播期對(duì)小麥品系3015花后籽粒氮、磷、鉀含量變化的影響

未志源,梅沛沛,薛香,郜慶爐

（1.河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南新鄉(xiāng)453003）

播期對(duì)小麥品系3015花后籽粒氮、磷、鉀含量變化的影響

未志源1,2,梅沛沛1,2,薛香1,2,郜慶爐1,2

（1.河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南新鄉(xiāng)453003）

試驗(yàn)于2015—2016年在河南科技學(xué)院喬榭試驗(yàn)田進(jìn)行,以小麥品系3015為研究對(duì)象,設(shè)置3個(gè)不同的播期,研究在不同播期條件下小麥灌漿過程中籽粒氮、磷、鉀含量的動(dòng)態(tài)變化.結(jié)果表明：不同播期對(duì)小麥品系3015產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為：早播＞晚播＞中播.籽粒中磷的含量差異顯著,中播比早、晚播含量分別高9.2%、7.4%；鉀素含量早播明顯高于中、晚播,分別高79.7%、157.9%,差異達(dá)極顯著水平；灌漿過程中,花后31 d之前小麥籽粒氮素含量在3個(gè)播期之間差異極顯著,隨著生育期的延長其差異逐漸降低,在花后24 d,小麥籽粒中氮素含量早播比中、晚播分別高2.3%、14.5%,且存在極顯著差異.建議小麥品系3015早播,以提高產(chǎn)量和品質(zhì).

播期；小麥；灌漿期；氮磷鉀養(yǎng)分

Abstract:The experiment was carried out in 2015―2016,at Qiaoxie experiment field,in Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang.To investigate effects of sowing date on dynamic changes of grain nitrogen,phosphorus and potassium contents during grain filling period in wheat line 3015,three wheat sowing dates with wheat line 3015 were designed as the research object.The main results showed that,the effects of sowing date on wheat grain yield came out in the order that early sowing＞late sowing＞middle sowing.The content of phosphorus in grain was significantly different among three sowing dates,there the content of phosphorus in the middle sowing date were 9.2%and 7.4% higher than that in early sowing and late sowing,respectively.The content of potassium in grain were 79.7%and 157.9%higher than that in early sowing and late sowing,respectively,and the difference reached significant levels. During grain filling,the grain nitrogen content of wheat was significantly different among the three sowing dates, especially in 31 days after anthesis,and the difference gradually decreased with the plant growth.On the 24 d after anthesis,nitrogen content was 2.3%and 14.5%higher than that in middle and late sowing,respectively,and the differences were significant.Therefore,wheat line 3015 was suggested to sow early in order to improve its yield and quality.

Key words:sowing date；wheat；grain filling；NPK nutrients

小麥種植面積占世界谷類作物總面積的1/3左右,總產(chǎn)量占糧食的1/4,是世界上40%人口的主食[1].選育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥品種對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的提高至關(guān)重要[2].

氮素可以調(diào)節(jié)籽粒中蛋白質(zhì)的含量,還會(huì)影響其加工品質(zhì)[3-4].作物光合作用的產(chǎn)物最終形態(tài)為干物質(zhì),其積累、分配及其運(yùn)轉(zhuǎn)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成密切相關(guān)[5-9].吸氮量的增長速率是前期高而后期低,施氮量影響收獲期總吸氮量和籽粒吸氮量.小麥花后的營養(yǎng)器官氮素水平是決定產(chǎn)量、籽粒氮素累積量和蛋白質(zhì)含量的重要構(gòu)成因素[10-11].

磷作為植物必需的大量營養(yǎng)元素以及其提高植物抗逆性等作用已經(jīng)被證實(shí)[12-14].籽粒中的磷含量高于葉片,葉片高于根系.籽粒中吸磷量變化差異并不明顯,隨著灌漿過程的進(jìn)行,累積的磷素不斷被稀釋,總量雖沒有明顯的變化,但濃度不斷下降[15].

鉀在植物適應(yīng)外界不良環(huán)境、激活酶活性、合成蛋白質(zhì)、提高產(chǎn)品品質(zhì)等方面具有很強(qiáng)的能力.在植物體內(nèi)的鉀含量（K2O）一般占干質(zhì)量的0.3%～5.0%,種子中鉀含量比較低,尤其是谷類作物種子鉀含量低于莖桿.鉀有助于增強(qiáng)旗葉磷酸蔗糖合成酶的活性,增加旗葉中蔗糖的含量,從而提高了灌漿期間籽粒中蔗糖的供應(yīng),增強(qiáng)了籽粒中蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性,加速了淀粉積累速率,提高了粒質(zhì)量和產(chǎn)量.吸鉀期主要在前期,抽穗期已達(dá)頂峰,此后不再吸收,這是小麥吸鉀的一個(gè)特點(diǎn)[16].

大量研究結(jié)果表明,從抽穗期到成熟期氮、磷、鉀各營養(yǎng)元素的積累呈上升趨勢(shì),但有關(guān)小麥花后灌漿過程中籽粒中的氮、磷、鉀含量的研究尚未見諸報(bào)道.為此,本試驗(yàn)選用小麥品系3015作為研究對(duì)象,研究不同播期下灌漿過程中小麥籽粒中氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累特點(diǎn),旨在探尋小麥花后氮、磷、鉀含量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,為小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015—2016年在河南新鄉(xiāng)河南科技學(xué)院喬榭試驗(yàn)田進(jìn)行.試驗(yàn)區(qū)氣候?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,光熱充沛,四季分明,土地肥沃.年平均氣溫14℃；7月最熱,平均氣溫27.3℃；1月最冷,平均氣溫0.2℃；最高氣溫42.7℃,最低氣溫-21.3℃.年均濕度68%,最大凍土深度280 mm.最大降雨量1 168.4 mm,最小降雨量241.8 mm,年平均降雨656.3 mm,最大積雪厚度395 mm,年蒸發(fā)量1 748.4 mm.6至9月份降水量最多,為409.7 mm,占全年降水量的72%,且多暴雨.全年最多風(fēng)向?yàn)闁|北東風(fēng),頻率為17.49%；次多風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng),頻率為12.3%.年平均風(fēng)速為2.45 m/s.無霜期220 d,全年日照時(shí)間約2 400 h.前作為玉米,試驗(yàn)地為中壤質(zhì)黃潮土,土層深厚.0—20 cm、20—40 cm耕層土壤基礎(chǔ)肥力狀況見表1.

表1 玉米播前0—20 cm、20—40 cm土壤基礎(chǔ)肥力Tab.1 Background properties ofsoil（0—20 cmand 20—40 cmdepth）before corn sowing

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為半冬性中筋中熟小麥品系3015,由河南科技學(xué)院遺傳統(tǒng)計(jì)教研室提供.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)不同的播期,分別為2015年10月9日、10月24、11月3日.隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),3次重復(fù),基本苗密度為20萬/667m2,田間管理采用大田常規(guī)管理辦法.早播開花時(shí)間為2016年4月11日,中播開花時(shí)間為2016年4月14日,晚播開花時(shí)間為2016年4月15日.開花后選擇長勢(shì)、長相、大小一致的麥穗掛牌標(biāo)記,開花后17 d開始取樣,每隔7 d取樣一次,每個(gè)播期取樣5次,直到完全成熟.

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 預(yù)處理挑選10穗小麥穗,每穗挑取中間部分20粒籽粒,共200粒.將挑取的籽粒于105℃殺青30 min,恒溫80℃烘干至恒質(zhì)量.用粉碎機(jī)粉碎后裝入密封袋低溫保存.

1.3.2.2 籽粒中氮、磷、鉀含量測(cè)定稱取0.100 0 g籽粒樣品于消煮管中,加入5 mLH2SO4,搖勻過夜（或至少反應(yīng)4 h以上）,待消煮.消煮前加入2 mL H2O2搖至充分反應(yīng)后,放入鋁模塊自動(dòng)消化裝置（X42A）中,溫度設(shè)置3個(gè)階段370℃、220℃、370℃,時(shí)間分別設(shè)置為50 min、50 min、50 min.消煮至所有液體清澈透明時(shí)才為消煮結(jié)束.待消煮液冷卻后,轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中定容,定容后使用定量濾紙將雜質(zhì)過濾保存,待測(cè)養(yǎng)分.用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀（TRAAS-2000）測(cè)定樣品中的氮、磷含量.用6400A火焰光度計(jì)測(cè)定樣品中的鉀含量.

1.3.2.3 考種小麥成熟后在每個(gè)小區(qū)計(jì)產(chǎn)帶區(qū)選取1 m行長的小麥植株,對(duì)其中5株小麥進(jìn)行考種.

1.3.3 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2016整理作圖,利用SAS8.1軟件進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期小麥產(chǎn)量及考種結(jié)果

不同播期下小麥3015的產(chǎn)量見圖1,考種結(jié)果見表2.

圖1 不同播期小麥籽粒產(chǎn)量Fig.1 Wheat grain yield at different sowingdates

由圖1可知,3個(gè)播期之間小麥3015的產(chǎn)量差異不顯著（P=0.837 5）,但早播小麥籽粒產(chǎn)量要比中播和晚播分別高9.0%、8.1%.

表2 不同播期小麥考種結(jié)果Tab.2 Analysis ofwheat test results at different sowingdates

由表2可知,小麥株高范圍為69.3～75.2 cm,早播小麥株高要比中、晚播小麥分別高5.9 cm、4.4 cm,并且差異達(dá)顯著水平,而中播和晚播小麥株高之間的差異并不顯著.穗下節(jié)間長、小穗數(shù)以及穗長在早播條件下均比中播和晚播好,且穗下節(jié)間長、小穗數(shù)和穗長在3個(gè)播期之間有顯著差異.穗下節(jié)間長、小穗數(shù)和穗長與產(chǎn)量有較高的相關(guān)性（r=0.927～0.974）.小麥莖稈倒1節(jié)間長度、倒2節(jié)間長度、小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量在3個(gè)播期之間差異均不顯著.

2.2 不同播期對(duì)灌漿過程中小麥籽粒氮、磷、鉀含量變化的影響

2.2.1 小麥籽粒氮含量在灌漿期的動(dòng)態(tài)變化不同播期下小麥3015灌漿過程中籽粒的氮含量見圖2.

圖2 不同播期小麥灌漿過程中籽粒的氮素含量Fig.2 Grain nitrogen content duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由圖2可知,灌漿過程中,花后31 d之前小麥籽粒氮素含量在3個(gè)播期之間差異極顯著,隨著生育期的延長其差異逐漸降低.隨著灌漿的推進(jìn),氮素含量呈現(xiàn)先下降后回升的趨勢(shì).在花后17 d中播氮素含量比早播、晚播高4.4%～4.5%,達(dá)到顯著差異（P=0.011 0）；在花后24 d氮素含量早播比中、晚播分別高2.3%、14.5%,早播、中播與晚播之間存在極顯著差異（P=0.006 4）；花后31 d到收獲3個(gè)播期的氮素含量均呈上升趨勢(shì),3個(gè)播期間差異均不顯著.

早播條件下灌漿過程中氮素含量的變化較為平穩(wěn),花后24 d以前的差異不顯著,在花后31 d氮素含量明顯下降,下降了20.9%,之后上升8.6%,但是上升幅度沒有顯著的差異；中播時(shí)開花后24 d前氮含量較高,花后31 d有所下降,下降12.8%,中播氮含量有極顯著的差異（P＜0.000 1）.

2.2.2 小麥籽粒磷含量在灌漿期的動(dòng)態(tài)變化不同播期下小麥3015灌漿過程中籽粒的磷含量見圖3.

圖3 不同播期小麥灌漿過程中籽粒的磷素含量Fig.3 Grain phosphorus content duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由圖3可知,3個(gè)播期的小麥籽粒中磷素的含量積累隨著灌漿期的延長呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),中播總體磷素含量比早播高9.2%,比晚播高7.4%,3個(gè)播期之間存在顯著性差異（P=0.048 3）；在灌漿過程內(nèi)磷素含量變化較為明顯,花后17 d的磷素含量最高達(dá)到了20.78 mg/kg,分別比花后24、31、38、45 d高24.6%、46.1%、77.2%、64.0%,3個(gè)播期5個(gè)不同的時(shí)間之間存在極顯著差異（P＜0.000 1）.花后17 d中播比早播、晚播磷素含量分別高11.1%、11.0%,花后24 d中播比早播、晚播磷素含量分別高16.8%、11.5%,但播期之間沒有顯著性差異（P花后17d=0.427 2,P花后24d=0.274 3）；花后31 d早播比晚播高14.4%,中播比晚播高23.8%,早播與中播之間沒有顯著性差異,中播與晚播之間有顯著性差異,花后31 d 3個(gè)播期之間有顯著性差異（P=0.0406）；花后38d、45d播期之間沒有顯著性差異（P花后38d=0.4028,P花后45d=0.2035）.

從播期來看,花后17、24、31 d中播的磷素含量都要高于早播和晚播,花后45 d中播的磷素含量要比早播和晚播低,花后38 d早、中、晚播的磷素含量均呈上升趨勢(shì),晚播含量最高.早播條件下花后24、31、38和45 d的磷素含量變化差異都不顯著.花后38 d,隨著時(shí)間的延長,磷素含量上升16.5%達(dá)到花后45 d的磷素含量,早播條件下灌漿過程中的差異達(dá)到了極顯著的水平（P=0.003 6）.中播花后17 d的磷素含量比花后24、31、38、45 d分別高22.5%、42.5%、86.2%、82.7%,花后45 d的磷素含量比花后38 d高1.9%,灌漿過程之間的變化差異達(dá)到了極顯著水平（P=0.003 1）.晚播花后45 d比花后38 d的磷素含量高6.5%,花后17、24 d以及31 d以后（含花后31 d）的變化差異存在顯著差異.

2.2.3 小麥籽粒鉀含量在灌漿期的動(dòng)態(tài)變化不同播期下小麥3015灌漿過程中籽粒的鉀含量見圖4.

圖4 不同播期小麥灌漿過程中籽粒的鉀素含量Fig.4 Grain potassiumcontent duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由圖4可知,早播鉀素總體含量最高,為13.2 mg/kg,晚播總體含量最低,為5.1 mg/kg,早播是中播鉀素總體含量的1.8倍,是晚播的2.6倍.在花后17 d,3個(gè)播期鉀素總體含量分別是花后24、31、38、45 d的1.5倍、2.2倍、2.4倍、2.7倍,3個(gè)播期之間灌漿過程中都有極顯著的差異（P＜0.000 1）.小麥籽粒中3個(gè)播期的鉀素含量積累隨著生育期的延長呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),晚播在花后31 d有所回升,與花后45 d相比回升了15.6%.在花后17 d,早播的鉀素含量要高于中播12.1%,是晚播鉀素含量的2.4倍,3個(gè)播期之間有極顯著的差異（P＜0.000 1）；花后24 d的早播與中播、晚播之間有明顯的差異,早播分別是中播、晚播鉀素含量的2.4倍、2.8倍,花后24 d,3個(gè)播期之間的差異變化為極顯著（P＜0.000 1）；花后31 d,小麥早播的鉀素含量是中播的2.2倍,是晚播的3.3倍,中播是晚播的1.5倍,3個(gè)播期之間存在著極顯著的差異（P＜0.000 1）；花后38 d播期之間差異極顯著（P＜0.000 1）,其中早播與中、晚播之間有明顯的差異,早播分別是中播、晚播的2.7倍、2.4倍,從花后31 d后到花后38 d鉀素含量有所回升.花后45 d同花后38 d的基本情況一致,早播分別是中播、晚播鉀素含量的2.3倍、2.1倍,晚播比中播的含量高了9.0%.

同一播期之間鉀素含量的差異也達(dá)到極顯著水平（P＜0.000 1）,早中晚播期的鉀素含量呈下降趨勢(shì),其中早播含量最高,其次是中播,晚播含量最低.早播花后17、24 d含量下降幅度較大,分別下降了15.3%、28.6%；中播花后17 d鉀素含量下降了60.3%,花后38 d和花后45 d的含量幾乎沒有變化；晚播花后31 d的含量要低于花后38 d和花后45 d,分別低16.5%、13.5%,花后38 d鉀素含量高于花后45 d 3.6%.同一播期灌漿過程中不同時(shí)期之間的差異均極顯著（P＜0.000 1）.

3 結(jié)論與討論

在本研究中,3個(gè)播期之間的產(chǎn)量從大到小依次為早播＞晚播＞中播,不同播期對(duì)實(shí)際產(chǎn)量的影響差異不顯著.早播產(chǎn)量較高是由于灌漿期前吸收的養(yǎng)分較多,灌漿后養(yǎng)分運(yùn)轉(zhuǎn)率高；中播與晚播之間的產(chǎn)量差異不顯著是因?yàn)闅夂蛟蚴归_花時(shí)間前后相差一天,而晚播株高比中播高,吸收到的光要多,光合時(shí)間要長,合成光合產(chǎn)物多,導(dǎo)致了晚播比中播產(chǎn)量要高的情況.影響產(chǎn)量高低的因素很多,氣候變化為主導(dǎo)因素,產(chǎn)量規(guī)律需要多年多點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.

各營養(yǎng)元素總體含量之間從大到小依次為氮、磷、鉀,這應(yīng)該與小麥營養(yǎng)吸收機(jī)制有關(guān).土壤肥力中最活躍的是氮因素,也是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的因子之一.本研究結(jié)果表明,氮素含量吸收在花后灌漿過程各時(shí)間段之間的趨勢(shì)為先下降后上升,但上升的差異不大,這與趙新春[16]研究結(jié)果相一致.作物對(duì)土壤氮素有很大的依賴性[17-20],據(jù)報(bào)道世界上糧食增產(chǎn)的50%左右取決于土壤氮素肥力[21].小麥籽粒的氮含量、磷含量在花后45 d時(shí)晚播條件下為最高,可能是由于小麥吸收的氮素還未全部轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)就收獲的原因.從植物生理角度來考慮,需要合理地調(diào)控植株體內(nèi)的氮素,使其營養(yǎng)生長階段達(dá)到群體最大的光合水平,將光合產(chǎn)物最大化地轉(zhuǎn)變?yōu)樽蚜．a(chǎn)量[16].在穗期適當(dāng)增加氮肥的施用,有利于提高氮肥的吸收利用、結(jié)實(shí)率及氮素收獲指數(shù),從而實(shí)現(xiàn)小麥的優(yōu)質(zhì)增產(chǎn).

植物體內(nèi)的磷以一種植素的物質(zhì)存在且含量較高,植素參與調(diào)節(jié)籽粒灌漿,其合成控制著種子中磷酸鹽的濃度,植素的形成會(huì)使磷酸鹽的濃度降低,從而保證了淀粉能夠順利合成.本研究中3個(gè)播期之間,晚播在收獲時(shí)期的磷素含量較高,早播比中播要高,花后灌漿期磷素的吸收呈現(xiàn)整體下降的趨勢(shì),在收獲期又有所上升,但上升幅度不大.趙新春[16]的研究中籽粒吸收磷素的量隨著灌漿期的推進(jìn)而逐漸下降,本研究結(jié)果與其相似.

鉀在植物體內(nèi)有很強(qiáng)的流動(dòng)性,隨著生長中心的轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移.鉀含量的提高有利于籽粒中色氨酸、蛋氨酸、淀粉和可溶性糖含量的提高,所以鉀素對(duì)籽粒的品質(zhì)有較大的影響.鉀素在灌漿過程中早播的含量明顯高于中播與晚播.早播的灌漿時(shí)間要比中播與晚播平均多3～4 d,有利于提高小麥產(chǎn)量與品質(zhì).

綜上所述,建議小麥品系3015早播,以提高產(chǎn)量和品質(zhì).但是氮、磷、鉀在小麥體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律還需要進(jìn)一步研究,以解釋小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的機(jī)理.

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（責(zé)任編輯：鄧天福）

Effects of sowing date on grain nitrogen,phosphorus and potassium contents in wheat line 3015 after anthesis

WEI Zhiyuan1,2,MEI Peipei1,2,XUE Xiang1,2,GAO Qinglu1,2
（1.School ofLife Science and Technology,Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Collaborative Innovation Center ofModern Biological Breeding,Henan Province, Xinxiang453003,China）

S512.1

A

1008-7516（2017）04-0009-06

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.04.002

2017-06-27

河南省作物學(xué)特色學(xué)科項(xiàng)目（教高[2015]1086號(hào)）

未志源（1993―）,男,河南安陽人,本科生.

薛香（1963―）,女,河南睢縣人,教授.主要從事遺傳育種教學(xué)與科研工作.