǎn)物供應(yīng)不足，節(jié)間縮短，株高變矮，產(chǎn)量下降。通過(guò)增施尿素補(bǔ)救，加速了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和內(nèi)源激素含量向正常水平的恢復(fù)，植物生理代謝趨于正常，節(jié)間伸長(zhǎng)所需養(yǎng)分的供應(yīng)增加，也促進(jìn)了新生分蘗的發(fā)生和成穗，一定程度上挽回了產(chǎn)量的損失。前人研究指出小麥等植物的低溫應(yīng)答調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是非常復(fù)雜的，在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起關(guān)鍵性的蛋白以及相關(guān)基因的表達(dá)一直是研究的熱點(diǎn)[38]，本文中增施恢復(fù)肥對(duì)相關(guān)低溫應(yīng)答蛋白和基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)理尚待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

小麥分蘗期低溫凍害后及時(shí)施用恢復(fù)肥，促進(jìn)了受凍植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和游離脯氨酸含量、ABA和ZR含量的下降，提高了GA3含量，促進(jìn)基部Ⅰ、Ⅱ節(jié)間分別伸長(zhǎng)了0.5—1.82 cm 和0.34 —1.89 cm，新生分蘗增加了2.5—8.5個(gè)，極顯著促進(jìn)了穗數(shù)的增加，顯著提高每穗粒數(shù)和粒重，產(chǎn)量恢復(fù)效應(yīng)從 13.54%增加至 68.90%。本研究兼顧產(chǎn)量恢復(fù)效應(yīng)與氮肥偏生產(chǎn)力，提出分蘗期受凍指數(shù)為0.2左右的輕度凍害推薦施尿素75 kg·hm-2，受凍指數(shù)0.36左右的中度凍害推薦施尿素120 kg·hm-2，受凍指數(shù) 0.5左右的重度凍害推薦施尿素 180 kg·hm-2，可實(shí)現(xiàn)抗逆減災(zāi)。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Retrieval Effects of Remedial Fertilizer After Freeze Injury on Wheat Yield and Its Mechanism at Tillering Stage

LI ChunYan1, YANG Jing1, 2, ZHANG YuXue1, YAO MengHao1, ZHU XinKai1, GUO WenShan1
(1Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou 225009, Jiangsu;2Agricultural Technology Center of Bright Rice(Group) Limited Company, Shanghai 202171)

【Objective】Freeze injury in wheat often happens and affects wheat yield formation during the wintering stage. There was less study on the remedial measures to recover wheat yield after low temperature stress at wintering stage. Hence, effects of remedial fertilizer after low temperature stress on yield recovery in wheat at tillering stage and its mechanism were studied, which will provide a basis for anti-cultivation technology in wheat. 【Method】The spring wheat cultivar Yangmai16 was treated at-2℃/-6℃(day/night, 2012) and -2℃/-8℃ (day/night, 2013) for 24, 48 and 72 h, respectively, using artificial temperature-controlled phytotron system. Then the different remedial urea (N 46%) amounts of 75, 150 kg·hm-2(2012) and 75, 120, 180 kg·hm-2(2013) were all used at a time after low temperature stress. The degree and freezing injury proportion of wheat plant under low temperature stress and the changes of soluble sucrose, proline and endogenous hormone contents in the second leaves from the top on the 10th, 20th and 30th day after applying remedial fertilizer were investigated. Plant height and yield at maturity were also recorded. 【Result】The index of freezing injury increased from 0.2 to 0.5 under longer stress at tillering stage. The contents of soluble sugar, proline, abscisic acid (ABA) and zeatin riboside (ZR) in leaves of the treatment increased under longer stress. These parameters in the treatment without fertilizer amendment were higher than those in the treatment with fertilizer amendment on the 10th day after applying remedial fertilizer. The parameters reduced more rapidly with more applying fertilizer under the same duration time. The content of gibberellines (GA3) decreased gradually with longer stress at tillering stage. The contents of soluble sugar and proline, and the contents of ABA and ZR of these treatments using fertilizer after cold stress gradually declined on the 20th day after applying remedial fertilizer. While the change of GA3contents was opposite to ABA and ZR contents. All these parameters reached the levels of the controlled plants in natural environment on the 30th day after applying remedial fertilizer. Wheat yield, the first and second basal internode length and plant height all lowered with longer cold stress. With increased fertilizer applying amount under the same treatment duration, the length of wheat plants were better restored and the loss of grain yield was lessened.【Conclusion】Cold injury wheat will recover growth after using the right urea amount scientifically in time depending on the cold index at tillering stage. Osmotic adjustment substance contents declining and hormone contents becoming balance, new tillers emergency and the basal internode length becoming longer were the main reason for increasing grain yield at tillering stage after applying the urea. At tillering stage, considering recovery effect and nitrogen partial factor productivity, 75 kg·hm-2urea would be recommended for nitrogen amendment when wheat plants were damaged slightly and the cold index was about 0.2. When the cold index was about 0.36, 120 kg·hm-2urea would be suggested. When the cold index was about 0.50, 180 kg·hm-2urea was recommended for recovering wheat growth after severe cold damage.

wheat; tillering stage; cold injury; remedial fertilizer; regulation effect

2016-10-04；接受日期：2017-03-30

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300107）、江蘇省自主創(chuàng)新專項(xiàng)（CX（16）1001）、江蘇省農(nóng)業(yè)支撐項(xiàng)目（BE2015340）、揚(yáng)州大學(xué)“高端人才支持計(jì)劃”項(xiàng)目、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

聯(lián)系方式：李春燕，E-mail：licy@yzu.edu.cn。楊景，E-mail：1107724580@qq.com。李春燕和楊景為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者郭文善，Tel：0514-87979339；E-mail：guows@yzu.edu.cn