施氮量對(duì)花后高溫脅迫后小麥同化物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響

高春華，馮波，曹芳，李升東，王宗帥，張賓，王崢，孔令安，王法宏

施氮量對(duì)花后高溫脅迫后小麥同化物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響

高春華1,2，馮波1，曹芳1，李升東1，王宗帥1，張賓1，王崢1，孔令安1，王法宏1

（1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，濟(jì)南 250100；2山東棉花研究中心，濟(jì)南 250100）

【】明確不同施氮量對(duì)高溫脅迫后小麥同化物積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響及其生理基礎(chǔ)，以期為小麥抗逆穩(wěn)產(chǎn)栽培提供技術(shù)和理論依據(jù)。于2018—2019年在濟(jì)南和濟(jì)陽(yáng)兩地進(jìn)行，以濟(jì)麥44為材料，田間搭建高溫棚進(jìn)行高溫脅迫處理，設(shè)置2個(gè)溫度處理（CK：未脅迫，H：花后高溫脅迫），3個(gè)氮肥水平（低氮N1：180 kg·hm-2，常規(guī)氮N2：240 kg·hm-2，高氮N3：300 kg·hm-2）。通過分析小麥花前同化物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)、成熟期同化物質(zhì)的積累與分配、葉片與籽粒中蔗糖合成酶在同化物轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用，闡明了不同施氮量對(duì)花后高溫脅迫后小麥籽粒產(chǎn)量形成的影響機(jī)制。不同施氮量對(duì)高溫脅迫后小麥的減產(chǎn)率影響不同，N1處理減產(chǎn)率為54.78%（濟(jì)南）和50.19%（濟(jì)陽(yáng)），N2處理為24.05%（濟(jì)南）和25.29%（濟(jì)陽(yáng)），N3處理為54.49%（濟(jì)南）和44.13%（濟(jì)陽(yáng)）。高溫脅迫后，與N1和N3處理相比，N2處理成熟期同化物積累量、花前營(yíng)養(yǎng)器官同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率、花后同化物積累量和積累率、同化物向籽粒中的分配比例均顯著增加；N2處理旗葉SPAD值、蔗糖合成酶SS-Ⅱ合成方向活性和籽粒蔗糖合成酶SS-Ⅰ分解方向活性增加。本試驗(yàn)條件下，施氮量為240 kg·hm-2可以顯著減緩高溫脅迫后旗葉衰老，維持旗葉中SS-Ⅱ和籽粒中SS-Ⅰ較高的酶活性，保持較高的同化物合成能力和向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，提高同化物向籽粒中的積累量和分配比例，降低高溫脅迫后小麥籽粒產(chǎn)量的損失率。

小麥；施氮量；高溫脅迫；同化物質(zhì)積累；同化物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)；籽粒產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】近年來(lái)全球平均溫度升高，地域性高溫經(jīng)常發(fā)生[1-4]，高溫脅迫已經(jīng)成為小麥產(chǎn)量形成過程的主要非生物限制因素之一。山東省位于黃淮海冬小麥主產(chǎn)區(qū)的東部，小麥在灌漿期經(jīng)常遭遇3—5 d的高溫天氣，超過30℃的短時(shí)高溫會(huì)引起旗葉光合速率降低、灌漿時(shí)間縮短，千粒重降低，籽粒中淀粉合成受阻，嚴(yán)重的地區(qū)和年份減產(chǎn)幅度可達(dá)30％以上[5-7]。開展不同施氮量對(duì)花后高溫脅迫下小麥籽粒產(chǎn)量的影響及其形成生理基礎(chǔ)的研究，為小麥抗逆穩(wěn)產(chǎn)栽培提供技術(shù)支持，對(duì)保證糧食安全具有重大意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】小麥屬喜涼作物，小麥籽粒灌漿的適宜溫度是20℃—30℃[8]，當(dāng)溫度超過35℃時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量顯著降低[9]。高溫脅迫后，葉片葉素綠含量降低，加速葉片衰老，縮短了葉片中光合產(chǎn)物向籽粒中的運(yùn)輸時(shí)間[10]。籽粒灌漿終止早于葉片完全衰老，導(dǎo)致葉片光合產(chǎn)物被分配到其他營(yíng)養(yǎng)器官中[11]，從而降低了葉片中同化物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)[12]，抑制了籽粒中光合產(chǎn)物的累積，最終影響粒重和產(chǎn)量。氮的供應(yīng)改變熱脅迫對(duì)小麥籽粒重量影響程度[13-14]，小麥在高施氮量下灌漿期高溫脅迫效應(yīng)更為顯著，籽粒產(chǎn)量減產(chǎn)幅度增大[15-16]。低施氮量的粒重在高溫脅迫后降低幅度小于高施氮量[17]，高土壤有效氮供給下，高溫脅迫對(duì)籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素?fù)p害更大[16]。高溫脅迫下，灌漿期縮短，淀粉積累進(jìn)程提前結(jié)束[7]。蔗糖合成酶是蔗糖向淀粉轉(zhuǎn)化過程中的第1個(gè)限速酶，其活性高低和活性持續(xù)期長(zhǎng)短決定著籽粒灌漿速率的大小和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，并與籽粒的體積和重量密切相關(guān)[18]。高溫脅迫顯著降低了小麥籽粒蔗糖合成酶活性[19-20]，而施氮量不足或過量降低玉米穗位葉蔗糖合成酶活性[21-22]。前人通過增施穗肥、葉面施鎂、選擇品種和調(diào)整播期等措施減小高溫脅迫傷害[23-26]，為降低高溫脅迫危害提供了理論依據(jù)。然而，由于小麥生育后期高溫脅迫的突發(fā)性，脅迫發(fā)生程度、發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等的不確定性，生產(chǎn)上調(diào)控高溫脅迫的栽培技術(shù)大都具有一定的局限性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】考慮到高溫脅迫的頻發(fā)性以及氮肥管理的普遍性，在前人研究基礎(chǔ)上，研究不同施氮量對(duì)小麥花后高溫脅迫的影響。前人關(guān)于高溫脅迫研究多在溫室、生長(zhǎng)箱和盆栽條件下進(jìn)行，在大田條件下，不同施氮量對(duì)花后高溫脅迫后小麥產(chǎn)量影響的報(bào)道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以濟(jì)麥44為材料，在大田條件下，通過搭建增溫棚進(jìn)行高溫脅迫處理，探討不同施氮量下小麥同化物積累分配轉(zhuǎn)運(yùn)及相關(guān)酶活性對(duì)花后高溫脅迫的響應(yīng)，明確高溫脅迫對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響以及不同施氮量對(duì)花后高溫脅迫后小麥籽粒產(chǎn)量形成影響的生理基礎(chǔ)，為冬小麥抗逆和調(diào)優(yōu)栽培提供技術(shù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年小麥生長(zhǎng)季，在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濟(jì)南試驗(yàn)基地（117.07°E，36.68°N）和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)基地（117.22°E，36.98 °N）兩地進(jìn)行。濟(jì)南試驗(yàn)地為褐土，有機(jī)質(zhì)含量15.1 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1，速效氮60.9 mg·kg-1，速效磷34.6 mg·kg-1，速效鉀146.7 mg·kg-1；濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)地為潮土，有機(jī)質(zhì)含量10.3 g·kg-1，全氮1.20 g·kg-1，速效氮59.9 mg·kg-1，速效磷32.7 mg·kg-1，速效鉀129.8 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間搭建高溫棚，于花后10 d至花后17 d進(jìn)行高溫脅迫（H），搭建高溫棚期間，無(wú)有效降雨。高溫棚采用0.07 mm無(wú)色透明的聚乙烯塑料膜做成，透光率為92.3%，棚高1.5 m，棚底距地面30 cm，保證棚內(nèi)通風(fēng)條件良好，底面積與小區(qū)面積相同。每日8：00—18：00進(jìn)行高溫處理，在試驗(yàn)小區(qū)冠層位置懸掛溫濕度計(jì)，每30 min自動(dòng)記錄溫濕度，以此計(jì)算兩地試驗(yàn)各處理增溫階段日均溫度（圖1）。

試驗(yàn)材料選用山東省地區(qū)推廣的小麥品種濟(jì)麥44（JM44），采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)2個(gè)溫度處理（CK：未脅迫，H：高溫脅迫），3個(gè)氮肥水平（低氮N1：180 kg·hm-2，常規(guī)N2：240 kg·hm-2，高氮N3：300 kg·hm-2），小區(qū)面積12 m2，重復(fù)3次。所用肥料為尿素（N 46.4%），磷酸二銨（P2O546%，N 18%），氯化鉀（K2O 52%），50%氮肥作為基施，播種時(shí)同時(shí)施入，50%于拔節(jié)期追施。磷鉀肥用量為P2O5112.5 kg·hm-2、K2O 112.5 kg·hm-2，全部基施。2018年10月15日播種，基本苗為180株/m2，其他田間管理同正常大田。

圖1 對(duì)照和花后高溫脅迫處理下的小麥冠層溫度

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 取樣 濟(jì)南試驗(yàn)地開花期為5月2日，成熟期為6月4日；濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)地開花期為5月7日，成熟期為6月12日。開花期對(duì)長(zhǎng)勢(shì)一致的單莖掛牌標(biāo)記，開花期和成熟期取標(biāo)記的單莖，分為穗、旗葉、其余葉、莖+葉鞘，105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，測(cè)干物質(zhì)重。于高溫脅迫第3天，取標(biāo)記植株的穗和旗葉，液氮速凍，置-80℃冰箱保存，用于測(cè)定蔗糖合成酶活性。成熟后每小區(qū)收獲2 m2計(jì)產(chǎn)。

1.3.2 干物質(zhì)積累與分配的測(cè)定 開花期和成熟期數(shù)分蘗成穗數(shù)，成熟期按葉、莖+葉鞘、穗軸+穎殼和籽粒4部分分樣，稱重后用于計(jì)算各器官分配比例。同化物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累計(jì)算公式如下[27]：

營(yíng)養(yǎng)器官開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期營(yíng)養(yǎng)器官干重-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干重；

營(yíng)養(yǎng)器官開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=（開花期營(yíng)養(yǎng)器官干重-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干重）/開花期營(yíng)養(yǎng)器官干重×100；

開花后干物質(zhì)輸入籽粒量=成熟期籽粒干重-營(yíng)養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；

營(yíng)養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（%）=開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100；

開花至成熟期的干物質(zhì)積累速率=（成熟期的干物質(zhì)積累量-開花期的干物質(zhì)積累量）/開花至成熟的天數(shù)。

1.3.3 旗葉SPAD值測(cè)定 于脅迫后第3天，采用SPAD-502PLUS便攜式葉綠素儀（日本托普），選取10個(gè)標(biāo)記的單莖旗葉和頂二葉進(jìn)行測(cè)量，取平均值。

1.3.4 酶活性測(cè)定方法 蔗糖合成酶合成方向活性測(cè)定參考Rufty等[28]的方法，并加以改進(jìn)。200 μL酶液加50 μL pH7.5的HEPES-NaOH緩沖液、50 μL 10 mmol·L-1MgCl2、100 μL 50 mmol·L-1UDPG、100 μL 50 mmol·L-16-磷酸果糖，30℃反應(yīng)30 min后，100℃水浴殺死酶活性，加200 μL 40% NaOH溶液混勻，100℃保溫10 min，加 2.0 mL30%鹽酸混勻，80℃保溫10 min，再加1 mL 1%間苯二酚，混勻后 80℃保溫10 min，冷卻后于480 nm下比色測(cè)生成磷酸蔗糖含量。用蔗糖生成量表示酶活性。

蔗糖合成酶分解方向活性測(cè)定參考Sebkova等[29]的方法，取4個(gè)1.5 ml的離心管，分別標(biāo)記對(duì)照管、測(cè)定管、標(biāo)準(zhǔn)管和空白管。對(duì)照管：10 μl酶提取液加40 μl pH7.5的HEPES-NaOH緩沖液；測(cè)定管：10 μl酶提取液加40 μl HEPES-NaOH緩沖液（含蔗糖和MgAc2·4H2O），將對(duì)照管和測(cè)定管30℃水浴30 min后，95℃水浴10 min（蓋緊，防止水分散失）。標(biāo)準(zhǔn)管：10 μl的20 mg·ml-1果糖標(biāo)準(zhǔn)液加40 μl pH 7.5的HEPES-NaOH緩沖液；空白管：10 μl的蒸餾水加40 μl pH7.5的HEPES-NaOH緩沖液。在4個(gè)離心管中加50 μl DNS試劑終止反應(yīng)，混勻，沸水浴5 min，冷卻后加400 μl蒸餾水，混勻后測(cè)定540 nm處的吸光值。對(duì)照反應(yīng)體系中不含UDPG。

1.4 數(shù)據(jù)分析與方法

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，籽粒產(chǎn)量、同化物的積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、分配及相關(guān)酶活性等指標(biāo)均進(jìn)行3次重復(fù)檢測(cè)，所有指標(biāo)進(jìn)行二因素隨機(jī)區(qū)組的方差分析（DPS18.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)），并采用多重比較法中的最小顯著性差異法（LSD）進(jìn)行高溫、氮肥及兩者交互作用的方差檢測(cè)（＜0.05），用Sigmaplot10.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同處理籽粒產(chǎn)量及減產(chǎn)率

與對(duì)照相比，高溫脅迫顯著降低2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)小麥籽粒產(chǎn)量，但不同施氮量處理減產(chǎn)率不同（圖2），N1、N2、N3處理的減產(chǎn)率分別為54.78%、24.05%、54.49%（濟(jì)南）和50.19%、25.29%、44.13%（濟(jì)陽(yáng)）。2個(gè)試驗(yàn)地均是N2處理減產(chǎn)率最低，顯著低于N1和N3處理。表明N2處理可以緩解花后高溫脅迫對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的抑制。

2.2 不同處理產(chǎn)量構(gòu)成因素及同化物積累

高溫、施氮量及兩者間的交互作用對(duì)各性狀均有極顯著的影響，與對(duì)照相比，高溫脅迫使單穗重、穗粒數(shù)、千粒重、成熟期同化物積累量、積累速率和籽粒收獲指數(shù)均顯著降低，但不同氮處理降低的幅度不同（表1）。

高溫脅迫后，千粒重和花后同化物積累速率下降，差異極顯著，N1和N3處理千粒重2個(gè)試驗(yàn)地降幅為44.28%—60.94%，N2處理為17.53%（濟(jì)南）和14.59%（濟(jì)陽(yáng)），N1和N3處理花后同化物積累速率降幅為32.45%—56.18%，N2處理為24.27%（濟(jì)南）和29.96%（濟(jì)陽(yáng)），說(shuō)明粒重降低和花后同化物積累速率減緩是花后高溫脅迫導(dǎo)致產(chǎn)量降低的主要原因，N2處理在花后高溫脅迫后能保持較高的粒重和花后同化物積累速率，從而獲得相對(duì)較高的籽粒產(chǎn)量。

不同小寫字母代表示產(chǎn)量處理間差異達(dá)5%顯著水平，不同的大寫字母表示減產(chǎn)率處理間差異達(dá)5%顯著水平

2.3 成熟期同化物在各器官的分配量及比例

高溫脅迫后穗軸+穎殼、葉片和莖鞘的同化物積累量顯著升高，粒重顯著降低，最終單莖重顯著降低（圖3）。不同施氮量處理中，N2處理籽粒重最高。

高溫脅迫使成熟期同化物在穗軸+穎殼、葉片、莖鞘中的百分比較對(duì)照顯著增加，籽粒中的百分比顯著降低（圖4）。高溫脅迫使N2處理籽粒中百分比下降30.30%（濟(jì)南）和24.60%（濟(jì)陽(yáng)），顯著小于N1（濟(jì)南67.92%，濟(jì)陽(yáng)66.91%）和N3處理（濟(jì)南52.33%，濟(jì)陽(yáng)62.93%）。高溫脅迫后N1和N3處理同化物在穗軸+穎殼中分配比例的增幅（31%—42.38%）顯著高于葉片（12.38%—27.72%）和莖鞘（12.42%—28.44%）。

2.4 開花后營(yíng)養(yǎng)器官中同化物向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)

花前營(yíng)養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率、花后同化物積累量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在高溫、施氮量及兩者間的交互作用下均存在顯著性差異（表2）。高溫脅迫顯著降低了不同氮處理花前同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率以及花后同化物積累量，而花后同化物積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率升高。高溫脅迫后N2處理花前同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率以及花后同化物積累量均顯著高于N1和N3處理，降幅小于N1和N3處理。高溫脅迫下，濟(jì)南試驗(yàn)地的花前同化物對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率N1和N2處理間無(wú)顯著差異，但顯著高于N3處理；濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)地的N2和N3處理間無(wú)顯著差異，但是顯著高于N1處理；濟(jì)南試驗(yàn)地的花后同化物對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率N1和N2處理間無(wú)顯著差異，但顯著低于N3處理，濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)地的N2和N3處理間無(wú)顯著差異，但是顯著低于N1處理。說(shuō)明N2處理在高溫脅迫下保持較高的同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。

2.5 不同葉位葉片的SPAD值

與對(duì)照相比，高溫脅迫顯著降低了旗葉和頂二葉的SPAD值，且不同施氮量處理間存在顯著差異（圖5）。高溫脅迫后N1、N2和N3處理旗葉SPAD值的降幅分別為10.24%、1.99%、7.40%（濟(jì)南）和13.91%、4.36%、9.87%（濟(jì)陽(yáng)）。N2處理旗葉SPAD值降幅最低，在高溫脅迫后仍具有較高的葉綠素含量。高溫脅迫N1、N2和N3處理后頂二葉SPAD值的降幅分別為9.62%、9.29%、7.74%（濟(jì)南）和10.14%、8.69%、7.60%（濟(jì)陽(yáng)），降幅在不同氮肥水平間差異不顯著。

表1 高溫脅迫和施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及同化物積累的影響

WPP：?jiǎn)嗡胫?，GWPP：?jiǎn)嗡肓?shù)，TKW：千粒重，AAAM：成熟期同化物，AARAA：花后同化物積累速率，HI：收獲指數(shù)，F(xiàn)H：高溫處理的F值，F(xiàn)N：氮肥處理的F值，F(xiàn)H×N：高溫和氮肥相互作用的F值。同列中不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平，“±”后面的數(shù)字代表的是標(biāo)準(zhǔn)誤，**表示處理間在0.01水平下差異顯著，*表示處理間在0.05水平下差異顯著。下同

WPP: Weight per panicle, GWPP: Grain weight per panicle, TKW: Thousand kernel weight, AAAM: Assimilate accumulation at maturity, AARAA: Assimilate accumulation rate after anthesis, HI: Harvest index. FH: F value of high temperature, FN: F value of nitrogen fertilizer, FH×N: F value of high temperature and nitrogen fertilizer. Different small letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level, the number after “±” is the standard error, **indicates significant difference among treatments at 0.01 level, * indicates significant difference among treatments at 0.05 level. The same as below

不同小寫字母表示相同器官處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同

表2 花前同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量及花后同化物積累量對(duì)高溫脅迫和施氮量的響應(yīng)

AABA：花前同化物，AAAA：花后同化物，TA：轉(zhuǎn)運(yùn)量，TR：轉(zhuǎn)運(yùn)率，CR：對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，AA：積累量

AABA: Assimilate accumulation before anthesis, AAAA: Assimilate accumulation after anthesis, TA: Translocation accumulation, TR: Translocation rate, CR: Contribution rate, AA: Assimilate accumulation

圖4 成熟期同化物在不同器官中的分配比例

圖5 高溫脅迫和施氮量對(duì)不同葉位葉片SPAD值的影響

2.6 籽粒和旗葉中蔗糖合成酶活性

由圖6可知，與對(duì)照相比，高溫脅迫后籽粒中蔗糖合成酶分解方向（SS-Ⅰ）酶活顯著降低，N1處理降幅為16.36%，N2降幅為13.43%，N3降幅為22.69%。籽粒中蔗糖合成酶合成方向（SS-Ⅱ）的酶活顯著升高，N1處理升幅為34.85%，N2處理升幅為21.31%，N3處理升幅15.94%。說(shuō)明籽粒中合成淀粉的底物減少，淀粉的合成量減少，最終影響粒重。

高溫脅迫后旗葉在下蔗糖合成酶分解方向活性升高，其中N1和N3處理較對(duì)照差異顯著，N2處理與對(duì)照無(wú)顯著差異（圖7）。各施氮量處理旗葉蔗糖合成酶合成方向活性顯著降低，N3處理顯著低于N1和N2處理。說(shuō)明高溫脅迫導(dǎo)致旗葉蔗糖分解能力升高，合成蔗糖能力降低，輸出物質(zhì)減少。

SS-Ⅰ：蔗糖合成酶分解方向，SS-Ⅱ：蔗糖合成酶合成方向。不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%的顯著水平。下同

圖7 不同處理旗葉中蔗糖合成酶活性（濟(jì)南）

3 討論

3.1 施氮量對(duì)高溫脅迫后小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

Liu等[30]通過冬季增溫和氮肥試驗(yàn)表明，施氮處理在增溫條件下籽粒產(chǎn)量顯著低于未施氮處理。對(duì)玉米和春小麥的高溫肥料試驗(yàn)表明，隨著氮肥供給的增加，籽粒減產(chǎn)率增加[30-31]，MóNICA等[17]通過在不同地力條件下進(jìn)行高溫脅迫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤供氮量越高籽粒減產(chǎn)率越大。本試驗(yàn)在基礎(chǔ)地力相當(dāng)?shù)臐?jì)南、濟(jì)陽(yáng)兩地進(jìn)行，通過不同的施氮量改變土壤供氮量，籽粒產(chǎn)量和減產(chǎn)率均表現(xiàn)顯著差異，施氮量從180 kg·hm-2（N1）增加到240 kg·hm-2（N2），花后高溫脅迫對(duì)籽粒產(chǎn)量影響降低，施氮量增加到300 kg·hm-2（N3），高溫脅迫對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響顯著增加，在對(duì)照條件下，N3的籽粒產(chǎn)量高，高溫脅迫后籽粒產(chǎn)量減產(chǎn)的絕對(duì)值也大。說(shuō)明低施氮量和過高施氮量均加劇高溫脅迫對(duì)產(chǎn)量的抑制作用，合理施氮量可以相對(duì)減小花后高溫脅迫的危害，獲得較高籽粒產(chǎn)量。在本試驗(yàn)條件下，240 kg·hm-2為合理的施氮量。

灌漿期高溫脅迫使穗粒數(shù)和粒重均顯著降低，但降低量隨著氮供應(yīng)量升高而升高[17]。也有盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，花后高溫脅迫后，適量氮肥增加穗粒數(shù)及籽粒千粒重，提高籽粒產(chǎn)量[31]。本試驗(yàn)高溫脅迫后，各處理單穗重、穗粒數(shù)、千粒重、成熟期同化物積累量、花后同化物積累速率和收獲指數(shù)均顯著降低。其中，N2處理單穗重、穗粒數(shù)、千粒重、成熟期同化物積累量、花后同化物積累速率和收獲指數(shù)顯著高于N1和N3處理，說(shuō)明N2處理能降低同化物積累和花后同化物積累速率降幅，降低高溫脅迫對(duì)單穗重、穗粒數(shù)、千粒重的損害程度，減輕產(chǎn)量損失。

3.2 施氮量對(duì)高溫脅迫后小麥同化物積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

小麥籽粒產(chǎn)量的影響因素是同化物的合成能力和同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)能力，轉(zhuǎn)運(yùn)能力與庫(kù)對(duì)同化物的競(jìng)爭(zhēng)能力有關(guān)。籽粒產(chǎn)量的1/3來(lái)自花前貯藏同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)，2/3來(lái)自花后葉片光合同化物的積累[32]。研究表明，高溫處理使同化物向庫(kù)器官的分配受到阻礙，輸出時(shí)間縮短，輸出速率下降，產(chǎn)量降低[11-12]。適量氮肥處理能夠促進(jìn)高溫脅迫下春小麥花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，增加花后積累同化物對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率[31]。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫降低了花前貯藏同化物向籽粒中轉(zhuǎn)移量和花后同化物的積累量，從而降低了成熟期同化物積累總量。成熟期籽粒中同化物的分配量及比例減少，而穗軸+穎殼和莖鞘的分配量和比例顯著增加，這與前人的研究結(jié)果一致[10-12]。兩地試驗(yàn)中，N2處理的花前營(yíng)養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后同化物的積累量均顯著高于N1和N3處理，N2處理籽粒中同化物積累量和分配比例降幅低于N1和N3處理，在穗軸+穎殼和莖鞘中的分配量及比例的升幅顯著高于N1和N3處理。濟(jì)南試驗(yàn)地，N3處理的花后同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)量低于N1和N2處理，花后同化物的積累量低于N2處理。濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)地，N3處理的花后同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)量低于N2處理，高于N1處理，花后同化物的積累量低于N1和N2處理，表明在N3處理?xiàng)l件下不利于同化物的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)。以上結(jié)果說(shuō)明，N2處理較N1和N3處理能優(yōu)化花后高溫脅迫后同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，具有較高的同化物轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

3.3 施氮量對(duì)高溫脅迫后葉片衰老和籽粒中酶活的影響

小麥開花后，旗葉作為功能葉其活力持續(xù)時(shí)間對(duì)于產(chǎn)量形成具有重要作用。Mónica等[17]研究表明，高溫對(duì)衰老模式的影響微乎其微，葉片SPAD讀數(shù)無(wú)顯著差異。而Talukder等[33]和Wang等[34]研究認(rèn)為，高溫脅迫加速了旗葉葉綠素含量的損失，促進(jìn)旗葉衰老。本試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫脅迫顯著降低了旗葉和頂二葉的SPAD值，N2處理較N1和N3處理能有效減緩旗葉葉綠素下降，延緩旗葉衰老。高溫脅迫后，N2處理頂二葉SPAD值與N1、N3處理間差異不顯著，這可能與頂二葉中衰老酶活性有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究。

蔗糖是光合作用過程中最主要的產(chǎn)物，蔗糖合成酶是催化蔗糖進(jìn)入其他新陳代謝途徑的關(guān)鍵酶，具有雙向催化作用。小麥籽粒中蔗糖合成酶SS-Ⅰ分解方向活性高低反映了籽粒降解蔗糖的能力，較高的活性可提供充足的淀粉合成底物。溫度和施氮量影響蔗糖合成酶活性。小麥花前夜間增溫下，蔗糖合成酶活性隨施氮量的增加而增加[21]。劉霞等[35]研究認(rèn)為，高溫降低了籽粒中蔗糖合成酶活性。陳洋等[22]和趙宏偉等[23]發(fā)現(xiàn)施氮量不足或過量均導(dǎo)致玉米穗位葉蔗糖合成酶活性下降。本試驗(yàn)在濟(jì)南和濟(jì)陽(yáng)結(jié)果表現(xiàn)一致，以濟(jì)南試驗(yàn)點(diǎn)為代表檢測(cè)酶活性，發(fā)現(xiàn)灌漿期高溫脅迫后籽粒中蔗糖合成酶分解方向活性降低，合成方向活性升高；旗葉中蔗糖合成酶分解方向活性升高，合成方向活性降低。N2處理籽粒中蔗糖合成酶分解方向活性和旗葉中蔗糖合成酶合成方向活性高于N1和N3處理；高溫脅迫后，N3處理籽粒中蔗糖合成酶分解方向活性最低，而旗葉中蔗糖合成酶合成方向的活性最高，表明N3處理籽粒中合成淀粉的底物少，降低了籽粒的粒重。說(shuō)明N2處理籽粒中淀粉合成底物較多，旗葉具有較強(qiáng)的蔗糖合成能力，這是N2處理獲得較高干物質(zhì)積累量和粒重的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

高溫脅迫降低小麥成熟期干物質(zhì)的積累量、向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率，從而降低產(chǎn)量。N2（240 kg·hm-2）處理較N1（180kg·hm-2）和N3（300kg·hm-2）處理能夠延緩花后高溫脅迫后的旗葉衰老，使旗葉保持較高的蔗糖合成能力，籽粒保持較高的蔗糖分解能力，同化物積累和同化物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)能力受損較低，獲得較高籽粒產(chǎn)量。

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Effects of nitrogen application rate on assimilate accumulation, transportation and grain yield in wheat under high temperature stress after anthesis

GAO Chunhua1, 2, FENG Bo1, CAO Fang1, LI Shengdong1, WANG Zongshuai1, ZHANG Bin1, WANG Zheng1, KONG Lingan1, WANG Fahong1

(1Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan 250100;2Cotton Research Center, Shandong Academy of Agricultural Sciences,Ji’nan 250100)

【】This study was aimed to identify the effects of nitrogen application rates on grain yield, assimilate accumulation and translocation, physiological basis of winter wheat under the condition of high temperature stress, so as to provide technical and theoretical support for stress-resistance and stable yield cultivation.【】 Field experiments were conducted at Ji’nan experiment station and Jiyang experiment station of Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences in 2018 and 2019, designed with two temperature treatments (CK: Control, H: High temperature stress) and three nitrogen levels (N1:Low nitrogen with 180 kg·hm-2, N2: Regular nitrogen with 240 kg·hm-2, and N3: High nitrogen with 300 kg·hm-2) . By analyzing assimilate accumulation, allocation, sucrose synthetase activity in leaf and grain, and grain yield with winter wheat cultivar JM44, the regulation of nitrogen application rates on grain yield of wheat under high temperature stress circumstances was studied. 【】 The results showed that grain yield decreased significantly under high temperature stress conditions, and grain yield reduction at N1, N2, and N3 were 54.78%, 24.05%, 54.49% and 50.19%, 25.29%, 44.13% in Ji’nan and Jiyang, respectively. Significant increases were noticed in assimilate accumulation amount, pre-anthesis assimilate translocation amount and rate to grain yield, post-anthesis assimilate accumulation amount and rate, ratio of grain to other organs udner N2 treatment, compared with N1 and N3 treatment, same as in SPAD value, sucrose synthetase-I activity (direction of synthetic) in flag leaf, and sucrose synthetase-Ⅱ activity (direction of decomposition) in grain. 【】Higher grain yield could be achieved after high temperature stress during grain-filling stages with nitrogen application rate of 240 kg·hm-2, which could postpone flag leaf senescence, maintain high sucrose synthetase-I activity in flag leaf and sucrose synthetase-Ⅱ activity in grain, and keep high ability cof assimilate accumulate and transport to grain.

winter wheat; nitrogen application rate; high temperature stress; assimilate accumulation; assimilate transportation; grain yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.006

2020-05-11；

2020-07-29

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0300600-1）、國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503130）、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017GNC11106）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CXGC2016B04）、山東省農(nóng)業(yè)科技資金（園區(qū)產(chǎn)業(yè)提升工程）項(xiàng)目（2019YQ001）

高春華，E-mail：chunhuaaa009@163.com。通信作者馮波，E-mail：fengbo109@126.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）