超高產田花生籽仁發(fā)育動態(tài)初探

張佳蕾 張 倩 王建國 郭 峰 唐朝輝 李新國 萬書波*

(1.山東省農業(yè)科學院生物技術研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室,山東 濟南 250100;2.海陽市農村能源工作站,山東 海陽 265100)

花生是山東省第三大主要農作物,2019年播種面積666.49 khm2,產量284.76萬t[1],出口量占全國的70%以上,花生油產量約占全國的35%,花生產業(yè)是山東省農村經濟支柱產業(yè)之一。山東素有“一畝花生四畝糧”的說法,主要是因為花生價格通常是糧食價格的3倍,花生種植效益也是大宗大田作物中最高的。因此相比于其他農作物,種植戶選擇種植花生的積極性較高。但考慮政策扶持、勞動強度、市場波動、種植成本等因素,加上山東花生平均單產一直徘徊在4400 kg/hm2左右,導致花生種植比較效益并不高,這也是近幾年花生種植面積波動的主要原因。

為挖掘花生高產潛力,進一步提高單產,山東省農業(yè)科學院花生栽培與生理生態(tài)創(chuàng)新團隊開創(chuàng)性應用競爭排斥原理,提出“單粒精播、健壯個體、優(yōu)化群體”的技術思路,變革了種植方式,解除了株間競爭對產量的制約效應。經過20余年系統(tǒng)研究和實踐,闡明了花生單粒精播增產機理,建立了單粒精播高產栽培技術體系。自2013年以來,團隊在山東莒南、平度、萊西、萊州、招遠、萊陽、寧陽、冠縣及新疆瑪納斯、石河子等多地進行了花生單粒精播超高產生育規(guī)律及配套技術的創(chuàng)新試驗與示范,連續(xù)3年實收單產莢果超過11 250 kg/hm2。分析研究超高產花生的籽仁發(fā)育動態(tài),對厘清超高產田和普通產田花生產量形成的差異性具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 超高產田概況

試驗于2019年在臨沂市莒南縣嶺泉鎮(zhèn)進行,試驗田面積2000 m2,為地勢平坦、灌溉設施齊全、排澇方便的生茬地,0～20 cm土壤理化性狀:有機質含量14.0 g/kg,堿解氮含量79.1 mg/kg,速效磷含量51.2 mg/kg,速效鉀含量68.9 mg/kg,pH 5.6。

1.2 種植方式

冬前深耕,基施有機肥45 000 kg/hm2,復合肥(N15P15K15)1 500 kg/hm2。播前旋耕,施緩釋肥(N14P13K18)750 kg/hm2、鈣鎂磷肥750 kg/hm2和適量鋅肥、鉬肥、硼肥等微量元素做種肥。

選用大花生品種花育33號,起壟覆膜栽培,壟距80 cm,壟溝寬30 cm,壟面寬50 cm,壟高12 cm,壟上種2行,壟上小行距25 cm,播種行距離壟邊12.5 cm,播深4 cm。單粒精播,穴距10 cm,播種量247 500穴/hm2。5月1日播種,9月26日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 折干率

各時期隨機取樣10株,稱量鮮果質量,自然風干后再稱量干果質量,計算折干率。

1.3.2 出仁率

各時期10株莢果風干后,脫殼收集籽仁稱質量,計算出仁率。

1.3.3 混合百仁質量

從各時期混合籽仁中隨機選取100粒稱質量。

1.3.4 蛋白質和脂肪含量

蛋白質含量測定采用凱氏定氮法,脂肪含量測定采用索氏提取法[2]。

1.3.5 產量及產量構成

收獲時組織專家進行測產驗收,隨機選取5個點,每點面積6.67 m2,刨收摘果去雜后稱質量,按照55%折干率計算產量。隨機選取10 株調查單株結果情況。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用OriginPro 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 百仁質量變化動態(tài)

超高產花生籽仁干物質積累呈現(xiàn)慢—快—慢的趨勢,播種后86 d 之前籽仁中干物質積累較慢,混合百仁質量增加較緩慢,播種后86～138 d籽仁干物質積累迅速,播種后138 d之后百仁質量增加較小。從百仁質量的單日增長量來看,播種后138～148 d每日增長最小,平均為0.39 g/d,而其他時期的百仁質量日增長量均較大,增長量最高峰出現(xiàn)在播種后86～95d,平均為1.81 g/d,播種后86～129 d之間,混合百仁質量的日增長量均超過1.00 g/d (圖1)。

圖1 百仁質量變化動態(tài)和日增長率Fig.1 Dynamic change of 100 kernel mass and daily growth rate

2.2 莢果折干率變化動態(tài)

超高產花生折干率變化呈慢—快—慢—快的趨勢,播種后86d增加較慢,播種后86～112 d增加較快,從播種后112～143 d增加趨緩,生育期最后5 d又有一個增加過程(圖2)。超高產花生折干率在播種后129 d時開始超過50%,到收獲時折干率達到56.0%。從折干率日增長量變化來看,播種后95～104 d間折干率日增長量最大,為1.19 %/d,播種后129～143 d間折干率日增長量最小,平均為0.13 %/d,播種后143～148 d折干率日增長量為0.60 %/d。

圖2 折干率變化動態(tài)和日增長率Fig.2 Dynamic change of drying rate and daily growth rate

2.3 出仁率變化動態(tài)

超高產花生出仁率隨生育期的推進呈先快后慢的變化趨勢,出仁率在播種后112 d之前增加較快,到播種后112 d時達到65.0%,之后增加較緩慢,收獲時達到最大值72.2%(圖3)。從出仁率日增長量來看,播種后112 d之前出仁率日增長量均較高,超過0.80 %/d,最大值出現(xiàn)在播種后95～104 d間,為1.07 %/d。出仁率日增長量最低值出現(xiàn)在播種后129～138 d,為0.10 %/d。播種后138～148 d的出仁率日增長量平均為0.25%/d。說明超高產花生的出仁率與折干率變化趨勢基本一致,在收獲期之前有一個迅速脫水的過程,此時期折干率和出仁率的日增長量均有一定程度的提高,對產量貢獻較大,是超高產創(chuàng)建較關鍵的時期,因此超高產花生不能提前收獲。

圖3 出仁率變化動態(tài)和日增長率Fig.3 Dynamic change of kernel rateand daily growth rate

2.4 籽仁蛋白質和脂肪含量變化

圖4可知,超高產花生籽仁蛋白質和脂肪含量增加呈先快后慢的變化趨勢,區(qū)別在于蛋白質積累較早,到籽仁發(fā)育后期增加較緩慢,而脂肪在籽仁發(fā)育前期積累較慢,籽仁發(fā)育中后期積累較快。播種后81 d,籽仁蛋白質和脂肪含量分別為16.32%、7.41%,但到播種后86 d,脂肪含量達到25.52%,明顯高于此期的蛋白質含量19.53%。蛋白質含量在播種后138 d增長不明顯,最后10 d僅增加了0.3個百分點,而脂肪含量在此期仍有較大幅度增加,生育期最后10 d增加了1.4個百分點,最后5 d增加了0.8個百分點。說明超高產花生盡量延長收獲期對脂肪的積累意義更大。

圖4 籽仁蛋白質和脂肪含量變化Fig.4 The changes of protein and fat content in kernel

2.5 產量及產量構成

經專家組測產驗收,6.67 m2小區(qū)平均實收株數(shù)153株,平均鮮果質量14.10 kg/6.67m2,按55%折干率計算,平均干果質量7.76 kg/6.67m2,換算該超高產地塊平均莢果產量11 634 kg/hm2,平均實收株數(shù)229 500株/hm2。產量構成分析,單株果質量50.7 g,單株結果數(shù)平均20.3個,其中單株飽果數(shù)平均15.0個、單株秕果數(shù)平均3.7個、單株幼果數(shù)平均1.6個、單株單仁果數(shù)平均3.5個?？梢?超高產花生要在保證足夠群體密度的同時,最大限度發(fā)揮單株生產潛力,提高單株結果數(shù)和飽果率。

3 討論與結論

花生莢果的發(fā)育過程大致可分為兩個階段。第一個階段為自果針入土大約一個月,在此期間莢果鮮質量迅速增加到最大。第二階段則是自果針入土一個月至成熟,這個階段莢果鮮質量基本不變,主要表現(xiàn)為籽粒充實,籽粒干質量迅速增加[3],果殼逐漸變薄,莢果內皮逐漸變干[4]。正常生長條件下,花生莢果干物質積累和籽仁干物質積累均呈慢—快—慢的趨勢,莢果形成初期(播種后75 d)至莢后10 d (播種后85 d)干物質積累緩慢,播種85 d后干物質積累量迅速增加,一直持續(xù)到飽果期(播種后115 d);莢果干物質積累最大增長日為播種后99 d左右,而籽仁干物質積累最大增長日為播種后103 d左右[5-7]。也有研究報道,部分花生品種成熟后籽仁干物質質量呈緩慢下降趨勢[8]。本試驗在超高產條件下,籽仁干物質積累也表現(xiàn)出慢—快—慢的變化趨勢,播種后86～129 d之間,混合百仁日質量的增長量較快,均超過1.00 g/d,干物質積累最高峰在播種后86～95 d,百仁質量的日增長量平均為1.81 g/d。同樣的,折干率呈現(xiàn)相似的慢—快—慢的變化趨勢,播種后86 d增加較慢,播種后86～112 d之間增加較快,自播種后112 d之后增加又趨緩。

花生籽仁含蛋白質24%～36%,比禾谷類種子高一倍以上,是目前被廣泛利用的食用植物蛋白,也是重要的地域性食用植物油資源[9]。對花生籽仁發(fā)育過程中蛋白質的積累研究,因所采用的品種或類型不同導致蛋白質積累的起始時間難以比較。一般認為,花生籽仁蛋白質的積累開始于胚組織分化期,成熟前期和中期蛋白質積累迅速提高,到生理成熟時期達到最大值[10-11]?；ㄉ讶拾l(fā)育過程中脂肪總量呈上升趨勢,特別是開花后15～30 d,脂肪含量急劇增加,開花后30～60 d 增加相對緩慢,但直到籽仁發(fā)育飽滿成熟(開花后75 d)脂肪酸總量仍繼續(xù)升高[12]。

本試驗中蛋白質積累較早,到籽仁發(fā)育后期增加較緩慢,而脂肪在籽仁發(fā)育前期積累較慢,籽仁發(fā)育中后期積累較快。收獲時籽仁蛋白質含量為26.41%,比收獲前10 d僅提高了0.3個百分點,而脂肪含量為51.13%,比收獲前10 d增加了1.4個百分點。由此說明,超高產花生適當延遲收獲期對產量提高和品質改善均有重要意義,目前實收最高產為2015年在平度創(chuàng)造的11 739 kg/hm2,按照本試驗結果推算,達到12 000 kg/hm2的目標僅需延遲收獲5～6 d。