小麦是我国重要粮食作物之一,生态环境、栽培措施和品种类型等均会影响小麦的产量和品质[1]。土壤作为一种重要的生态环境因素,不同类型及肥力对小麦植株的生长和品质可产生不同程度的影响[2,3,4,5,6]。化学调控技术是利用外源植物生长调节物质影响作物内源激素间的平衡,对作物的生长发育产生影响,是小麦优质高产的重要调控措施[7,8]。矮壮素为低毒植物生长调节剂,可增强植物抗逆性,有关矮壮素对小麦处理效应研究多集中在萌发特性[9,10]、中后期抗倒伏和对产量的影响[11,12,13]方面;喷施吨田宝能改善群体结构,增产效果显著[14,15,16],在拔节期喷施更能促进秆强秆壮和整齐一致,增强植株抗倒伏能力,提高产量,增加经济效益[17]。然而,目前关于在同一生态环境条件下不同土壤类型配合化学调控技术来协调小麦高产优质的研究鲜见报道。本试验通过研究不同土壤类型条件下化学调控对小麦产量和品质的影响,以期为小麦丰产优质提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试品种为农麦5号（由内蒙古农牧业科学院提供）,于2018年10月20日至2019年3月1日采用盆栽方法在中国农业科学院作物科学研究所温室进行,供试土壤为黑龙江小麦产区的旱地黑土（A1）及北京地区小麦试验基地的壤质潮土（A2）,土壤基础养分见表1。
表1 供试土壤基础养分
Table 1
| 土壤 类型 Soil type | 有机质 Organic matter (g/kg) | 全氮 Total N (g/kg) | 碱解氮 Alkali- hydrolyable N (mg/kg) | 速效磷 Available P2O5 (mg/kg) | 速效钾 Available K2O (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 58.7 | 3.3 | 276.9 | 38.1 | 228.0 |
| A2 | 18.5 | 0.8 | 66.0 | 9.7 | 102.0 |
1.2 试验设计
将筛好的干土3kg装入高18cm、直径22cm的花盆中。A因素为土壤类型：黑土（A1）和潮土（A2）;B因素为在拔节初期进行的化学调控处理：B1为叶面喷施清水,B2为矮壮素（浓度配比为质量分数80%的矮壮素粉剂6.60g/盆,对水20mL/盆）,B3为抗逆型吨田宝（浓度配比为新型植物抗逆型生长调节溶剂0.06mL/盆,对水20mL/盆）,由中国农业科学院作物科学研究所研制。统一留苗8株/盆,于小麦拔节期追施尿素1g/盆。设3次重复,共计18盆。
1.3 测定项目与方法
小麦籽粒成熟后进行植株性状（包括株高和穗长）、产量及其构成因素（包括穗粒数、每盆籽粒产量和千粒重）指标等的测定。
小麦籽粒用旋风磨粉碎后,使用K9840全自动凯式定氮仪（济南海能仪器股份有限公司）采用凯式定氮法测定籽粒蛋白含量及其组分。（1）消解管中依次加入籽粒干粉末（0.100±0.001g）、催化剂（质量比为10∶1的硫酸钾∶硫酸铜的混合物）和6mL浓硫酸,放在消煮炉中420℃消解85min,冷却后用凯式定氮仪测定出籽粒氮素含量,乘以系数5.7即为籽粒蛋白质含量。（2）采用连续提取法[18]测定籽粒蛋白质组分。取籽粒干粉末0.500g,加入提取试剂（蒸馏水、2%氯化钠溶液、70%乙醇溶液和0.5%氢氧化钾溶液）,消解管中加入5mL提取液、催化剂和浓硫酸,消解定氮并计算蛋白质含量,依次提取的蛋白顺序为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。（3）蛋白质产量=籽粒产量×籽粒蛋白质含量。
1.4 数据分析
用Excel 2017软件进行数据整理和绘图,用DPS 16.5软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 不同类型土壤条件下小麦产量和蛋白品质差异
表2 不同土壤条件下小麦植株性状及籽粒产量
Table 2
| 土壤类型 Soil type | 株高 Plant height (cm) | 穗长 Ear length (cm) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-grain weight (g) | 产量(g/盆) Yield (g/pot) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 47.10aA | 6.01aA | 23.50aA | 37.26aA | 6.89aA |
| A2 | 32.65bB | 5.29bB | 15.22bB | 26.00bB | 3.03bB |
不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著,不同大写字母表示处理间在0.01水平差异极显著。下同
Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level, different capital letters indicate extremely significant difference among treatments at 0.01 level. The same below
图1中,黑土条件下（A1）小麦籽粒总蛋白及其组分含量均低于潮土（A2）,表现为除谷蛋白含量差异不显著外,总蛋白含量及其组分含量均达到显著或极显著差异水平。相同施肥量条件下,同一品种小麦的产量在黑土条件下显著高于潮土条件,可能因其籽粒中积累的蛋白质含量相对被稀释导致小麦的蛋白质含量与产量表现相反。
图1
图1
不同土壤条件对小麦籽粒蛋白质含量的影响
Fig.1
Effects of different soil conditions on wheat grain protein content
由图2可知,小麦籽粒蛋白质产量在不同土壤条件下有显著差异。A1处理下籽粒的蛋白质产量及其组分蛋白产量均极显著高于A2处理。与A2处理比较,A1的总蛋白质、清蛋白和球蛋白产量每盆分别增加了0.70、0.14和0.11g。A2的醇溶蛋白产量比A1低了51.1%,A2的谷蛋白产量比A1的低了54.8%。A1与A2的籽粒蛋白质各组分产量差异较小,但A1的籽粒产量极显著高于A2,使得A1的各蛋白质产量也均极显著高于A2。
图2
图2
不同土壤条件对小麦籽粒蛋白质产量的影响
Fig.2
Effects of different soil conditions on wheat grain protein yield
2.2 不同化控处理对小麦产量和蛋白质含量的影响
结果（表3）表明,不同的化控处理对小麦植株性状有不同的影响,化控处理后的株高、穗粒数和千粒重均发生变化,而穗长和产量未达到显著差异。B2的穗粒数和产量略高于B1,差异不显著,B2的千粒重和株高显著或极显著低于B1。B3的株高、穗长、穗粒数、千粒重和产量均低于B1,但差异不显著。
表3 不同化控处理对小麦植株性状及籽粒产量的影响
Table 3
| 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 穗长 Ear length (cm) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-grain weight (g) | 产量(g/盆) Yield (g/pot) |
|---|---|---|---|---|---|
| B1 | 45.87aA | 5.86aA | 19.24abA | 33.37aA | 4.87aA |
| B2 | 29.06bB | 5.33aA | 20.66aA | 29.37bA | 5.18aA |
| B3 | 44.76aA | 5.76aA | 18.18bA | 32.16abA | 4.84aA |
在图3中,籽粒总蛋白质含量及其各组分含量在不同化控处理下差异较为明显。B2和B3处理籽粒总蛋白质含量均显著或极显著高于B1,且B2>B3。在蛋白质各组分含量比较中,B2和B3各蛋白组分含量均高于B1,其中B3与B1差异不显著。B2与B1的清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量达到极显著差异水平。清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均表现为喷施矮壮素优于喷施吨田宝,谷蛋白含量表现为喷施吨田宝优于喷施矮壮素,但差异不显著。
图3
图3
不同化控处理对小麦籽粒蛋白质含量的影响
Fig.3
The effects of different chemical control treatments on wheat grain protein content
图4中,不同化控处理下籽粒蛋白质产量略有不同,但未达到显著差异水平。B2处理的籽粒蛋白质产量、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白产量均高于B1和B3,且B2的清蛋白产量与B1和B3差异显著。
图4
图4
不同化控处理对小麦籽粒蛋白质产量的影响
Fig.4
The effects of different chemical control treatments on wheat grain protein yield
2.3 不同处理组合对小麦植株性状及籽粒产量的影响
不同处理组合的植株性状及籽粒产量差异显著,由表4可知,在A1条件下不同化控处理后的穗粒数、千粒重和产量均高于A2。A1B3的株高最大,A2B2最小,A1和A2中B2处理明显抑制株高。A2B2的穗长小于其他处理组合,且差异达极显著水平。穗粒数、千粒重和籽粒产量均为A1>A2,A1B2穗粒数最多,A2B3穗粒数最少,黑土条件的化控处理间其千粒重差异不显著,A1B1千粒重最高,A2B2最低,A2条件下化控处理间其产量差异不显著,A1B2的产量最高,A2B2的最低。
表4 不同处理组合对小麦植株性状及籽粒产量的影响
Table 4
| 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 穗长 Ear length (cm) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-grain weight (g) | 产量(g/盆) Yield (g/pot) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1B1 | 52.08aA | 5.74aAB | 21.53bB | 38.24aA | 6.20bA |
| A1B2 | 35.70bB | 6.13aA | 26.32aA | 36.15aA | 7.70aA |
| A1B3 | 53.65aA | 6.16aA | 22.67bAB | 37.39aA | 6.77abA |
| A2B1 | 39.67bB | 5.98aA | 16.96cC | 28.50bB | 3.54cB |
| A2B2 | 22.41cC | 4.53bB | 15.00cdC | 22.58cC | 2.65cB |
| A2B3 | 35.86bB | 5.37abAB | 13.69dC | 26.92bBC | 2.90cB |
2.4 不同处理组合对小麦籽粒总蛋白及其组分含量的影响
不同处理组合下小麦籽粒蛋白质及其组分含量表现不同（表5）。A1和A2条件下均是B2处理各蛋白质含量高于其他处理。除了A2B3处理的谷蛋白含量是最高的,其余蛋白质含量均为A2B2处理最高。结果表明,在A2条件下配合B2处理是提高籽粒蛋白质含量的有效途径,但在本试验中由于黑土条件下同等化控处理中显著提高了籽粒产量,可能稀释了籽粒蛋白质浓度,故蛋白质总含量及各种蛋白组分含量均未达到最高。
表5 不同处理组合对小麦籽粒蛋白质含量的影响
Table 5
| 处理 Treatment | 总蛋白 Total protein | 清蛋白 Albumin | 球蛋白 Globulin | 醇溶蛋白 Gliadin | 谷蛋白 Glutenin |
|---|---|---|---|---|---|
| A1B1 | 18.24cB | 3.80bcdAB | 1.92dC | 5.44bB | 5.97aA |
| A1B2 | 18.67bcB | 4.16abcAB | 2.16bBC | 5.56bB | 6.07aA |
| A1B3 | 18.41cB | 3.41dB | 1.97cdC | 5.38bB | 6.02aA |
| A2B1 | 18.30cB | 3.60cdB | 2.13bcBC | 5.31bB | 6.09aA |
| A2B2 | 19.70aA | 4.58aA | 2.43aA | 6.34aA | 6.24aA |
| A2B3 | 19.08bAB | 4.22abAB | 2.28abAB | 5.69bB | 6.39aA |
2.5 不同处理组合对小麦籽粒蛋白及其组分产量的影响
不同处理组合显著影响小麦的籽粒蛋白质及其组分产量（表6）。A1条件下B处理均高于A2,其中各指标均以A1B2处理最高。在潮土条件下配合化学调控对籽粒蛋白质产量影响差异不显著。由此可知,不同土壤条件下不同化控处理对小麦籽粒蛋白质产量影响各异,但以黑土条件配合矮壮素的使用效果更佳。
表6 不同处理组合对小麦籽粒蛋白质产量的影响
Table 6
| 处理 Treatment | 总蛋白 Total protein | 清蛋白 Albumin | 球蛋白 Globulin | 醇溶蛋白 Gliadin | 谷蛋白 Glutenin |
|---|---|---|---|---|---|
| A1B1 | 1.13bB | 0.23bB | 0.12bBC | 0.43aA | 0.37bA |
| A1B2 | 1.44aA | 0.32aA | 0.17aA | 0.49aA | 0.47aA |
| A1B3 | 1.25bAB | 0.23bB | 0.13bAB | 0.44aA | 0.41abA |
| A2B1 | 0.65cC | 0.13cC | 0.08cCD | 0.24bB | 0.21cB |
| A2B2 | 0.52cC | 0.12cC | 0.07cD | 0.20bB | 0.17cB |
| A2B3 | 0.55cC | 0.12cC | 0.07cD | 0.22bB | 0.19cB |
3 讨论
3.1 不同化控处理对小麦籽粒产量和品质的影响
3.2 不同土壤类型对小麦产量和品质的影响
有研究[21]表明,自然气候条件相同时,土壤类型属性不影响小麦籽粒产量和品质,会显著影响小麦籽粒产量的是土壤基础肥力和全氮含量,土壤中的速效氮和全氮含量与籽粒蛋白质呈显著正相关。本试验中,黑土的有机质含量是潮土的3.17倍,全氮含量是4.13倍,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别是4.20、3.93和2.24倍。在化控处理相同时,黑土条件下种植的小麦植株性状、产量性状以及籽粒蛋白质产量均优于潮土,但是籽粒总蛋白及其组分含量均表现为潮土高于黑土,可能是由于黑土有利于小麦生长,产量显著提高,而所施氮素与潮土相同,从而稀释了籽粒中吸收的氮素,导致籽粒蛋白质含量下降,这与张艳华等[22]、王丽娜等[23]和朱英杰等[24]关于小麦籽粒产量及蛋白质含量在不同土壤条件下的表现研究结果相似。
4 结论
喷施矮壮素对小麦影响显著,在黑土条件中更有利于改善小麦植株性状及提高籽粒产量,在潮土条件下,更有利于提高籽粒总蛋白、清蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白含量。在不同土壤条件下喷施吨田宝对小麦植株性状影响差异不显著,但显著提高了总蛋白和各蛋白组分的含量。因此,在拔节期配施矮壮素和吨田宝,有利于提高黑土种植小麦的籽粒产量和蛋白质产量以及在潮土种植小麦的蛋白质含量。
参考文献
北方冬麦区小麦高产高效栽培技术
针对全球气候变暖对我国小麦生产的影响和当前我国小麦生产中存在的主要问题,研究提出根据气温变化调整播期,根据优势蘖理论调整基本苗,根据小麦水肥高效利用和节本增效原则节省返青水和氮肥用量为核心的冬小麦高产高效应变栽培技术体系,在此基础上制定了我国北方冬小麦高产高效栽培技术规程.
矮壮素浸种对不同小麦品种萌发生长及水分利用效率的影响
通过培养试验研究了不同浓度矮壮素浸种对不同小麦品种种子萌发、幼苗生长及水分利用效率的影响.室内培养试验表明,低浓度矮壮素(≤10.0 g/kg)处理提高了小偃22和陕229的发芽率、发芽势和幼苗及根的干重,高浓度(>50.0 g/kg)处理则表现出明显的抑制作用;与陕229相比,小偃22对矮壮素较敏感,更容易受高浓度矮壮素的危害.土培试验表明,不同浓度矮壮素浸种提高了小偃22和小偃6号小麦叶片的叶绿素含量、光合作用速率,促进了小麦根系生长及干物质的累积.用矮壮素浸种对小麦水分利用效率的影响与小麦品种及水分供应水平有关.正常水分下,小偃22水分利用效率提高幅度明显高于小偃6号,水分胁迫时则反之,且水分胁迫下,矮壮素2.0 g/kg浸种小偃6号水分利用效率提高幅度最明显.两试验均以矮壮素浓度2.0 g/kg浸种效果较好.
