拔節(jié)期低溫脅迫對不同水處理小麥生物產量和籽粒產量的影響

李曉靜 劉立軍 徐海娜 何力劍 李寶佳 邢志華 張雪花 安浩軍

（1.保定市農業(yè)科學院 河北保定071000；2.保定市農業(yè)科學研究所試驗場 河北保定071000）

低溫凍害是河北省小麥生育期內發(fā)生頻率較高的一種自然災害，其傷害和減產程度均高于其他災害。隨著地球氣候變暖，溫度的波動性不斷加劇[1]，凍害防御仍然不可掉以輕心。小麥凍害幾乎每年都有不同程度的發(fā)生，小麥的產量因此受到不利影響，甚至減產，嚴重影響小麥生產[2]。小麥生產曾受極端低溫的影響而多次遭受不同面積和強度的減產[3-4]。1980年,我國河北省因凍害死苗在30%以上,減產上億斤[5]。同年我國冬麥毀種面積在1000多萬畝，造成了巨大的經濟損失。植物對低溫的適應性一直是世界性的研究課題[6]，小麥在返青至拔節(jié)期，植株生長加快，抗寒力明顯下降，早春冷暖驟變極易造成死苗，因此，培育抗寒、耐寒的小麥新品種，對穩(wěn)定糧食生產具有重要意義。

華北地區(qū)是我國冬小麥的主產區(qū)[7]，其小麥高產穩(wěn)產對國家糧食安全具有重要意義。該地區(qū)水資源短缺[8]，生長季內干旱少雨，小麥生育期內降水量較少[9]，自然降水僅占冬小麥總耗水量的30%左右，存在明顯的水分虧缺，小麥高產主要依靠灌溉作為保障措施[10]。作為我國的主要糧食作物,冬小麥的抗旱增產問題一直為眾多研究者和生產者所關注[11]。冬小麥生長期處于晚秋至初夏季節(jié)，是河北省一年中最干旱的季節(jié)。干旱已成為該區(qū)冬小麥生產的最主要影響因素[12]，篩選抗旱性突出的小麥品種迫在眉睫。

拔節(jié)期低溫脅迫對小麥的部分生理特性的影響已有報道，但拔節(jié)期低溫脅迫下水分處理對小麥生物產量、籽粒產量及其構成因素的影響尚未見報道。本試驗選取河北省中北部審定、推廣的6個小麥品種為材料，在人工智能溫室模擬拔節(jié)期低溫脅迫條件，在肥料全部底施基礎上，設置不同生育時期的灌水處理,分析了拔節(jié)期不同品種小麥低溫脅迫后不同水分處理下小麥的生物產量、籽粒產量及其構成因素的特點,探索氣候變化大背景下，低溫脅迫對小麥生產的影響，以期為該地區(qū)節(jié)水抗寒優(yōu)質小麥品種的選育和栽培應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2019-2020年在保定市農業(yè)科學院徐水試驗基地進行。2019年10月6日在保定市農業(yè)科學院徐水試驗基地試驗田進行盆栽種植。試驗選用6個冬小麥品種，分別是保麥10號、河農130、遠大1號、濟麥22、石新616、中麥175。盆直徑30 cm，高30 cm，底部各打5個小孔，以保持下層土壤通氣良好。試驗田為壤土，土壤質地為中壤。前茬作物為玉米，秸稈還田。每盆裝試驗田耕層土15 kg后埋入大田，盆內土壤高度與大田持平。播前結合沉降土壤每盆施復合基肥3.0 g，種子精選后于2019年10月6日播于塑料盆中，3葉期定苗，每盆12株。試驗設置4個處理，分別為冬后澆1水（節(jié)水常溫，W1；節(jié)水低溫，W3）、澆2水（豐水常溫，CK；豐水低溫，W2），每盆種植1個品種，每處理設3次重復，每個品種12盆，共計72盆。W1、W3為冬后（拔節(jié)期）澆1次水，灌溉量為675 m3/hm2；CK、W2為冬后澆2次水，分別于拔節(jié)期、開花期進行，每次灌水量均為675 m3/hm2。

2020年4月11日，將低溫組W2、W3（每品種6盆）從大田移入人工智能溫室（溫度控制誤差±0.5℃，大氣相對濕度設置為70%，控制誤差±1%，光量子通量密度800μmol/m2·s）處理。處理條件為16℃晝（16 h，12000 lx)/10℃夜條件下正常生長1 d，然后在1℃晝（16 h，12000 lx）/1℃夜低溫條件下連續(xù)處理3 d。處理結束后移至自然條件下，其他管理同大田，2020年6月15日收獲。對照組環(huán)境溫度設置見圖1。

圖1 對照組環(huán)境溫度

1.2 樣品采集與分析

單位面積生物產量測定：于成熟期按盆收獲，樣品采集后在90℃下殺青0.5 h，烘干；成熟期樣品在太陽下充分曬干后脫粒,并計算單位面積生物產量。每盆面積0.07 m2。生物產量為分蘗節(jié)以上的莖葉干重，包括穗重。

產量及構成因素測量：成熟期各處理考查有效穗數、穗粒數、千粒重，分盆收割曬干后計產。

1.3 數據分析

試驗數據采用Ecxel 2010和SPSS 17.0分析軟件Duncan新復極差法對有關數據進行統計分析和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同溫度和不同水分處理對小麥單位面積生物產量的影響

由表1可知，4個不同處理條件下，6個品種小麥的生物產量趨勢一致，均為CK>W1>W2>W3。與對照相比，低溫和節(jié)水均造成小麥單位面積生物產量下降，但不同品種的單位面積生物產量受2個因素的影響呈現出不一樣的特點。在低溫脅迫條件下，水分處理對河農130和遠大1號、中麥175的單位面積生物產量的影響沒有達到顯著（P>0.05）和極顯著水平（P>0.01），對濟麥22的單位面積生物產量的影響沒有達到顯著水平。同等澆水條件下，遠大1號的單位面積生物產量在不同處理間未達到顯著或極顯著水平。結果表明遠大1號對溫度和澆水量的敏感度較其他品種低，石新616則對溫度和水分都屬于敏感型品種。

表1 不同溫度和不同水分處理對小麥單位面積生物產量的影響

2.2 不同溫度和不同水分處理對小麥產量及其構成因素的影響

方差分析表明，環(huán)境溫度和澆水量對小麥產量及其三個構成因素均有顯著的影響。由表2可知，CK處理條件下，6個品種產量均為最高，同一品種產量，CK其他處理差異具有顯著性或極顯著性。本試驗條件下，小麥拔節(jié)期遇低溫脅迫后，穗數、穗粒數呈下降趨勢，而粒重無顯著變化。縱觀不同處理條件下，各品種受溫度和水分的影響，其產量構成因素呈現不同程度的差異性，這與不同品種小麥自身的抗寒性和抗旱性有直接聯系。其中不同品種穗粒數受溫度影響較大，其原因是低溫脅迫條件下，小麥授粉能力受到影響，一定程度上影響小麥結實率，進而影響小麥穗粒數。小麥千粒重是評價小麥產量和質量的重要指標。本研究表明，千粒重受澆水量影響較大，節(jié)水處理較豐水處理，千粒重普遍有所下降，說明澆水量直接影響小麥灌漿過程，這與澆水量影響小麥的灌漿速率有一定關系。同等澆水條件下，常溫處理中作物產量均高于低溫脅迫處理下作物產量；同等溫度條件下，不同作物產量常溫處理高于低溫脅迫處理。低溫脅迫造成一定幅度的產量降低，增加澆水量則有助于小麥增產。進一步說明土壤水分和環(huán)境溫度是影響冬小麥生長的限制性因子。因此，參試品種對溫度和水分的敏感性較低，如保麥10號，該品種不同處理條件下，其穗粒數、千粒重、畝穗數間的差異性會相對降低，其產量的差異性也較其他品種更低，該品種屬于抗寒性和抗旱性較好的品種。

表2 不同溫度和不同水分處理對小麥產量及構成因素的影響

3 討論

溫度和澆水量是除遺傳因素外影響小麥產量的最重要因素。本研究表明,溫度和澆水量對小麥生物產量和籽粒產量有極顯著影響。在不同溫度、澆水量處理條件下,不同品質類型小麥品種的單位面積生物產量和籽粒產量差異顯著，其產量構成三要素也存在顯著差異性。低溫和節(jié)水均導致不同小麥品種生物產量、籽粒產量及其構成三要素產生不同程度下降，其中保麥10號不同處理間生物產量和籽粒產量變化幅度較小，且具有一定的高產穩(wěn)產潛力，表現出較強的抗逆性。

低溫對植物的影響在很多作物上都有報道，同大多數作物一樣，低溫脅迫對小麥幼苗有一定的傷害[13-14]，小麥受低溫影響形成凍害，嚴重影響小麥優(yōu)質、高產、穩(wěn)產。本試驗研究低溫脅迫處理下，不同水分條件對小麥植株生物產量和籽粒產量的影響，進而反映其抗逆性的強弱。本研究發(fā)現，從不同水分處理對單位面積生物產量和產量的影響來看,土壤水分狀況顯著影響冬小麥光合產物,豐水條件有利于地上部發(fā)育和產物積累，而節(jié)水處理較豐水處理不同品種單位面積生物產量和產量下降幅度不同；低溫脅迫處理后，豐水條件較節(jié)水條件單位面積生物產量和產量下降幅度更低。說明低溫脅迫處理后，增加澆水量可提高抗逆能力，這與前人研究結果[15-16]相一致。

試驗結果說明小麥的抗逆性除了與其自身的遺傳因素和生理特征密切相關外，受外界環(huán)境影響很大。選育節(jié)水抗逆高產小麥新品種、建立良種良法配套的高產栽培技術，提高小麥的綜合抗逆能力，建立抗逆應變栽培技術體系是目前小麥安全高效栽培生產中亟需解決的問題。