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        灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種產(chǎn)量的影響

        2020-05-23 09:19:52李劉龍王小燕
        河南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:揚(yáng)麥弱光幅度

        李劉龍,李 秀,王小燕

        (長(zhǎng)江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北 荊州 434025)

        長(zhǎng)江中下游地區(qū)是我國弱筋小麥的主產(chǎn)區(qū)之一。全球氣候變化導(dǎo)致該區(qū)小麥生長(zhǎng)期間連陰雨弱光逆境災(zāi)害天氣事件出現(xiàn)頻率日益增多[1-2]。因此,研究弱光逆境對(duì)小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,分析小麥產(chǎn)量在弱光逆境條件下的變化規(guī)律,篩選出耐弱光品種,可以降低弱光災(zāi)害天氣對(duì)小麥產(chǎn)生的影響。弱光對(duì)作物產(chǎn)量的影響與作物種類、基因型以及其他周圍環(huán)境條件密切相關(guān)[3-4]。有研究報(bào)道,從花后開始對(duì)小麥遮光(50%),不同小麥品種對(duì)弱光的適應(yīng)能力差別很大,對(duì)灌漿期弱光適應(yīng)能力強(qiáng)的品種千粒質(zhì)量不受影響,而對(duì)弱光適應(yīng)能力較弱的品種千粒質(zhì)量顯著下降[5]。在小麥花后遮光至成熟期,耐弱光性品種在中重度遮光(分別為全日照輻射的67%、35%)情況下,產(chǎn)量下降幅度顯著小于不耐弱光品種[6]。目前,研究者普遍認(rèn)為遮光會(huì)導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低[7-10],但對(duì)減產(chǎn)的直接原因,目前觀點(diǎn)不一致。有研究認(rèn)為,籽粒數(shù)減少是小麥產(chǎn)量顯著下降的主要原因[11];但也有研究認(rèn)為,輕度遮光對(duì)小麥產(chǎn)量的影響不明顯,甚至提高了耐弱光品種小麥的籽粒產(chǎn)量[12]。以上研究表明,遮光對(duì)小麥產(chǎn)量的影響因遮光強(qiáng)度和試驗(yàn)材料不同而存在差異。此外,遮光還降低了小麥穗的干物質(zhì)積累[13],營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量的下降導(dǎo)致生物量下降[14],這可能歸因于遮光條件下小麥功能葉片光合產(chǎn)物供應(yīng)不足,直接影響到干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[15-17]。目前,關(guān)于遮光對(duì)小麥的影響研究主要集中在產(chǎn)量[7-10]、干物質(zhì)[4,14-18]、光合特性[8-9,14]、衰老特性[6,15]等方面,同時(shí)供試品種較單一,關(guān)于耐弱光品種篩選的研究還未見報(bào)道。為此,立足于長(zhǎng)江中下游平原,根據(jù)其獨(dú)特的氣候特征來設(shè)計(jì)試驗(yàn),通過生物量、產(chǎn)量等因素篩選適合在長(zhǎng)江中下游平原種植的小麥品種,以緩解弱光逆境對(duì)小麥產(chǎn)量的影響,為長(zhǎng)江中下游小麥的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)栽培以及后續(xù)耐弱光機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)于2017—2018年在湖北省荊州市長(zhǎng)江大學(xué)科技產(chǎn)業(yè)園(29°260′ N、111°150′ E)進(jìn)行。該區(qū)年降水量為1 150 mm,平均氣溫為16.5 ℃。土壤為黃黏土,pH值為8.2,有機(jī)質(zhì)含量為14.86 g/kg,堿解氮含量為42.76 mg/kg,速效磷含量為12.07 mg/kg,速效鉀含量為175.73 mg/kg。

        選取來自湖北、安徽、江蘇、河南等省的48個(gè)小麥品種(表1),2017年11月2日播種,密度為225萬株/hm2。播前底施N 90 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2和K2O 105 kg/hm2,拔節(jié)期追施N 90 kg/hm2。氮肥為尿素(含N 46%),磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%),鉀肥為硫酸鉀(含 K2O 60%)。其他管理同一般大田栽培。

        表1 供試小麥品種名稱及來源

        續(xù)表1 供試小麥品種名稱及來源

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理,以不遮光處理為對(duì)照(CK),在灌漿期選用黑色聚乙烯遮光網(wǎng)遮去冠層自然光強(qiáng)的45%作為遮光處理(AS)。小區(qū)面積2 m×3 m=6 m2,行距25 cm,每品種每處理重復(fù)3次。遮光網(wǎng)距離地面1.8 m,遮光范圍超過小區(qū)四周,以保證遮光處理小區(qū)完全被覆蓋。

        1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

        1.3.1 生物量 于成熟期,每處理選取50株小麥,105 ℃下殺青30 min,60 ℃烘干至恒質(zhì)量,稱量植株總干質(zhì)量和籽粒干質(zhì)量,計(jì)算植株秸桿干質(zhì)量占比。植株秸桿干質(zhì)量占比=(植株總干質(zhì)量-籽粒干質(zhì)量)/植株總干質(zhì)量×100%。

        1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素 于成熟期,每小區(qū)選有代表性的1 m2調(diào)查穗數(shù),并隨機(jī)選取30穗考察穗粒數(shù);收獲2 m2,脫粒、曬干、計(jì)產(chǎn),并測(cè)定千粒質(zhì)量。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖,采用DPS 7.5和SAS 9.2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種生物量的影響

        由圖1可知,與對(duì)照相比,灌漿期遮光處理所有小麥品種生物量均呈降低趨勢(shì),其中,降低幅度最大的是生選6號(hào),達(dá)58.19%,其次為揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥158,生物量降低幅度均達(dá)50%以上;荊麥102、皖墾麥076、寧麥9號(hào)、皖麥606、揚(yáng)麥24、鄂麥596等6個(gè)品種生物量降低幅度較低。以上結(jié)果表明,灌漿期弱光導(dǎo)致小麥生物量降低,而且生物量的降低幅度因品種而異。

        圖1 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種生物量的影響

        2.2 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種成熟期秸桿干質(zhì)量占比的影響

        由圖2可知,與對(duì)照相比,灌漿期遮光處理所有小麥品種成熟期秸桿干質(zhì)量占比均增加,其中,增加幅度最大的為揚(yáng)麥13,增加幅度為30.8%,其次為襄麥76、扶麥1228、鎮(zhèn)麥9號(hào)和鄂麥006,秸桿干質(zhì)量占比均增加近30%;秸桿干質(zhì)量占比增加幅度最小的是漯麥6010,僅增加3.0%,其次為皖科06290、農(nóng)大195、鄭麥9023、襄麥45、揚(yáng)麥22,均僅增加10%以下。經(jīng)分析,秸桿干質(zhì)量占比增加幅度與產(chǎn)量降低幅度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.64),說明秸桿干質(zhì)量占比增加幅度可以作為耐弱光品種篩選指標(biāo)。

        圖2 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種秸桿干質(zhì)量占比的影響

        2.3 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

        2.3.1 產(chǎn)量 由圖3可知,與對(duì)照相比,灌漿期遮光處理所有小麥品種產(chǎn)量均不同程度的降低,降低幅度在24.1%~84.8%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),各品種產(chǎn)量降低幅度均明顯大于生物量降低幅度,說明籽粒干物質(zhì)積累過程對(duì)弱光的響應(yīng)更敏感。方差分析結(jié)果(表2)表明,小麥產(chǎn)量受品種和遮光處理極顯著影響。品種間比較,產(chǎn)量降低幅度最大的為揚(yáng)麥13,較對(duì)照降低84.8%,其次為生選6號(hào)和阜麥8號(hào),產(chǎn)量均較對(duì)照降低71%以上;產(chǎn)量降低幅度較小的為漯麥6010、荊麥102,產(chǎn)量降低幅度僅為20%左右。進(jìn)一步分析表明,產(chǎn)量降低幅度最大的揚(yáng)麥13,生物產(chǎn)量降低幅度第二,為53.9%,秸桿干質(zhì)量占比增幅最大,為30.8%;產(chǎn)量降低幅度較小的漯麥6010、荊麥102,生物產(chǎn)量降低幅度亦較小,分別為15.3%、0.3%,秸桿干質(zhì)量占比增加幅度較小,分別為3.0%、14.9%。以上結(jié)果說明,灌漿期弱光導(dǎo)致產(chǎn)量降低,可能主要?dú)w因于2個(gè)方面:一方面為弱光條件下,植株光合能力下降,總生物量降低,灌漿物質(zhì)不充足;另一方面為弱光條件下,籽粒對(duì)碳水化合物的“庫吸力”降低,植株貯藏的能量和物質(zhì)更多地滯留在營養(yǎng)器官中,用于維持源器官的功能代謝。

        圖3 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種產(chǎn)量的影響

        表2 品種、遮光及其互作對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響的方差分析

        注:*、**分別表示影響顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),下同。

        Note:* and ** indicate significant(P<0.05) and extremely significant (P<0.01) impact,respectively,the same below.

        2.3.2 穗數(shù) 長(zhǎng)江流域小麥拔節(jié)過后溫濕度適宜,分蘗會(huì)持續(xù)生長(zhǎng),小麥分蘗在拔節(jié)期所呈現(xiàn)的兩極分化不再典型,因此,拔節(jié)期至孕穗期甚至開花期均有分蘗數(shù)的變化。方差分析表明,遮光對(duì)穗數(shù)的影響未達(dá)顯著水平,穗數(shù)受品種極顯著影響(表2)。

        由圖4可知,與對(duì)照相比,灌漿期遮光處理不同小麥品種穗數(shù)的變化趨勢(shì)不盡相同,其中寧麥13、荊麥102、皖麥606等均低于對(duì)照,且降低幅度均在18%以上;揚(yáng)麥20、生選6號(hào)等20個(gè)品種穗數(shù)增加,增加幅度介于0.10%~21.74%。相關(guān)性分析(表3)表明,穗數(shù)與產(chǎn)量無顯著相關(guān)關(guān)系,所以弱光導(dǎo)致的產(chǎn)量降低因素中,穗數(shù)不是主要因素。

        圖4 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種穗數(shù)的影響

        2.3.3 穗粒數(shù) 由圖5可知,與對(duì)照相比,遮光處理所有小麥品種穗粒數(shù)均降低,其中,寧麥9號(hào)降低幅度最大,達(dá)36.6%,降幅最小的為蘇隆麥128和襄麥46,降幅不足1%。這說明遮光后小麥穗粒數(shù)的降低因品種而異,而且品種間差異較大,寧麥9號(hào)、寧麥13、揚(yáng)麥19等14個(gè)品種降幅均在20%以上,而蘇隆麥128、襄麥46、襄麥57等6個(gè)品種降幅在1%左右。另外,由相關(guān)性分析(表3)可以看出,穗粒數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,表明穗粒數(shù)減少也是造成遮光處理產(chǎn)量下降的主要因素之一。

        表3 小麥產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的相關(guān)分析

        圖5 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種穗粒數(shù)的影響

        2.3.4 千粒質(zhì)量 由圖6可以看出,與對(duì)照相比,灌漿期遮光處理所有小麥品種千粒質(zhì)量均大幅度降低,其中,揚(yáng)麥23千粒質(zhì)量降低幅度最大,達(dá)55.23%,其次為襄麥22、荃麥725、襄麥25等,降低幅度近50%;千粒質(zhì)量降低幅度最小的品種為農(nóng)大195,僅為24.6%,明麥1號(hào)、阜麥9號(hào)、寧麥16等次之,降低幅度介于24.6%~34.4%。結(jié)合圖3可以得出,千粒質(zhì)量的降低趨勢(shì)與產(chǎn)量降低趨勢(shì)基本一致。方差分析(表2)表明,遮光對(duì)千粒質(zhì)量的影響達(dá)極顯著水平,而且千粒質(zhì)量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.92(表3)。表明遮光顯著降低了小麥千粒質(zhì)量,進(jìn)而影響產(chǎn)量。

        圖6 灌漿期遮光對(duì)不同小麥品種千粒質(zhì)量的影響

        2.4 耐弱光品種篩選

        由表4可知,產(chǎn)量降低幅度(Y)與生物量降低幅度(B)、秸桿干質(zhì)量占比增加幅度(G)、千粒質(zhì)量降低幅度(T)及三者之和(B+G+T)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,說明遮光處理產(chǎn)量下降受到生物量降低、秸桿干質(zhì)量占比增加、千粒質(zhì)量降低以及三者疊加效應(yīng)的影響,生物量降低幅度(B)、秸桿干質(zhì)量占比增加幅度(G)、千粒質(zhì)量降低幅度(T)及三者之和(B+G+T)可以作為耐弱光品種篩選指標(biāo)。

        表4 產(chǎn)量降低幅度與生物量、千粒質(zhì)量降低幅度及秸桿干質(zhì)量占比增加幅度的相關(guān)性

        注:Y代表產(chǎn)量降低幅度,B代表生物量降低幅度,G代表秸桿干質(zhì)量占比增加幅度,T代表千粒質(zhì)量降低幅度。

        Note:Y represents decrease range of yield,B represents decrease range of biomass,G represents increase range of percentage of dry straw weight,T represents decrease range of thousand-grain weight.

        基于上述指標(biāo),對(duì)耐弱光品種進(jìn)行聚類分析(圖7),將參試小麥品種主要分為三大類,即弱光敏感型、中間型和弱光鈍感型。其中,弱光敏感型品種有蘇隆麥128、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥15、扶麥1228、寧麥13、襄麥22、生選6號(hào)、襄麥57、揚(yáng)麥20、華麥1168、鄂麥580、襄麥45、襄麥76、鎮(zhèn)麥9號(hào)、明麥1號(hào)、鄂麥006;弱光鈍感型品種有襄麥56、襄麥D31、南農(nóng)0686、襄麥55、皖西麥0638、鄭麥9023、揚(yáng)麥22、鄭麥7698、皖科06290、漯麥6010、荊麥102、阜麥8號(hào)、農(nóng)大195、揚(yáng)麥158、阜麥9號(hào);而荃麥725、皖墾麥076、襄麥62、襄麥46、川麥104、鄂麥596、襄麥25、西農(nóng)979、荃麥625、鄂麥170、襄麥35、寧麥16、皖麥606、寧麥9號(hào)、揚(yáng)麥24為中間型品種。

        圖7 48個(gè)小麥品種的耐弱光性聚類分析

        3 結(jié)論與討論

        研究表明,花后中重度遮光顯著降低小麥籽粒產(chǎn)量[7-10]。本研究發(fā)現(xiàn),灌漿期遮去自然光強(qiáng)的45%,小麥籽粒產(chǎn)量大幅下降,但是下降幅度因品種而異,弱光敏感型品種降幅大于弱光鈍感型品種。遮光處理產(chǎn)量下降是由于產(chǎn)量構(gòu)成因素間的差異導(dǎo)致的,進(jìn)一步分析表明各品種遮光處理千粒質(zhì)量均小于對(duì)照,且千粒質(zhì)量的降低趨勢(shì)與產(chǎn)量降低趨勢(shì)基本一致。相關(guān)分析結(jié)果表明,千粒質(zhì)量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;方差分析結(jié)果顯示,千粒質(zhì)量受品種、遮光處理影響,并且達(dá)到極顯著水平。所以千粒質(zhì)量的降低是遮光造成產(chǎn)量下降的主要原因。另外,遮光處理穗粒數(shù)也小于對(duì)照,而且相關(guān)性分析表明,穗粒數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,表明穗粒數(shù)減少也是造成遮光處理產(chǎn)量下降的主要因素,這與劉希偉等[18]的研究結(jié)果一致。不同小麥品種遮光后穗數(shù)的變化趨勢(shì)不同,方差分析顯示,穗數(shù)受品種顯著影響,遮光處理對(duì)其影響不顯著,說明穗數(shù)不是造成遮光處理產(chǎn)量下降的主要原因。

        一般情況下,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與生物產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系[19-20]。灌漿期遮光大幅降低小麥的生物量,弱光鈍感型品種成熟期干物質(zhì)下降幅度明顯小于弱光敏感型品種,與籽粒產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致。而且相關(guān)性分析也表明,生物量降低幅度與產(chǎn)量降低幅度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,表明生物量是耐弱光品種篩選中的一個(gè)重要指標(biāo),生物量降低幅度小和秸桿干質(zhì)量占比增加幅度小的品種,其遮光處理才能保持較高的產(chǎn)量。

        耐弱光性聚類分析結(jié)果表明,參試小麥品種主要分為三大類,即弱光敏感型、中間型和弱光鈍感型。其中,弱光敏感型品種有蘇隆麥128、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥15、扶麥1228、寧麥13、襄麥22、生選6號(hào)、襄麥57、揚(yáng)麥20、華麥1168、鄂麥580、襄麥45、襄麥76、鎮(zhèn)麥9號(hào)、明麥1號(hào)、鄂麥006;弱光鈍感型品種有襄麥56、襄麥D31、南農(nóng)0686、襄麥55、皖西麥0638、鄭麥9023、揚(yáng)麥22、鄭麥7698、皖科06290、漯麥6010、荊麥102、阜麥8號(hào)、農(nóng)大195、揚(yáng)麥158、阜麥9號(hào);而荃麥725、皖墾麥076、襄麥62、襄麥46、川麥104、鄂麥596、襄麥25、西農(nóng)979、荃麥625、鄂麥170、襄麥35、寧麥16、皖麥606、寧麥9號(hào)、揚(yáng)麥24為中間型品種。以上篩選出的品種可以為后續(xù)耐弱光機(jī)制研究和抗弱光栽培技術(shù)的創(chuàng)建提供基礎(chǔ),弱光鈍感型品種其遮光處理產(chǎn)量降低幅度較小,可以作為主栽品種進(jìn)行試點(diǎn)推廣。

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