施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

付陳陳，劉子晶，蔡瑞國(guó)，郭雙雙，徐東娜，史金平，張 敏

(1.河北省作物逆境生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北秦皇島 066004；2.秦皇島市耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心，河北秦皇島 066004)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，隨著人們生活水平的提高，對(duì)小麥品質(zhì)提出了更高要求，市場(chǎng)對(duì)強(qiáng)筋小麥的需求量也越來(lái)越大[1-2]。氮肥對(duì)強(qiáng)筋小麥的生長(zhǎng)起著重要作用，研究表明，氮肥運(yùn)籌對(duì)強(qiáng)筋小麥干物質(zhì)積累有顯著影響[3-5]；干物質(zhì)積累量與氮素供應(yīng)相關(guān)，追氮時(shí)期不同，氮肥對(duì)干物質(zhì)積累的效應(yīng)不同[6]；合理的施氮模式能夠促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，為籽粒氮素形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[7-8]。大量研究表明，強(qiáng)筋小麥不同生育時(shí)期吸收氮素能力不同，在相同施氮量條件下，孕穗期施氮會(huì)促進(jìn)植株氮素的累積和氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[9-10]。毛鳳梧等[11]研究表明，推遲追施氮肥時(shí)期和提高氮肥追施比例可提高強(qiáng)筋小麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，有利于提高小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。

小麥籽粒中的氮素主要以蛋白質(zhì)形式存在，氮素供應(yīng)時(shí)期對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量具有明顯的調(diào)節(jié)作用[12-14]。Ottman[15]等研究表明，拔節(jié)后期追氮肥顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但不同蛋白質(zhì)組分含量因處理而異；潘慶民等[16]發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期以后施用氮肥可以同時(shí)提高籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量；Don等[17]認(rèn)為，小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量隨施氮肥時(shí)期后移呈遞增趨勢(shì)。目前，有關(guān)不同施氮量、施氮時(shí)期及施氮比例對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、籽粒蛋白質(zhì)含量影響的研究已有大量報(bào)道，而關(guān)于冀東平原氮肥運(yùn)籌對(duì)強(qiáng)筋小麥蛋白質(zhì)及其組分含量影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)選用2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種，在總施氮量為210 kg·hm-2基礎(chǔ)上設(shè)置4種施氮模式，以產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量為目標(biāo)，探索強(qiáng)筋小麥最佳施氮模式，以期為冀東平原強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年10月至2021年6月在河北科技師范學(xué)院試驗(yàn)站(39°44′N(xiāo)，119°13′E)進(jìn)行，前茬作物為玉米。供試品種為當(dāng)?shù)赝茝V強(qiáng)筋小麥津農(nóng)7號(hào)和中麥998。試驗(yàn)地土壤為潮褐土，耕層土壤(0～20 cm)全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別為1.48 g·kg-1、47.56 mg·kg-1、13.29 mg·kg-1、77.48 mg·kg-1和25.42 g·kg-1。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4種施氮模式(CK：底肥50%+拔節(jié)肥50%；N1：底肥30%+起身肥20%+拔節(jié)肥50%；N2：底肥50%+拔節(jié)肥30%+孕穗肥20%；N3：底肥 30%+拔節(jié)肥50%+孕穗肥20%；氮肥用量：210 kg·hm-2)。2020年10月9日播種，基本苗為375×104株·hm-2。小區(qū)面積為7.5 m2(3 m× 2.5 m)，3次重復(fù)。氮肥為尿素(含氮46%)，各處理磷肥和鉀肥均按105 kg·hm-2全部作為底肥一次性施用。于2021年6月20日收獲。其他管理方法同當(dāng)?shù)匦←湼弋a(chǎn)大田。

1.2 項(xiàng)目測(cè)定與方法

1.2.1 植株干物質(zhì)積累量與氮素相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

開(kāi)花期標(biāo)記同一天開(kāi)花的單莖，于小麥開(kāi)花期和成熟期各取10個(gè)單莖，分成莖、葉、鞘、穗(成熟期為穗軸+穎殼、籽粒)；105 ℃殺青30 min， 60 ℃烘干至恒重，計(jì)算干物質(zhì)積累量。粉碎后采用半微量凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，參照代新俊[1]的方法計(jì)算植株氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率，用氮含量乘以5.7計(jì)算籽粒蛋白質(zhì)含量[10]。3次重復(fù)。

1.2.2 蛋白質(zhì)組分含量的測(cè)定

參照何照范[18]方法測(cè)定蛋白質(zhì)組分含量。

1.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

完熟期每小區(qū)取代表性1 m2，測(cè)穗數(shù)和穗粒數(shù)，按小區(qū)收獲，曬干后測(cè)千粒重和產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用 DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥干物質(zhì)積累量的影響

施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥植株干物質(zhì)積累量具有顯著效應(yīng)(表1)。與CK相比，N2和N3處理顯著提高兩個(gè)品種開(kāi)花期地上部干物質(zhì)積累總量，且N2處理顯著高于N3處理；津農(nóng)7號(hào)開(kāi)花期N2處理的葉片和穗軸+穎殼干物質(zhì)積累量顯著提高，中麥998的N2處理開(kāi)花期莖、葉片和鞘的干物質(zhì)積累量顯著提高。2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種成熟期籽粒干物質(zhì)積累量均以N2處理最高，且中麥顯著高于津農(nóng)7號(hào)(P<0.05)。

表1 不同施氮模式下強(qiáng)筋小麥的干物質(zhì)積累量Table 1 Dry matter accumulation of strong gluten wheat with different nitrogen application modes g·stem-1

2.2 施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累量的影響

施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥植株氮素積累量有顯著效應(yīng)(表2)。與CK相比，N2處理顯著提高2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種開(kāi)花期葉片和穗軸+穎殼的氮素積累量；N3處理顯著提高津農(nóng)7號(hào)開(kāi)花期莖的氮素積累量，N1處理降低開(kāi)花期各器官的氮素積累量；2個(gè)品種N2、N3處理的開(kāi)花期地上部氮素積累總量均顯著高于CK；津農(nóng)7號(hào)開(kāi)花期地上部氮素積累總量及各器官氮素含量平均高于中麥998。成熟期，N3處理的2個(gè)品種各營(yíng)養(yǎng)器官(中麥998鞘除外)氮素積累量均高于其他處理。

表2 不同施氮模式下強(qiáng)筋小麥的植株氮素積累量Table 2 Nitrogen accumulation of strong gluten wheat with different nitrogen application modes mg·stem-1

2.3 施氮模式對(duì)小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量有顯著效應(yīng)(表3)。與CK相比，津農(nóng)7號(hào)和中麥998的N2處理的葉片和穗軸+穎殼氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著提高，N3處理的莖和鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著升高；N2處理2個(gè)品種花前氮素總轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著高于其他處理，花后氮素積累量均以N1處理最高?；ㄇ暗剞D(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率，津農(nóng)7號(hào)以CK最高，中麥998以N2處理最高；津農(nóng)7號(hào)花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率顯著高于中麥998(P<0.05)。2個(gè)品種花后氮素積累量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均以N1處理最高。

表3 不同施氮模式下強(qiáng)筋小麥的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量Table 3 Nitrogen transport of strong gluten wheat with different nitrogen application modes mg·stem-1

2.4 施氮模式對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥的總蛋白質(zhì)及其組分含量具有顯著效應(yīng)(表4)。與CK相比，津農(nóng)7號(hào)籽?？偟鞍踪|(zhì)含量和醇溶蛋白含量以N2處理最高，清蛋白和谷蛋白含量以N3處理最高；中麥998籽?？偟鞍踪|(zhì)含量、醇溶蛋白和谷蛋白含量均以N3處理最高；2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種球蛋白含量均以N1處理最高。2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種N2與N3處理比較，總蛋白質(zhì)含量、醇溶蛋白含量和谷蛋白含量無(wú)顯著差異，且津農(nóng)7號(hào)總蛋白質(zhì)及其組分含量均高于中麥998。

表4 不同施氮模式下強(qiáng)筋小麥籽粒蛋白質(zhì)及組分含量Table 4 Protein and its component contents of strong gluten wheat with different nitrogen application modes %

2.5 施氮模式對(duì)籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

施氮模式顯著影響2品種籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(表5)。2品種的穗數(shù)均以N1處理最高，千粒重均以N2處理最高；穗粒數(shù)津農(nóng)7號(hào)以N3處理最高，中麥998以CK最高。2個(gè)品種的產(chǎn)量均以N2處理最高。

表5 不同施氮模式下強(qiáng)筋小麥的籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 5 Grain yield and its components of strong gluten wheat with different nitrogen application modes

3 討論與結(jié)論

3.1 施氮模式對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，氮素供應(yīng)與干物質(zhì)積累量密切相關(guān)[19]。前人研究表明，不同施氮模式對(duì)小麥植株氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)具有明顯調(diào)控效應(yīng)[20]；在施氮總量相同時(shí)，拔節(jié)以后追氮，有利于提高植株含氮量、花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量及花前氮素對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率[14]。本研究結(jié)果表明，在施氮量210 kg·hm-2下，N2、N3處理較CK顯著提高開(kāi)花期各器官與成熟期籽粒干物質(zhì)積累量；較CK顯著增加開(kāi)花期各器官尤其是葉片的氮素積累量與成熟期籽粒氮素積累量，提高花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量，這與上述研究一致。但在氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率方面，津農(nóng)7號(hào)花前氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率以CK最高，其次是N2處理，CK和N2處理無(wú)顯著差別，這可能與孕穗期施肥導(dǎo)致花前積累的氮素在各營(yíng)養(yǎng)器官中滯留未及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步探討；中麥998花前氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率以N2處理最高，其次N3處理；津農(nóng)7號(hào)花前氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率明顯高于中麥998,可能與品種特性有關(guān)。說(shuō)明后期施氮可以有效提高干物質(zhì)積累量、促進(jìn)花前氮素向籽粒轉(zhuǎn)移。

3.2 施氮模式對(duì)籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響

前人研究表明，相同施氮量條件下，不同施氮比例、施氮時(shí)期對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量影響較大[21]；小麥追氮時(shí)期后延至抽穗期，其籽粒蛋白質(zhì)含量?jī)?yōu)于拔節(jié)期追氮[22]。而王海琪等[23]與代新俊等[5]發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期1次追肥的籽粒蛋白質(zhì)含量?jī)?yōu)于其他時(shí)期追肥。本研究結(jié)果表明，中麥998以N3處理的籽粒蛋白質(zhì)含量最高，其次是N2處理，N3和N2處理無(wú)顯著差異；津農(nóng)7號(hào)以N2處理的籽粒蛋白質(zhì)含量最高，這與上述研究不同，這可能與小麥品種不同有關(guān)。增加后期施氮比例，會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)組分含量產(chǎn)生很大影響，其中籽粒中的谷蛋白、醇溶蛋白含量隨施氮比例提高而提高[24]。Xue等[25]研究表明，分次施用氮肥對(duì)于增加醇溶蛋白含量至關(guān)重要。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著施氮時(shí)期后移，2強(qiáng)筋小麥醇溶蛋白含量增加不顯著，谷蛋白顯著增加，說(shuō)明后期施氮可以顯著提高谷蛋白含量。這與Xue等[25]研究不同，有待進(jìn)一步研究。

3.3 施氮模式對(duì)籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

有研究發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)前期追氮可能增加小麥穗數(shù)[26]；拔節(jié)后期增施氮易使小麥貪青影響小麥粒重[27]，同樣影響小麥產(chǎn)量。本試驗(yàn)中，與CK相比，N1處理通過(guò)增加強(qiáng)筋小麥的穗數(shù)提高小麥產(chǎn)量，N2處理提高千粒重進(jìn)而提高產(chǎn)量，與上述研究不同?？赡芘c地區(qū)和品種差異有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，在總施氮量210 kg·hm-2條件下，將20%的氮肥后移至孕穗期施用可增加強(qiáng)筋小麥植株干物質(zhì)積累，促進(jìn)花前積累氮素向籽粒轉(zhuǎn)移，提高貯藏蛋白積累量，進(jìn)而提高籽粒蛋白質(zhì)含量。N2處理可使津農(nóng)7號(hào)獲得較高的籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量；而中麥998則以N2處理籽粒產(chǎn)量最高，N3處理蛋白質(zhì)含量最高。