雨養(yǎng)條件下施氮水平對冬小麥小花發(fā)育與結(jié)實(shí)的影響

王玉竹 尹燕枰 李勇 王振林

摘要：采用大田小區(qū)試驗(yàn)，以冬小麥品種山農(nóng)20為材料，探討雨養(yǎng)條件下（只澆底墑水，保證小麥能夠正常出苗）氮素水平為0 （N0）、240（N1）、360 （N2） kg/hm2的處理對冬小麥穗基部、中部、頂部小花發(fā)育動態(tài)、結(jié)實(shí)率及籽粒產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，增施氮肥顯著提高了小麥不同穗位可孕花數(shù)量，增加了不同穗位平均結(jié)實(shí)粒數(shù)；增施氮肥能夠促進(jìn)穗花發(fā)育，延長穗花發(fā)育時間，小麥穗粒數(shù)及產(chǎn)量均顯著提高，且以N1處理的產(chǎn)量最高。

關(guān)鍵詞：冬小麥；小花發(fā)育；結(jié)實(shí)特性；雨養(yǎng)；氮肥

中圖分類號：S512.106.2文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）09-0077-07

AbstractWith winter wheat variety Shannong 20 as material， the effects of different nitrogen levels， 0 （N0）， 240 （N1）， 360 （N2） kg/hm2， on developmental dynamics and setting rate of florets on different parts of spikes （basal， central， apical） and grain yield were studied under rain fed conditions through field plot experiments. The results indicated that increasing N fertilizer significantly improved the number of fertile florets on different parts of spikes and increased the average setting rate. It also induced the floret development and prolonged the floret development time. Thus， the kernels per spike and grain yield were significantly increased， and N1 treatment owned the highest yield.

KeywordsWinter wheat； Floret development； Grain setting； Rain fed； Nitrogen fertilizer

小麥籽粒產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、粒重、穗粒數(shù)決定。提高穗粒數(shù)，增加單位面積籽粒數(shù)，是提高小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵途徑之一[1-3]。小麥穗粒數(shù)的形成進(jìn)程包括小花分化、發(fā)育、退化和結(jié)實(shí)等生理過程[4]。因此，研究小麥穗粒數(shù)形成的生理機(jī)制及其對栽培調(diào)控的響應(yīng)，對高產(chǎn)品種選育、小麥生育期栽培管理等具有重要理論參考意義。前人研究認(rèn)為小麥拔節(jié)-孕穗期，尤其幼穗分化處于藥隔期至四分體形成期，是小麥對外界環(huán)境、土壤水肥等條件敏感期[5-7]。水分虧缺抑制小麥莖稈生長，減少綠葉面積，降低葉綠素含量[8]，降低光合速率[9]，從而影響干物質(zhì)積累[10]。水分虧缺顯著降低小麥穗軸大小維管束數(shù)目及面積[11]，且加速小麥小花發(fā)育，使小花的兩極分化提前，導(dǎo)致可孕花數(shù)減少，降低結(jié)實(shí)率[12]，顯著降低穗粒數(shù)[13]。申海兵等研究發(fā)現(xiàn)灌水可顯著增加穗頸維管束數(shù)目，提高總小穗數(shù)和結(jié)實(shí)小穗數(shù)[14]。氮素營養(yǎng)是影響小麥產(chǎn)量的重要因子，通過氮肥運(yùn)籌措施可以改善水分虧缺下小麥植株發(fā)育情況[15]。水分逆境下增施氮肥可提高葉片谷氨酰胺合成酶及蔗糖合成酶活性，促進(jìn)氨基酸的轉(zhuǎn)化合成[16]。水分虧缺下增施氮肥可顯著提高穗粒數(shù)，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量[17]。氮肥對小麥穗粒數(shù)及產(chǎn)量調(diào)控的研究已有報道，但氮肥處理對小麥不同穗位小花發(fā)育動態(tài)、形態(tài)變化及結(jié)實(shí)特性影響的研究尚缺乏。本試驗(yàn)在大田條件下，選用山農(nóng)20為試驗(yàn)材料，設(shè)置雨養(yǎng)條件（只澆底墑水，保證小麥能夠正常出苗）下，研究不同氮素水平對小麥穗基部、中部、頂部小花發(fā)育動態(tài)、形態(tài)變化的影響，以期為小麥小花發(fā)育調(diào)控提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計

試驗(yàn)于2013-2014和2014-2015年度在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)泰安農(nóng)學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤為棕壤土，耕層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量14.76 g/kg、全氮1.24 g/kg、銨態(tài)氮6.06 mg/kg、硝態(tài)氮12.79 mg/kg、速效磷9.6 mg/kg、速效鉀85.30 mg/kg。供試小麥品種為山農(nóng)20。雨養(yǎng)條件下設(shè)置3個氮肥處理，氮肥為尿素，用量（按純氮計）分別為：0（N0）、240（N1）、360（N2）kg/hm2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)面積為9 m2，每處理間設(shè)置1 m隔離帶。播種前施入基肥50%氮肥量、P2O5 100 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2，拔節(jié)期追施另50%氮肥。其它如除草、除蟲等田間管理同一般高產(chǎn)田。

1.2測定項(xiàng)目與方法

1.2.1試驗(yàn)田小氣候與小麥生育期積溫計算小麥生育期月平均氣溫和降雨量的動態(tài)變化如圖1所示。從小麥播種開始到成熟收獲結(jié)束，于田間設(shè)置ZDR-20溫度記錄儀，每隔1 h記錄溫度數(shù)據(jù)。

1.2.2小麥穗取樣及顯微結(jié)構(gòu)觀察于返青期（3月7日）開始取樣，每隔3天取樣一次，在顯微鏡下解剖觀察確定二棱初期，隨后便到達(dá)頂小穗形成期。從頂小穗形成期到開花期，每隔兩天取樣一次，每處理取10個主莖穗子，解剖并在Nikon顯微鏡下觀察，記載分化小花數(shù)及小花發(fā)育階段。

參照Waddingtion（1983）的方法解剖觀察記載分化小穗數(shù)、不同穗位小穗分化小花數(shù)及小花的發(fā)育階段[19]。其小花發(fā)育階段的劃分是從小花原基分化期W3.5開始，到W10（柱頭具有接受花粉的能力），基于雌蕊的發(fā)育。當(dāng)小花發(fā)育到W10或者將近W10時被認(rèn)為是可孕小花。穗分為基部（基部4個小穗）、中部、頂部（頂端4個小穗），穗中小花的命名參照González等（2003）[20]，按照F1-Fn（同一小穗中距離穗軸的遠(yuǎn)近，距離穗軸最近的為F1，最遠(yuǎn)的為Fn）。結(jié)實(shí)率（%）為成熟期結(jié)實(shí)粒數(shù)占花期可孕花的百分比。

1.2.3掃描電鏡制樣方法于二棱期每處理剝?nèi)?個小麥幼穗，4%戊二醛前固定，0.1 mol/L磷酸緩沖液沖洗，1%鋨酸后固定，0.1 mol/L磷酸緩沖液沖洗，醋酸異戊酯過渡，梯度乙醇脫水，采用日立HCP-2型CO2臨界點(diǎn)干燥儀干燥。臨界點(diǎn)干燥后將樣品粘到樣品臺上，用JFC-1100型離子濺射儀進(jìn)行鍍金膜，最后用JSM-6610A 掃描電鏡A JSM-6610A （JEOL，Japan，5000 ×，20 kV）進(jìn)行觀察攝像。

1.2.4小麥結(jié)實(shí)特性與產(chǎn)量測定小麥成熟后每處理收獲1 m2 ，統(tǒng)計穗數(shù)，脫粒后于60℃下烘干至恒重稱重，計算產(chǎn)量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

小麥籽粒產(chǎn)量為2年度數(shù)據(jù)，而小花發(fā)育進(jìn)程、結(jié)實(shí)特性、花期穗干重均為2014-2015年度數(shù)據(jù)。

用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，用Sigma 10.0軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1小花發(fā)育階段的劃分

如表1所示，小麥小花發(fā)育分為W2.5-W10等14個階段，每階段對應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示。a-e、f-k分別為掃描電鏡與Nikon顯微鏡下拍攝的小花發(fā)育各個時期的照片。

2.2雨養(yǎng)條件下不同氮素水平對小花發(fā)育動態(tài)的影響

分析結(jié)果表明，穗基部、中部、頂部1、2位小花，穗中部3位小花均能發(fā)育到或接近W10時期，即為可孕小花（圖3-a1、a2、b1、b2、c1、c2、b3）。N1、N2處理穗基部和頂部的3位小花均能夠正常發(fā)育（圖3-a3、c3）。增施氮肥對不同穗位的1、2位小花及穗中部3位小花的發(fā)育影響不顯著，而增施氮肥后提高了穗頂部及基部3位小花的發(fā)育程度。4位小花在W7.92時期發(fā)育停止（圖3-b4），但施氮顯著提高了小花的發(fā)育程度，N1及N2處理的4位小花發(fā)育均接近W8時期，表明增施氮肥可減緩水分虧缺對小花發(fā)育的影響。穗頂部4位小花均不能夠正常發(fā)育，但N1處理的小花發(fā)育程度顯著高于其它2個處理（圖3-c4）。

2.3雨養(yǎng)條件下不同氮素水平對不同穗位的可孕小花數(shù)、結(jié)實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的影響

2.3.1不同穗位的可孕小花數(shù)由表2看出，雨養(yǎng)條件下，不同穗位的平均可孕小花數(shù)表現(xiàn)為穗中部最多。N1、N2處理的穗頂部、中部、基部可孕小花數(shù)量顯著高于N0處理，N1處理高于N2處理，但差異不顯著?？梢姡m量增施氮肥可顯著提高花期平均可孕小花數(shù)量。

2.3.2不同穗位的結(jié)實(shí)粒數(shù)試驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，N1處理的穗中部、基部最終平均結(jié)實(shí)粒數(shù)顯著高于N0、N2處理，但N1、N2處理的穗頂部之間差異不顯著，N0、N2處理的穗中部、基部之間差異不顯著?？梢?，N1處理顯著增加了穗中部、基部的最終結(jié)實(shí)粒數(shù)。

2.4雨養(yǎng)條件下不同氮素水平對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表5可以看出，雨養(yǎng)條件下，N1、N2處理的公頃穗數(shù)之間差異不顯著，但顯著高于N0處理，這是因?yàn)橛牮B(yǎng)減少了小麥分蘗數(shù)。隨施氮量增加，穗粒數(shù)及產(chǎn)量之間差異顯著，均以N1處理最高，N0處理最低。N1、N2、N0處理之間千粒重差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），且N1、N2處理均低于N0處理。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在雨養(yǎng)條件下增施氮肥延長了穗發(fā)育時間，在花期產(chǎn)生更多的可孕花，提高了小花的發(fā)育程度，這進(jìn)一步證實(shí)氮肥能有效影響小花發(fā)育速率和小花原基死亡率[21]。不施氮縮短了穗發(fā)育時間，降低了花期可孕花數(shù)及最終平均結(jié)實(shí)粒數(shù)。這是因?yàn)樵谇o伸長時期穗的生長對可孕花的建成至關(guān)重要[22-24]。穗發(fā)育的時間越長，則會形成更多的可孕花，進(jìn)而增加穗粒數(shù)[25， 26]。在現(xiàn)階段研究中，已經(jīng)確定在小麥生長早期增施氮肥能夠增加粒數(shù)[27-29]，本研究創(chuàng)新之處是產(chǎn)生這種結(jié)果是由于增加了不同穗位可孕小花數(shù)及可孕小花結(jié)實(shí)率。本試驗(yàn)結(jié)果表明氮肥處理顯著增加了不同穗位可孕小花數(shù)成粒，尤其增加了F3、F4成粒。通過增加營養(yǎng)供應(yīng)，提高了小花的發(fā)育速率，決定了更遠(yuǎn)端小花達(dá)到可孕階段并且結(jié)實(shí)的可能性提高，這種差異發(fā)生在不同穗位，進(jìn)而反映整個穗部。這對理解小花的發(fā)生、存活動態(tài)對基因型和環(huán)境因素影響小麥產(chǎn)量的決定因素有一個更廣泛的感知[30]。

相關(guān)研究表明小花的死亡發(fā)生在穗生長速率最大時，因此，通常認(rèn)為穗的生長決定了正常發(fā)育的小花數(shù)量[31-33]，高產(chǎn)小麥育種的成功支持了這一假設(shè)，因?yàn)槠渲饕腔谠黾用科椒矫椎牧?shù)[34]，而這與在小花原基階段穗部干物質(zhì)的增長有關(guān)[33， 34]。González等（2011）研究結(jié)果表明，中部小穗小花原基與穗生長期間供應(yīng)同化物的增加有關(guān)[29]。Bancal （2008、2009）則認(rèn)為小花開始死亡或許只是一個純粹的發(fā)育過程而已，并且中部小穗的小花是否能夠發(fā)育為可孕小花與中部小穗F1的發(fā)育階段有關(guān)，與同化物的供應(yīng)無關(guān)，穗中部F1發(fā)育到W8時，小花死亡開始[35， 36]。

然而通過分析光周期和遮蔭對小花發(fā)育的影響，結(jié)果表明小穗中間位置的小花原基的發(fā)育和穗生長時期增加的同化物有密切關(guān)系[21] 。這進(jìn)一步表明，小穗中間位置的小花原基的發(fā)育受同化物有效性的影響。因此，產(chǎn)量對氮肥的響應(yīng)通常與粒數(shù)的增長有關(guān)，粒數(shù)的增長是通過增加其生長作為對氮肥的一個直接響應(yīng)，在小花死亡期間，能夠通過影響作物生長的環(huán)境或者營養(yǎng)因素來獲得相同的響應(yīng)。

總之，增施氮肥提高了3、4位小花的發(fā)育程度，增加了不同穗位花期可孕花數(shù)及最終結(jié)實(shí)粒數(shù)，進(jìn)而增加了產(chǎn)量。

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