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        小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

        2017-10-17 05:31:16高曉凱郁飛燕李鵬張聯(lián)合
        山東農(nóng)業(yè)科學 2017年9期

        高曉凱,郁飛燕,李鵬,張聯(lián)合

        (河南科技大學農(nóng)學院, 河南 洛陽 471023)

        小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

        高曉凱,郁飛燕,李鵬,張聯(lián)合

        (河南科技大學農(nóng)學院, 河南 洛陽 471023)

        以小麥品種Soissons為試驗材料,探討灌漿期鉀在籽粒中的累積特性以及籽粒與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量的相關(guān)性。結(jié)果顯示,隨著灌漿時間延長,籽粒鉀含量逐漸降低。在灌漿16 d時,籽粒鉀累積速率達到最高,鉀總量接近最大值。葉片、葉鞘、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量呈現(xiàn)先升高后下降趨勢。相關(guān)分析顯示,籽粒鉀含量與葉鞘、節(jié)、節(jié)間和穗軸的鉀含量呈負相關(guān),與旗葉和穎殼鉀含量呈正相關(guān)。表明小麥籽粒鉀主要來自根系吸收和轉(zhuǎn)運,并非旗葉鉀的再利用。

        小麥;不同器官;鉀累積;動態(tài)變化;相關(guān)性

        AbstractUsing wheat variety Soissons as material, the characteristics of potassium (K) accumulation in wheat grains and K concentration correlation among grains, flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes, nodes, spike-stalks and glumes were explored in the study. The results showed that the K concentration in grains gradually decreased with the extension of filling time. At the 16th day of filling time, the grain K accumulation rate reached the highest and the total K accumulation in grains was close to the maximum value. The K concentrations in flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes, spike-stalks and glumes increased firstly and then showed a trend of decrease. Correlation analysis showed that K concentration in grains existed negative correlations with that in flag leaf sheaths, nodes, internodes and spike-stalks, but positive correlations with glumes and flag leaf blades. The results indicated that the K in grains mainly came from absorption and transport from roots rather than reutilization of K in the flag leaves.

        KeywordsWheat; Different organs; Potassium accumulation; Dynamic changes; Correlation

        鉀是植物生長發(fā)育必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一,具有調(diào)節(jié)細胞滲透壓、提高CO2同化率、促進光合產(chǎn)物運輸和蛋白質(zhì)合成等功能。此外,鉀也是植物的品質(zhì)元素,能提高小麥灌漿期籽粒中可溶性總糖和蔗糖的供應,提高淀粉累積速率[1];促進氨基酸向籽粒轉(zhuǎn)運并轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)[2];有利于灌漿期在莖中積累果聚糖以及灌漿后期的分解和輸出[1],而果聚糖的降解產(chǎn)物主要用于籽粒形成[4]。在小麥生育期間,鉀素積累呈現(xiàn)前期緩慢、中期達到高峰、后期下降的趨勢[5]。也有研究表明冬小麥對氮、磷的最大累積量均在成熟期,而鉀在挑旗期[6]。小麥成熟期葉片、莖鞘、穎殼和穗軸以及籽粒鉀素積累量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),花后莖鞘鉀素轉(zhuǎn)運量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),穎殼與穗軸鉀素轉(zhuǎn)運量和產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)[7]。另外,鉀也影響油菜中氮素分配、稻米品質(zhì)、大豆產(chǎn)量以及玉米抗倒性等[3,8-12]。盡管圍繞鉀在植物中的生理功能有大量研究,然而有關(guān)鉀在灌漿期小麥籽粒中的累積特性以及籽粒鉀含量與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量的相關(guān)性卻鮮有報道。本研究旨在探討小麥灌漿期籽粒、旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸、籽粒和穎殼鉀含量的動態(tài)變化及其相關(guān)性,明確籽粒鉀的累積特征及其來源,為通過調(diào)控鉀在籽粒中累積并進一步提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1材料

        試驗選用小麥品種Soissons。

        1.2處理方法

        試驗于2016年在英國約翰英納斯中心試驗田進行。采用常規(guī)栽培管理。分別在灌漿期第4、16、23 d和30 d取旗葉葉片與葉鞘、穗下節(jié)和節(jié)間、穗軸、穎殼和籽粒,用硝酸和高氯酸(4∶1)消解,后用ICP-OES光譜儀測定鉀含量。鉀累積速率[mg/(100?!)]=百粒鉀累積總量/鉀累積時間。

        1.3數(shù)據(jù)處理

        利用GraphPad Prism 5進行做圖和相關(guān)性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1籽粒鉀含量和總量動態(tài)變化

        圖1顯示出小麥籽粒鉀含量和鉀總量隨灌漿進程的動態(tài)變化。灌漿4 d時籽粒鉀含量達到最高,灌漿16、23、30 d與其相比,籽粒鉀含量分別降低30.29%、44.64%和57.46%。與灌漿4 d籽粒鉀總量相比,灌漿16、23、30 d時,籽粒鉀總量分別為其4.27倍、5.23倍和5.63倍。表1顯示不同灌漿時間段的鉀累積情況,其中灌漿0~4 d和5~16 d鉀累積速率較高,此后隨著灌漿時間延長,鉀累積速率下降。

        2.2旗葉鉀含量的動態(tài)變化

        圖2顯示出小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動態(tài)變化。與灌漿4 d時葉片和葉鞘鉀含量相比,灌漿16、23 d時,葉片鉀含量分別為其1.12倍和1.08倍,葉鞘鉀含量分別為其1.17倍和1.19倍。表明在灌漿23 d時,根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉(zhuǎn)運。然而到灌漿30 d時,葉片和葉鞘鉀含量分別下降66%和7%。表明在灌漿后期,旗葉葉片中鉀易于向外轉(zhuǎn)運,而葉鞘中鉀并不容易向外轉(zhuǎn)運。

        圖1 小麥灌漿期籽粒鉀含量和百粒鉀總量動態(tài)變化

        表1小麥灌漿期籽粒鉀累積速率

        2.3穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量動態(tài)變化

        圖3顯示小麥灌漿期穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量的動態(tài)變化。與灌漿4 d時節(jié)和節(jié)間鉀含量相比,灌漿16、23 d時節(jié)中鉀含量沒有明顯變化,基本保持穩(wěn)定;節(jié)間鉀含量分別為其1.29倍和1.48倍。表明在灌漿16 d和23 d時,鉀以較高的轉(zhuǎn)運速率向籽粒轉(zhuǎn)運。然而與灌漿23 d相比,灌漿30 d時節(jié)間鉀含量下降38.4%,表明向籽粒轉(zhuǎn)運鉀的速率急劇降低。

        圖2 小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動態(tài)變化

        圖3小麥灌漿期穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量的動態(tài)變化

        2.4穗軸和穎殼鉀含量的動態(tài)變化

        圖4顯示出小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動態(tài)變化。與灌漿4 d時相比,灌漿23 d時穗軸鉀含量急劇升高,是其2.05倍;灌漿30 d時穗軸鉀含量則下降了10%。與灌漿4 d時相比,灌漿16 d和23 d時,穎殼鉀含量分別提高14%和9%,而灌漿30 d時穎殼鉀含量則降低了23%。表明在灌漿16 d和23 d時,鉀以較高的速率向籽粒轉(zhuǎn)運,但是在灌漿30 d時,轉(zhuǎn)運速率降低。

        圖4小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動態(tài)變化

        2.5小麥不同器官鉀含量相關(guān)性分析

        小麥不同器官間鉀含量的相關(guān)性結(jié)果顯示(表2),籽粒鉀含量與葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸的鉀含量呈負相關(guān),但均未達到顯著水平,與葉片、穎殼鉀含量呈正相關(guān);穎殼鉀含量與葉片、葉鞘、節(jié)、節(jié)間和穗軸鉀含量呈正相關(guān),其中與葉片達到顯著水平;穗軸鉀含量與葉片、葉鞘和節(jié)間鉀含量呈正相關(guān),與節(jié)呈負相關(guān);節(jié)間鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關(guān),與節(jié)呈負相關(guān),其中與葉鞘達顯著水平;節(jié)鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關(guān)。

        表2小麥不同器官間鉀含量的相關(guān)性分析

        器官葉片葉鞘節(jié)節(jié)間穗軸穎殼葉鞘0.81節(jié)0.020.06節(jié)間0.730.96*-0.18穗軸0.490.72-0.610.88穎殼0.99*0.880.070.780.50籽粒0.57-0.01-0.01-0.14-0.250.46

        3 討論與結(jié)論

        本研究結(jié)果顯示,在小麥灌漿16 d時,籽粒累積鉀總量接近最大值。此后,隨著灌漿時間延長,小麥籽粒累積鉀總量較少。可見小麥籽粒累積鉀主要發(fā)生在灌漿前期。研究還發(fā)現(xiàn),在灌漿16 d和23 d時,小麥旗葉鉀含量仍在不斷提高,表明根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉(zhuǎn)運。在灌漿30 d時,旗葉鉀含量急劇降低,但是籽粒鉀總量提高較小。因此認為,盡管鉀在植物中再轉(zhuǎn)運能力較強,但是籽粒中累積的鉀主要來源于根系的吸收和轉(zhuǎn)運。相關(guān)性分析顯示,小麥籽粒鉀含量與葉片鉀含量呈正相關(guān),而與葉鞘呈負相關(guān),但均未達到顯著水平,表明籽粒中累積的鉀大部分并非來源于旗葉。

        研究發(fā)現(xiàn),小麥籽粒鉀含量隨著灌漿時間延長而逐漸降低,這與籽粒干物質(zhì)累積速率高于鉀累積速率有直接關(guān)系。籽粒中鉀主要在灌漿前期大量累積,因此,要提高籽粒鉀含量,主要通過在灌漿前期提高根系吸收和轉(zhuǎn)運鉀能力來實現(xiàn)。小麥籽粒在灌漿后期累積鉀總量較少,主要因為在灌漿后期大量根系衰老、根系活力下降,造成根系吸收和轉(zhuǎn)運鉀能力降低,最終導致根中的鉀向籽粒轉(zhuǎn)運減少。

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        StudyonPhysiologicalCharacteristicsofPotassiumAccumulationinWheatGrainsatFillingStage

        Gao Xiaokai, Yu Feiyan, Li Peng, Zhang Lianhe

        (CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)

        10.14083/j.issn.1001-4942.2017.09.008

        2017-04-19

        河南省重點科技攻關(guān)項目(112102110102)

        高曉凱(1990—),男,河南登封人,在讀碩士研究生,專業(yè):植物營養(yǎng)學。E-mail:gxk9111@126.com

        張聯(lián)合(1970—),男,河南扶溝人,博士,教授,碩士生導師,研究方向為植物營養(yǎng)生理。E-mail:lhzhang2007@126.com

        S512.01

        A

        1001-4942(2017)09-0042-04

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