南镇武,刘月兰,孟维伟,王旭清,李洪强,徐 杰,王 娜

(山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东济南 250100)

黄淮海东部是我国小麦主产区之一，也是倒春寒多发地区。冬小麦倒春寒一般发生在3月中下旬到4月上中旬，此时冬小麦已完成春化，对低温抵抗力下降，遭遇倒春寒天气，容易发生大面积冻害，对产量和品质产生不可逆转的损失[1]。研究表明，冬小麦孕穗期低温籽粒产量影响最大，拔节期次之，起身期相对最小[2-3]。拔节期冬小麦对冰点温度完全丧失抵抗能力，若遭遇0 ℃以下倒春寒天气，极易发生冻害，导致无法抽穗或抽穗后结实率降低，造成减产[2, 4]；同时，低温也会引起冬小麦叶片光合速率、蒸腾速率和叶片气孔导度显著下降，胞间CO2浓度大幅升高，干物质积累量降低，导致减产[3, 5]。壳寡糖、海藻糖等水溶性糖可通过促进麦苗还原糖、脯氨酸等低温抗性相关次生代谢物的表达，提高其抗寒能力[6-7]；氨基酸可以增加冬小麦叶绿素的含量，提高生物酶的活性，促进CO2渗透，增强冬小麦的光合作用，提高产量[8-9]。芸苔素内酯(又名油菜素内酯)是一种植物内源激素，广泛用于植物的抗逆研究。芸胎素内酯可以提高植物叶片抗氧化酶的活性，降低丙二醛含量与相对电导率，减轻膜脂过氧化水平，减少叶绿素的降解，有助于提高细胞或组织的持水力，减轻低温对植物的伤害[10-12]。

小麦受低温胁迫后，会通过一系列生理生化反应诱导合成新蛋白质、增加可溶性糖和脯氨酸含量、提高保护酶活性等，来减轻或消除逆境伤害产生的不利因素[3,13-15]。尽管国内外已有大量关于冬小麦低温胁迫效应、抗寒特性及植物抗逆物质调控的研究，但利用蔗糖、氨基酸、芸苔素内酯等调控、预防冬小麦低温冻害的相关研究仍然较少，在黄淮海东部尤为鲜见。本研究以黄淮海东部广适品种济麦22为试验材料，在大田自然环境下，研究倒春寒来临前喷施氨基酸水溶肥、蔗糖、芸苔素内酯等抗逆调控剂对低温胁迫下小麦干物质积累转运以及产量和品质的影响，以期为冬小麦抗逆减灾、高产稳产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年10月-2018年6月在山东省农业科学院济阳试验示范基地进行，基地地处山东省济阳区太平街道(116°58′ E，36°58′ N)，位于鲁北平原南部、黄河下游的北岸，属于暖温带半湿润季风气候区，光照充足，雨热同期，四季分明，年均气温12.8 ℃，年均无霜期195 d，年均日照时数约2 618 h，年均降水量约580 mm，多集中于 7-9月。土壤发育在黄河冲积母质上，土壤类型为潮土，质地以沙壤土为主，耕层土壤(0～20 cm)有机质和全氮含量分别为12.4 和0.5 g·kg-1，碱解氮、速效钾和速效磷含量分别为54.7、96.4和10.6 mg·kg-1，pH为7.3。

1.2 试验设计

以济麦22为试验材料，喷施清水为对照(CK)，设喷施氨基酸水溶肥(200倍液，T1)、蔗糖(500倍液，T2)、0.004%芸苔素内酯(800倍液，T3)及其等倍混合液(200倍液氨基酸水溶肥+500倍液蔗糖+800倍液芸苔素内酯，T4)4个调控处理。于小麦拔节期、倒春寒来临前(2018年4月2日喷施，4月5日夜间降温至-1 ℃，4月6日夜间降温至-2 ℃)，选取长势一致的小麦样方，每个处理喷施20 m2，设3次重复，共15个小区，随机排列。试验于2017年10月8日机播，南北种植，行距20 cm，基本苗225 株·m-2，2018年6月9日收获；基施复合肥(15-15-15)750 kg·hm-2，拔节期追施尿素(46%)240 kg·hm-2，其他田间管理措施与一般高产田相同。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质测定

于小麦开花期和成熟期分别取2行100 cm样株地上部分，开花期样株分为茎秆+叶鞘、叶片、穗3部分，成熟期样株分为籽粒、穗轴+颖壳、叶片、茎秆+叶鞘4部分。样品取回后，先放置烘箱中105 ℃杀青30 min，之后80 ℃烘至恒重，测各部分干物质重量。

1.3.2 干物质转运参数计算

干物质转运相关等指标，可通过以下公式计算[16-17]：

营养器官开花前贮藏干物质转运量=开花期营养器官干重-成熟期营养器官干重；

营养器官开花前贮藏干物质转运效率=(开花期营养器官干重-成熟期营养器官干重)/开花期营养器官干重×100%；

开花后干物质输入籽粒量=成熟期籽粒干重-营养器官开花前贮藏干物质转运量；

营养器官开花前贮藏干物质对籽粒产量的贡献率=开花前营养器官贮藏干物质转运量/成熟期籽粒干重×100%。

1.3.3 产量性状测定

收获时每个小区选取5行2 m植株调查穗数，取代表性样株50株测定每株小穗数、不孕小穗数和结实粒数；脱粒晾干后测定千粒重并计算理论产量。

1.3.4 籽粒品质测定

用波通DA7200型近红外分析仪，测定小麦籽粒蛋白质含量、面筋含量、容重及稳定时间。

1.4 数据处理与分析

数据用Excel 2010进行整理，用SPSS 19.0进行分析，用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同调控处理对小麦干物质积累、转运与分配的影响

2.1.1 不同调控处理对不同生育时期小麦干物质积累的影响

由图1可以看出，T1和T2处理的开花期干物质积累量与CK差异不显著，T3和T4处理则较CK、T1、T2显著增加，增幅5.6%～6.5%。T1和T2处理的成熟期干物质积累量与CK差异不显著；T3处理较CK显著增加，但与T1、T2和T4处理差异不显著；T4处理较CK、T1和T2处理显著增加，增幅8.4%～10.2%。这说明氨基酸、蔗糖和芸苔素内酯混合喷施对小麦干物质积累有明显的促进作用。

图柱上同一生育时期不同字母表示处理间差异显著(P< 0.05)。

2.1.2 开花后营养器官干物质再分配及其对籽粒产量的贡献率

从表1可以看出，T1处理的开花前贮藏干物质转运量较CK显著增加(6.5%)，但均与T2处理差异不显著，且T4处理与CK差异不显著，而T3处理较T1处理显著增加(11.7%)。T1、T2处理的开花前贮藏干物质转运效率与CK差异不显著，T3处理较CK、T2和T4处理显著增加(增幅6.1%～12.1%)，T4处理较CK、T1和T2处理显著降低(降幅9.3%～14.2%)。T1和T2处理的开花前贮藏干物质转运对籽粒产量的贡献率与CK差异不显著；T3处理较CK、T2处理显著增加(增幅9.6%～11.8%)，但与T1处理差异不显著；T4处理较CK、T1和T2处理显著降低(降幅12.4%～17.8%)。T1和T2处理开花后籽粒干物质积累量与CK差异不显著；T3与T2处理差异不显著，但较CK和T1处理显著增加(增幅5.8%～6.5%)；T4处理较CK、T1、T2和T3处理显著增加(增幅8.0%～14.9%)。T1、T2、T3和T4处理的开花后干物质积累对籽粒产量的贡献率与CK均差异不显著，但T4处理较T3处理显著增加(增幅4.5%)。由此可见，喷施芸苔素内酯能够明显促进花前干物质在花后向籽粒转运以及花后干物质积累，与氨基酸、蔗糖混喷对花后干物质积累的影响更明显。

表1 不同调控处理对营养器官同化物再分配量和积累量的影响Table 1 Effects of different treatments on assimilate redistribution and accumulation in vegetative organs

2.1.3 不同调控处理对成熟期小麦干物质在不同器官中分配的影响

在成熟期，T1和T2处理的小麦籽粒干物质积累量与CK差异不显著，T3和T4处理较CK、T1、T2处理显著增加(增幅5.9%～12.1%)，不同调控处理间籽粒干物质分配比例无显著差异(表2)。T1处理的穗轴及颖壳干物质积累量与CK差异不显著，T2处理较CK、T1处理显著增加(增幅9.0%～11.1%)，T3与T4处理间差异不显著，但二者较CK、T1和T2处理显著增加(增幅5.9%～20.4%)；T1和T4处理的穗轴及颖壳干物质分配比例与CK差异不显著，且T2和T3处理与T4处理均差异不显著，但T2和T3处理较CK和T1处理显著增加(增幅7.8%～14.0%)。T1、T2和T3处理的茎鞘及叶干物质积累量与CK无显著差异，但T4处理较CK、T1、T2和T3处理显著增加(增幅5.5%～7.8%)；T1、T2和T4处理茎鞘及叶干物质重分配比例与CK无显著性差异，T3处理与T2和T4处理均差异不显著，但T3处理较CK和T1处理显著降低(降幅4.5%～5.9%)。由此可见，喷施芸苔素内酯能够明显促进干物质向小麦穗部分配，尤其是与氨基酸、蔗糖混喷效果更明显。

2.2 不同调控处理对小麦产量的影响

2.2.1 不同调控处理对小麦小穗发育情况的影响

不同调控处理间小麦单株小穗数无显著差异，喷施蔗糖和芸苔素内酯均显著降低不结实小穗数，提高小穗结实率，且单喷效果较优 (表3)。

2.2.2 不同调控处理对小麦产量及产量三因素的影响

与CK相比，喷施外源物质对小麦穗数影响不明显，虽然可不同程度地增加穗粒数，但只有单喷芸苔素内酯和蔗糖的效果显著。喷施芸苔素内酯T3和T4处理均显著增加了千粒重和理论产量，其余处理与CK差异均不显著(表4)。这说明喷施芸苔素内酯能够改善小麦产量结构，进而增加产量，尤以与氨基酸、蔗糖混喷效果更明显。

表2 不同调控处理对成熟期小麦干物质在不同器官中分配的影响Table 2 Effects of different treatments on dry matter distribution in different organs of mature wheat

2.3 不同调控处理对小麦籽粒品质的影响

从表5可以看出，T1处理使小麦籽粒蛋白质含量较其他处理显著增加(增幅5.0%～7.4%)，T2、T3、T4处理与CK均差异不显著。不同处理间小麦籽粒容重、面团稳定时间无显著差异，但T1、T3和T4处理间籽粒容重均大于790 g·L-1，达到国家一等小麦质量标准。

表3 不同调控处理对小麦小穗发育情况的影响Table 3 Effect of different treatments on spikelet development in wheat

表4 不同调控处理对小麦产量及产量三因素的影响Table 4 Effects of different treatments on yield components and yield of wheat

表5 不同调控处理对小麦籽粒品质的影响Table 5 Effect of different treatments on grain quality of wheat

3 讨 论

氨基酸肥料对小麦的生长发育具有促进作用[8]。前人研究发现，苗期喷施含氨基酸水溶肥可显著增加小麦单位面积穗数，而扬花期喷施则主要影响小麦穗粒数和千粒重，增加产量[18]；小麦拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期4次喷施氨基酸水溶肥使株高、干物质量均不同程度提高，并显著增加小麦穗数、千粒重和产量[8]；也有研究表明，拔节后20 d及25 d喷施氨基酸溶液可显著增加小麦千粒重和穗粒数，提高品质，但对有效穗数和产量影响不显著[19]。这说明喷施氨基酸对小麦产生影响的时期可能是分蘖敏感期和小花分化敏感期，与本研究结果不尽一致。本研究中，在拔节期喷施氨基酸水溶肥液后，穗粒数、千粒重、穗数与CK差异不显著，但籽粒蛋白质和湿面筋含量增加。由于本研究的目的主要是通过喷施氨基酸水溶肥缓解低温冷害对小麦的不利影响，仅在小麦拔节初期倒春寒来临前喷施一次氨基酸水溶肥，可能与决定小麦籽粒发育的敏感时期没有很好地契合，因而与前人的研究结果存在差异。蔗糖是糖类物质由叶片运输到植物体其他部位的主要形式，通常在植物细胞质中合成，作为植物体内的重要信号分子，参与植物组织中的糖信号传导，并调控植物的生长发育及植物中某些基因的表达[20-21]。闫素芳等[22]研究发现，外源蔗糖可以增加盐胁迫下小麦幼苗的抗氧化酶活性，降低小麦体内活性氧自由基含量，减少膜伤害，提高抗逆能力。这也可能是本试验中喷施蔗糖后小麦小穗结实率提高的原因。另外，叶面喷施糖类物质在一定程度上可以促进小麦增产[23]。张运红等[19]对小麦分别喷施几种生物刺激素发现，海藻酸钠寡糖促进小麦产量形成的效果较好，但对品质具有不利影响。本试验中，可能因为喷施蔗糖处理公顷穗数少于CK，导致喷施蔗糖后小麦理论产量与前人研究结果不一致。芸胎素内酯可以提高作物体内的抗氧化酶含量，加强作物的膜质抗氧化和细胞渗透调节能力，提高植物的抗寒、抗冻性能，促进植物的生长发育，提高作物结实率，以达到增产效果[10-11]。本试验条件下，喷施芸苔素内酯及混合液处理提高了冬小麦小穗结实率、千粒重及产量。这与前人关于芸胎素内酯的研究结果基本类似。也有研究发现，在小麦开花前后、灌浆初期喷施芸苔素内酯可显著增加小麦千粒重、穗粒数，提高产量[24-25]。这可能也是因为与本试验喷施时期不同，导致结果不一致，因此关于提高小麦产量的最优喷施时期有待进一步明确。

本试验条件下，小麦拔节期喷施氨基酸水溶肥、蔗糖、芸苔素内酯的混合液较喷施单一种调控剂使产量提高4.5%以上，较CK提高10.9%，同时不降低小麦品质。因此，喷施该混合液有利于提高冬小麦抵御低温逆境的能力，有助于该地区冬小麦的抗逆稳产；但冬小麦发生低温冻害和减产程度主要是由降温来临时间、降温强度及低温持续时间所决定的，其生理效用与调控机理有待进一步研究。此外，调控效果与小麦播期、最佳喷施时期及喷施次数的相关性也是后续研究的重要方向。