郭丹丹 劉 亮 常旭虹 王德梅 陶志強王艷杰 楊玉雙 趙廣才,*

(1 中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物生理生態(tài)重點試驗室，北京 100081；2 集寧師范學院，內(nèi)蒙古自治區(qū) 烏蘭察布 012000)

小麥(Triticumaestivum)是中國最重要的糧食作物之一，其生產(chǎn)備受人們關注。隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對小麥品質(zhì)的需求日益強烈，因此提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)已成為小麥生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。研究發(fā)現(xiàn)小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)不僅受種質(zhì)遺傳特性的影響，還與環(huán)境因素和栽培措施有關[1-5]。葉片是小麥進行光合作用的主要器官，尤其是莖生葉對小麥生長發(fā)育及光合產(chǎn)物的積累至關重要，延長葉片的功能期，保護葉片不受或減少損傷對小麥生產(chǎn)有重要影響。

剪葉處理是人為縮短葉片功能期或損傷葉片功能，對小麥的諸多性狀都有重要影響，通過剪葉處理可以進一步了解生長后期葉片對小麥生產(chǎn)的作用，是研究栽培措施對產(chǎn)量影響的手段之一。關于剪葉處理對小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的影響已有大量報道。如朱光煥等[6]研究剪葉處理對冬小麥防止倒伏的效果及對產(chǎn)量性狀的影響；劉萬代等[7-9]通過對不同穗型小麥品種進行剪葉處理，研究其對干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)抽穗期剪葉可導致穗粒數(shù)、千粒重及籽粒產(chǎn)量降低；蔣紀蕓等[10]通過剪葉處理研究了小麥個體器官間的補償作用，認為剪葉后其他器官通過自我調(diào)節(jié)對產(chǎn)量有一定的補償作用；凌啟鴻等[11]在揚州地區(qū)通過在不同生育期進行不同部位的葉片剪除，研究了不同葉位葉片對產(chǎn)量的形成作用；歐行奇等[12]研究不同時期剪葉處理對不同源庫類型小麥品種粒重的影響發(fā)現(xiàn)，剪葉越早對千粒重影響越大，粒重降低越多；崔振會等[13]通過剪葉處理研究冬小麥上部葉片損傷與產(chǎn)量形成的關系，認為葉片損傷對穗粒數(shù)和單粒重都有很大影響。上述研究表明，剪葉處理對籽粒產(chǎn)量有重要影響[14-17]。然而，剪葉對不同土壤類型及不同品種小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響的研究尚鮮見報道。本研究以來自不同生態(tài)區(qū)的土壤和不同品質(zhì)類型的小麥品種為材料，研究不同剪葉處理對植株及產(chǎn)量性狀的影響，旨在為小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種和栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用盆栽方法，于2017-2018年在中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所溫室內(nèi)進行。供試土壤分別為采集自呼倫貝爾的黑土及北京的潮土。供試小麥品種為中筋春小麥品種農(nóng)麥 5 號(NM5，由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院供種)和強筋春小麥品種津強 8 號(JQ8，由天津市農(nóng)業(yè)科學院供種)。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為土壤類型，共2個水平，即潮土(A1)和黑土(A2)； 副區(qū)為品種，即津強8號(B1)和農(nóng)麥5號(B2)；副副區(qū)為剪葉處理，即不剪葉(C1，對照)，旗葉展開當日剪去旗葉(C2)，旗葉展開當日剪去倒2葉(C3)，旗葉展開當日剪去倒3葉(C4)。為提高試驗的準確性，本試驗只保留主莖，剪葉處理按試驗設計分別剪主莖旗葉、倒2葉、倒3葉。于2017年10月19日將供試土壤混勻后裝盆，播種，每盆(盆內(nèi)直徑 0.22 m，高 0.18 m)凈重3 kg，每盆種10株，留苗 8株，3次重復，共計48盆。肥料施用量和施用時期相同，純氮240 kg·hm-2，底肥和追肥各占50%，拔節(jié)期追肥；底施P2O5172.5 kg·hm-2和 K2O 112.5 kg·hm-2；成熟期整株取樣待測，每盆8株,共8個主莖穗。生育期間及時觀察土壤墑情，隨時補水，保證水分供應充足。2種土壤養(yǎng)分狀況如表1所示。

表1 黑土和潮土的基礎養(yǎng)分狀況Table 1 Basic nutrient of black soil and alluvial soil

1.3 測定項目與方法

收獲期，每盆整株收取8株小麥，進行室內(nèi)考種，分別測定植株高度(cm)、穗長(cm)、穗粒數(shù)(粒)、千粒重(g)和籽粒產(chǎn)量(g)，每個指標重復測定3次。

籽?？偟鞍踪|(zhì)含量測定：稱取全麥粉0.2 g于消化管中，加入催化劑(硫酸鉀和硫酸銅混合物，質(zhì)量比為10∶1) 2.0 g，加入3 mL濃硫酸，利用消化爐(丹麥FOSS公司)在420℃下消煮1 h，冷卻后利用Kjeltec2300自動定氮儀(丹麥FOSS公司)測定籽粒全氮含量(%)，按照公式計算籽?？偟鞍踪|(zhì)含量(%)：

籽?？偟鞍踪|(zhì)含量=籽粒全氮含量×5.7

(1)。

采用連續(xù)振蕩法[18]進行蛋白組分提取：分別用蒸餾水、0.2%NaCl、70%乙醇和0.5%KOH按照清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白順序提取各蛋白組分后，再利用Kjeltec2003全自動凱氏定氮儀測定含氮量，按N×5.7折算蛋白質(zhì)組分含量。籽?？偟鞍踪|(zhì)含量及各蛋白組分含量均測定3個重復。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和制圖；采用DPS 16.50軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤類型和品種對植株性狀及產(chǎn)量的影響

不同類型的土壤及其養(yǎng)分含量對小麥的生長發(fā)育有重要影響。由表2可知，黑土處理的小麥株高、穗長、千粒重和籽粒產(chǎn)量均顯著高于潮土處理(P<0.05)，其中株高達到極顯著水平(P<0.01)。黑土處理的穗粒數(shù)高于潮土處理，但差異不顯著。這是由于在栽培措施相同條件下，土壤肥力高的黑土更有利于小麥生長，且黑土的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均明顯高于潮土，尤其黑土的有機質(zhì)含量是潮土的3.17倍(表1)，進而為小麥生長發(fā)育提供了有利條件。

表2 不同土壤處理植株及產(chǎn)量性狀比較Table 2 Comparison of plant and yield characters in different soil treatments

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著；同列不同大寫字母表示在0.01水平差異極顯著。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level. Different capital letters in the same column indicate extremely significant difference at 0.01 level. The same as following.

產(chǎn)地不同的小麥品種對其植株性狀和籽粒產(chǎn)量也有重要影響。由表3可知，農(nóng)麥5號的株高、穗長和千粒重與津強8號均存在差異，其中株高和穗長均極顯著高于津強8號，千粒重顯著高于津強8號，但二者的穗粒數(shù)無顯著差異。農(nóng)麥5號的籽粒產(chǎn)量較津強8號增加了10.97%，但未達到顯著水平，這可能是每盆的產(chǎn)量變異較大造成的。

表3 不同品種植株及產(chǎn)量性狀比較Table 2 Comparison of plant and yield characters in different varieties

2.2 不同剪葉處理對植株性狀及產(chǎn)量的影響

小麥葉片是主要的光合器官，其光合產(chǎn)物的積累和運輸直接影響小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量，尤其是上3片葉對籽粒形成、籽粒產(chǎn)量和千粒重均有重要影響。由表4可知，與剪葉處理相比，不剪葉處理的株高、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量和千粒重均具有明顯優(yōu)勢，其中穗粒數(shù)顯著高于剪旗葉處理，籽粒產(chǎn)量極顯著高于剪旗葉和剪倒2葉處理，但與剪倒3葉處理間差異不顯著；千粒重顯著高于剪旗葉處理，但與剪倒2葉、剪倒3葉處理間均無顯著差異。穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量和千粒重依次表現(xiàn)為不剪葉>剪倒3葉> 剪倒2葉>剪旗葉處理。結(jié)果表明，剪旗葉對穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量和千粒重的影響最大，其次為剪倒2葉，再次為剪倒3葉。說明在小麥生產(chǎn)中，尤其是在小麥生產(chǎn)后期和籽粒灌漿期，采取適當?shù)脑耘啻胧Ｗo旗葉和其他2片上部葉片，延長其功能期，對改善小麥植株性狀和獲得較高的小麥籽粒產(chǎn)量至關重要。

表4 不同剪葉處理植株及產(chǎn)量性狀比較Table 4 Comparison of plant and yield characters of different leaf cutting

2.3 不同處理組合對植株及產(chǎn)量性狀的影響

由表5可知，在潮土(A1)或黑土(A2)條件下，各剪葉處理(C2、C3、C4)的津強8號(B1)的株高均較高，但未達到顯著水平；潮土條件下，各剪葉處理的農(nóng)麥5號(B2)的株高均極顯著低于津強8號；黑土條件下，農(nóng)麥5號各剪葉處理的穗長均顯著高于其他處理；各處理組合的穗粒數(shù)變異較大，但未表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律；剪葉處理直接影響籽粒灌漿，因此千粒重變化較大，其中以A2、B2的各處理較高；籽粒產(chǎn)量以A2、B2的各處理較高，津強8號在黑土條件下各處理的籽粒產(chǎn)量低于農(nóng)麥5號，但在潮土條件下則顯著高于農(nóng)麥5號，說明津強8號品種更適應黑土環(huán)境，農(nóng)麥5號品種更適應潮土環(huán)境，但仍需進一步驗證。在土壤(A因素)和品種(B因素)相同條件下，除A2B1C2外，均以剪旗葉處理(C2)組合的籽粒產(chǎn)量最低。各處理組合中，株高的變異系數(shù)最小(11.96%)，穩(wěn)定較好；穗長的變異系數(shù)為17.61%，說明其受剪葉處理的影響相對較??；穗粒數(shù)和千粒重的變異系數(shù)分別為24.48%、22.86%，高于株高和穗長；由于土壤質(zhì)地、品種和剪葉處理對產(chǎn)量都有重要影響，因此產(chǎn)量的變異系數(shù)最大，為40.95%，表明籽粒產(chǎn)量的栽培可塑性較強

表5 不同處理組合植株及產(chǎn)量性狀比較Table 5 Comparison of plant and yield characters of different treatments

2.4 不同土壤類型和品種對籽粒蛋白質(zhì)組分的影響

不同土壤條件對植株和產(chǎn)量性狀有顯著影響，同時對籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量也有重要的調(diào)節(jié)作用。由圖1可知，黑土條件下，小麥籽粒的總蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均顯著高于潮土，清蛋白和谷蛋白含量也高于潮土條件，但均未達到顯著水平。這可能與土壤質(zhì)地和土壤肥力有關。研究發(fā)現(xiàn)，黑土中有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均高于潮土(表1)，其中對籽粒蛋白質(zhì)含量影響較大的土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量分別是潮土的3.17倍、4.13倍和4.20倍，這也是在其他栽培管理條件相同時，造成黑土種植的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量高于潮土的重要原因。

土壤和栽培管理條件相同時，不同品質(zhì)類型的小麥品種對籽粒蛋白質(zhì)含量有重要影響。由圖2可知，津強8號的籽?？偟鞍住⑶虻鞍?、醇溶蛋白和谷蛋白含量均高于農(nóng)麥5號，其中谷蛋白含量達到極顯著水平，清蛋白含量則表現(xiàn)為農(nóng)麥5號極顯著高于津強8號。此外，在本試驗條件下，農(nóng)麥5號的籽粒蛋白質(zhì)含量明顯偏高，這可能與土壤肥力和栽培環(huán)境有關。

注：不同小寫字母表示同一蛋白組分在不同土壤條件下差異顯著(P<0.05)。Note：Different lowercase letters indicate the same protein component under different soil conditions is significant difference at 0.05 level.圖1 不同土壤條件下的小麥籽粒蛋白質(zhì)組分比較Fig.1 Comparison of protein components in wheat grain under different soil conditions

注：不同大寫字母表示同一蛋白且分的不同品種間差異極顯著(P<0.01)；不同小寫字母表示同一蛋白組分的不同品種間差異顯著(P<0.05)。Note: Different capital letters indicate extremely significant difference among different varieties of the same protein component at 0.01 level. Different lowercase letters indicate significant difference among different varieties of the same protein component at 0.05 level.圖2 不同品種小麥籽粒蛋白質(zhì)組分比較Fig.2 Comparison of grains protein components in different wheat varieties

2.5 不同剪葉處理對籽粒蛋白質(zhì)組分的影響

由圖3可知，不同剪葉處理對籽?？偟鞍踪|(zhì)及其組分含量均有一定影響。籽?？偟鞍踪|(zhì)含量以不剪葉(對照)處理最高，極顯著高于剪倒2葉、剪倒3葉的處理，但與剪旗葉處理間差異不顯著；清蛋白含量以剪旗葉處理最高，極顯著高于剪倒2葉、剪倒3葉處理，但與不剪葉處理間差異不顯著；剪旗葉處理球蛋白含量顯著高于其他處理；各處理間的醇溶蛋白含量均無顯著差異；谷蛋白含量以不剪葉處理最高，極顯著高于剪倒2葉、剪倒3葉處理，但與剪旗葉處理間無顯著差異。籽粒蛋白質(zhì)含量與籽粒的飽滿程度有一定的關系，而剪葉又直接影響籽粒灌漿，進而間接影響籽粒蛋白質(zhì)含量，但對籽粒蛋白質(zhì)組分含量的影響比較復雜，還有待進一步驗證。

2.6 不同處理組合對籽粒蛋白質(zhì)組分的影響

由表6可知，不同處理的籽?？偟鞍准捌浣M分含量存在差異。黑土(A2)條件下，各組合的籽?？偟鞍缀肯鄬^高，其中以A2B1C1的籽?？偟鞍缀孔罡?，顯著高于A1B1C3、A1B1C4、A1B2C2、A1B2C3和A1B2C4；不同小麥品種在各組合中的蛋白質(zhì)組分含量存在差異，津強8號的谷蛋白含量整體高于農(nóng)麥5號；分析籽?？偟鞍准捌涓鹘M分含量的變化可知，籽?？偟鞍踪|(zhì)含量的變異系數(shù)最小，為7.15%，表明與其他蛋白組分相比，籽?？偟鞍椎姆€(wěn)定性較好；谷蛋白含量的變異系數(shù)最大，為16.47%，說明谷蛋白含量易受栽培環(huán)境的影響，其栽培可塑性更強。

3 討論

3.1 土壤類型對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

土壤肥力對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。本研究中取自呼倫貝爾的黑土的土壤肥力明顯高于取自北京的潮土，在其他栽培管理條件相同時，黑土種植的小麥，其穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽?？偟鞍准捌涓鹘M分含量均高于潮土種植的小麥。這與土壤質(zhì)地、土壤肥力及品種差異有關。研究認為土壤肥力能夠直接影響籽粒蛋白質(zhì)含量[4]，這與本研究結(jié)果相同。本研究中，黑土條件下小麥籽?？偟鞍准捌涓鞯鞍捉M分含量均高于潮土條件下的小麥，其中各處理總蛋白含量的極差達到3.68個百分點。但不同土壤條件下，各剪葉處理的2個小麥品種的品質(zhì)表現(xiàn)不盡相同，津強8號剪旗葉處理在黑土條件下的籽?？偟鞍缀枯^潮土條件下提高1.75個百分點；黑土條件下的津強8號剪倒2葉處理較潮土條件下的農(nóng)麥5號剪倒2葉處理的籽?？偟鞍缀刻岣?.42個百分點。各蛋白組分含量的變化也有類似的結(jié)果，但存在較大差異，具體原因還有待進一步研究。

注：不同大寫字母表示同一蛋白組分在不同處理條件下差異極顯著(P<0.01)；不同小寫字母表示同一蛋白組分在不同處理條件下差異顯著(P<0.05)。Note: Different capital letters indicate extremely significant difference in the same protein component under different treatments at 0.01 lvel. Different lowercase letters indicate significant difference in the same protein component under different treatment at 0.05 lvel.圖3 不同剪葉處理對蛋白質(zhì)組分的影響Fig.3 Effect of different leaf cutting treatment on protein components

Table 6 comparison of protein components in wheat grains with different treatment combinations /%

3.2 品種類型對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

本研究選用來自天津市農(nóng)業(yè)科學院的強筋小麥品種津強8號和來自內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院的中筋小麥品種農(nóng)麥5號作為供試品種，在其他栽培管理條件相同時，農(nóng)麥5號的千粒重和籽粒產(chǎn)量均高于津強8號，這符合中筋小麥產(chǎn)量高于強筋小麥的一般規(guī)律，但也有一些強筋小麥產(chǎn)量較高的現(xiàn)象，除品種因素外，還與栽培管理措施有關。籽粒品質(zhì)分析表明，津強8號的籽?？偟鞍?、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量均高于農(nóng)麥5號，清蛋白含量則表現(xiàn)為農(nóng)麥5號高于津強8號，表明強筋小麥品種并非每項品質(zhì)指標都優(yōu)于中筋小麥品種。本研究中，農(nóng)麥5號的籽粒蛋白含量高于育種報道的13.62%水平[19]，這可能是由于本試驗條件有利于提高籽粒品質(zhì)，但具體原因還有待進一步研究。本研究中，2個小麥品種在不同土壤條件下和不同的剪葉處理中的表現(xiàn)不盡相同。在黑土條件下津強8號各剪葉處理均比相應的農(nóng)麥5號各剪葉處理的總蛋白質(zhì)含量有所提高，但在潮土條件下的表現(xiàn)存在差異，各蛋白組分含量在不同土壤條件下及各剪葉處理中2個供試品種表現(xiàn)也不盡相同，具體原因還需進一步驗證。

3.3 剪葉處理對小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

葉片是小麥進行光合作用的主要器官。研究表明，剪葉會導致小麥干物質(zhì)積累、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒容重和籽粒產(chǎn)量下降[20-23]。趙新華等[24]研究發(fā)現(xiàn)剪葉對籽粒灌漿時間影響小，但對灌漿速率影響顯著，進而影響了千粒重。張邦恕[25]研究表明，剪葉降低了穗粒重、千粒重、結(jié)實率和產(chǎn)量，遲剪葉比早剪葉減產(chǎn)少。蘇鵬等[26]研究剪葉對籽粒灌漿和干物質(zhì)積累的影響，認為剪葉降低了籽粒灌漿速率和干物質(zhì)積累，減去的葉片越多影響越大。本研究結(jié)果表明，在挑旗期剪去旗葉對穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的影響最大，其次是剪倒2葉，再次是剪倒3葉處理，表明相對其他葉片而言，旗葉對產(chǎn)量形成的作用更為重要，這與前人[9]的研究結(jié)果相似。剪葉處理對籽?？偟鞍准捌浣M分含量有一定影響，但不同剪葉處理對其影響不盡相同。本研究還發(fā)現(xiàn)剪葉處理降低了籽?？偟鞍?、清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量，其中剪倒2葉和剪倒3葉處理的籽?？偟鞍踪|(zhì)、清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量顯著降低，但對醇溶蛋白含量則無顯著影響。也有研究表明[27-28]，利用中筋冬小麥品種中麥8號進行不同水肥處理對清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白組分均有顯著影響，花后干旱提高了球蛋白含量和谷/醇比。在水分適宜的條件下，增施氮磷肥可以顯著提高球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量。由此可見，各蛋白組分對剪葉或水肥處理等不同栽培措施的反應有所差異，具體原因還有待進一步研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，土壤肥力對小麥植株性狀、產(chǎn)量性狀和籽粒品質(zhì)均有重要影響，黑土條件下小麥株高、穗長、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽?？偟鞍?、球蛋白和醇溶蛋白含量均較潮土顯著提高。津強8號(強筋小麥品種)的谷蛋白含量極顯著高于農(nóng)麥5號(中筋小麥品種)，但其清蛋白含量則極顯著低于農(nóng)麥5號。不同剪葉處理對產(chǎn)量的影響存在差異，其中剪旗葉和剪倒2葉處理的籽粒產(chǎn)量均顯著降低，剪倒3葉處理的產(chǎn)量也有所減少，但未達到顯著水平。各剪葉處理對籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響不同，其具體機理還有待進一步驗證。