岳俊芹，張素瑜，李向東，邵運(yùn)輝，方保停，葛勝修，王漢芳，張德奇，楊 程，時(shí)艷華，秦 峰

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，小麥國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部中原地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，河南省小麥生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450002；2.克明面業(yè)股份有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410004)

近年來(lái)隨著全球氣候變暖，極端低溫發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間均在不斷加強(qiáng)[1-3]，其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的災(zāi)害性影響日益加重。低溫凍害是河南小麥生產(chǎn)常見(jiàn)的氣象災(zāi)害之一，已成為限制小麥高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要因素[4-5]。拔節(jié)期是小麥生長(zhǎng)發(fā)育、幼穗分化的重要時(shí)期，此時(shí)小麥對(duì)溫度變化的反應(yīng)極其敏感，低溫脅迫后小麥分蘗節(jié)會(huì)全部或部分凍死，導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的傷害[6]。因此，前人對(duì)小麥拔節(jié)期低溫脅迫效應(yīng)的研究較多。河南省每年在3月下旬至4月上旬常有寒潮侵襲，此時(shí)期凍害后小麥易因穗粒數(shù)減少而減產(chǎn)[7-8]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，拔節(jié)期低溫脅迫后，小麥品種泰山6426、泰山4033 和濟(jì)麥22的葉綠素含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降的幅度因品種而異，且低溫脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)也有明顯影響,除泰山6426外,其余2個(gè)品種Fv/Fm均顯著下降[9]。有研究者認(rèn)為，低溫主要是通過(guò)降低葉片ΦPSⅡ和qP，使小麥光合速率下降，進(jìn)而降低小麥干物質(zhì)積累量，導(dǎo)致減產(chǎn)[10]。綜合來(lái)看，目前在相關(guān)小麥低溫效應(yīng)研究中，處理設(shè)置多以單一品種或單一溫度為主[11-12]，研究?jī)?nèi)容也以低溫對(duì)光合和生理特性的影響分析居多[9,13-17]，而對(duì)不同低溫條件下多個(gè)小麥品種的葉片熒光參數(shù)變化報(bào)道不多。本試驗(yàn)利用人工氣候室模擬低溫逆境，研究拔節(jié)期不同低溫脅迫對(duì)小麥熒光參數(shù)及產(chǎn)量的效應(yīng)，以期為小麥高產(chǎn)抗低溫逆境栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017-2019年在河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開(kāi)發(fā)基地(新鄉(xiāng)市平原新區(qū)，35°00′N，113°40′E)進(jìn)行，采用柱栽方式。土壤取自大田0～30 cm耕層，為壤土，有機(jī)質(zhì)含量11.58 g·kg-1，全氮含量1.18 g·kg-1，速效氮含量78.4 mg·kg-1，速效磷含量9.0 mg·kg-1，速效鉀含量98.8 mg·kg-1。采用直徑21 cm、長(zhǎng)60 cm的圓柱裝土，柱子底部固定紗網(wǎng)，便于裝土。裝土前土壤過(guò)篩，裝土后壓實(shí)，柱子埋于大田土壤中，柱內(nèi)土面與地面基本持平。2017年和2018年小麥播種時(shí)間均為10月26日播種。選用鄭麥366和新麥26為供試材料。每個(gè)品種種植44柱，每個(gè)柱子種植15株左右，三葉期定苗，每柱定苗10株，小麥生育期間管理同一般大田。

1.2 低溫處理方法

設(shè)5 ℃、0 ℃和-5 ℃3個(gè)溫度梯度，以自然條件(平均溫度10 ℃)作為對(duì)照(CK)。于3月25日晚上20:00將柱栽小麥移入人工氣候室(每個(gè)溫度梯度移入8柱)，進(jìn)行低溫脅迫處理10 h，第二天早上6:00取出后埋于大田原位置，小麥自然生長(zhǎng)至成熟。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 株高構(gòu)成因素的測(cè)定

小麥成熟后每個(gè)處理隨機(jī)選取10株，分別測(cè)量每株倒一節(jié)、倒二節(jié)、倒三節(jié)的長(zhǎng)度和總株高，求平均值。

1.3.2 葉綠素相對(duì)含量(SPAD)的測(cè)定

低溫處理后每7 d，采用日產(chǎn)SPAD-502型葉綠素計(jì)，每個(gè)柱選取10片最上部展開(kāi)葉(挑旗后測(cè)定旗葉)，每片葉測(cè)定一次最寬處的SPAD值，求平均值作為該小區(qū)葉片SPAD值。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

小麥低溫處理后每7 d，利用美國(guó) PP SYSTEMS 公司中國(guó)總部漢莎科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的FMS2 脈沖調(diào)制式熒光儀于上午9：00- 11：00，分別測(cè)定一次經(jīng)過(guò)30 min暗適應(yīng)后的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和充分進(jìn)行光適應(yīng)后的PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)，每個(gè)柱測(cè)定10片最上部展開(kāi)葉，求10片葉的平均值。

1.3.4 產(chǎn)量性狀的測(cè)定

小麥成熟后收獲每個(gè)柱子的全部植株，常規(guī)考種測(cè)定穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，用DPS 9.5進(jìn)行方差分析，用Sigmaplot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對(duì)小麥株高及節(jié)間長(zhǎng)度的影響

隨著處理溫度的降低，2個(gè)小麥品種的株高及倒一節(jié)、倒二節(jié)、倒三節(jié)長(zhǎng)度均呈下降趨勢(shì)(表1)。低溫處理后，新麥26和鄭麥366的株高較CK分別下降4.04%～15.15%和3.76%～ 11.83%，5和0 ℃處理與CK差異均不顯著， -5 ℃處理與CK差異均顯著。從株高構(gòu)成看，低溫處理對(duì)新麥26節(jié)間長(zhǎng)度的影響較大，其中對(duì)倒一節(jié)長(zhǎng)度影響最大，不同處理間差異均顯著；低溫對(duì)鄭麥366三個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度的影響較小，三個(gè)低溫處理間差異均不顯著，但-5 ℃處理與CK差異均顯著。

表1 不同低溫處理對(duì)小麥株高的影響Table 1 Effects of different low temperature stresses on plant height of wheat

2.2 低溫對(duì)小麥葉片葉綠素含量(SPAD值)的影響

低溫處理后0～36 d，2個(gè)小麥品種的SPAD值變化均不大，從處理后42 d開(kāi)始呈下降趨勢(shì)(圖1)。低溫處理的小麥葉片SPAD值顯著低于CK(新麥26在處理后21 d除外)，且處理溫度越低，SPAD值越小。低溫處理后49 d時(shí)，5、0和-5 ℃處理的新麥26 SPAD值相對(duì)于CK分別下降4.71%、30.9%和42.6%，鄭麥366分別下降 3.0%、26.5%和37.45%。這說(shuō)明拔節(jié)期低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致小麥葉片葉綠素減少，不利于生育中后期光合作用，其中對(duì)新麥26的影響較大。

2.3 低溫對(duì)小麥葉片F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ的影響

低溫處理后，隨著小麥生育期的延長(zhǎng)，2個(gè)品種葉片F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ均先下降，在處理后21 d達(dá)到最低后又逐漸升高(圖2和圖3)。兩個(gè)品種的Fv/Fm和ΦPSⅡ均隨處理溫度的降低而下降，其中新麥26的Fv/Fm在5、0和-5 ℃處理后21 d時(shí)分別比CK下降2.54%、4.05%和5.46%，ΦPSⅡ分別下降8.23%、16.58%和21.65%；鄭麥366的Fv/Fm分別下降2.27%、3.54%和 4.41%，ΦPSⅡ分別下降11.09%、13.47%和 17.48%，說(shuō)明拔節(jié)期低溫脅迫對(duì)新麥26的Fv/Fm和ΦPSⅡ的影響大于鄭麥366。

表2 不同低溫脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different low temperature stress on yield and its components of wheat

2.4 低溫對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，與CK相比，低溫脅迫導(dǎo)致小麥單株穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量均不同程度降低。新麥26的穗粒數(shù)在低溫(5、0、-5 ℃)處理間差異顯著，鄭麥366的穗粒數(shù)在不同處理間只有-5 ℃處理與CK差異顯著；三個(gè)低溫處理中，新麥26和鄭麥366的穗數(shù)和千粒重均與CK差異顯著。新麥26和鄭麥366的低溫處理單株產(chǎn)量降幅分別為29.58%～55.52%和23.65%～47.95%，產(chǎn)量變化均顯著。

3 討 論

低溫凍害是黃淮海麥區(qū)頻發(fā)的自然災(zāi)害之一,嚴(yán)重影響并制約小麥的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的提高[18-19]。葉綠素是植物重要的光合色素，低溫脅迫下小麥旗葉葉綠素含量下降，可能是低溫脅迫導(dǎo)致植株體內(nèi)代謝減弱，養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)速度下降，抑制葉綠素合成，也可能是因?yàn)榈蜏孛{迫產(chǎn)生超氧自由基積累并引發(fā)葉綠素的分解[20]。低溫脅迫對(duì)葉片葉綠素合成的抑制程度與低溫程度和品種的耐寒性有關(guān)[21]。陳思思等[11]分析得出，在小麥拔節(jié)期，隨低溫程度的增加，揚(yáng)麥16葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，-2和-4 ℃脅迫48 h后，葉片葉綠素含量分別比對(duì)照降低29.7%和46.6%。Li等[22]研究表明，拔節(jié)期低溫脅迫(5 d低于外界 8 ℃)顯著降低小麥葉片相對(duì)葉綠素含量，且低溫處理后7 d葉片葉綠素含量不能恢復(fù)到對(duì)照水平。本試驗(yàn)條件下，處理溫度越低，小麥SPAD值越小，說(shuō)明受低溫脅迫程度越重，新麥26低溫脅迫后SPAD值下降的幅度大于鄭麥366，說(shuō)明不同品種對(duì)低溫的抗性不同[21]。

葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)能夠快速無(wú)損地檢測(cè)作物葉片對(duì)環(huán)境脅迫的敏感性，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于評(píng)估環(huán)境脅迫對(duì)作物的影響[23]。低溫脅迫下，大麥葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化與低溫程度有關(guān)[25]。Li等[22]分析得出，小麥拔節(jié)期低溫脅迫(5 d低于外界8 ℃)顯著降低葉片F(xiàn)v/Fm，且低溫處理7 d后葉片F(xiàn)v/Fm不能恢復(fù)到對(duì)照水平，表明拔節(jié)期低溫脅迫顯著抑制了小麥葉片光能利用能力。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫后，小麥葉片F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ隨處理溫度的降低呈下降趨勢(shì)，處理后21 d達(dá)到最低值，隨后又逐漸恢復(fù)。不同品種下降的程度不同，新麥26的Fv/Fm和ΦPSⅡ值在低溫處理21 d時(shí)的下降幅度均大于鄭麥366，說(shuō)明拔節(jié)期低溫脅迫對(duì)新麥26葉片F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ的影響大于鄭麥366。

有關(guān)低溫脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，已有很多研究[9,27-28]。王永華等[29]研究表明，拔節(jié)期間溫度越低，對(duì)小麥危害越重，可造成小麥大面積減產(chǎn)，減產(chǎn)幅度達(dá)到40%～60%。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫下2個(gè)品種的單株產(chǎn)量較CK均顯著下降，且降幅隨著脅迫程度的加重總體上呈增大趨勢(shì)，低溫脅迫對(duì)新麥26影響大于鄭麥366。同時(shí)低溫也導(dǎo)致單株穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重下降，說(shuō)明低溫不利于穗部發(fā)育，進(jìn)而影響產(chǎn)量形成。這與前人研究規(guī)律一致[29]。

本研究中，設(shè)置的溫度梯度較大，測(cè)定的日期間隔較長(zhǎng)，下一步將會(huì)進(jìn)一步縮小低溫脅迫的梯度，縮短測(cè)定時(shí)間間隔，探討不同品種在不同低溫脅迫下的致死臨界溫度，以期為小麥春季低溫診斷和及時(shí)采取補(bǔ)救措施提供理論支撐。