不同防凍劑處理對小麥生理特征和產(chǎn)量的影響

文廷剛， 楊文飛， 王偉中， 杜小鳳， 吳傳萬， 顧大路， 吳雪芬， 錢新民

(江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001)

?

不同防凍劑處理對小麥生理特征和產(chǎn)量的影響

文廷剛， 楊文飛， 王偉中*， 杜小鳳， 吳傳萬， 顧大路， 吳雪芬， 錢新民

(江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001)

[目的]探索春季凍害下防凍劑處理對小麥生理特征和產(chǎn)量等的影響。[方法]以‘淮麥30’和‘濟麥22’為材料，分析防凍劑1號和美洲星對不同抗寒性小麥品種生理特征和產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。[結(jié)果]春季凍害下，防凍劑1號和美洲星處理能顯著提高‘淮麥30’和‘濟麥22’的葉綠素和游離脯氨酸含量，增加SOD活性，降低MDA含量，提高品種的抗寒能力。處理間，防凍劑1號和美洲星無顯著差異。同時，‘淮麥30’和‘濟麥22’的穗粒數(shù)、千粒重和地上部分生物量均較對照顯著增加，進而提高了小麥的產(chǎn)量和收獲指數(shù)。[結(jié)論]在春季凍害下，噴施防凍劑1號和美洲星均能提高小麥抗寒性并能提高小麥產(chǎn)量。

防凍劑；小麥；生理特征；產(chǎn)量

春季低溫凍害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害，會影響小麥的生長發(fā)育最終導(dǎo)致減產(chǎn)，因此提高小麥抗寒能力對于小麥的生長發(fā)育具有重要意義[1]。隨著全球氣候變暖，我國出現(xiàn)冬暖春寒的現(xiàn)象更頻繁，從而導(dǎo)致小麥春季凍害不斷發(fā)生?！暗勾汉笔浅Ｒ姷拇杭镜蜏貎龊Γ喟l(fā)生于3月中旬至4月中上旬，其對小麥穗分化和產(chǎn)量形成有嚴(yán)重影響。凍害不僅能引起小麥生理活動障礙，致其生長發(fā)育延緩，甚至出現(xiàn)死亡，還對小麥的生長發(fā)育和生產(chǎn)管理構(gòu)成不利影響，嚴(yán)重影響小麥的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)[2]。筆者選擇抗寒性不同的2個小麥品種‘淮麥30’(弱春性)和‘濟麥22’(半冬性)，研究了春季低溫凍害下，防凍劑處理對不同抗寒性小麥品種的生理指標(biāo)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，以期為小麥抗低溫逆境生產(chǎn)和凍害后小麥的減災(zāi)栽培調(diào)控提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2014～2015年在淮安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新科技園區(qū)內(nèi)進行。供試小麥品種為‘淮麥30’(弱春性)和‘濟麥22’(半冬性)；供試藥劑為防凍劑1號(由淮安市農(nóng)科院提供)、美洲星(由安徽省神農(nóng)農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司提供)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3個處理，分別為防凍劑1號200倍液噴施(處理①)，美洲星300倍液噴施(處理②)和清水對照(CK)，3個重復(fù)。藥劑噴施時間為2015年4月6日(冷空氣來前24 h)。小區(qū)面積為2 m×7 m，噴藥量為100 ml/m2。防凍劑處理的日平均溫度見圖1。小麥于2014年10月24日播種，基本苗為2.46×106株/hm2。播前深翻并施入純N 120 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2；拔節(jié)期追施純N 120 kg/hm2，氮肥為尿素。其他管理同大田高產(chǎn)栽培措施。

1.3 取樣方法與測定項目

小麥處理后，選擇長勢一致、無病蟲危害的單莖進行標(biāo)記，用于葉綠素含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量的測定。從處理后5 d開始，每隔10 d取樣并測定相關(guān)指標(biāo)，總共3次。成熟期每小區(qū)取樣進行室內(nèi)考種和產(chǎn)量考查。葉綠素含量：于處理后5、15、25 d，在每小區(qū)分別選取5個標(biāo)記單莖，用丙酮提取法[3]測定小麥旗葉中部的葉綠素含量;脯氨酸含量：于處理后5、15、25 d，在每小區(qū)分別選取5個標(biāo)記單莖，采用磺基水楊酸提取比色法測定[4]；SOD活性：分別在小麥處理后5、15、25 d，每小區(qū)選取標(biāo)記單莖且大小均勻的旗葉5片，用液氮速凍后保存于-40 ℃低溫冰箱，采用氮藍四唑(NBT)法測定[5]；MDA含量：于處理后5、15、25 d，在每小區(qū)分別選取5個標(biāo)記單莖，采用硫代巴比妥酸法測定[6]；小麥成熟收獲前1 d于每小區(qū)選取1 m2樣點，從中選取代表性麥穗20個，計算平均穗粒數(shù)。收獲時每小區(qū)收獲1 m2的樣點5個，計算產(chǎn)量和成穗數(shù)。對各樣點曬干的子粒測定千粒重。統(tǒng)計地上部分生物量并計算收獲指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2003和SPSS16.0分析軟件進行數(shù)據(jù)的計算分析并作圖，用LSD(Least significant difference)法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同防凍劑處理對小麥葉綠素含量的影響

由圖2可見，防凍劑處理能顯著增加2個小麥品種的葉綠素含量。處理后5 d和15 d ，防凍劑1號和美洲星處理的‘淮麥30’和‘濟麥22’葉綠素含量均顯著高于對照(P<0.05)。處理后25 d，防凍劑處理的2個小麥葉綠素均有增加，但未達顯著水平。2個處理間效果無顯著差異。表明防凍劑1號和美洲星處理能增加2個小麥品種的葉綠素含量，提高小麥光合作用，增強小麥的抗寒能力。

2.2 不同防凍劑處理對小麥葉片脯氨酸含量、SOD活性和MDA含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)一種重要的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境脅迫下能保護植物免受外界脅迫傷害[7]。由圖3可知，2個小麥品種脯氨酸含量均呈逐漸下降的趨勢。防凍劑1號和美洲星處理顯著提高了2個小麥品種葉片中脯氨酸的含量。品種間，‘濟麥22’葉片中脯氨酸含量顯著高于‘淮麥30’，說明前者較后者抗寒性更好。處理間，防凍劑1號和美洲星對2個品種脯氨酸含量的影響無顯著差異。SOD是逆境脅迫下植物重要的抗氧化酶之一，在生物體內(nèi)具有清除氧自由基的作用，減少活性氧對細(xì)胞的傷害[8]。由圖4可知，2個小麥品種SOD活性均呈先增后降的趨勢。防凍劑1號和美洲星處理對2個小麥品種的SOD活性均明顯提高，其中以處理后15 d和25 d增加顯著，而處理間無顯著差異。MDA是植物在逆境脅迫中產(chǎn)生的大量自由基所造成膜脂過氧化的最終產(chǎn)物。MDA含量的大小可以反映出植物抗性強弱[9]。由圖5可知，‘淮麥30’和‘濟麥22’遭凍害脅迫后，葉片MDA含量逐漸增加，而防凍劑處理顯著降低了兩者葉片MDA含量。

可見，防凍劑1號和美洲星處理均能顯著提高2個小麥品種的脯氨酸含量和SOD活性，并降低MDA含量，從而保護小麥免受凍害脅迫傷害，維護體內(nèi)細(xì)胞正常生理活動，提高了抵抗凍害的能力。

2.3 不同防凍劑處理對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

從表1可以看出，防凍劑1號和美洲星處理對2個小麥品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著影響。兩防凍劑對‘淮麥30’和‘濟麥22’的成穗數(shù)均有增加，但未達顯著水平(P>0.05)，而穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量和地上部分生物量均較對照極顯著增加(P<0.01)。同時，各處理還顯著增加了2個小麥品種的收獲指數(shù)。表明防凍劑1號和美洲星處理能顯著改善‘淮麥30’和‘濟麥22’的產(chǎn)量構(gòu)成因素，有利于產(chǎn)量增加和收獲指數(shù)提高。

表1 不同防凍劑處理對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同大小寫字母分別表示差異達0.01和0.05顯著水平。

3 結(jié)論與討論

(1)春季凍害多發(fā)生于3月上中旬至4月上中旬，“倒春寒”是指春天氣溫日漸回暖的時候突然出現(xiàn)較強冷空氣，導(dǎo)致外界氣溫突然猛烈降低并持續(xù)這種低溫天氣數(shù)天的現(xiàn)象[10]。該試驗中，2014年4月7日最低氣溫達到0 ℃，低溫持續(xù)了3 d，達到了生理意義上的低溫。根據(jù)天氣預(yù)報在低溫發(fā)生前的24 h進行了防凍劑處理。

(2)該試驗中，防凍劑1號和美洲星均顯著增加了‘淮麥30’和‘濟麥22’的葉綠素含量，表明防凍劑處理能夠促進2個小麥品種葉綠素的合成，增強葉片光合作用，提高小麥植株抗寒能力，減少小麥遭受凍害的損傷。此外，該研究結(jié)果表明，防凍劑1號和美洲星處理能顯著提高2個小麥品種葉片中脯氨酸含量和SOD活性，并顯著降低葉片中MDA含量。因此，防凍劑處理能通過提高2個小麥品種葉綠素和游離脯氨酸含量、SOD活性，并降低MDA含量，顯著增強小麥抵抗凍害脅迫的能力，維護體內(nèi)細(xì)胞正常生理活動，減少低溫凍害對小麥植株的損傷。

(3)該試驗結(jié)果還顯示，防凍劑1號和美洲星處理能增加2個小麥品種的成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、地上部分生物量，從而提高產(chǎn)量和收獲指數(shù)，表明防凍劑能增強小麥植株抵御凍害的能力，保持植株正常的生長發(fā)育。因此，在小麥實際生產(chǎn)中，通過提前噴施防凍劑可顯著增加小麥葉綠素含量、游離脯氨酸含量和SOD活性，降低MDA含量，從而提高小麥的抗寒能力。

[1] 張亞琳，衣瑩，林鳳，等.低溫脅迫對小麥族物種抗寒生理的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，43(4)：406-410.

[2] 徐雯，楊景，鄭明明，等.低溫對小麥植株形態(tài)、生理生化的影響及其防御研究[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報，2013，29(2)：62-67.

[3] 高海濤，王育紅，孟戰(zhàn)贏，等.超高產(chǎn)小麥產(chǎn)量及旗葉生理特性的研究[J].麥類作物學(xué)報，2010，30(6)：1080-1084.

[4] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5] 劉艷陽，李俊周，陳磊，等.低溫脅迫對小麥葉片細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物及相關(guān)酶活性的影響[J].麥類作物學(xué)報，2006，26(4)：70-73.

[6] 陳禹興，付連雙，王曉楠，等.低溫脅迫對冬小麥恢復(fù)生長后植株細(xì)胞膜透性和丙二醛含量的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，41(10)：10-16.

[7] 李春燕，李東升，宋森楠，等.小麥階段性凍害的生理機制及預(yù)防途徑研究進展[J].麥類作物學(xué)報，2010，30(6)：1175-1179.

[8] 李春燕，陳思思，徐 雯，等.苗期低溫脅迫對揚麥16 葉片抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報，2011， 37(12)： 2293-2298.

[9] 康國章，岳彩鳳，彭慧芳，等.凍害脅迫對小麥葉片抗寒生理生化指標(biāo)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40(12)：56-60.

[10] 王延訓(xùn)，孔慶濤，劉金良，等.小麥遭遇倒春寒的防御與補救措施[J].中國種業(yè)，2008(9)：62-63.

Effect of Different Antifreeze Treatment on the Physiological Characteristics and Yield of Wheat

WEN Ting-gang,YANG Wen-fei,WANG Wei-zhong*et al

(Huaiyin Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai Area of Jiangsu,Huai’an,Jiangsu 223001)

[Objective]The paper was in order to explore the influence of different antifreeze treatment on the physiological characteristics and yield of wheat.[Method]The wheat varieties ‘Huaimai 30’and ‘Jimai 22’ were adopted to investigate the effects of different antifreeze on the changes of physiological characteristics and grain yield as well as its components in different wheat cultivars.[Result]The results showed that under freezing stress,the antifreeze NO.1 and Meizhouxing could significantly raise the chlorophyll content and proline content,increase SOD activity,decrease MDA content,thereby increasing the cold resistance capability of ‘Huaimai 30’and ‘Jimai 22’.Compare the two treatments,the antifreeze NO.1 and Meizhouxing had no significant difference.Meanwhile,the grain number per spike,1 000-grain weight and aboveground biomass of ‘Huaimai 30’and ‘Jimai 22’ were enhanced significantly by antifreeze,thus increasing the yield and harvest index of wheat.[Conclusion]The antifreeze NO.1 and Meizhouxing applied under freezing stress could enhance the cold resistance and improve the production of wheat.

Antifreeze; Wheat; Physiological characteristics; Yield

淮安市科技支撐計劃(農(nóng)業(yè))項目(SN13067)；國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-3-2-13)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203033-07)；江蘇省農(nóng)業(yè)三項工程[SXGC(2013)341]。

文廷剛(1983- )，男，重慶人，助理研究員，碩士，從事植物生長調(diào)節(jié)劑研發(fā)及作物栽培與生理研究。*通訊作者，研究員，從事植物生長調(diào)節(jié)劑研發(fā)及作物栽培與生理研究。

2015-11-20

S 482.8+99

A

0517-6611(2015)35-032-03