不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑葉面噴施對(duì)冬小麥干熱風(fēng)抗性及產(chǎn)量的影響

劉文歡，李勝楠，侯閣閣，楊家蘅，段劍釗，朱云集1,*

（1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；2 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心，鄭州 450002；3 西南大學(xué)/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院柑桔研究所國(guó)家柑橘工程技術(shù)研究中心，重慶 400712）

干熱風(fēng)是我國(guó)北方麥區(qū)小麥生育后期主要災(zāi)害性天氣，伴隨著高溫低濕和一定風(fēng)力，易導(dǎo)致植株生理性干旱加劇、光合能力降低、根系活力減弱、灌漿時(shí)間縮短、植株提早干枯，從而逼熟小麥，致使減產(chǎn)5%～40%[1-4]。目前，為防御小麥干熱風(fēng)，在育種、生態(tài)、物理和化學(xué)等方面均已提出較為穩(wěn)妥的解決方案：一是培育抗干熱風(fēng)新品種，提高作物的脅迫適應(yīng)性；二是植林防風(fēng)，進(jìn)行生態(tài)預(yù)防；三是合理澆灌麥黃水，增加植株抵御性；四是噴灑葉面肥或化學(xué)藥劑，提高植株抗逆性[2,4-5]。鑒于干熱風(fēng)災(zāi)害的突發(fā)性和不可控性，在實(shí)際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)減災(zāi)方法是干熱風(fēng)來(lái)臨之前于揚(yáng)花期噴灑石油助長(zhǎng)劑、磷酸二氫鉀、草木灰、硼等，由于成分單一，防御效果受到影響，配方有待改進(jìn)[1]。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)殼寡糖和海洋多糖等新型生物刺激素的研究，發(fā)現(xiàn)其在促進(jìn)小麥碳氮代謝、提高光合作用、激發(fā)植株生物脅迫和非生物脅迫應(yīng)答、誘導(dǎo)植株抗逆性等方面效果顯著，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有巨大的應(yīng)用潛力[6-8]。因此，為探究傳統(tǒng)配方加入殼寡糖和海洋多糖后抵御干熱風(fēng)危害的能力，本研究設(shè)置不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑在小麥灌漿期噴施試驗(yàn)，以驗(yàn)證其抗小麥干熱風(fēng)和穩(wěn)定產(chǎn)量的效果，為冬小麥生產(chǎn)減輕干熱風(fēng)危害提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016—2017年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教示范園區(qū)進(jìn)行，土質(zhì)為壤土，0—20 cm土層土壤養(yǎng)分為：有機(jī)質(zhì)16.2 g/kg，全氮1.00 g/kg，堿解氮119 mg/kg，速效磷19.1 mg/kg，速效鉀97 mg/kg。各處理每公頃施純N 240 kg，P2O5150 kg，KCl 150 kg；其中，氮肥50%基施，50%拔節(jié)期追施；磷鉀肥均全部基施。

以半冬性中晚熟品種‘國(guó)麥301’和‘豫農(nóng)186’為供試材料，于10月8日播種，基本苗為2.25 × 106株/hm2。常規(guī)抗干熱風(fēng)的葉面肥配方含0.2%硫酸鋅、0.3%磷酸二氫鉀、1%尿素和10 mg/kg吐溫80，以此配方(A)為基礎(chǔ)，分別添加0.02%殼寡糖(B)、0.1%海洋多糖(C)制備新型營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑，同時(shí)設(shè)置噴施含吐溫80(10 mg/kg)的清水對(duì)照(CK)和噴施含吐溫80(10 mg/kg)的0.3%磷酸二氫鉀溶液(D)處理，共5個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每公頃噴施750 kg液量，花后14天噴施。

1.2 供試品種與氣象條件

‘國(guó)麥301’和‘豫農(nóng)186’兩品種開(kāi)花期分別為4月25日和4月22日，鑒于兩品種大田實(shí)際生長(zhǎng)情況，選取國(guó)麥301’鮮樣進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定；成熟期對(duì)兩品種進(jìn)行測(cè)產(chǎn)并考種。

干熱風(fēng)發(fā)生指標(biāo)采用中國(guó)氣象局2007年發(fā)布的氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[9]，試驗(yàn)進(jìn)行期間，河南省先后出現(xiàn)3次干熱風(fēng)天氣，僅次于1965年，居1961年以來(lái)第二位，具體發(fā)生時(shí)段為：1)5月10—13日，河南省連續(xù)4天發(fā)布干熱風(fēng)預(yù)警，鄭州市高溫達(dá)34℃～36℃。2)5月16—18日，河南大部分地區(qū)出現(xiàn)3天以上的干熱風(fēng)天氣。其中，5月17日，全省平均最高溫達(dá)33.2℃，鄭州站點(diǎn)達(dá)38℃，14時(shí)相對(duì)濕度低于25%，并有3級(jí)左右偏南風(fēng)，屬于重度干熱風(fēng)天氣。3)5月26—28日，河南省連續(xù)3天發(fā)布重度干熱風(fēng)預(yù)警，鄭州市高溫達(dá)37℃～38℃。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在盛花后第17天開(kāi)始取樣，基本保持每3天取樣1次。同時(shí)，記錄各個(gè)時(shí)期取樣小麥的綠葉數(shù)，反映功能葉的持綠性；使用SPAD儀測(cè)定小麥旗葉SPAD值，反映葉綠素水平；采用高氯酸非水滴定法測(cè)定小麥旗葉甜菜堿含量，反映不同處理的抗旱性；用α-萘胺法測(cè)定小麥根系活力；烘干稱重法計(jì)算小麥灌漿速率。成熟期分別測(cè)定單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量和收獲指數(shù)等指標(biāo)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)小麥功能葉持綠性的影響

如圖1所示，隨灌漿期推進(jìn)，各處理植株綠葉數(shù)持續(xù)減少。干熱風(fēng)災(zāi)害下，不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理小麥功能葉持綠性表現(xiàn)出差異，相比D和CK處理，A、B和C處理能較好地促進(jìn)植株維持較多和較長(zhǎng)時(shí)期綠葉數(shù)，有助于延長(zhǎng)光合時(shí)間以生產(chǎn)更多干物質(zhì)。對(duì)應(yīng)于5月10～13、16～18和26～28日3次干熱風(fēng)脅迫，B和C處理均表現(xiàn)出較高的葉片持綠性，有利于減輕干熱風(fēng)危害。在后兩次干熱風(fēng)發(fā)生情況下，B處理表現(xiàn)出更強(qiáng)的減輕干熱風(fēng)災(zāi)害能力。

圖1 噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理后不同時(shí)間小麥持綠功能葉數(shù)Fig.1 Number of staying-green functional leaves of wheat at different measuring date after sprayed with nutritional mixtures

2.2 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)旗葉SPAD的影響

SPAD值可以表征葉片中葉綠素的相對(duì)含量。圖2顯示，隨灌漿的進(jìn)行，各處理旗葉SPAD值均表現(xiàn)出持續(xù)降低趨勢(shì)，表明旗葉內(nèi)葉綠素逐漸減少，光合能力降低。干熱風(fēng)影響下，相比于CK處理，噴施A、B和C復(fù)配劑小麥旗葉SPAD值相對(duì)較高，能有效延長(zhǎng)葉綠素持續(xù)功能期，利于增強(qiáng)光合作用。此外，相比于其它處理，B處理營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑小麥旗葉SPAD在不同時(shí)間點(diǎn)的各處理中具有最高值，這表明B處理維持旗葉綠葉性能較好，能有效減緩衰老和降低干熱風(fēng)危害。

圖2 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理冬小麥旗葉SPAD值動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of SPAD in wheat flag leaves affected by different nutritional mixture treatments

2.3 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)旗葉甜菜堿含量的影響

甜菜堿是植物干旱脅迫下分泌的主要抗性物質(zhì)，能有效減緩不利環(huán)境的影響。圖3表明，前兩次干熱風(fēng)發(fā)生后，小麥旗葉內(nèi)甜菜堿含量均處于較高水平，說(shuō)明干熱風(fēng)脅迫刺激小麥旗葉甜菜堿分泌，以抵御和減緩干熱風(fēng)危害。與CK相比，其他處理小麥旗葉甜菜堿含量均有所提高，其中以B處理最高，C處理次之；在第二次干熱風(fēng)脅迫下，B和C處理旗葉甜菜堿含量先于A和D處理達(dá)到峰值，說(shuō)明B和C處理抵御干熱風(fēng)的效果更好。

圖3 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理冬小麥旗葉甜菜堿含量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of betaine content in wheat flag leaves under different nutritional mixture treatments

2.4 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)小麥根系活力的影響

如圖4所示，干熱風(fēng)脅迫下，5種處理小麥根系活力變化趨勢(shì)相似，基本呈現(xiàn)先降再升動(dòng)態(tài)變化，說(shuō)明根系活力受外界影響較大。相比于CK，A、B和C處理根系活力均有所提高，以B處理的根系活力最高，C處理次之，說(shuō)明A、B和C處理三個(gè)營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑均能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高根系活力，其中以B處理效果較好。

圖4 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理下小麥根系活力Fig.4 Wheat root activity under different nutritional mixture treatments

2.5 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)小麥籽粒灌漿速率的影響

由圖5可知，5種處理小麥籽粒灌漿速率趨勢(shì)一致，均是先緩慢增加達(dá)到高峰，再劇烈下降后緩慢降低。在3次干熱風(fēng)脅迫下，相比于CK，四個(gè)復(fù)配劑均能提高籽粒灌漿速率，尤以B處理的灌漿速率最高，效果最好。

圖5 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理冬小麥籽粒灌漿速率(5月12—28日)Fig.5 Wheat grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12-28 of May

不同粒位籽粒灌漿速率具有差異性(圖6)，強(qiáng)勢(shì)粒灌漿速率明顯高于弱勢(shì)粒，說(shuō)明強(qiáng)勢(shì)粒對(duì)籽粒灌漿的貢獻(xiàn)度大于弱勢(shì)粒。干熱風(fēng)危害下，營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑均能提高強(qiáng)、弱勢(shì)粒灌漿速率，但不同復(fù)配劑處理間表現(xiàn)出差異。相比于CK，強(qiáng)勢(shì)粒在B處理下灌漿速率最高，弱勢(shì)粒在C處理下效果最好，但在第三次干熱風(fēng)危害時(shí)，B和C處理差異不顯著。

圖6 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理下冬小麥強(qiáng)勢(shì)和弱勢(shì)籽粒灌漿速率(5月12—28日)Fig.6 Superior and inferior grain filling rate under different nutritional mixture treatments during 12 - 28 of May

2.6 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)豫農(nóng)186和國(guó)麥301兩品種產(chǎn)量影響趨勢(shì)一致，相比于CK，其他營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑顯著增加兩品種產(chǎn)量，總體增幅分別為3.24%～15.0%和3.11%～31.4%，其中B處理增幅最高，分別為15.05%和31.38%。營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)兩品種穗數(shù)和穗粒數(shù)影響均不顯著，但對(duì)千粒重影響較大。與CK相比，其他復(fù)配劑均顯著增加豫農(nóng)186和國(guó)麥301兩品種千粒重，增幅分別為4.50%～12.4%和3.44%～13.94%，其中B處理增加最多，增幅分別為12.39%和13.94%，C次之，增幅分別為10.80%和12.3%；同時(shí)，B和C處理均顯著提高兩品種收獲指數(shù)，提高幅度分別為11.9%和23.1%，7.14%和12.8%。這說(shuō)明，營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑可以通過(guò)提高千粒重和收獲指數(shù)增加籽粒產(chǎn)量，從而減輕干熱風(fēng)造成的損失。

表1 不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑處理下小麥產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)Table1 Difference of wheat yield and quality under different nutritional mixture treatments

3 討論

3.1 營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)干熱風(fēng)脅迫下冬小麥抗逆性的影響

小麥籽粒灌漿期發(fā)生干熱風(fēng)易使植株細(xì)胞失水、葉片色素和蛋白質(zhì)被破壞、功能葉光合速率下降、蒸騰作用加強(qiáng)，造成生理性干旱，影響產(chǎn)量形成[4]。大田生產(chǎn)中，減輕干熱風(fēng)危害的重要方法是化學(xué)防御—噴施外源營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑，具有見(jiàn)效快、效果好的特點(diǎn)[10-12]。前人研究發(fā)現(xiàn)，小麥生育后期噴施葉面肥可以提高葉片SPAD值，延緩葉片衰老，延長(zhǎng)灌漿時(shí)間，提高抗干熱風(fēng)能力[10,13]。本試驗(yàn)中，干熱風(fēng)危害下，噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑可以促進(jìn)小麥植株維持較高持綠性、提高旗葉SPAD值和提升根系活力，從而有效減緩葉片衰老，促進(jìn)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，提高抗干熱風(fēng)能力，減輕干熱風(fēng)危害；其中，B處理效果最好，C處理次之。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植株遇不良環(huán)境時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)高濃度的滲透物質(zhì)來(lái)維持代謝和生存，其中，甜菜堿是高等植物最常見(jiàn)的滲透物質(zhì)之一[14-15]。研究表明，甜菜堿在細(xì)胞內(nèi)受環(huán)境脅迫誘導(dǎo)，其濃度與植株抗逆性呈正相關(guān)，對(duì)于提高作物抗逆性非常重要[4,16-17]，干熱風(fēng)脅迫發(fā)生時(shí)，植株體內(nèi)甜菜堿含量會(huì)升高[4,14]。本研究與此類似，在前兩次干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)，旗葉甜菜堿含量升高，植株抗逆性增強(qiáng)。此外，干熱風(fēng)危害下，噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑能明顯提高旗葉甜菜堿含量，尤以B和C處理含量較高，這可能是由于外源營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑中殼寡糖和海洋多糖誘導(dǎo)了小麥植株抗逆性[8]，促使旗葉中甜菜堿大量積累；相比于添加海洋多糖的C處理，添加殼寡糖的B處理小麥抗逆效果更好，這可能是因?yàn)闅す烟菍?duì)小麥植株抗逆性的誘導(dǎo)要高于海洋多糖[8]。

3.2 營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑對(duì)干熱風(fēng)脅迫下冬小麥籽粒灌漿及產(chǎn)量形成的影響

噴施葉面肥有助于提高灌漿期葉片葉綠素含量、提升光合速率，從而生產(chǎn)更多的光合產(chǎn)物，為籽粒灌漿提供充足的營(yíng)養(yǎng)源[18-20]。盧殿君等[21]研究表明，噴施磷酸二氫鉀能夠延緩花后早衰，改善灌漿過(guò)程。曹彩云等[10]發(fā)現(xiàn)，干熱風(fēng)脅迫下噴施葉面肥可以延長(zhǎng)灌漿持續(xù)期，增加粒重。本研究表明，干熱風(fēng)危害下，噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑能提高灌漿速率，但不同營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑效果不同，B處理最好，C處理次之。這可能是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑促進(jìn)植株提高抗逆性，延長(zhǎng)葉片持綠性，增加旗葉的葉綠素含量，利于植株灌漿。小麥籽粒通常因所在小穗粒位不同而被分為強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒，強(qiáng)勢(shì)粒開(kāi)花早，灌漿啟動(dòng)快，同化能力強(qiáng)，粒重高，而弱勢(shì)粒灌漿啟動(dòng)慢，充實(shí)度差，粒重小[22-25]。本研究結(jié)果表明，營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑B能更有效地促進(jìn)強(qiáng)勢(shì)粒灌漿，而營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑C對(duì)弱勢(shì)粒影響較大。這可能是因?yàn)闅す烟呛秃Ｑ蠖嗵菍?duì)植株抗逆性及生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用時(shí)間不同而造成的。

干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)，高溫會(huì)嚴(yán)重影響籽粒灌漿，使灌漿期縮短，粒重減輕，產(chǎn)量下降[26-27]。噴施葉面肥可以延緩干熱風(fēng)脅迫導(dǎo)致的早衰，提高光合能力，延長(zhǎng)灌漿持續(xù)期，顯著增加籽粒產(chǎn)量[21]。本試驗(yàn)中，干熱風(fēng)脅迫下，噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑可以有效提高千粒重，增加收獲指數(shù)，從而增加產(chǎn)量。尤其是在B和C處理下，千粒重和收獲指數(shù)均顯著提高，產(chǎn)量大幅增加。相比而言，B處理的增產(chǎn)效果更好。

4 結(jié)論

1)灌漿期葉面噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑可以促使小麥在灌漿后期維持較高的葉片持綠性，提高旗葉SPAD值、甜菜堿含量和根系活力，從而減緩葉片衰老，增強(qiáng)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，提高抗干熱風(fēng)能力。其中，噴施含硫酸鋅、磷酸二氫鉀、尿素、殼寡糖的處理(B處理)效果最好，含硫酸鋅、磷酸二氫鉀、尿素、海洋多糖的處理(C處理)次之。

2)干熱風(fēng)脅迫下，噴施營(yíng)養(yǎng)復(fù)配劑可以有效提高籽粒灌漿速率，增加千粒重，提高收獲指數(shù)，從而達(dá)到增產(chǎn)效果，尤其是以含殼寡糖的B處理效果最好，含海洋多糖的C處理次之。