外源丁酸對(duì)干旱脅迫下大麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

向 莉,王 仙,董裕生, 郭小玲,方伏榮,陳智軍,馬艷明,苗 雨

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站,新疆奇臺(tái) 831800;2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱脅迫對(duì)作物產(chǎn)量影響因素較復(fù)雜[1]。新疆屬于溫帶大陸性氣候,氣溫溫差較大,日照時(shí)間充足,降雨量少,對(duì)大麥籽粒碳水化合物積累有利,是我國(guó)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大麥的主要產(chǎn)區(qū)。大麥?zhǔn)躯溠科【乒I(yè)的重要原料,開展生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑輔助大麥生長(zhǎng)發(fā)育的研究,對(duì)發(fā)展新疆大麥生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在小麥生育后期施用植物激素,對(duì)小麥的保水力、葉綠素含量、蒸騰速率等有積極作用[2]。丁酸(C4H8O2)是一種重要的短鏈飽和脂肪酸,在植物生長(zhǎng)中與生物體的新陳代謝有著密切的聯(lián)系,作為重要的介質(zhì)參與到生物體的能量轉(zhuǎn)化和代謝過程中,還與植物體的氣孔開放、離子運(yùn)輸及逆境生理有密切的聯(lián)系。拌種或噴施丁酸可以改善植株生長(zhǎng)狀況、增強(qiáng)作物抗逆性,有著高效、顯著的調(diào)節(jié)效應(yīng)[3]。 干旱脅迫對(duì)大麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)產(chǎn)性影響較大[4]。小麥在灌漿期如果遇到干旱脅迫,光合速率將會(huì)受到嚴(yán)重抑制、最終導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量下降[5]。干旱脅迫使灌漿期水稻的籽粒產(chǎn)量下降[6],下降的程度與受脅迫的輕重和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān),籽粒產(chǎn)量隨著灌漿速率的降低而減少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】各種農(nóng)作物的灌漿成熟期如果遇到干旱脅迫將嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量,如何應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)調(diào)控和提高作物的抗逆性已成為熱點(diǎn)研究問題。新疆因氣候干旱少雨,大麥產(chǎn)量不穩(wěn)、品質(zhì)有待提高。需研究外源丁酸對(duì)干旱脅迫下大麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量、品質(zhì)的影響,以提高干旱區(qū)大麥產(chǎn)量、品質(zhì)和抗旱性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究播前拌種和花期噴施外源丁酸對(duì)不同程度干旱脅迫處理下啤酒大麥生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,確定丁酸的最佳施用方式,為外源丁酸輔助提高大麥抗旱性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站進(jìn)行,海拔823 m, E 89°12 ′,N 44°13′,前茬作物為春小麥,土質(zhì)為壤土,肥力水平中等,供試大麥品種為新啤4號(hào)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),水分處理(W)設(shè)5個(gè)梯度,全生育期正常灌水(全水)W1,輕度干旱(拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期)W2,中度干旱(拔節(jié)期、抽穗期)W3,重度干旱(拔節(jié)期)W4,極重度干旱(不灌水)W0;γ-氨基丁酸設(shè)4個(gè)處理,N為無(wú)丁酸處理;B為丁酸拌種(5 mol/L);P為噴施丁酸(0.5 mol/L);BP為丁酸拌種+噴施丁酸(5 mol/L +0.5 mol/L),在大麥播種前進(jìn)行丁酸拌種處理,開花期進(jìn)行丁酸噴施處理,噴施標(biāo)準(zhǔn)是噴施均勻不下滴。

小區(qū)長(zhǎng)2 m,寬2 m,面積4 m2,行距為0.2 m,密度為375×104粒/hm2,設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)于4月2日小區(qū)播種機(jī)開溝,人工播種,播種深度3～5 cm;開溝時(shí)帶磷酸二銨225 kg/hm2,4月18日于大麥2葉1心期施入尿素120 kg/hm2;滴灌灌水;5月9日用有效成分75%的苯磺隆33 g/hm2、有效成分含量5%的唑啉草酯1.2 L/hm2,對(duì)水30 kg混合噴霧防除雜草。4月18日用阿立卡225 mL/hm2防治金針蟲、負(fù)泥蟲危害。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

播種后隨機(jī)取1行觀測(cè),記載大麥生育期(播種期、出苗期、抽穗期、成熟期),小區(qū)定點(diǎn)一行調(diào)查基本苗、最高總莖數(shù),成穗數(shù)。收獲前將定點(diǎn)取樣進(jìn)行室內(nèi)考種,測(cè)定株高、主穗粒數(shù)、主穗長(zhǎng)度、結(jié)實(shí)小穗數(shù)和千粒重等,小區(qū)收獲后脫粒、稱重、測(cè)產(chǎn)。各試驗(yàn)小區(qū)分別取樣100 g 用近紅外分析儀測(cè)定蛋白質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel作圖、制表和SPSS數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 丁酸處理對(duì)大麥生育期的影響

研究表明,所有處理小區(qū)的出苗期均為4月20日,抽穗期5月30日至6月8日,成熟期6月23日至7月16日。灌水處理W1、W2、W3、W4、W0的抽穗期分別為6月8日,6月7日,6月4日,6月1日,5月30日,成熟期分別為7月14～16日、7月12～15日、7月9～11日、7月12日和6月23日。隨著干旱程度加重,大麥的抽穗期和成熟期都有不同程度的縮短。

在同等水分條件下,丁酸拌種(B)、丁酸噴灑(P)和拌種+噴灑(BP)3個(gè)處理的抽穗期與無(wú)丁酸(N)的對(duì)照相同,因此拌種和噴灑丁酸不影響抽穗期;噴灑丁酸(P)可延長(zhǎng)輕度受旱大麥的成熟期,完全灌水(W1)時(shí)從7月14～16日延長(zhǎng)了2 d,輕度干旱(W2)時(shí)從7月12～15日延長(zhǎng)了3 d,中度干旱(W3)時(shí)從7月9～11日延長(zhǎng)了2 d;但受旱嚴(yán)重(W4和W0)時(shí)噴灑丁酸對(duì)大麥的成熟期沒有影響;丁酸拌種加噴灑處理(BP)與單獨(dú)噴灑(P)的延長(zhǎng)天數(shù)一致。

丁酸拌種不影響生育期;花期噴灑丁酸可延長(zhǎng)中度受旱大麥的成熟期(2 d),但對(duì)嚴(yán)重受旱大麥的生育期無(wú)影響。圖1

圖1 不同干旱脅迫和外源丁酸處理下大麥抽穗期、成熟期變化

2.2 丁酸處理對(duì)大麥分蘗成穗和株高的影響

研究表明,丁酸拌種(B)后可顯著增加基本苗、最高總莖數(shù)、成穗數(shù)、分蘗成穗率:拌種后4種水分處理的平均基本苗為357.2株/m2,較對(duì)照(N)的335.7株/m2增加 6.4%;平均最高總莖數(shù)1 014.0株/m2,比對(duì)照的950.4株/m2提高6.7%; 成穗數(shù)784.4穗/m2,比對(duì)照的684.5穗/m2提高14.6%;分蘗成穗率77.2%,比對(duì)照71.9%,提高7.5%;株高82.9 cm,比對(duì)照的82.2 cm提高了0.9%,未達(dá)到顯著水平。丁酸花期噴灑(P),與對(duì)照相比,成穗數(shù)和分蘗成穗率分別提高了10.1%和7.0%。丁酸拌種+噴灑(BP),與對(duì)照相比,分蘗成穗數(shù)顯著提高了11.1%,成穗數(shù)顯著提高了21.9%。

丁酸拌種主要促進(jìn)最高總莖數(shù)和總穗數(shù),丁酸噴灑則提高了分蘗成穗率,拌種加噴灑(BP)的效果要優(yōu)于拌種(B)和噴灑(P)。圖2,表1

表1 不同灌水次數(shù)和丁酸處理下分蘗成穗和株高變化

圖2 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥株高和成穗的效應(yīng)變化

2.3 丁酸拌種和噴灑對(duì)大麥產(chǎn)量要素的影響

研究表明,丁酸拌種和噴灑后對(duì)主穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量有促進(jìn)作用。丁酸拌種后,主穗粒數(shù)較對(duì)照極顯著增加了6.4%,主穗長(zhǎng)度極顯著增加了7.9%;千粒重顯著增加了4.2%。

丁酸噴灑后,主穗粒數(shù)極顯著增加了6.3%,主穗長(zhǎng)度極顯著增加了11.2%,千粒重極顯著增加了7.3%。

拌種+噴灑(BP)的產(chǎn)量為4 463.6 kg/hm2,較對(duì)照產(chǎn)量3 759.9 kg/hm2極顯著增加18.7%。只拌種或只噴灑的增產(chǎn)幅度分別為9.2%和9.1%,拌種+噴灑(BP)在主穗長(zhǎng)度、主穗粒數(shù)和千粒重方面促進(jìn)作用大于拌種(B)和噴灑(P)。丁酸拌種可增加主穗粒數(shù),丁酸噴灑可增加主穗長(zhǎng)度和千粒重,拌種和噴灑可較大幅度地提高大麥產(chǎn)量。圖3,表2

表2 不同灌水次數(shù)和丁酸處理下大麥產(chǎn)量要素變化

圖3 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥產(chǎn)量要素的效應(yīng)

2.4 丁酸拌種和噴灑對(duì)大麥品質(zhì)的影響

研究表明,丁酸拌種有增加直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉比例的趨勢(shì),但未達(dá)到顯著水平。噴灑丁酸后,直鏈淀粉29.9%較對(duì)照28.5%提高了4.9%,拌種和噴灑丁酸對(duì)β-葡聚糖含量和蛋白質(zhì)含量的影響不顯著。噴灑丁酸有提高直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉的效果。圖4,表3

表3 不同灌水次數(shù)和丁酸處理后的大麥成分變化

圖4 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥產(chǎn)量要素的效應(yīng)

2.5 丁酸拌種和噴灑對(duì)大麥抗旱性的影響

研究表明,丁酸拌種(B)、丁酸噴灑(P)和丁酸拌種+噴灑(BP)的產(chǎn)量,與對(duì)照(W1,N)相比,分別增加了2.5%、5.2%和8.2%。正常灌水條件下拌種和噴灑丁酸有可增產(chǎn)2.5%～8.2%。大麥灌水3次、2次、1次和0次,與充分灌水W1相比,產(chǎn)量受旱減少百分?jǐn)?shù)分別為20.0、34.3、38.1和70.9%,平均減產(chǎn)40.8%。

同等水分條件下,丁酸拌種(B)后減產(chǎn)率分別下降至6.7、26.0、38.1和64.2%,平均減產(chǎn)33.8%。丁酸噴灑(P)后減產(chǎn)率分別下降至10.4、29.7、35.1、62.7%,平均減產(chǎn)34.5%。丁酸拌種+噴灑(BP) 后減產(chǎn)率分別為8.2、3.7、20.4、57.5%,平均減產(chǎn)22.5%。

相對(duì)于無(wú)丁酸的對(duì)照減產(chǎn)率40.8%,丁酸拌種、丁酸噴灑、丁酸拌種+噴灑3種處理分別少減產(chǎn)7.0%、6.3%和18.3%的產(chǎn)量受旱損失。

在各種水分條件下(W1、W2、W3、W4、W0),丁酸拌種和丁酸噴灑能促進(jìn)最高總莖數(shù)、成穗數(shù)、主穗長(zhǎng)度、主穗粒數(shù)、千粒重這是丁酸提高受旱大麥產(chǎn)量的原因。

總莖數(shù)和成穗數(shù)方面丁酸拌種效果要優(yōu)于丁酸噴灑;而在促進(jìn)主穗長(zhǎng)和千粒重方面丁酸噴灑優(yōu)于丁酸拌種,穗粒數(shù)方面,拌種和噴灑效果基本一致。拌種作用于大麥生長(zhǎng)發(fā)育的早期而噴灑作用于后期。圖4,圖5

3 討 論

干旱脅迫使大麥生育期縮短,分蘗數(shù)、株高、穗長(zhǎng)、單株穗數(shù)、穗粒數(shù)、成穗數(shù)、千粒重降低,對(duì)成穗數(shù)的影響最大,對(duì)千粒重的影響最小[7-8]。γ-氨基丁酸作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,可以控制各種植物的生長(zhǎng)發(fā)育,楊娜等[9]得出結(jié)論,通過用γ-氨基丁酸對(duì)小麥進(jìn)行葉噴處理,可以增加小麥穗粒數(shù)和產(chǎn)量。于力堯等[10]對(duì)干旱脅迫下的甜瓜通過噴施不同濃度的γ-氨基丁酸來研究幼苗生長(zhǎng),研究結(jié)果表明,γ-氨基丁酸能夠緩解干旱脅迫對(duì)幼苗造成的抑制和傷害,能夠有效地促進(jìn)干旱脅迫下幼苗的生長(zhǎng)。谷海濤等[11]研究發(fā)現(xiàn),在孕穗期干旱脅迫下,施用不同濃度γ-氨基丁酸能夠提高籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素以及籽粒干物質(zhì)積累量等,噴施γ-氨基丁酸濃度的增加會(huì)使籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、籽粒干物質(zhì)量積累先升高后降低。小麥在灌漿期如果遇到干旱脅迫,光合速率將會(huì)受到嚴(yán)重抑制、最終導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量下降。干旱脅迫使灌漿期水稻的籽粒產(chǎn)量下降,下降的程度與受脅迫的輕重和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān),籽粒產(chǎn)量隨著謹(jǐn)漿速率的降低而減少[6]。各種農(nóng)作物的灌漿成熟期都是需水量最大的時(shí)期,此期如果遇到干旱脅迫將嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量。在干旱脅迫下,大麥的成穗數(shù)隨著干旱程度的增強(qiáng),成穗數(shù)的波動(dòng)較大,而基本苗和最高總莖數(shù)基本沒有變化,大麥的株高、穗長(zhǎng)、主穗數(shù)、千粒重在干旱脅迫下逐漸降低,經(jīng)過γ-氨基丁酸處理能夠緩解干旱脅迫帶來的影響。 干旱脅迫對(duì)大麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)產(chǎn)性影響是巨大的。研究表明,外源丁酸拌種處理對(duì)出苗期、抽穗期沒有影響,開花期噴施對(duì)成熟期有一定的影響,成熟期略有推遲。干旱脅迫處理下對(duì)出苗期沒有影響,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸對(duì)干旱脅迫下大麥基本苗顯著不差異,對(duì)最高總莖數(shù)、成穗數(shù)、分蘗成穗率差異顯著;株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重均隨著外源丁酸處理而不斷增加;外源丁酸處理能提高干旱脅迫下大麥的產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

外源丁酸拌種處理對(duì)出苗期、抽穗期沒有影響,開花期噴施對(duì)成熟期有一定的影響,成熟期略有推遲。干旱脅迫處理下對(duì)出苗期沒有影響,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸對(duì)干旱脅迫下大麥基本苗顯著不差異,對(duì)最高總莖數(shù)、成穗數(shù)、分蘗成穗率差異顯著;株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重均隨著外源丁酸處理而不斷增加;外源丁酸處理能提高干旱脅迫下大麥的產(chǎn)量,拌種、花期噴灑、拌種+花期噴灑3種丁酸施用技術(shù),可分別減少大麥?zhǔn)芎祿p失的7.0%、6.3%和18.3%。外源丁酸可提高直鏈淀粉淀粉的比例,但對(duì)蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著影響。正常灌水條件下拌種和噴灑丁酸有可增產(chǎn)2.5%～8.2%,外源丁酸對(duì)正常灌水的大麥也有一定的增產(chǎn)作用,噴施丁酸也有提高直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉比例的作用。