高產(chǎn)小麥群體動(dòng)態(tài)及干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特性分析

黃玲，趙凱，邵敏敏，王福玉，陳貴菊，孫雷明，張玉丹，楊本洲，閆璐，王霖

（濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)寧 272031）

小麥?zhǔn)俏覈蠹Z食作物之一。近年來，全球大部分糧食主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)了單產(chǎn)停滯現(xiàn)象，同時(shí)，隨著工業(yè)化進(jìn)程，耕地面積不斷減少，糧食安全問題迫在眉睫。因此，在節(jié)約資源的基礎(chǔ)上，篩選及選育高產(chǎn)、高效型小麥品種具有重要意義。李瑞珂等［1］研究表明，不同基因型小麥花前干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)量差異顯著，產(chǎn)量的提高要依靠花前干物質(zhì)積累量高、運(yùn)轉(zhuǎn)率高的品種。不同小麥品種的光合產(chǎn)物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)特性差異顯著，干物質(zhì)積累是小麥產(chǎn)量的形成基礎(chǔ)［2-4］。小麥籽粒的形成主要來源于花后同化物的積累［5，6］。目前，對(duì)不同小麥品種干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、分配與產(chǎn)量之間關(guān)系研究較多，而對(duì)超高產(chǎn)品種造成產(chǎn)量差異的機(jī)理鮮見報(bào)道。本研究分析4個(gè)高產(chǎn)小麥品種的群體動(dòng)態(tài)變化、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特征的差異，以明確品種之間引起產(chǎn)量差異的機(jī)理，為高產(chǎn)高效小麥品種篩選和選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019、2019—2020年度在濟(jì)寧市兗州區(qū)小孟鎮(zhèn)河莊村進(jìn)行。土壤為壤土，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量12.41 g／kg、堿解氮112.08 mg／kg、有效磷35.92 mg／kg和速效鉀102.56 mg／kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用4個(gè)當(dāng)?shù)刂魍菩←溒贩N，分別為儒麥1號(hào)（魯農(nóng)審2014038號(hào)）［7］、太麥198（魯審麥20160056）、山農(nóng)28（國審麥20170018）、濟(jì)麥22（魯農(nóng)審2006050、國審麥2006018）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。小區(qū)面積40 m2。選用大華寶來機(jī)械廠生產(chǎn)的小麥寬幅精播機(jī)播種，儒麥1號(hào)、太麥198、山農(nóng)28、濟(jì)麥22播量控制在每公頃基本苗分別為330萬、330萬、270萬、225萬株，播種條帶寬8～9 cm，行距30 cm，播深3～5 cm。播種前玉米秸稈全部粉碎后深耕還田，翻耕前每公頃施入純N 105 kg、P2O5105 kg、K2O 120 kg，拔節(jié)期每公頃追施純N 105 kg。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 群體動(dòng)態(tài)調(diào)查 出苗期每小區(qū)選定長勢均勻一致5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)調(diào)查4行×1 m區(qū)域，于越冬期、拔節(jié)期、孕穗期和成熟期分別調(diào)查定點(diǎn)位置的群體總莖數(shù)。莖蘗成穗率（%）＝成熟期總莖數(shù)／拔節(jié)期總莖數(shù) ×100［8］。

1.4.2 干物質(zhì)積累量 選取長勢均勻的小麥植株，于越冬期、拔節(jié)期、孕穗期每處理分別取10株小麥地上部，開花期和成熟期每處理分別取地上部單莖50個(gè)。統(tǒng)計(jì)所取小麥植株的莖蘗數(shù)，并將樣品于105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重，測定單莖干物質(zhì)重量，計(jì)算干物質(zhì)積累量。

1.4.3 花前花后干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn) 開花期和成熟期，每處理分別取單莖30個(gè)，75℃烘干至恒重，稱干重。計(jì)算公式如下：

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量（kg／hm2）＝開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量；

營養(yǎng)器官干物質(zhì)貢獻(xiàn)率（%）＝營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量／成熟期籽粒干物質(zhì)積累量×100；

花后干物質(zhì)積累量（kg／hm2）＝成熟期籽粒干物質(zhì)積累量-營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量；

花后干物質(zhì)積累對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率（%）＝花后籽粒干物質(zhì)積累量／成熟期籽粒干物質(zhì)積累量×100。

1.4.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 采用小型種子脫粒機(jī)脫粒，成熟期全區(qū)收獲，風(fēng)干后稱重，并用谷物水分測定儀測定籽粒含水量，調(diào)整含水量至13%的籽粒產(chǎn)量，即：小區(qū)產(chǎn)量＝實(shí)測產(chǎn)量×（1-籽粒含水量）／（1-13%），根據(jù)小區(qū)產(chǎn)量折算公頃產(chǎn)量。

公頃穗數(shù)：小麥開花期在各小區(qū)內(nèi)選取長勢均勻一致區(qū)域劃定1 m×6行的微區(qū)進(jìn)行群體穗數(shù)調(diào)查（含1個(gè)邊行），并根據(jù)行距折算公頃穗數(shù)。穗粒數(shù)：隨機(jī)選取20個(gè)單穗，取平均值。

千粒重：于小區(qū)測產(chǎn)的風(fēng)干籽粒中取樣，數(shù)取兩個(gè)500粒，稱重（要求兩次總量誤差不超過0.2 g），相加得千粒重，并將數(shù)據(jù)折算為13%含水量標(biāo)準(zhǔn)的千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007、DPS7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種間群體發(fā)育動(dòng)態(tài)及莖蘗成穗率的差異

各品種小麥群體總莖數(shù)隨著生育期的推進(jìn)，呈先增加后降低的趨勢（表1）。2018—2019年度，越冬期、拔節(jié)期，太麥198每公頃總莖數(shù)低于其他3個(gè)品種，與儒麥1號(hào)、濟(jì)麥22差異顯著（P＜0.05）；孕穗期儒麥1號(hào)低于其他3個(gè)品種，僅與太麥198差異顯著（P＜0.05），成熟期與其他3個(gè)品種差異均達(dá)顯著水平。4個(gè)品種的莖蘗成穗率差異顯著（P＜0.05）。2019—2020年度，越冬期、拔節(jié)期，太麥198顯著低于其他3個(gè)品種（山農(nóng)28越冬期除外，P＜0.05）；孕穗期、成熟期，儒麥1號(hào)顯著低于其他3個(gè)品種（P＜0.05）；除濟(jì)麥22外各品種莖蘗成穗率差異顯著（P＜0.05），山農(nóng)28最高，儒麥1號(hào)最低。

表1 4個(gè)小麥品種各生育期群體總莖數(shù)及莖蘗成穗率

2.2 不同品種各生育時(shí)期植株干物質(zhì)積累量差異與分析

由表2看出，2018—2019年度，儒麥1號(hào)越冬期、孕穗期干物質(zhì)積累量均顯著高于其他3個(gè)品種（P＜0.05）；拔節(jié)期、成熟期4個(gè)品種間無顯著差異。2019—2020年度，越冬期，太麥198、山農(nóng)28及濟(jì)麥22之間干物質(zhì)積累量差異不顯著；拔節(jié)期，太麥198干物質(zhì)積累最多，與山農(nóng)28差異不顯著，顯著高于其它兩個(gè)品種；開花期及成熟期，儒麥1號(hào)顯著低于其他品種（P＜0.05），其他品種間差異不顯著。連續(xù)2年，儒麥1號(hào)在越冬期干物質(zhì)積累量最大，與其他品種間差異顯著。

表2 不同品種各生育期的植株干物質(zhì)積累量 （kg／hm2）

2.3 不同品種花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累差異分析

由表3看出，兩年度4個(gè)品種花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量均表現(xiàn)為太麥198＞儒麥1號(hào)＞濟(jì)麥22＞山農(nóng)28，其中山農(nóng)28與其他3個(gè)品種差異達(dá)顯著水平，花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在18.98%～39.71%之間。4個(gè)品種的花后干物質(zhì)積累量2018—2019年度表現(xiàn)為山農(nóng)28＞儒麥1號(hào)＞太麥198＞濟(jì)麥22，2019—2020年度表現(xiàn)為太麥198＞儒麥1號(hào)＞山農(nóng)28＞濟(jì)麥22，對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率在60.29%～81.02%之間。與濟(jì)麥22相比，3個(gè)品種顯著提高了花后干物質(zhì)的積累量，表明不同品種籽粒中的干物質(zhì)主要來源于花后干物質(zhì)的積累。

表3 不同品種花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累的差異

2.4 不同品種小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異分析

由表4可以看出，山農(nóng)28有效穗數(shù)最高，儒麥1號(hào)最少，二者差異顯著。儒麥1號(hào)穗粒數(shù)最多，山農(nóng)28最少，兩品種間差異顯著，太麥198和濟(jì)麥22之間差異不顯著。2018—2019年度，4個(gè)品種的千粒重?zé)o顯著差異；2019—2020年度，山農(nóng)28千粒重與儒麥1號(hào)無顯著差異，與太麥198和濟(jì)麥22差異顯著。兩年度4個(gè)品種的產(chǎn)量無顯著差異。

兩年平均結(jié)果，與濟(jì)麥22相比，儒麥1號(hào)有效穗數(shù)少14.03%，穗粒數(shù)多39.04%，增產(chǎn)5.86%；山農(nóng)28有效穗數(shù)多17.91%，穗粒數(shù)少14.50%，產(chǎn)量高3.20%；太麥198有效穗數(shù)和千粒重與濟(jì)麥22差異不大，穗粒數(shù)多14.14%?？梢?，儒麥1號(hào)和太麥198通過提高穗粒數(shù)、山農(nóng)28通過提高有效穗數(shù)來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，且以太麥198產(chǎn)量最高。所以，產(chǎn)量三因素協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效目標(biāo)的首選途徑。

表4 不同品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 討論與結(jié)論

小麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)是干物質(zhì)量的積累。于振文等［9］提出，黃淮麥區(qū)成熟期生物產(chǎn)量20 000 kg／hm2是實(shí)現(xiàn)9 000 kg／hm2產(chǎn)量的基礎(chǔ)，本研究結(jié)果與該結(jié)論基本一致。本試驗(yàn)中，儒麥1號(hào)冬前干物質(zhì)積累迅速，與其他品種差異顯著。拔節(jié)后，太麥198干物質(zhì)積累量加快。小麥籽粒產(chǎn)量來源于花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后干物質(zhì)積累量。本研究結(jié)果表明，4個(gè)品種花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在18.98%～39.71%，花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率在60.29%～81.02%，可見，提高花后干物質(zhì)積累量有利于增加產(chǎn)量。有研究指出，小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率與小麥基因型的關(guān)系密切［10-12］。產(chǎn)量與花后干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)［13］。因此，獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)是提高花后干物質(zhì)量的積累。

小麥獲得高產(chǎn)的前提是擁有高質(zhì)量的群體。唐興旺等［14］研究表明，拔節(jié)前群體總莖數(shù)較少，減少不必要的無效分蘗，盡可能地提高莖蘗成穗率，可獲得較高的單位面積有效穗數(shù)。協(xié)調(diào)產(chǎn)量三因素的發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目標(biāo)。仝錦等［15］研究認(rèn)為，單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加對(duì)小麥產(chǎn)量的形成貢獻(xiàn)最大。本研究中，山農(nóng)28的穗粒數(shù)少，但單位面積有效穗數(shù)多；儒麥1號(hào)單位面積有效穗數(shù)少，但穗粒數(shù)增加；太麥198在越冬期、拔節(jié)期群體最少，后期莖蘗消減量少，穗粒數(shù)和公頃穗數(shù)相對(duì)較多，完美呈現(xiàn)產(chǎn)量三因素之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。