小麥抗干熱風(fēng)制劑配方鑒選與作用機(jī)制研究

席吉龍，張建誠(chéng)，楊 娜，姚景珍，王 珂，席凱鵬，李永山

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的口糧品種，在保障國(guó)家口糧絕對(duì)安全中的地位極其重要。黃淮海地區(qū)是我國(guó)冬小麥的主產(chǎn)區(qū)，小麥種植面積占全國(guó)小麥總面積的68%，產(chǎn)量占全國(guó)小麥總產(chǎn)的76%[1]，也是干熱風(fēng)危害最嚴(yán)重的地區(qū)。河南省年平均發(fā)生干熱風(fēng)日數(shù)為0.5～3.9 d，發(fā)生概率為10年4遇至10年9遇[2]。1980年以來(lái)，河南省商丘市干熱風(fēng)的發(fā)生頻率呈逐漸減少趨勢(shì)[3]，山西在1971—2013年之間冬小麥干熱風(fēng)總體呈波動(dòng)略減小趨勢(shì)[4]。遇干熱風(fēng)輕害，小麥會(huì)減產(chǎn)5%～10%，重害時(shí)減產(chǎn)可達(dá)20%以上[5]?？垢蔁犸L(fēng)制劑的應(yīng)用是提高小麥抗性和增加產(chǎn)量的一條有效且實(shí)用的技術(shù)途徑。前人對(duì)許多單劑如磷酸二氫鉀[6]、氯化鈣[7]、三十烷醇溶液[8]、黃腐酸[9]進(jìn)行了研究，其雖能不同程度地緩解干熱風(fēng)的危害，但作用效果有限且不穩(wěn)定。目前，文獻(xiàn)報(bào)道，應(yīng)用的抗干熱風(fēng)產(chǎn)品制劑噴施寶有機(jī)水溶葉面肥[10]、FA旱地龍[11-12]、天達(dá)2116[13-14]等對(duì)小麥抵抗干熱風(fēng)災(zāi)害有一定作用。

為了豐富抗干熱風(fēng)制劑類(lèi)型及增強(qiáng)抗防效果，筆者針對(duì)小麥干熱風(fēng)危害發(fā)生條件和特點(diǎn)，利用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)、活性劑、調(diào)節(jié)劑、中量元素、微量元素等研制出16種抗干熱風(fēng)配方制劑，并對(duì)其進(jìn)行配方篩選，在小麥上就應(yīng)用增產(chǎn)效果及抗逆機(jī)制進(jìn)行了一系列研究，以期為抗干熱風(fēng)制劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用探索一條新路。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

2012—2013年度在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展配方初選試驗(yàn)；2013—2014年度在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)、臨汾市襄汾縣鄧莊鎮(zhèn)賈莊村、河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地開(kāi)展多點(diǎn)鑒選；2014—2016年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展同類(lèi)制劑產(chǎn)品比較試驗(yàn)和盆栽模擬干熱風(fēng)環(huán)境的作用機(jī)制研究。

1.2 試驗(yàn)材料

參試小麥品種為舜麥1718。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所小麥抗逆栽培研究課題自行研制的16種抗干熱風(fēng)制劑配方（KN-1～KN-16）；FA旱地龍由新疆匯通旱地龍腐植酸有限公司生產(chǎn)；98%磷酸二氫鉀由邵陽(yáng)市正盛農(nóng)化科技有限公司生產(chǎn)；天達(dá)2116由山東天達(dá)生物股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 田間鑒選試驗(yàn) 配方初選時(shí)設(shè)16個(gè)配方和清水對(duì)照共17個(gè)處理，初選出的配方進(jìn)入下一年多點(diǎn)多地鑒選試驗(yàn)；鑒選出的配方再與同類(lèi)產(chǎn)品（FA旱地龍、天達(dá)2116、98%磷酸二氫鉀）進(jìn)行比較試驗(yàn)，而后確定抗干熱風(fēng)效果較好的配方。各年度試驗(yàn)小區(qū)面積20 m2，重復(fù)3次，均在小麥開(kāi)花—灌漿期噴施2次。每個(gè)配方稀釋500倍，同類(lèi)產(chǎn)品按說(shuō)明書(shū)最佳用量使用，對(duì)照噴等量清水。收獲后，測(cè)定千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，以千粒質(zhì)量、產(chǎn)量為主判定配方的抗干熱風(fēng)能力。

1.3.2 干熱風(fēng)模擬盆栽試驗(yàn) 設(shè)鑒選確定的2個(gè)配方和清水對(duì)照3個(gè)處理，每個(gè)處理5盆，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)5次，共75盆，其中固定一次重復(fù)為取樣區(qū)。盆內(nèi)徑40 cm，高50 cm，將盆埋于大田。10月8日播種，每盆留基本苗30株。于拔節(jié)期（4月4日）每盆統(tǒng)一留莖60個(gè)，去除多余莖蘗。在開(kāi)花—灌漿期噴施2次，2次間間隔7 d，而后在盆栽區(qū)域搭建干熱風(fēng)模擬溫棚[15]，中度干熱風(fēng)脅迫處理3 d，指標(biāo)設(shè)置白天 9：00—16：00 溫度 32 ℃，相對(duì)濕度≤30%，風(fēng)速≥2 m/s，夜間溫度15℃～18℃，相對(duì)濕度40%～45%。成熟后按盆收獲，每盆裝一袋，單收單打，測(cè)定產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

盆栽模擬試驗(yàn)于干熱風(fēng)處理結(jié)束后的第3天測(cè)定。相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀法測(cè)定[16]，葉片相對(duì)含水量按照武仙山等[17]方法測(cè)定，葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm）用美國(guó)OS-30P葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定[17]，光合測(cè)定用英國(guó)ADC系列LCpro便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定[18]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT比色法[19]測(cè)定，丙二醛（MDA）含量采用TBA比色法[19]測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，平均數(shù)用LSD法進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 配方初選結(jié)果

表1 小麥抗干熱風(fēng)配方篩選結(jié)果（2012年）

試驗(yàn)結(jié)果表明（表1），有6個(gè)配方千粒質(zhì)量比對(duì)照增加，比對(duì)照增產(chǎn)的有13個(gè)配方，有11個(gè)配方提高了光合速率，結(jié)合2012年氣候條件綜合分析得出初步結(jié)果：6個(gè)配方千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均高于對(duì)照，說(shuō)明這6個(gè)配方有一定的抗干熱風(fēng)能力，分別是 KN-2，KN-3，KN-6，KN-8，KN-15，KN-16，千粒質(zhì)量比CK提高0.68～6.54 g，產(chǎn)量比CK提高6.16%～14.39%，其中，增產(chǎn)幅度最大的是KN-8，增產(chǎn)率為14.39%。以千粒質(zhì)量、產(chǎn)量為主判定配方抗干熱風(fēng)的能力，初步篩選出KN-6，KN-8，KN-3，KN-16，KN-15，KN-2等 6個(gè)配方。

2.2 不同地點(diǎn)配方鑒選與驗(yàn)證

運(yùn)城點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明（表2），參加抗干熱風(fēng)制劑配方驗(yàn)證篩選試驗(yàn)的6個(gè)配方的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量均比CK高，其中，KN-8千粒質(zhì)量比CK高2.5 g，且二者間達(dá)極顯著差異，其他5個(gè)配方千粒質(zhì)量比CK高1.3～1.9 g，均達(dá)到顯著差異；有4個(gè)配方 KN-8，KN-2，KN-6，KN-3 均比對(duì)照顯著增產(chǎn)，增產(chǎn)率分別為20.2%，17.4%，16.8%和12.3%，說(shuō)明這4個(gè)配方有一定的抗干熱風(fēng)能力。按照千粒質(zhì)量和產(chǎn)量指標(biāo)綜合分析，抗干熱風(fēng)能力最好的是KN-8，其次依次是 KN-2，KN-6，KN-3。

表2 運(yùn)城點(diǎn)抗干熱風(fēng)制劑配方驗(yàn)證篩選結(jié)果（2013年）

從表3可以看出，在臨汾試驗(yàn)基地灌漿期噴施制劑后，對(duì)公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)影響不顯著；除KN-16外其余5種制劑的千粒質(zhì)量都極顯著提高，千粒質(zhì)量由高到低排序?yàn)?KN-15，KN-8，KN-2，KN-3，KN-6，提高幅度為 2.4～4.5 g；噴施 6 種制劑產(chǎn)量都有增加，產(chǎn)量由高到低依次為KN-8，KN-2，KN-3，KN-15，KN-6，KN-16，其中，KN-8，KN-2 增產(chǎn)率均達(dá)20%以上，分別為27.6%和21.1%。

表3 臨汾點(diǎn)抗干熱風(fēng)制劑配方驗(yàn)證篩選結(jié)果（2013年）

鄭州點(diǎn)6個(gè)初選配方鑒定結(jié)果表明（表4），千粒質(zhì)量高于CK的配方有5個(gè)，由大到小依次為KN-16，KN-2，KN-8，KN-3，KN-15；千粒質(zhì)量比對(duì)照超過(guò)5 g以上的配方有3個(gè)，依次為KN-16，KN-2，KN-8，比清水對(duì)照千粒質(zhì)量分別提高6.96，6.67，6.04 g，其中，KN-8，KN-2 這 2 個(gè)配方還顯著增加了穗粒數(shù)，穗粒數(shù)分別提高6.3，5.85粒；由于噴施抗干熱風(fēng)制劑是小麥初花期以后，公頃穗數(shù)已經(jīng)確定，其效果主要影響千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)，所以，以穗粒數(shù)×千粒質(zhì)量為指標(biāo)可以代表產(chǎn)量趨勢(shì)，以此指標(biāo)判定，除KN-6比CK低0.50%外，其他配方均高于對(duì)照10%以上，前3名是KN-2，KN-8，KN-16，分別比對(duì)照高34.4%，34.2%和19.4%。

表4 鄭州點(diǎn)抗干熱風(fēng)制劑配方鑒定結(jié)果（2013年）

綜合3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果可知，KN-8在配 方初選中增產(chǎn)率最大，排名第1，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)配方驗(yàn)證篩選試驗(yàn)和大區(qū)示范驗(yàn)證中，在運(yùn)城、臨汾驗(yàn)證試驗(yàn)和大區(qū)示范中增產(chǎn)率也均為第1，在鄭州點(diǎn)千粒質(zhì)量排名第3、穗粒數(shù)排名第1、穗粒數(shù)×千粒質(zhì)量排第2。因此，確定KN-8為參試配方中抗干熱風(fēng)效果最好的配方。KN-2在配方初選試驗(yàn)中排名第3，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)配方驗(yàn)證和大區(qū)示范驗(yàn)證4組試驗(yàn)中，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)率均排名第2，鄭州點(diǎn)增產(chǎn)趨勢(shì)（穗粒數(shù)×千粒質(zhì)量）排名第1。因此，確定KN-2為參試配方中抗干熱風(fēng)效果較好的配方，對(duì)該配方優(yōu)化改良進(jìn)入下一階段的試驗(yàn)。

2.3 抗干熱風(fēng)制劑驗(yàn)證及與同類(lèi)產(chǎn)品效果比較

由表5可知，噴施抗干熱風(fēng)制劑顯著提高了千粒質(zhì)量與穗粒數(shù)，各制劑均比CK增產(chǎn)，產(chǎn)量由高到低依次為KN-8＞天達(dá)2116＞KN-2＞KH2PO4＞旱地龍，增產(chǎn)率為7.5%～11.8%，其中，KN-8、天達(dá)2116抗干熱風(fēng)效果優(yōu)于KN-2＞KH2PO4＞旱地龍。

表5 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響（2015年）

2.4 干熱風(fēng)模擬條件下噴施制劑的機(jī)制與效果

對(duì)篩選出的KN-8，KN-2制劑進(jìn)行干熱風(fēng)模擬條件下的盆栽試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示，噴施抗干熱風(fēng)制劑KN-8，KN-2后穗粒數(shù)較CK分別提高1.6，1.4粒；千粒質(zhì)量分別顯著增加 2.5，2.2 g，提高6.2%和5.5%；產(chǎn)量顯著提高了11.4%和10.1%。從表7可以看出，噴施抗干熱風(fēng)制劑KN-8，KN-2后，電導(dǎo)率分別比CK顯著降低20.5%和18.5%；葉片相對(duì)含水量分別較CK顯著提高7.0%和7.9%；熒光參數(shù)（Fm/Fv）分別較CK顯著提高4.59%和4.72%；光合速率分別顯著提高20.03%和15.56%；超氧化物歧化酶分別較CK顯著提高21.4%和15.35%；丙二醛含量分別較CK顯著降低21.0%和19.6%。說(shuō)明在小麥?zhǔn)艿礁蔁犸L(fēng)脅迫前噴施制劑KN-8、KN-2，能保護(hù)細(xì)胞膜，提高超氧化物歧化酶含量，調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉度，減少蒸騰，保持葉片較高的含水量，促進(jìn)光合作用，從而有效提高了小麥耐受干熱風(fēng)的能力，提高籽粒質(zhì)量，保持較高的產(chǎn)量。

表6 篩選制劑對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響（2016年）

表7 噴施制劑生理生化指標(biāo)測(cè)定值（2016年）

3 結(jié)論與討論

3.1 研究鑒選出抗干熱風(fēng)效果較好的制劑配方

KN-8和KN-2都是較好的抗干熱風(fēng)制劑配方。KN-8在配方初選中增產(chǎn)率排名第1，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)配方驗(yàn)證篩選試驗(yàn)中，運(yùn)城、臨汾驗(yàn)證試驗(yàn)均為第1，在鄭州點(diǎn)千粒質(zhì)量排名第3、穗粒數(shù)排名第1，在抗干熱風(fēng)制劑與同類(lèi)產(chǎn)品效果比較試驗(yàn)中，KN-8增產(chǎn)率排名第1。KN-2在配方初選試驗(yàn)中排名第3，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)配方驗(yàn)證篩選試驗(yàn)中均排名第2。KN-2在抗干熱風(fēng)制劑與同類(lèi)產(chǎn)品效果比較試驗(yàn)中排名第3，雖不及天達(dá)2116，但與其差異不顯著，而比旱地龍、磷酸二氫鉀顯著提高。在盆栽干熱風(fēng)模擬試驗(yàn)中，KN-8和KN-2千粒質(zhì)量分別比CK提高2.5，2.2 g，產(chǎn)量比CK顯著提高了11.4%和10.1%。生理生化測(cè)定分析驗(yàn)證了配方性能，揭示其作用機(jī)制是能調(diào)節(jié)小麥生理機(jī)能，減少細(xì)胞膜電解質(zhì)外滲，抑制蒸騰，減少體內(nèi)水分損耗，提高細(xì)胞活力和光化學(xué)效率，增強(qiáng)抗干熱風(fēng)能力，提高小麥千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

3.2 干熱風(fēng)脅迫鑒定指標(biāo)與田間試驗(yàn)方法

干熱風(fēng)脅迫導(dǎo)致千粒質(zhì)量不同程度降低[20-23]，在灌漿后期重度干熱風(fēng)危害導(dǎo)致千粒質(zhì)量降低5.4 g，降幅達(dá)14.5%；在灌漿中期重度干熱風(fēng)危害導(dǎo)致千粒質(zhì)量降低9.7%，輕度干熱風(fēng)危害導(dǎo)致千粒質(zhì)量降低4.8%[24]。趙俊芳等[25]、王明濤等[26]研究表明，重干熱風(fēng)天氣出現(xiàn)次數(shù)與千粒質(zhì)量呈顯著的負(fù)相關(guān)。因此，千粒質(zhì)量可以作為干熱風(fēng)研究的重要指標(biāo)。干熱風(fēng)脅迫下,葉片失水、酶活性、光合速率、丙二醛含量、細(xì)胞膜通透性會(huì)發(fā)生顯著變化，因而，其常作為鑒定作物抗干熱風(fēng)能力的重要指標(biāo)[27-28]。干熱風(fēng)是突發(fā)性災(zāi)害，開(kāi)展干熱風(fēng)災(zāi)害研究分析，模擬試驗(yàn)與田間試驗(yàn)結(jié)合是一種十分有效的手段。由于研究目的不同，試驗(yàn)?zāi)M方法也不同，脅迫環(huán)境和作用時(shí)間不同，對(duì)千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及生理生化指標(biāo)的影響也不盡相同。

3.3 抗干熱風(fēng)制劑是應(yīng)對(duì)小麥干熱風(fēng)危害的一條簡(jiǎn)便、有效和經(jīng)濟(jì)的途徑

筆者篩選出的2個(gè)抗干熱風(fēng)制劑配方是在小區(qū)試驗(yàn)和干熱風(fēng)模擬環(huán)境條件下獲得的，以后還將開(kāi)展大田小區(qū)試驗(yàn)、大田示范試驗(yàn)、不同生態(tài)區(qū)域試驗(yàn)、與其他抗干熱風(fēng)制劑產(chǎn)品進(jìn)行比較等研究，依據(jù)該制劑在試驗(yàn)示范推廣中的效能和出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)抗干熱風(fēng)制劑進(jìn)行配方調(diào)整和劑型改良，以期獲得效果更好且更加實(shí)用的抗干熱風(fēng)制劑新產(chǎn)品。