(貴州省旱糧研究所， 貴陽(yáng) 550006)

氮元素是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，增施氮肥是提高糧食作物產(chǎn)量的重要途徑，化肥的推廣施用曾為解決中國(guó)糧食問(wèn)題做出了很大貢獻(xiàn)[1]。但隨著施用量的逐年增加，小麥產(chǎn)量并未相應(yīng)增加，并且表現(xiàn)出一定的耐肥特性。據(jù)報(bào)道，當(dāng)前中國(guó)氮肥利用率僅有30%～40%[2]。通過(guò)揮發(fā)、淋溶等流失的氮肥給周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重污染,氮素的流失已使三峽庫(kù)區(qū)回水區(qū)“水華”現(xiàn)象頻頻發(fā)生[3,4]。小麥?zhǔn)侵袊?guó)第二大糧食作物，氮素需求量極大，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)壓力很大[5]。近年來(lái)貴州地區(qū)的氮素施用量也存在過(guò)量施用的現(xiàn)狀，給環(huán)境帶來(lái)了很大污染[6]。

小麥的不同基因型在氮素利用率上差異很大[7-10]。英國(guó)洛桑試驗(yàn)站采用高產(chǎn)高效的品種，使春小麥的氮肥利用率從35%提高到65%，因品種差異造成的肥料利用率變異達(dá)24%～82%[10]。近年來(lái)，我國(guó)已培育出了氮高效的水稻和玉米，在高肥力土壤上可節(jié)約氮肥投入30%左右[11-13]。因此，通過(guò)剖析基因型氮素效率的差異性,發(fā)掘利用氮素效率高的小麥基因型，對(duì)培育氮素高效小麥新品種、合理施用氮肥、解決氮肥污染問(wèn)題以及農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

共選擇24個(gè)小麥基因型，均是西南片區(qū)的主流栽培品種。品種名稱見(jiàn)表2。

1.2 培養(yǎng)方法及氮處理

借鑒柴建芳等[14]的培養(yǎng)方法，將種子在加水的蛭石上萌發(fā)，選擇苗勢(shì)生長(zhǎng)一致的移栽到塑料盆(體積約42 L)中，裝入蛭石約占盒子體積一半。24份材料分4行6列，各個(gè)材料按照1穴7株進(jìn)行移栽，澆定根水(自來(lái)水)，每個(gè)塑料盒1個(gè)重復(fù)。設(shè)置低氮、中氮和高氮3種處理，每處理3次重復(fù)，重復(fù)隨機(jī)排列。常規(guī)管理僅澆自來(lái)水，在2葉1心期定苗，每穴選取5株，定苗噴施營(yíng)養(yǎng)液1次，每盒3 L；抽穗期同樣噴施營(yíng)養(yǎng)液1次每盒2 L。試驗(yàn)大量元素配方如表1所示，低氮處理的氮素來(lái)源為蛭石和自來(lái)水。蛭石含有全氮為0.9 g·kg-1、堿解氮為86 mg·kg-1；自來(lái)水含有硝態(tài)氮為9.5 mg·L-1、銨態(tài)氮為0.3 mg·L-1。各處理的營(yíng)養(yǎng)液均含有H3BO32.86 mg·L-1、MnCl2·4 H2O 1.8 mg·L-1、ZnSO4·7 H2O 0.22 mg·L-1、CuSO4·5 H2O 0.08 mg·L-1和H2MoO4·H2O 0.02 mg·L-1。

表1 3種氮素水平下?tīng)I(yíng)養(yǎng)液中大量元素的配方

1.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定及其統(tǒng)計(jì)分析

植株成熟后按單株收獲，測(cè)量株高、穗長(zhǎng)、粒重、根重和地上部，計(jì)算根冠比、經(jīng)濟(jì)系數(shù)，用DPS 3.01統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LDS法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素水平處理對(duì)不同基因型經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響

由表2、表3、表4可知，選取經(jīng)濟(jì)系數(shù)進(jìn)行顯著性分析，發(fā)現(xiàn)在3種氮素水平下各基因型均存在顯著性差異。經(jīng)濟(jì)系數(shù)較大的基因型，在高氮處理中有SW 1747、黔麥20、綿麥16 Z 36、貴農(nóng)08-9、渝1734、川麥42、黔麥19，在中氮處理中有2017 TP 506、云麥56、綿麥16 Z 36、川麥42、蜀麥1763、川麥82、黔麥20、綿麥367、SW 1747、黔麥21、貴農(nóng)08-9、黔麥18，在低氮處理中有2017 TP 506、黔麥20、川麥42、蜀麥1763、黔麥 21、綿麥367、云麥56、貴農(nóng)08-9、安97-12。黔麥20、黔麥21、綿麥367、貴農(nóng)08-9、安97-12在低氮水平下表現(xiàn)突出，在中氮條件下表現(xiàn)也很好，而在高氮條件下略差，屬于低氮高效型品種。與此相反，SW 1747在低氮條件下表現(xiàn)較差，在中氮條件下表現(xiàn)較好，在高氮條件下表現(xiàn)很好，屬于典型的高氮高效型品種；2017 TP 506、川麥42、蜀麥1763和云麥56在低、中氮素條件下表現(xiàn)較好，而在高氮條件下較差，屬于中低氮高效型品種。其中黔麥20在3種氮素水平下表現(xiàn)都很好，屬于適應(yīng)廣的氮高效材料。

表2 不同小麥品種在高氮處理下的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

2.2 不同氮素水平處理下農(nóng)藝性狀的均值比較

如表5所示，不同氮水平處理下農(nóng)藝性狀的均值呈現(xiàn)以下變化：株高、穗長(zhǎng)、粒重和地上部均值隨氮水平升高而提高；根冠比和經(jīng)濟(jì)系數(shù)隨氮水平升高而先緩慢提高再急劇下降。此外，高氮素水平較中氮素水平和高氮水平較低氮水平在株高、穗長(zhǎng)形狀上的均值相差很小，在粒重、根重和地上部形狀上的影響相差很大，而在根冠比、經(jīng)濟(jì)系數(shù)形狀上的均值則是高氮水平不及中、低氮水平；中氮水平較低氮水平在株高、穗長(zhǎng)形狀上的均值相差很小，在粒重、根重和地上部形狀上的影響相差很大，而在根冠比、經(jīng)濟(jì)系數(shù)形狀上的均值則是中氮水平略大于低氮水平。結(jié)果顯示，無(wú)論是氮高效還是氮低效小麥，增施氮肥可使株高、穗長(zhǎng)、粒重、根重和地上部等性狀有所提升，但增幅不一樣。

2.3 不同氮處理?xiàng)l件下農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)

由圖1可知，小麥在3種氮素水平下對(duì)養(yǎng)分敏感程度表現(xiàn)一定程度的基因型差異。在低氮水平下，粒重>根重、地上部>根冠比>株高>穗長(zhǎng)>經(jīng)濟(jì)系數(shù)；在中氮水平下，粒重>根重>根冠比>地上部>穗長(zhǎng)>株高>經(jīng)濟(jì)系數(shù)，粒重、根重變異系數(shù)較大；在高氮水平下，根重>粒重>根冠比>地上部>穗長(zhǎng)>經(jīng)濟(jì)系數(shù)>株高。其中粒重、根重變異系數(shù)較大，說(shuō)明粒重、根重受基因型影響較大；經(jīng)濟(jì)系數(shù)、株高變異系數(shù)較小，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)系數(shù)、株高受基因型影響較小。

圖1 不同氮處理?xiàng)l件下農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)比較

表4 不同小麥品種在低氮處理下的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

表5 不同氮處理?xiàng)l件下農(nóng)藝性狀的均值比較

表6 不同氮處理下農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

2.4 不同氮處理下農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

如表6所示，方差分析結(jié)果表明，在3種氮素水平下，根冠比與其它農(nóng)藝性狀呈現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與根重呈極顯著正相關(guān)；其它各個(gè)性狀之間呈現(xiàn)顯著或極顯著正相關(guān)。各農(nóng)藝性狀與經(jīng)濟(jì)系數(shù)的相關(guān)程度隨著氮素水平的變化而產(chǎn)生一定的變化。其中在高氮條件下根冠比與穗長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)；根重在高氮條件下與經(jīng)濟(jì)系數(shù)無(wú)顯著相關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著氮水平的提高，穗長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)系數(shù)、粒重與地上部、地上部與經(jīng)濟(jì)系數(shù)的顯著正相關(guān)程度在增強(qiáng)；株高與粒重、株高與經(jīng)濟(jì)系數(shù)、粒重與經(jīng)濟(jì)系數(shù)、根重與根冠比在中氮水平顯著正相關(guān)程度較低；大部分性狀之間在中氮水平顯著正相關(guān)程度較高。

3 討 論

余澤高等[15]，R.C.Sharma等[16]研究表明，經(jīng)濟(jì)系數(shù)的遺傳率較高，眾多作物育種者均主張應(yīng)用經(jīng)濟(jì)系數(shù)作為農(nóng)作物增產(chǎn)的選擇指標(biāo)，并發(fā)現(xiàn)在稀植群體中，高產(chǎn)基因型的篩選使用經(jīng)濟(jì)系數(shù)作為選擇指標(biāo)相比直接選擇產(chǎn)量效率更高，禾谷類可依據(jù)經(jīng)濟(jì)系數(shù)進(jìn)行直接篩選[15,16]。不同基因型對(duì)氮素的吸收利用能力存在差異，與童依平等[8]研究結(jié)果一致。本研究將基因型經(jīng)濟(jì)系數(shù)作為衡量小麥氮高效基因型的指標(biāo)，初步篩選得到低氮高效型品種、高氮高效型品種和氮素不敏感品種，篩選結(jié)果與其品種審定公告比較一致。篩選得到高氮高效型品種(SW 1747)；低氮高效型品種(2017 TP 506、川麥42、蜀麥1763和云麥56)；適應(yīng)廣的氮高效材料(黔麥20)。這一結(jié)果為下一步研究基因型對(duì)氮素的吸收能力及氮素利用能力，發(fā)現(xiàn)不同氮高效基因型的吸收機(jī)制奠定基礎(chǔ)，也可為小麥的氮高效育種提供更多的選擇可能性。

研究結(jié)果表明，除根冠比與經(jīng)濟(jì)系數(shù)，各性狀值均隨著施氮量的增加而增加，但是多數(shù)性狀的變異系數(shù)表現(xiàn)出高氮條件高于低氮條件，說(shuō)明高氮處理更容易顯示出不同種質(zhì)在氮素利用相關(guān)性狀上的差異，這與在水稻上的研究結(jié)果不一樣[17]。 此外，高氮水平根冠比比值在下降，地上部分的生長(zhǎng)明顯增加，但是根部的生長(zhǎng)沒(méi)能相應(yīng)增加，降低了基因型的耐旱性，并且經(jīng)濟(jì)系數(shù)也在下降，可知氮的利用率在下降。同時(shí)高氮水平下有利于將基因型的株高、穗長(zhǎng)和粒重等性狀表達(dá)得以加強(qiáng)。

根據(jù)變異程度在選擇優(yōu)良小麥品種時(shí),對(duì)粒重和根重等變異較大的性狀進(jìn)行嚴(yán)格的比較和篩選,對(duì)變異系數(shù)較小的性狀重點(diǎn)進(jìn)行篩選。

對(duì)各個(gè)農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析可以看出，粒重和穗長(zhǎng)均與經(jīng)濟(jì)系數(shù)呈極顯著正相關(guān)，并且這種顯著相關(guān)性基本上不受氮素水平的干擾，而對(duì)于受氮素水平影響較大的農(nóng)藝性狀則要謹(jǐn)慎選擇，在一定程度上也為田間篩選品種提供了一條途徑。

4 結(jié) 論

西南麥區(qū)小麥種質(zhì)氮素利用效率相關(guān)性狀存在顯著的基因型差異，根據(jù)不同氮素水平下經(jīng)濟(jì)系數(shù)差異，所選24份材料可被劃分為4類氮效率類型：高氮高效型品種、低氮高效型品種、適應(yīng)廣的氮高效材料和一般材料。對(duì)于貴州麥作區(qū)，除去氮高效基因型品種，其他小麥品種氮素施用量建議采用中氮水平或中低氮水平；初步分析出穗長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)可作為西南片區(qū)篩選良種的依據(jù)。此外結(jié)合貴州地區(qū)雨水多、易沖刷和氮素易揮發(fā)等特點(diǎn)[6]，建議適當(dāng)深施氮肥，這樣氮素流失的比例會(huì)大大得以減少。