種植密度對穗型冬小麥干物質(zhì)和氮素積累、轉(zhuǎn)運及其籽粒產(chǎn)量的影響

種植密度對穗型冬小麥干物質(zhì)和氮素積累、轉(zhuǎn)運及其籽粒產(chǎn)量的影響

谷物和沉積物是小麥谷物的主要成分。這兩種含量決定了小麥谷物的產(chǎn)量和品質(zhì)特征。而小麥籽粒形成過程中,源(葉)同化物的生成、轉(zhuǎn)運及向庫(籽粒)中的分配累積能力是制約其淀粉和蛋白質(zhì)積累的重要因素。其中,氮素從營養(yǎng)器官向籽粒中的運轉(zhuǎn)主要影響籽粒蛋白質(zhì)含量光合器官所產(chǎn)生的光合產(chǎn)物主要影響籽粒淀粉含量。許多研究表明,小麥籽粒積累的氮素主要來自前期營養(yǎng)器官儲存氮素的再分配,即此期再分配的氮素占籽粒氮素總量的53.0%~80.5%。不同環(huán)境下小麥植株干物質(zhì)與氮素的積累與轉(zhuǎn)運差異明顯。土壤干旱和漬水明顯降低了小麥花前貯藏物質(zhì)和氮素的運轉(zhuǎn)以及花后同化物輸入籽粒的量,導致水分逆境下籽粒蛋白質(zhì)、淀粉產(chǎn)量和含量的差異。氮肥運籌和植物生長調(diào)節(jié)劑對小麥干物質(zhì)生產(chǎn)與分配、植株氮積累量和產(chǎn)量有顯著的影響。迄今,有關不同種植密度對小麥產(chǎn)量等影響的研究較多,但不同種植密度條件下小麥干物質(zhì)和氮素的積累、運轉(zhuǎn)以及對產(chǎn)量的影響報道較少。為此,本試驗在大田條件下,選擇河南省具有代表性的兩種穗型冬小麥品種,研究了不同種植密度對其干物質(zhì)和氮素積累、運轉(zhuǎn)以及對產(chǎn)量的影響,以期為通過栽培措施促進籽粒蛋白質(zhì)積累,提高小麥產(chǎn)量提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1田間施肥及試驗設計試驗在河南農(nóng)業(yè)大學科教示范園區(qū)進行。土壤為潮土,前茬田菁掩底,土壤有機質(zhì)含量17.8g/kg,全氮0.99g/kg,堿解氮57.9mg/kg,速效磷67.5mg/kg,速效鉀204.8mg/kg,pH值為7.94。小麥播種前結合整地,每公頃施純N270kg,P2O5150kg,K2SO4150kg,其中50%的氮肥與磷、鉀肥一起掩底施入,其余50%氮肥于拔節(jié)期結合澆水追施。田間管理按高產(chǎn)麥田進行。供試品種分別選用大穗型品種蘭考矮早八(A1)和多穗型品種豫麥49-198(A2)。依據(jù)兩種穗型小麥品種的分蘗成穗特點和實現(xiàn)高產(chǎn)的產(chǎn)量結構特點,種植密度設置4個處理水平,其中,分蘗成穗率低的大穗型品種蘭考矮早八分別為300萬株/hm2(C1)、375萬株/hm2(C2)、450萬株/hm2(C3)和525萬株/hm2(C4),17.8cm等行距寬幅播種,播幅為10cm。分蘗成穗率高的多穗型品種豫麥49-198分別為75萬株/hm2(B1)、150萬株/hm2(B2)、225萬株/hm2(B3)和300萬株/hm2(B4),均按16.5cm×22.1cm寬窄行播種。試驗采用完全隨機排列,3次重復,小區(qū)面積為2.9m×6m。于10月8日人工點播,三葉期定苗,開花期選擇同日開花、生長一致的單莖掛牌標記備用。1.2貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)分別在開花期和成熟期取樣2次,每個處理各取10個單莖,按照葉、莖鞘、穗軸(含穎殼)、籽粒等器官分樣,105℃下殺青20min,80℃烘至恒質(zhì)量。采用稱重法進行測定。計算方法如下:營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量=開花期干質(zhì)量-成熟期干質(zhì)量;營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)率=(開花期干質(zhì)量-成熟期干質(zhì)量)/開花期干質(zhì)量;花后光合同化量(輸入籽粒部分,下同)=成熟期籽粒干質(zhì)量-營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量;對籽粒重的貢獻率=花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量(或花后同化量)/成熟期籽粒重。1.3試驗測試量和測量方法采用KDN-04型蛋白質(zhì)測定儀按GB/T5511-1985方法測定各部位樣品全氮含量,籽粒蛋白質(zhì)含量按全氮量的5.7倍換算。計算方法如下開花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)量=開花期全氮量-成熟期全氮量;開花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)率=(開花期全氮量-成熟期全氮量)/開花期全氮量;花后氮素積累量=成熟期籽粒全氮含量-開花期營養(yǎng)器官貯藏氮素運轉(zhuǎn)量;對籽粒氮素貢獻率=開花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)量(或花后同化氮素量)/成熟期籽粒全氮量。1.4波長和波長采用何照范的雙波長比色法。直鏈淀粉含量測定主波長為620nm,參比波長為430nm;支鏈淀粉含量測定主波長為540nm,參比波長為720nm;總淀粉含量由直鏈淀粉加支鏈淀粉含量求得。1.5數(shù)據(jù)分析和使用采用DPS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性測驗。2結果與分析2.1花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)及對含糖率的影響由表1可以看出,大穗型品種蘭考矮早八葉片、莖鞘花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量以C2處理最高,穎殼+穗軸花前物質(zhì)運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以及營養(yǎng)器官(葉片+莖鞘+穎殼+穗軸)的總運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以最低密度的C1處理最高;豫麥49-198葉片和穎殼+穗軸花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率分別以B2和B3處理最高,但其莖鞘以及營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)總運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以最低密度的B1處理最高。表明適宜的密度處理有利于提高冬小麥花前干物質(zhì)的積累和運轉(zhuǎn)。同時,兩品種成熟期籽粒干質(zhì)量以及花前貯藏物質(zhì)對籽粒貢獻率也以較低密度水平的處理較高。但兩品種花后光合同化物輸入籽粒量以及花后同化物對籽粒貢獻率卻與此表現(xiàn)不一致。蘭考矮早八花后光合同化物輸入籽粒量以最低密度處理下最高,最高密度處理下次之;對籽粒的貢獻率則以較高密度的C3,C4處理較高。豫麥49-198花后同化物輸入籽粒量以及對籽粒貢獻率以中間密度水平的B3處理最高,其次為最低密度的B1處理。2.2密度對花前和花后氮素貢獻率的影響兩種穗型冬小麥品種不同種植密度條件下花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)和花后氮素積累的結果表現(xiàn)不一致(表2)。蘭考矮早八葉片、莖鞘花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以及總運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以中間密度的C2,C3處理較高,穎殼+穗軸則以最高密度的C4處理最高;成熟期單莖籽粒全氮量隨密度增加而逐漸降低;其花前貯藏氮素對籽粒貢獻率以最高密度的C4處理最高,中間密度的C2處理次之,花后氮素積累量對籽粒貢獻率與之相反,以C4處理最低;但花后氮素積累量則以最低密度的C1處理最高。豫麥49-198葉片、莖鞘花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以及總運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以較低密度水平的B1,B2較高,B3處理最低,但其穎殼+穗軸花前貯藏氮素運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率則以B3處理最高;與蘭考矮早八相似,豫麥49-198成熟期籽粒全氮含量隨密度增加呈降低趨勢;花前貯藏氮素對籽粒氮素貢獻率以B2處理最高,B3處理最低。與之相反,其花后氮素積累量和其對籽粒氮素貢獻率均以B3處理最大,分別為10.05mg/單莖和36.85%。2.3密度對采集造成的淀粉和蛋白質(zhì)含量的影響由表3可看出,蘭考矮早八籽粒產(chǎn)量、淀粉產(chǎn)量以及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均表現(xiàn)出相同的規(guī)律,即隨著密度增加呈先增加后下降趨勢,且以較低密度的C2處理最高,并且C2,C3兩處理籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的差異均達到0.05顯著水平。淀粉含量則隨密度增加逐漸降低,以最低密度的C1處理最高;蛋白質(zhì)含量隨密度增加表現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢,且以C1密度處理最高,C2處理最低,淀粉和蛋白質(zhì)含量各處理間差異均未達到顯著水平。豫麥49-198籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和淀粉產(chǎn)量以及淀粉含量均隨密度增加呈先增高后降低的變化趨勢,籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)、淀粉產(chǎn)量均以B2處理最高,B4處理最低,且兩處理籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量的差異達到顯著水平,淀粉產(chǎn)量的差異達到極顯著水平。豫麥49-198蛋白質(zhì)含量隨密度增加呈先降低后升高的變化趨勢,以B4處理最高,B2處理最低,但各處理間未達到顯著差異。3不同密度對小麥干物質(zhì)積累的影響小麥植株營養(yǎng)器官所貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)在灌漿后期運轉(zhuǎn)到籽粒中,是決定籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的重要因素,而開花至成熟期植株光合生產(chǎn)能力及吸氮能力的差異將進一步導致籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的差異,在一些逆境條件下,這些物質(zhì)對于緩沖源供應與庫需求之間的矛盾,維持較高的籽粒灌漿速率也有著重要的意義。高產(chǎn)栽培條件下,小麥營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)與籽粒產(chǎn)量也存在密切關系。本試驗結果表明,小麥莖鞘花前貯藏干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量、花前營養(yǎng)器官總運轉(zhuǎn)量與籽粒淀粉產(chǎn)量呈顯著正相關(r=0.95*和r=0.90*)。而適宜的低密度處理能夠提高其營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)量,并提高其向籽粒的轉(zhuǎn)化率。在本試驗條件下,兩種穗型冬小麥品種均以較低密度水平下葉片、莖鞘、穎殼+穗軸等營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率以及總運轉(zhuǎn)量和運轉(zhuǎn)率較高。這可能是兩品種在較低密度水平下光分布良好,有利于光合作用的進行,從而提高了干物質(zhì)積累量。而如果種植過密,下層葉子受光照少,在光補償點以下變成了消費器官,光合效率低,從而減少了干物質(zhì)積累量。本試驗結果還表明,小麥植株花前貯藏物質(zhì)對籽粒貢獻率仍然以較低密度處理較高,而花后貯藏物質(zhì)對籽粒的貢獻率則以較高密度處理表現(xiàn)較高,這可能是因為小麥開花期以后植株葉片漸漸死亡,高密度處理此時保證了較高的葉面積指數(shù),有利于促進光合物質(zhì)的生成,從而提高了干物質(zhì)積累量。本試驗結果還表明,適宜的種植密度有利于冬小麥干物質(zhì)和氮素的積累,促進其向籽粒轉(zhuǎn)化,最終提高籽粒蛋白質(zhì)含量。大穗型品種蘭考矮早八營養(yǎng)器官花前總貯藏氮素量以中間密度水平的處理較高,可能因為此密度水平下小麥群體適宜,植株光合能力得到有效發(fā)揮,光合產(chǎn)物充足,最終提高了小麥葉片同化能力,從而為N的吸收同化供給了更多的能量。豫麥49-198營養(yǎng)器官花前總貯藏氮素量在B2密度水平下最高,與干物質(zhì)積累量的表現(xiàn)相一致。小麥干物質(zhì)和氮素的積累、運轉(zhuǎn)通過影響其淀粉和蛋白質(zhì)含量而最終影響到小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。不同栽培措施條件下,小麥干物質(zhì)及氮素的積累效果不同。本試驗表明,種植密度對兩種穗型冬小麥品種營養(yǎng)器官及成熟期籽粒的干物質(zhì)和氮素積累量存在一定影響。大穗型品種蘭考矮早八