包蛋麥品種間干物質(zhì)分配、籽粒灌漿特性比較

周安定，李 磊，孫詩仁，章建新，孔德鵬，苗 雨，薛麗華

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，烏魯木齊 830052；3.自治區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣總站，烏魯木齊 830049；4.新疆農(nóng)業(yè)科學院奇臺麥類實驗站，新疆奇臺 831816)

0 引 言

【研究意義】包蛋麥是指由于播種較晚，接近大地封凍的前夕，將冬、春小麥品種播種在土壤中，如果土壤溫度相對高，能讓種子萌動或發(fā)芽后，冷凍在土壤中越過冬天，第2年正常生長的種植方式，最晚播冬前不出苗[1]。在新疆北疆麥區(qū)，包蛋麥在棉花收獲后(10月底至11月中旬)播種，以種芽狀態(tài)在積雪覆蓋下越冬，早春利用積雪融水出苗。較正常播種冬小麥可節(jié)約出苗水、越冬水，節(jié)水潛力大。選擇適宜的小麥品種是包蛋麥獲得高產(chǎn)的前提條件?！厩叭搜芯窟M展】20世紀50～60年代，新疆、青海、甘肅、西藏等地曾用春性小麥品種晚冬播，出苗率多在40.0%～70%[2-4]，在足苗的情況下，春性小麥品種冬播其生產(chǎn)潛力高于春麥正常播種[5]。2013年新疆兵團四十九團種植包蛋麥400 hm2，其中最高實收產(chǎn)量達7 638 kg/m2[6]。春小麥、冬小麥品種均可種包蛋麥，包蛋麥不管哪個品種,較春小麥品種早熟6～7 d，增產(chǎn)幅度達37.8%，冬播春小麥品種的產(chǎn)量高于冬播冬小麥品種[2]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，有關包蛋麥的研究很少，而干物質(zhì)積累與分配和籽粒灌漿是直接影響小麥產(chǎn)量高低的重要因素。需要研究北疆包蛋麥冬、春性小麥品種間干物質(zhì)積累、灌漿特性及產(chǎn)量的差異。【擬解決的關鍵問題】選用新疆北疆主栽6個冬性小麥品種和5個春性小麥品種包蛋種植，田間比較冬、春性小麥品種間干物質(zhì)積累與分配、籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的差異，為新疆北疆包蛋麥品種選擇提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2019年在新疆烏魯木齊市頭屯河區(qū)三坪農(nóng)場新疆農(nóng)業(yè)大學實習基地進行。該地區(qū)年平均日照可達2 829.4 h，年平均氣溫7.2℃，平均降水量228.8 mm，全年無霜期163 d。試驗地為壤土，0～20 cm土壤有機質(zhì)1.1%、堿解氮含量60 mg/kg、速效鉀含量215.0 mg/kg、速效磷含量16 mg/kg、土壤pH值為8.28，前茬作物為西瓜。越冬期間耕層(4 cm)日最低溫度為-3.45℃，出現(xiàn)在2019年1月12日。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

冬性小麥品種為新冬18號、新冬22號、新冬41號、新冬48號、新冬51號、新冬53號；春性小麥品種為新春6號、新春20號、新春27號、新春29號和新春43號。田間按隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積11.4 m2(3.8 m×3.0 m)，重復3次。翻地前基施磷酸二銨300 kg/hm2，耙地、旋耕后，于2018年10月31日人工開溝精量點播，行距20 cm，播種深度為4 cm左右，播種量1.0×107粒/hm2。冬前不灌水，春季分別在4月18日、5月7日、5月21日、6月5日以及6月19日各滴水1次(累計5次)，每次滴水750 m3/hm2。分別在4月18日、5月7日隨水滴入112.5 kg/hm2純氮，共施純氮225 kg/hm2。6月24至7月20日成熟。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 干物質(zhì)積累、分配及轉運

4月30日、5月10日、5月20日、6月1日，6月17日每處理每重復取30株小麥鮮樣，剪去根，將植株分為葉片、莖鞘、穎殼和穗軸、籽粒部分，放入105℃烘箱中殺青30 min，80℃烘至恒重后稱干重，分別測定各品種的干物質(zhì)重。

花前營養(yǎng)器官同化物向籽粒轉運量(kg/hm2)=開花期干物重(kg/hm2)-成熟期營養(yǎng)器官干重(kg/hm2)；

花后同化物向籽粒分配量(kg/hm2)=成熟期籽粒干重(kg/hm2)-花前營養(yǎng)器官同化物向籽粒運轉量(kg/hm2)；

花前營養(yǎng)器官同化物轉運率(%)=花前營養(yǎng)器官同化物轉運量(kg/hm2)/開花期營養(yǎng)器官干重(kg/hm2)×100% ；

花后同化物向籽粒分配率(%)=花后同化物對籽粒分配量(kg/hm2)/ [成熟期總干重(kg/hm2)-開花期干物重(kg/hm2)] ×100% ；

花前同化物對籽粒的貢獻率(%)=花前同化物轉運量(kg/hm2)/成熟期籽粒干重(kg/hm2) ×100% ；

花后同化物對籽粒的貢獻率(%)=花后同化物對籽粒貢獻量(kg/hm2)/成熟期籽粒干重 (kg/hm2) ×100%。

1.2.2.2 灌漿特性

開花期選取同天開花且大小一致200個穗掛牌標記。自花后10～35 d，每3 d取標記穗6個，取各穗中部小穗基部籽粒30粒，在80℃條件下烘至恒重，用感量0.000 1天平稱量并折算成千粒重。用Logistic方程y=k/[1+e(a-bt)]擬合花后籽粒灌漿過程，t為花后天數(shù)(開花日計t=0)；y為1 000粒質(zhì)量(g)；k為1 000粒質(zhì)量理論最大值(g)；a和b為相關參數(shù)。由方程的一階導數(shù)，二階導數(shù)和三階導數(shù)推導出一系列灌漿特征參數(shù)，到達最大灌漿速率的時間Tmax=-a/b，此時最大速率Vmax=-bk/4；快速生長時段的起始時間t1=(a-1.317)/b；快速生長時段的終止時間t2=(a+1.317)/b；快速增長持續(xù)時間△t=t2-t1。平均灌漿速率Vmean=(Yt2-Yt1)/△t。

1.2.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構成

成熟期各小區(qū)選取具有代表性的樣點4 m2(2 m×2 m)，實收測產(chǎn)，最終按照籽粒含水量13%折算出每公頃產(chǎn)量。每小區(qū)選取0.2 m2(1 m×0.2 m)株，用于調(diào)查單株生物重、穗粒數(shù)和千粒重。

2 結果與分析

2.1 包蛋麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的差異

研究表明，各品種間產(chǎn)量差異達顯著水平(P<0.05)。冬性品種包蛋以新冬41號產(chǎn)量較高，為7 812.3 kg/hm2，春性品種包蛋以新春6號產(chǎn)量較高，為7 935.6 kg/hm2。冬性品種包蛋平均產(chǎn)量(7 237.3 kg/hm2)與春性品種包蛋平均產(chǎn)量(7 022.8 kg/hm2)差異不明顯。新冬41號穗數(shù)431.7×104/hm2、穗粒數(shù)36.3、千粒重51.7 g；新春6號穗數(shù)475.2×104/hm2、穗粒數(shù)31.6、千粒重52.8 g。新冬41號和新春6號2個較高產(chǎn)品種穗數(shù)和穗粒數(shù)均位于其余品種之間，但千粒重均顯著高于其余品種，均達到50.0 g以上。表1

表1 包蛋小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成Table 1 Yield and yield components of the wheat seeds overwinter in soil

2.2 包蛋麥品種間群體干物質(zhì)積累量差異

研究表明，包蛋條件下，冬、春性小麥品種干物質(zhì)積累量差異明顯。冬性小麥品種總干物質(zhì)積累量在14 727.8～16 983.26 kg/hm2，以新冬41號較高，為16 983.3 kg/hm2，春性小麥品種總干物質(zhì)積累量在13 588.6～17 634.7 kg/hm2，以新春6號較高，為17 634.7 kg/hm2。冬性小麥品種成熟期干物質(zhì)積累量平均值(16 140.9 kg/hm2)比春性小麥品種(15 804.1 kg/hm2)高2.09%，但冬、春性小麥品種間差異不明顯。包蛋條件下，總干物質(zhì)積累量與冬、春性品種無關，新冬41號、新春6號干物質(zhì)積累量顯著高于其余品種。表2

表2 不同時期包蛋小麥干物質(zhì)積累量動態(tài)Table 2 Dynamics of dry matter accumulation for various varieties in different date

2.3 包蛋小麥品種間群體干物質(zhì)分配差異

研究表明，冬、春性小麥品種包蛋各器官干物質(zhì)分配率差異顯著。成熟期穗重占總干物質(zhì)重比率冬性小麥品種分別為62.06%～67.25%，以新冬41號較高；春性小麥品種穗重占總干物質(zhì)比率為60.36%～68.92%，以新春6號較高。冬性小麥品種穗重占總干物質(zhì)重比率平均值為63.88%，春性小麥品種穗重占總干物質(zhì)重比率平均值為64.06%，兩類品種間無明顯差異。包蛋麥群體干物質(zhì)分配與冬、春性小麥品種無關。成熟期干物質(zhì)向穗部分配的比例以新冬41號(67.25%)、新春6號(68.92%)較高。表3

表3 包蛋小麥品種群體干物質(zhì)分配比例Table 3 Dry matter distribution ratio of various wheat varieties (%)

2.4 包蛋小麥品種間花前和花后同化物向籽粒分配的差異

研究表明，各小麥品種包蛋花前和花后同化物轉運存在顯著差異(P<0.05)?；ㄇ昂突ê笸镛D運均對產(chǎn)量的形成有一定的影響，但花后同化物對籽粒的貢獻率明顯大于花前同化物對籽粒的貢獻。

冬性小麥品種花后同化物向籽粒分配量平均值、分配率平均值、對粒重貢獻率平均值依次為4 508.46 kg/hm2、57.13%、78.78%，與春性小麥品種(依次為4 324.77 kg/hm2、56.36%、77.71%)均差異不明顯。包蛋麥花前和花后同化物向籽粒的分配與冬、春性小麥品種無關。各品種間差異顯著(P<0.05)，以新冬41號、新春6號花后光合產(chǎn)物向籽粒分配量(依次為5 223.78 kg/hm2、5 452.47 kg/hm2)、分配率(依次為62.01%、64.34%)、貢獻率(分別為83.44%、85.13%)較高。表4

表4 包蛋小麥品種花前和花后同化物轉運Table 4 The assimilation transport of various wheat varieties before and after flowering

2.5 包蛋小麥品種間灌漿特性的差異

研究表明，春性小麥品種包蛋快速增長持續(xù)時間的平均值(16.25 d)、最大灌漿速率的平均值(2.23 g/d)、平均灌漿速率的平均值(1.12 g/d)，冬性小麥品種包蛋依次為15.70 d、2.22 g/d、1.09 g/d，冬、春性小麥品種之間的差異未達顯著水平。包蛋麥灌漿特性與冬、春性品種無關。籽?？焖僭鲩L持續(xù)時間以新冬22號(17.45 d)、新冬41號(17.00 d)、新春6號(17.19 d)較長，平均灌漿速率以新冬41號(1.24 g/d)和新春6號(1.22 g/d)顯著高于其余品種。表5，表6

表5 包蛋小麥品種籽粒灌漿進程的Logistic方程參數(shù)估計值Table 5 Logistic equation parameter estimates of grain filling process of various wheat varieties

表6 包蛋小麥品種籽灌漿階段特征參數(shù)Table 6 The influence of characteristic parameters of different wheat varieties during grain filling stage

3 討 論

干物質(zhì)積累是作物器官分化、產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎[7]。晚播小麥由于播種時的地溫相對較低，小麥出苗的時間就相應增長，前期營養(yǎng)消耗增多，干物質(zhì)積累量會降低。王彬等[1]研究表明，超晚播條件下中等穗型品種花前干物質(zhì)積累量介于大穗型和小穗型品種之間，而中等穗型品種花后干物質(zhì)積累量卻高于大穗型和小穗型品種。冬小麥播期越晚，對干物質(zhì)積累越不利，而春麥在10月25日以后的冬播期對干物質(zhì)積累影響不顯著[8]。研究表明，在種植包蛋麥條件下，冬、春性兩類品種總干物質(zhì)積累量差異不明顯，以新冬41號和新春6號2個品種的總干物質(zhì)積累量較高。

研究表明，冬性小麥品種花后同化物向籽粒分配量平均值、分配率平均值、對粒重貢獻率與春性小麥品種的差異均不明顯。包蛋麥花前和花后同化物向籽粒的分配與冬、春性小麥品種無關。但各品種間差異顯著，以新冬41號、新春6號花后光合產(chǎn)物向籽粒分配量、分配率、貢獻率均較高。

籽粒灌漿是小麥產(chǎn)量形成重要過程。籽粒灌漿是通過影響千粒重影響小麥產(chǎn)量。籽粒灌漿速率和灌漿期是重要的灌漿特征參數(shù)，共同決定著粒重的形成[9]。超晚播條件下中部穗型、大穗型、小穗型3個品種最大灌漿速率和平均灌漿速率相似，但中部穗型品種灌漿期最長，特別是活躍灌漿期最長[10]。而研究表明，在種植包蛋麥條件下，冬、春性兩類小麥品種的灌漿期快速增長持續(xù)時間、最大灌漿速率、平均灌漿速率的平均值差異均不明顯[11]。新冬41號和新春6號籽粒平均灌漿速率較高、灌漿快速增長持續(xù)時間期較長是其千粒重較高的原因。與適期播種的冬小麥、春小麥相比，包蛋麥改變了開花期，進而改變了小麥灌漿期間的溫度等條件，進而對籽粒的灌漿過程產(chǎn)生影響。包蛋麥種植條件下，新冬41號和新春6號的開花期較早是其籽粒最大灌漿速率和平均灌漿速率均較高的原因。

冬性小麥品種產(chǎn)量的平均值為7 237.3 kg/hm2，春性小麥品種產(chǎn)量的平均值為7 022.8 kg/hm2，冬性小麥品種產(chǎn)量的平均值比春性品種高2.0%，但差異不明顯。且在試驗條件下，新冬41號和新春6號分別獲得7 812.3 kg/hm2、7 935.6 kg/hm2較高產(chǎn)量，北疆地區(qū)超晚冬播條件下，小麥品種可以獲得較高產(chǎn)量的同時，可以節(jié)約冬前用水。新冬41號和新春6號穗數(shù)和穗粒數(shù)位于其余品種之間，但千粒重顯著高于其余品種，達到50.0 g以上。在包蛋麥種植條件下，新冬41號和新春6號2個品種的總干物質(zhì)積累量較高，花后光合產(chǎn)物向籽粒的分配比例較高，籽粒最大灌漿速率和平均灌漿速率均較高是其產(chǎn)量高于其余品種的重要原因。

4 結 論

超晚冬播條件下，產(chǎn)量、總干物質(zhì)積累量、群體干物質(zhì)分配各器官峰值所占比例、花前和花后同化物轉運量以及灌漿期快速增長持續(xù)時間、最大灌漿速率、平均灌漿速率的平均值冬、春性小麥品種間差異均不明顯。新春6號、新冬41號分別獲得7 935.6、7 812.3 kg/hm2較高產(chǎn)量，總干物質(zhì)積累量、成熟期穗部所占比例、花后同化物轉運量、灌漿期快速增長持續(xù)時間及平均灌漿速率均高于其余品種。在水資源嚴重短缺的北疆地區(qū)，新春6號、新冬41號較適合超晚冬播。