氮肥运筹对生选6号籽粒产量及花后叶片衰老特性的影响

陈芳芳 姜清华 朱新开* 李春燕 查联群 王亚松

（1.扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/扬州大学小麦研究所，江苏扬州225009；2.江苏红旗种业有限公司，江苏泰州225313）

氮肥运筹对生选6号籽粒产量及花后叶片衰老特性的影响

陈芳芳1姜清华1朱新开1*李春燕1查联群2王亚松2

（1.扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/扬州大学小麦研究所，江苏扬州225009；2.江苏红旗种业有限公司，江苏泰州225313）

研究氮肥运筹对弱筋小麦生选6号小麦茎蘖动态变化、叶面积指数、花后剑叶SOD、POD、CAT酶活性以及MDA含量和小麦籽粒产量的影响。结果表明：随着小麦生育期推移，花后剑叶SOD、POD、CAT酶活性呈单峰曲线变化，MDA含量逐渐上升；随孕穗肥施用比例提高，花后剑叶SOD、POD、CAT酶活性下降速率变缓、MDA含量上升速率减缓，延缓了植株衰老。花后剑叶SOD、POD、CAT酶活性与籽粒产量呈显著或极显著线性正相关，MDA含量与籽粒产量呈极显著线性负相关。本试验基本苗150万/hm2、施氮量270 kg/hm2水平下，基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥施用比例为3∶1∶3∶3的方式，有利于延缓花后剑叶衰老，提高千粒重和产量，产量可达8 000 kg/hm2以上，是其良种繁育可采用的氮肥运筹方式；基肥：分蘖肥：拔节肥施用比例为7∶1∶2的方式，产量可达7 500 kg/hm2左右，品质符合国标要求，是其稳定实现优质高产的氮肥运筹方式。

生选6号；氮肥运筹；衰老特征；产量；品质

随着我国人口的不断增长和人民生活水平的不断提高，耕地资源紧缺与粮食需求的矛盾将更加突出，在耕地日益减少的情况下，持续稳定增加粮食单产是保证粮食安全的有效途径之一。氮素是小麦生长发育必需的大量营养元素之一，是小麦细胞原生质的重要组成成分，是糖类、蛋白质、脂肪、植物激素等多种生命物质合成的必需元素。氮肥施用是小麦生产中的重要措施，适量施氮能提高小麦籽粒产量、蛋白质含量并改善加工品质，但过量或不合理施氮不仅不能达到高产优质的目的，还会降低氮肥利用率，增加氮肥损失，污染环境［1］。有关氮肥运筹对不同专用类型小麦产量和品质研究及小麦施肥高效施用时期已有相关报道［4－6］，徐恒永等［3］认为随施氮量增加，籽粒产量及蛋白质含量呈增加趋势，强筋小麦和中筋小麦籽粒营养品质和加工品质均有所提高，但产量超过一定水平后，继续增加施氮量，籽粒产量因群体过大，发生倒伏或病虫害严重等，产量开始下降，品质也会受到影响；于振文等［2］认为相同施氮量下，不同运筹方式对冬小麦的群体结构和产量均有影响，追肥时期及比例因地力水平、生态条件、小麦品种类型等存在差异，在地力、产量水平中等及其以下时，追肥时期对产量影响效果尤为显著；王蔚华等［7］认为施用基肥、苗肥和拔节孕穗肥是兼顾提高中筋小麦籽粒产量和营养、加工品质的施氮途径；朱新开等［8］和李春燕等［9］认为弱筋小麦以基肥∶分蘖肥∶拔节肥：孕穗肥施用比例为7∶1∶2∶0的处理，同时适量增加基本苗，可以实现产量与品质的协调。由于弱筋小麦品质形成机理及栽培调控技术的研究相对滞后，且弱筋小麦产量与品质是一对矛盾，高产与优质较难协调，制约了弱筋小麦生产的发展，使得江苏省优质弱筋小麦在全国的比较优势得不到充分发挥，也影响弱筋小麦食品加工业的发展。因此探索和推广应用弱筋优质高产的栽培技术，生产出符合企业需求的合格产品，一直是弱筋小麦生产中需要解决的课题。本试验通过研究氮肥运筹比例对弱筋小麦生选6号籽粒产量、品质和花后叶片衰老特性的影响，以期明确弱筋小麦高产与优质条件下的适宜氮肥运筹比例，为弱筋小麦优质与高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

试验于2010至2012年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点试验室试验场进行，前茬为水稻。2010年秋播试验地土壤碱解氮含量91.38 mg/kg，速效磷含量47.94 mg/kg，速效钾含量78.32 mg/kg；2011年秋播试验地土壤碱解氮含量107.19 mg/kg，速效磷含量51.08 mg/kg，速效钾含量83.75 mg/kg。供试品种为弱筋小麦生选6号。

1.1 试验设计

采用单因素随机区组设计，氮肥运筹方式设基肥∶分蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥为7∶1∶2∶0、5∶1∶2∶2、3∶1∶3∶3共3个处理，施氮量为270 kg/hm2，基肥于播种前套施，分蘖肥于4.5叶期施，拔节肥于叶龄余数2.5叶期施，孕穗肥于叶龄余数0.8～1.2叶期施，磷肥和钾肥运筹方式均为基肥：拔节肥=5∶5，施用肥料的种类分别为尿素（N46％），磷酸二铵（N12％、P2O542％）和氯化钾（K2O含量为60％）。分别于2010年11月1日和2011年11月3日播种，基本苗150万/hm2，小区面积18 m2，重复3次。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 茎蘖数。在小麦不同生育期（越冬期、返青期、拔节、孕穗期、开花期、花后20d、成熟期）从试验田各个小区随机抽取1 m2小麦，人工数出每棵小麦的茎蘖数，重复三次。

1.2.2 叶面积指数。在小麦不同生育期（越冬期、返青期、拔节、孕穗期、开花期、花后20d、成熟期）从每块试验区非保护行随机选取10株，从中选出15到20片绿叶，测小麦叶片叶长、中间叶宽，计算叶面积，拔节前叶面积=长×宽× 0.83；拔节后叶面积=长×宽×0.75，采用干重法计算得出LAI。

1.2.3 干物质重量。称小麦叶片鲜重（g），并装入纸袋，做好标记，放入恒温干燥箱，先在100℃下杀青，然后降温至80℃烘干直至样品中重量不变为止。此时称得的样品重为干重（g）。

1.2.4 超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛MDA含量。开花期标记花期一致的麦穗，花后每7 d取植株主茎剑叶10张，立即用液氮冷冻，采用氮蓝四唑（NBT）法测定SOD活性［12］；采用愈创木酚法测定POD活性［12］；采用紫外吸收法测定CAT活性［13］；采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量［13］。

1.2.5 籽粒产量和产量结构。于成熟期每小区田间调查1.2 m2的穗数，连续取40穗测定籽粒结实粒数；脱粒后晒干数三个1 000粒称重，并测量含水率，换算成含水量为13％的千粒重。每小区收割1.2 m2计实际产量。

1.3 数据处理

采用Excel2003等软件进行数据计算统计分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对生选6号籽粒产量及其构成因素的影响

由表1可知，氮肥运筹影响生选6号小麦籽粒产量，表现为随氮肥后移比例的增加，产量呈逐渐增加趋势，处理间差异极显著，年度间差异不显著，以氮肥运筹3∶1∶3∶3时产量最高，两年度均超过8 000 kg/hm2，显著高于其他处理。

表1 氮肥运筹对生选6号小麦籽粒产量的影响

分析氮肥运筹对产量构成因素的影响表明，随氮肥后移比例的增加，穗数呈逐渐增加趋势，氮肥运筹3∶1∶3∶3最高，但处理间差异不显著；每穗粒数呈逐渐增加的趋势，两年数据表现为氮肥运筹3∶1∶3∶3时每穗粒数为各处理最高，但差异不显著；千粒重呈增加趋势，两年数据表现一致，均以氮肥运筹为3∶1∶3∶3时千粒重为各处理最高，极显著高于其他处理，且年度间因生态条件不同差异极显著。

2.2 氮肥运筹对生选6号籽粒品质的影响

由表2可知，氮肥运筹影响生选6号小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量的高低，表现为随氮肥前移，籽粒蛋白质和湿面筋含量下降，处理间差异极显著，两年度表现趋势基本一致。在本试验条件下，以氮肥运筹为7∶1∶2∶0时籽粒蛋白质含量低于国标（GB/T17893－1999）的要求（≤11.5％），其它两处理因年度间生态条件的差异表现出不稳定性；但籽粒湿面筋含量均超过国标（GB/T17893－1999）的要求（≤22％），反映出此品种品质尚需要进一步通过品种基因型和栽培措施改进。

2.3 氮肥运筹对生选6号群体质量的影响

分析氮肥运筹对小麦茎蘖数变化动态的影响（表3）可知，随生育期的推移，小麦的茎蘖数呈先增加后下降趋势，于拔节期达到最高值，孕穗期之后不同处理茎蘖数趋于稳定，开花期及成熟期均以3∶1∶3∶3处理最高。茎蘖成穗率以氮肥运筹3∶1∶3∶3的最高为45.23％，5∶1∶2∶2次之为40.05﹪，7∶1∶2∶0最低为35.53﹪。

表2 氮肥运筹对生选6号小麦籽粒品质的影响

表3 氮肥运筹对生选6号茎蘖数动态变化的影响

表4 氮肥运筹对生选6号叶面积指数LAI动态变化的影响

分析氮肥运筹对小麦叶面积指数动态变化的影响（表4）可知，随生育进程的推移，小麦的叶面积指数逐渐增大，于孕穗期达到最大值，氮肥运筹7∶1∶2∶0、5∶1∶2∶2、3∶1∶3∶3处理孕穗期LAI分别为6.78、7.43、7.09，此后逐渐减小。拔节期、孕穗期及开花期小麦叶面积指数均以氮肥运筹5∶1∶2∶2的最高，分别达4.49、7.43、4.27。

分析氮肥运筹对对生选6号干物质积累动态变化及花后积累的影响（表5）可知，随生育进程的推移，小麦干物质积累量呈逐渐增加趋势，花后干物质的积累量直接影响着籽粒的产量，以氮肥运筹3∶1∶3∶3处理花后干物质积累量和产量最高。

表5 氮肥运筹对生选6号干物质积累动态变化及花后积累的影响

2.4 氮肥运筹对剑叶SOD、POD、CAT活性和MDA含量的影响

2.4.1 对SOD酶活性变化的影响。超氧化物歧化酶（SOD）是植物活性氧酶促清除系统中的关键酶，能够专一性地清除生物氧化过程中产生的超氧化物自由基，可催化超氧阴离子快速歧化成H2O2和O2，是生物抗氧化系统的重要酶类之一。由图1可知，在花后各个时期，不同氮肥运筹处理剑叶超氧化物歧化酶的变化趋势大致相同，呈单峰曲线变化，于花后14 d达到最大值，此后逐步降低。不同氮肥运筹对生选6号剑叶超氧化物歧化酶活性均存在较为明显的影响，氮肥运筹为3∶1∶3∶3时剑叶超氧化物歧化酶含量花后各个时期均高于其他处理，氮肥运筹比例为7∶1∶2∶0处理各个时期的超氧化物歧化酶含量最低。

图1 氮肥运筹对剑叶SOD和POD酶活性变化动态的影响

2.4.2 对POD酶活性变化的影响。过氧化物酶（POD）广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶，清除H2O2及其他的过氧化物，是活性氧防御系统的关键酶之一。由图1可以看出，在花后各个时期，不同氮肥运筹处理剑叶POD活性的变化趋势大致相同，呈单峰曲线变化，于花后14 d达到最大值，此后逐步降低。不同氮肥运筹对生选6号剑叶POD酶活性均存在较为明显的影响，氮肥运筹为3∶1∶3∶3时剑叶超氧化物歧化酶含量花后各个时期均高于其他处理，氮肥运筹比例为7∶1∶2∶0处理各个时期的POD酶活性最低。

2.4.3 对CAT酶活性变化的影响。过氧化氢酶（CAT）普遍存在于植物的所有组织中，其活性与植物的代谢强度及抗寒、抗病能力有一定关系。由图2可知，在不同氮肥运筹下，CAT活性变化趋势大致相同，开花后到花后7 d，CAT含量开始上升，到花后7 d到达最高峰，随后呈逐渐下降趋势。到花后35 d不同氮肥运筹的最终含量相差不大。不同氮肥运筹对生选6号剑叶CAT酶活性均存在较为明显的影响，氮肥运筹为3∶1∶3∶3时剑叶超氧化物歧化酶含量花后各个时期均高于其他处理，5∶1∶2∶2次之，氮肥运筹比例为7∶1∶2∶0处理各个时期的POD酶活性最低。

图2 氮肥运筹对剑叶CAT酶活性和MDA含量变化动态的影响（2011）

2.4.4 对MDA含量变化的影响。自由基作用于脂质发生过氧化反应，氧化终产物为丙二醛（MDA），会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合，且具有细胞毒性，测定MDA的量常常可反映机体内脂质过氧化的程度，间接反映出细胞损伤的程度。由图2可知，随生育期的推移，不同处理花后剑叶MDA含量均呈逐渐增加趋势，花后21 d到花后28 d，MDA含量增加速率加快，而同期POD、SOD、CAT活性均呈下降趋势，说明花后28 d植株消除氧自由基能力明显减弱，导致MDA含量急剧上升。氮肥运筹比例为3∶1∶3∶3时，MDA的含量最低，对植株的损伤最小，7∶1∶2∶0时MDA的含量最大，对植株造成的损伤最大。说明，不同氮肥运筹比例对植株和细胞的损伤存在差异，氮肥运筹3∶1∶3∶3有利于提高活性氧清除酶活性，降低剑叶花后衰老速率。

2.4.5 抗氧化酶活性、MDA含量及千粒重间关系。由表6可知，花后14 d剑叶POD、CAT、SOD酶活性与千粒重呈显著或极显著线性正相关，MDA含量与千粒重呈极显著线性负相关，说明提高抗衰老酶的活性，减轻膜脂过氧化作用，可以延缓叶片的衰老，提高光合速率，促进花后光合物的合成，提高剑叶光合同化物向籽粒转运，从而提高千粒重，进而提高产量。

表6 花后14d剑叶抗氧化酶活性、MDA含量与千粒重间关系（r值）

3 结论与讨论

3.1 氮肥运筹对弱筋小麦植株衰老特性的影响前人对小麦剑叶衰老过程中的SOD、POD、CAT酶活性及MDA含量的变化动态与籽粒产量的关系已经有相关报道，王蔚华等［7］研究表明，随着花后生育进程推移，SOD、POD、CAT酶活性呈先升高后下降的变化动态，而MDA含量呈现上升的变化动态，氮肥基追比为5∶5的处理，花后剑叶POD、SOD活性高，MDA含量积累慢，叶绿素含量高，叶色褪绿转黄较晚，可提高生育后期群体光合生产能力；王晨阳等［14］研究表明不同追肥处理影响后期旗叶SOD活性，随追氮时期的推移，植株体内SOD活性增强；岳寿松等［15］研究表明，中后期适量追肥可明显抑制叶绿素的降解，并使植株体内保持高水平的保护酶活性，降低后期细胞膜脂过氧化水平，从而在一定程度上延缓了叶片的衰老。本试验结果表明，弱筋小麦生选6号剑叶SOD、CAT和POD酶活性，随花后生育进程的推移，呈“单峰”曲线变化，于花后14 d前后达到最大值，之后逐渐下降，而MDA含量随生育进程均呈上升趋势。表明，生育后期植株体内的SOD、CAT和POD酶活性降低，自身消除自由基能力下降，造成细胞内活性氧积累而导致植株体内MDA含量上升，从而加速植株的衰老，减少花后光合生产物质的积累。

3.2 弱筋小麦生选6号高产与优质的氮肥运筹对比

小麦籽粒产量是光合物质生产、运输和籽粒发育对同化物的利用等综合作用的结果，延缓小麦生育后期特别是花后的叶片衰老，能为籽粒输送更多的光合产物，提高小麦产量。王晨阳等［14］认为小麦施氮量以240 kg/hm2，基追比例5∶5为宜，可延缓植株衰老，促进籽粒的形成与发育，显著提高籽粒产量，追氮量过少或过多均不利于进一步提高小麦产量；李春燕等［9］认为，采用基本苗240万/hm2，施氮量240 kg/hm2，基肥、分蘖肥、拔节肥、孕穗肥比例为5∶1∶2∶2，产量高于7∶1∶2∶0运筹，可以延缓旗叶早衰，提高单穗重，但氮肥运筹7∶1∶2∶0可以实现品质与产量的协调发展；朱新开等［8］认为强筋、中筋小麦以基肥：分蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥为3∶1∶3∶3的处理为最优，其次为5∶1∶2∶2的处理。谭彩霞等［11］认为弱筋小麦后期施氮比例下降，不利于穗粒数和粒重的提高，适量提高氮肥追施比例有利于延缓花后植株衰老，提高产量。本试验结果表明，在基本苗150万/hm2、施氮量270 kg/hm2水平上，弱筋小麦生选6号采用基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥施用比例为3∶1∶3∶3的方式，氮肥适量后移，籽粒产量最高，可达8 000 kg/hm2以上，但其品质超标，可作为其良种繁育的氮肥运筹方式；基肥：分蘖肥：拔节肥施用比例为7∶1∶2的方式，产量在7 500 kg/hm2左右，品质符合国标要求，利于稳定实现优质高产，是优质高产的氮肥运筹方式。

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Effects of Nitrogen Application Ratio on Grain Yield and Senescence Characteristics of Flag Leaf of Shengxuan 6

CHEN Fang－fang1，JIANG Qin－hua1，ZHU Xin－kai1*，LIChun－yan1，ZHA Lian－qun2，WANG Ya－shong2（1.Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Wheat Research Institute，Yangzhou University，Yangzhou 225009，China；2.Jiangsu Hongqi Seed Company Ltd.，Taizhou 225313，China）

The experiment studied the effects of application ratio of nitrogen fertilizer on wheat tillering dynamics，LAI，SOD，POD，CAT enzyme activity，and MDA content of flag leaf after anthesis and grain yield of weak－gluten wheat shengxuan 6.The results showed that the values of SOD，POD and CAT enzyme activity of flag leaf shows a single－peak curve changes trend and the contentof MDA content increase along with the growing period of wheat.With the amount of jointing and booting fertilizer application ratio increasing，the value of the SOD，POD，CAT enzyme activity of flag leaf after anthesis decrease slowly and MDA content increase slowly，which delay senescence of the plant.There is an obvious positive linear correlation between SOD，POD，CAT enzyme activity of flag leaf after anthesis and grain yield while there is an obvious negative linear correlation between MDA contentsand grain yield.In this experiment，under the conditions of basic seedling of150×104/hm2，and the nitrogen application amount of270 kg/hm2，and nitrogen application ratio of basing：tilling：jointing：booting is3∶1∶3∶3，itwill be beneficial to delay senescence of flag leaf after anthesis and increase the grain weightand yield with the yield can be reached tomore than 8 000 kg/hm2.It is the nitrogen applicationmethod can be used for breeding.If ratio of basing：tilling：jointing：booting is7∶1∶2∶0，the grain yield can be reached to around 7 500 kg/hm2with good quality.It is the nitrogen applicationmethod which can be used for realizing high yield and good quality.

Shengxuan 6；Nitrogen；Senescence characteristics；Grain yield；Quality

2013－04－25

国家自然科学基金（31271642）；江苏省农业科技成果转化资金（BA2010142）；农业部行业科研专项（201103003）；江苏高校优势学科建设工程和江苏省农业三项工程资助项目。

陈芳芳（1987－），女，硕士生，主要从事小麦营养生理研究。

*通讯作者：朱新开（1968－），男，教授，博导，主要研究方向为作物营养生理、农业信息与优质高产高效栽培技术。