新疆春小麥光合生理特性及產(chǎn)量形成規(guī)律研究

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊市，830052)陳明

新疆春小麥光合生理特性及產(chǎn)量形成規(guī)律研究

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊市，830052)陳明

通過田間試驗(yàn)研究適于新疆北部種植的不同品質(zhì)類型的春小麥品種花后旗葉光合特性，探討不同品質(zhì)類型春小麥品種產(chǎn)量形成特點(diǎn)，以期為新疆專用優(yōu)質(zhì)小麥栽培以及品質(zhì)生態(tài)區(qū)域的劃分提供一定的理論基礎(chǔ)。采用單因子隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)8個(gè)品種處理，進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)。從開花至成熟，三種品質(zhì)類型春小麥葉面積指數(shù)由大到小依次為中筋＞強(qiáng)筋＞中強(qiáng)筋，雖然中強(qiáng)筋品種花后葉面積指數(shù)最低，但在灌漿后期光合速率、蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度均大于中筋和強(qiáng)筋品種，并且從衰減速率上看，中強(qiáng)筋品種葉片衰老速度最慢，從而使其獲得高產(chǎn)。中強(qiáng)筋品種穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均大于強(qiáng)筋和中筋品種，而穗數(shù)卻為最低。通過灰色關(guān)聯(lián)度分析，產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)序?yàn)樗肓?shù)（r=0.3 190）＞千粒重（r=0.3 156）＞穗數(shù)（r=0.3 037）。中強(qiáng)筋品種在灌漿后期保持較高的光合速率，葉面積持續(xù)期較長(zhǎng)，最終獲得最高產(chǎn)量。此外，本試驗(yàn)得出增加穗粒數(shù)和千粒重可以有效地促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

北疆；春小麥；光合生理特性；產(chǎn)量

小麥?zhǔn)鞘澜缛蠹Z食作物之一，在全世界擁有最大的種植面積和分布范圍，并且其總產(chǎn)量和貿(mào)易額均為最高。小麥不僅為人類提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且小麥作為國(guó)家重要的的儲(chǔ)備糧食，對(duì)滿足人們的糧食需求，提高城鄉(xiāng)居民物質(zhì)生活水平，保證社會(huì)安定，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有著十分重要的意義[1,2]。小麥品種高產(chǎn)的形成是一系列生理生化過程相互作用的結(jié)果[3]，其中光合作用及其碳氮代謝是小麥產(chǎn)量形成的主要生理基礎(chǔ)。已有大量研究證明了葉片光合速率與小麥籽粒產(chǎn)量的呈顯著正相關(guān)，在小麥生育后期，由于經(jīng)常受到高溫、干熱風(fēng)等不利因素的影響，容易造成小麥功能葉片的提前衰老，降低葉片光合速率，進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量[4]。薛香等認(rèn)為[5]，小麥旗葉寬度與光合速率呈正相關(guān)，而它的著生角度和長(zhǎng)度對(duì)冠層光合特性沒有明顯影響。我國(guó)小麥優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)還是一個(gè)十分薄弱的環(huán)節(jié)，新疆由于其特殊的地理位置和氣候條件，使其具備了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥的良好的資源條件，成為西北地區(qū)重要的小麥優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)[6,7]，但在小麥生產(chǎn)上仍存在一些問題，比如品種布局不合理、缺乏系統(tǒng)的高產(chǎn)栽培技術(shù)理論等等[8]。因此，研究新疆不同類型春小麥品種花后干物質(zhì)、可溶性糖及氮素積累動(dòng)態(tài)、光合特性變化以及品質(zhì)特性，探討其產(chǎn)量形成及品質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)不同類型春小麥合理栽培措施的選擇以及品質(zhì)生態(tài)區(qū)域的劃分具有重大的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本概況

試驗(yàn)于2010～2011年在昌吉州奇臺(tái)縣進(jìn)行。奇臺(tái)縣位于新疆維吾爾自治區(qū)東北部，昌吉回族自治州東部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)89°13′～91°22′，北緯42°25′～45°29′，地勢(shì)南北高、中間低，呈條狀馬鞍形，地貌類型可分為南部山區(qū)（丘陵）、中部平原、北部沙漠、東北部山地丘陵四大部分。屬中溫帶大陸性干旱半干旱氣候，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，春秋季節(jié)不明顯，氣候干燥。中部為沖積平原和沙漠戈壁區(qū)，宜農(nóng)耕地有200萬畝，實(shí)際耕地面積為150萬畝。年平均氣溫4.7℃，年平均降水量176mm，蒸發(fā)量2 141mm，無霜期約為156d，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 280～3 230h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010～2011年在昌吉州奇臺(tái)縣進(jìn)行，土壤地力均勻一致，前茬作物為保護(hù)性耕作小麥，試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，供試春小麥為新疆主栽品種“新春15號(hào)（中筋）、新春12號(hào)（中筋）、Y-20（強(qiáng)筋）、新春21號(hào)（強(qiáng)筋）、新春17號(hào)（中強(qiáng)筋）、新春26號(hào)（中強(qiáng)筋）、新春27號(hào)（中強(qiáng)筋）、新春6號(hào)（中強(qiáng)筋）”，每個(gè)品種設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積3×4=12m2，播種量525萬粒/hm2；春小麥行距20cm，播深3～4cm，播種期為4月中旬。試驗(yàn)區(qū)邊行設(shè)置保護(hù)行。大田常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)

1.3.1.1 春小麥主要光合特性測(cè)定

自開花期開始，對(duì)標(biāo)記的小麥植株測(cè)定其旗葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度，每個(gè)小區(qū)測(cè)定3株；同時(shí)測(cè)定旗葉SPAD值以及植株葉面積，每個(gè)小區(qū)測(cè)定10株。

1.3.1.2 春小麥產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)性狀測(cè)定

在每個(gè)小區(qū)的樣點(diǎn)外隨機(jī)選取植株10株，在室內(nèi)進(jìn)行考種。測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、每穗小穗數(shù)、小穗粒數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)和千粒重。小區(qū)產(chǎn)量實(shí)打?qū)嵤铡?/p>

1.3.2 春小麥主要光合特性測(cè)定方法

旗葉凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)等指標(biāo)，使用CIRAS-2型便攜式光合儀(英國(guó)PPSystems公司)測(cè)定，測(cè)定過程中光強(qiáng)為自然光，測(cè)定時(shí)間為上午10∶00～13∶30。旗葉SPAD值的測(cè)定采用日本產(chǎn)SPAD-502葉綠素儀；采用長(zhǎng)寬系數(shù)法進(jìn)行單株葉面積測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2003，DPS6.50對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并用Origin8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品質(zhì)類型春小麥品種光合生理特性差異

2.1.1 花后葉面積指數(shù)變化動(dòng)態(tài)

由圖1可知，不同品質(zhì)類型春小麥品種花后單株葉面積和葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致。不同類型春小麥品種之間進(jìn)行比較，從開花至成熟，三種品質(zhì)類型春小麥葉面積指數(shù)由大到小依次為中筋＞強(qiáng)筋＞中強(qiáng)筋，從葉片衰減速率來看，強(qiáng)筋＞中筋＞中強(qiáng)筋。各品種之間比較，隨著花后時(shí)間的推移，新春21號(hào)、新春12號(hào)、新春17號(hào)、新春26號(hào)和新春27號(hào)單株葉面積和葉面積指數(shù)均呈不斷下降的趨勢(shì)，而Y-20、新春15號(hào)和新春6號(hào)的葉面積高峰值出現(xiàn)時(shí)間略有推遲，大約出現(xiàn)在花后12d左右，其原因可能是這三個(gè)品種對(duì)氮肥反應(yīng)較為敏感，生育后期追施氮肥促進(jìn)了其葉面積的增長(zhǎng)。各品種從開花至花后24d，葉面積指數(shù)最大值由大到小依次為新春21號(hào)＞新春12號(hào)＞新春26號(hào)＞新春17號(hào)＞新春6號(hào)＞新春27號(hào)＞新春15號(hào)＞Y-20；從葉片衰減速率來看，新春17號(hào)葉片衰老最慢，Y-20葉片衰老最快。

圖1 花后單株葉面積及葉面積指數(shù)變化動(dòng)態(tài)

2.1.2 花后旗葉SPAD值變化動(dòng)態(tài)

三種品質(zhì)類型春小麥品種花后SPAD值均呈“低-高-低”的變化趨勢(shì)（圖2），除新春17號(hào)之外，其余品種均在花后12d達(dá)到最大值，新春17號(hào)則在花后18d左右達(dá)到最大值，幾乎所有品種在花后24dSPAD值開始迅速下降，其中新春6號(hào)下降幅度最大；從開花至成熟，三種品質(zhì)類型春小麥品種SPAD值大體表現(xiàn)為中筋＞中強(qiáng)筋＞強(qiáng)筋。

圖2 花后旗葉SPAD值變化動(dòng)態(tài)

2.1.3 花后旗葉凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，不同類型春小麥品種花后凈光合速率（Pn）花后變化動(dòng)態(tài)存在一定程度的差異，并且同一類型不同品種間變化趨勢(shì)也不同，在花后12d之前，不同類型春小麥品種間凈光合速率從大到小依次為中筋＞中強(qiáng)筋＞強(qiáng)筋，花后12d之后，則表現(xiàn)為中強(qiáng)筋＞中筋＞強(qiáng)筋，但總體呈下降的趨勢(shì)。強(qiáng)筋各品種自花后6d開始凈光合速率（Pn）持續(xù)下降；中強(qiáng)筋品種除新春6號(hào)之外，其余各品種花后凈光合速率（Pn）均呈單峰曲線變化，其中新春17號(hào)、新春26號(hào)在花后18d凈光合速率（Pn）達(dá)到最大值，之后開始下降，但新春17號(hào)下降相對(duì)緩慢，新春27號(hào)則在花后12d達(dá)到最大值；中筋品種新春12號(hào)花后凈光合速率（Pn）變化規(guī)律同強(qiáng)筋品種，新春15號(hào)在花后12d達(dá)到最大值。

不同類型春小麥品種蒸騰速率（Tr）變化動(dòng)態(tài)與凈光合速率（Pn）基本一致。新春15號(hào)，Y-20和新春21號(hào)花后蒸騰速率（Tr）自花后6d開始持續(xù)下降；新春6號(hào)，新春12號(hào)和新春26號(hào)在花后12d蒸騰速率（Tr）達(dá)到最大值，而新春17號(hào)和新春27號(hào)在花后18d蒸騰速率（Tr）達(dá)到最大值。不同品質(zhì)類型品種之間比較，在灌漿后期中強(qiáng)筋品種（Tr）最高，其次為中筋品種，強(qiáng)筋品種最低。

圖3 花后旗葉凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)動(dòng)態(tài)變化

2.1.4 花后旗葉胞間CO2濃度（Ci）和氣孔導(dǎo)度（Gs）動(dòng)態(tài)變化

從圖4可以看出，三種品質(zhì)類型春小麥品種花后氣孔導(dǎo)度（Gs）隨時(shí)間推移逐漸下降，而胞間CO2濃度（Ci）卻呈“高-低-高”的變化趨勢(shì)，不同類型春小麥品種進(jìn)行比較，花后12d，氣孔導(dǎo)度（Gs）基本表現(xiàn)為中強(qiáng)筋＞中筋＞強(qiáng)筋，而胞間CO2濃度（Ci）在不同類型品種間則未呈現(xiàn)出明顯規(guī)律。由以上分析可以說明，生育后期光合速率下降的原因并非氣孔因素造成，可能是因?yàn)槿~肉細(xì)胞自身光合能力下降，灌漿后期SPAD值降低，Gs也降低，必然導(dǎo)致光合能力下降，進(jìn)入氣孔的CO2并不能被完全利用，這可能也是胞間CO2濃度（Ci）后期升高的原因。

通過對(duì)旗葉花后光合特性的分析可以看出，在灌漿后期中強(qiáng)筋小麥之所以能保持較高的凈光合速率（Pn），可能是因?yàn)樵诨ê?2d后中強(qiáng)筋小麥氣孔導(dǎo)度（Gs）較高，促進(jìn)了蒸騰速率（Tr）的加快，而蒸騰速率（Tr）提高有利于葉片表面溫度降低，進(jìn)而促進(jìn)了凈光合速率（Pn）的提高。

圖4 花后旗葉氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）動(dòng)態(tài)變化

2.2 不同品質(zhì)類型春小麥品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表1可知，強(qiáng)筋、中筋、中強(qiáng)筋三種品質(zhì)類型穗粒數(shù)均值分別為41.43、41.37、45.53，千粒重均值分別為36.77g、40.77g、43.37g，穗數(shù)均值分別為480.5、492.0、413.0，產(chǎn)量均值分別為4 403.55kg/ hm2、5 483.61kg/hm2、5 548.61kg/hm2，由以上數(shù)據(jù)可以看出，中強(qiáng)筋品種穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均大于強(qiáng)筋和中筋品種，而穗數(shù)卻為最低。僅從表1并不能直觀的看出產(chǎn)量構(gòu)成因素間的差異以及與產(chǎn)量的關(guān)系大小，因此，可將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化，使各因素的單位統(tǒng)一以方便進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，從關(guān)聯(lián)矩陣（表2）可以看出，產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)序?yàn)樗肓?shù)（r=0.3 190）＞千粒重（r=0.3 156）＞穗數(shù)（r=0.3 037），通過以上分析表明，增加穗粒數(shù)和千粒重可以有效地促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

3 討論與小結(jié)

小麥產(chǎn)量提高的先決條件是具有良好功能的源，即以葉面積動(dòng)態(tài)變化為主要性狀指標(biāo)。在小麥品種改良過程中，旗葉光合能力和光合面積的同步協(xié)調(diào)改良是小麥產(chǎn)量持續(xù)增加的主要原因，而非光合能力的簡(jiǎn)單提高[10]。本研究表明，從開花至成熟，三種品質(zhì)類型春小麥葉面積指數(shù)由大到小依次為中筋＞強(qiáng)筋＞中強(qiáng)筋，雖然中強(qiáng)筋品種花后葉面積指數(shù)最低，但最后卻獲得最高產(chǎn)量，說明不能單一地根據(jù)葉面積動(dòng)態(tài)變化來判斷小麥產(chǎn)量的高低。

表1 不同類型春小麥品種產(chǎn)量及構(gòu)成因素

表2 不同類型春小麥品種產(chǎn)量及構(gòu)成因素關(guān)聯(lián)矩陣

保持較長(zhǎng)的光合速率高值持續(xù)期，是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑[11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，中強(qiáng)筋品種在灌漿后期光合速率、蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度均大于中筋和強(qiáng)筋品種，并且從衰減速率上看，中強(qiáng)筋品種葉片衰老速度最慢，從而使其獲得高產(chǎn)。這與前人的研究結(jié)果基本一致。

戴明宏等研究表明[12]，穗粒數(shù)和單位面積穗數(shù)是決定產(chǎn)量高低的主要因素，而粒重不能反應(yīng)出產(chǎn)量的高低。而本研究結(jié)果表明，中強(qiáng)筋品種穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均大于強(qiáng)筋和中筋品種，而穗數(shù)卻為最低。進(jìn)一步進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)序?yàn)樗肓?shù)（r=0.3 190）＞千粒重（r=0.3 156）＞穗數(shù)（r=0.3 037），由以上分析表明，增加穗粒數(shù)和千粒重可以有效地促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

通過以上分析可知，中強(qiáng)筋品種在灌漿后期保持較高的光合速率，葉面積持續(xù)期較長(zhǎng)，最終獲得最高產(chǎn)量。此外，本試驗(yàn)得出增加穗粒數(shù)和千粒重可以有效地促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

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S512.1+2

B

1008-0899（2015）12-0013-04