不同基因型冬小麥根系生長(zhǎng)及產(chǎn)量的差異

段國(guó)輝，田文仲，溫紅霞，張媛菲，彭紹峰，張少瀾，呂樹作，王海洋，高海濤

（洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院，河南洛陽(yáng)471022）

小麥根系是吸收水分、養(yǎng)分及合成多種生理活性物質(zhì)的重要器官，其生長(zhǎng)發(fā)育狀況直接影響著小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成；另一方面，根系是小麥獲取氮素的主要器官，發(fā)達(dá)的根系有利于植物從更廣闊的范圍內(nèi)攝取養(yǎng)分。隨著生產(chǎn)水平的不斷提高和栽培生理研究工作的不斷深入，人們對(duì)根系的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、建成規(guī)律、根系與地上部的關(guān)系、根系對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響以及根系信號(hào)等方面也開展了相關(guān)研究[1]，顯示根系生物量、根系體積、表面積、根系吸收水分、養(yǎng)分能力與籽粒產(chǎn)量有密切關(guān)系。對(duì)于小麥根系生長(zhǎng)狀態(tài)及特性研究，前人主要基于2種方法，土鉆取根法[2-7]和大型土柱法[8]，也有用玻璃管觀測(cè)和盆栽法[9,10]，而建立大型根池對(duì)小麥根系進(jìn)行研究的相對(duì)較少。鑒于此，本試驗(yàn)利用洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院小麥根池，通過(guò)研究不同基因型小麥根系生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，以期進(jìn)一步明確不同品種小麥根系形態(tài)特征、數(shù)量特征及生理特征的差異，及其與小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的相關(guān)性，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供重要指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用洛麥 22、洛麥 23、洛麥 24、新麥 18、矮抗58、偃展4110共6個(gè)品種為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)于2014—2015年在洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院根池中進(jìn)行，采用PVC管柱栽培試驗(yàn)。PVC管內(nèi)徑10 cm，每管柱播種4粒，每品種種植管柱15支，3葉期每管定苗1株。管柱試驗(yàn)用土1 kg，施純N、純P、純K量分別為0.4、0.7、0.5 g，50%N為基施，另 50%N在拔節(jié)期灌水時(shí)施入。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 開花期取整根管柱，在水中浸泡至土層松軟（約12 h），后經(jīng)水精細(xì)沖洗，沖洗后的干凈根系用Epson-V10根系掃描儀掃描，用加拿大WinRHizo根系掃描分析系統(tǒng)分析根長(zhǎng)、表面積、體積、平均直徑等根系指標(biāo)。

1.2.2 于蠟熟期收獲，收獲期每品種收獲5個(gè)管柱進(jìn)行考種分析。產(chǎn)量按每管單株產(chǎn)量計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同參試品種間產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析

對(duì)參試品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行方差分析及多重比較，品種間單株成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均達(dá)到顯著差異（P＜0.05，表1）。成穗數(shù)表現(xiàn)為洛麥22最高，其次是洛麥23、矮抗58、新麥18和洛麥24，偃展4110最低；穗粒數(shù)表現(xiàn)為矮抗58、洛麥24、新麥18較高，其次是洛麥23，洛麥22和偃展4110最低；千粒質(zhì)量只有新麥18較低，并顯著低于其他品種。單株產(chǎn)量表現(xiàn)矮抗58最高，洛麥23、洛麥24與矮抗58之間差異不顯著，其次是洛麥22和新麥18，偃展4110產(chǎn)量最低，其中洛麥23單株產(chǎn)量7.18 g，較平均值6.65 g高7.93%，洛麥24單株產(chǎn)量6.84 g，較平均值6.65 g高2.81%。

表1 不同品種間產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素比較

2.2 不同參試品種間根系生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)分析

小麥根系下扎深和分布廣有利于提高小麥的抗逆能力，進(jìn)而提高產(chǎn)量；次生根對(duì)促進(jìn)地上部生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)小麥豐產(chǎn)具有決定性的作用。對(duì)6個(gè)品種的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根平均直徑和根干質(zhì)量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，品種間總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根平均直徑和根干質(zhì)量均達(dá)顯著差異（P＜0.05）。其中，根長(zhǎng)表現(xiàn)，洛麥23、洛麥24、矮抗58和新麥18長(zhǎng)于洛麥22，偃展4110表現(xiàn)最低；根表面積表現(xiàn)，洛麥23、洛麥24顯著高于新麥18和偃展4110；根體積表現(xiàn)，洛麥23和洛麥24高于矮抗58，洛麥22高于新麥18及偃展4110；根平均直徑表現(xiàn)，矮抗58最細(xì)，其次是洛麥23、洛麥24和洛麥22，新麥18表現(xiàn)最粗；根干質(zhì)量表現(xiàn)，洛麥23和洛麥24高于矮抗58，洛麥22略高于新麥18和偃展4110。

與參試品種均值相比較，洛麥23和洛麥24總根長(zhǎng)分別較平均值高4.90%、7.70%，根表面積分別較均值高9.46%、14.09%，根體積分別較均值高8.54%、17.13%，平均直徑分別較均值小6.83%、3.11%，根干質(zhì)量分別較均值高6.26%、13.26%。

表2 不同品種間根系生長(zhǎng)性狀比較

2.3 不同參試品種根系生長(zhǎng)性狀間及其與單株產(chǎn)量相關(guān)分析

小麥根系是小麥生長(zhǎng)、肥水吸收的主要器官，良好的根系更是最終高產(chǎn)形成的重要保障。產(chǎn)量與根系生長(zhǎng)特性的相關(guān)分析結(jié)果表明（表3）：產(chǎn)量與根長(zhǎng)、根表面積、根體積達(dá)到了顯著正相關(guān)（P＜0.05）；與根平均直徑呈負(fù)相關(guān)，但不顯著；與根干質(zhì)量呈正相關(guān)，也不顯著。因此，要想取得小麥高產(chǎn)，應(yīng)該選擇植株根系發(fā)達(dá)、根長(zhǎng)較長(zhǎng)、根系分布廣而密、根多的品系。結(jié)果也顯示，根長(zhǎng)與根表面積，根體積與根表面積均成極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；根長(zhǎng)與根體積、根長(zhǎng)與根干質(zhì)量、根體積與根干質(zhì)量成顯著正相關(guān)（P＜0.05）。由此可以看出，要取得高產(chǎn)，在選擇較長(zhǎng)根長(zhǎng)、較大根體積和較大根表面積3項(xiàng)指標(biāo)時(shí)不存在矛盾沖突，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)。而根平均直徑與根長(zhǎng)、根表面積和根體積均成不顯著負(fù)相關(guān)，這進(jìn)一步說(shuō)明，粗壯根系不是高產(chǎn)品種進(jìn)行根系選擇的目標(biāo)。

表3 不同品種根系生長(zhǎng)性狀間及其與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示：矮抗58、洛麥23和洛麥24產(chǎn)量均較高，其總根長(zhǎng)、表面積、體積與其他參試品種相比均較高，從側(cè)面也說(shuō)明了在高產(chǎn)品種選育和對(duì)小麥品系的選擇鑒定中，應(yīng)選擇像矮抗58、洛麥23和洛麥24這樣根系發(fā)達(dá)，根長(zhǎng)、根密度大的品種。因此，要想取得高產(chǎn)，應(yīng)該選擇小麥植株根系發(fā)達(dá)、根長(zhǎng)度長(zhǎng)、根系分布廣而密、根多的品系，但不能選擇根系粗壯的品系，這與前人的研究結(jié)果[1,4,6,8]一致。

土壤含水量狀況直接影響根系的生長(zhǎng)與構(gòu)形分布，根系的生長(zhǎng)直接影響著地上部生物量的高低，而地上部生物量的高低是小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，根系的生長(zhǎng)發(fā)育和構(gòu)型分布也是小麥產(chǎn)量高低的基礎(chǔ)[11]。根系作為小麥的重要吸收、合成、固定和支持器官，在作物生長(zhǎng)發(fā)育和高產(chǎn)中起著不可忽視的作用，而根大、根深、根密是小麥耐旱性強(qiáng)的一般特性，根系長(zhǎng)度的增加，有利于吸收土壤更深層的水肥，這也是小麥對(duì)干旱的一種適應(yīng)性變化。有研究表明，小麥根系直徑的大小隨土層的深度增加而減小，小麥根系直徑越小，根系下扎深度越大，土層深度的水肥越能充分利用，這為根質(zhì)量的提高奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也保證了小麥地上部生長(zhǎng)發(fā)育的水肥消耗，使小麥生物量的增大成為必然，最終提高小麥產(chǎn)量[12]。楊榮光等指出，在不同干旱程度的地區(qū)種植不同穗型的品種，更有利于抵御干旱、取得高產(chǎn)[13]。單長(zhǎng)卷等利用盆栽研究在不同程度干旱脅迫下土壤水分變化及其對(duì)小麥根系的生長(zhǎng)影響，結(jié)果表明不同水分脅迫對(duì)小麥根系生長(zhǎng)、根系活力影響差異明顯，導(dǎo)致不同干旱脅迫下小麥抗旱性差異明顯[14-15]。其他學(xué)者也利用不同處理形式研究了水分與養(yǎng)分處理對(duì)小麥根系及產(chǎn)量的影響[15-20]。但能否利用根池，在不同水分和肥力營(yíng)養(yǎng)供給下，進(jìn)一步對(duì)根系在深層狀態(tài)下的根系垂直生長(zhǎng)特性進(jìn)行研究，進(jìn)而為不同生態(tài)環(huán)境的品種選擇與利用提供參考，是今后根池根系研究的又一方向。

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