春大豆根系生长与花荚形成的关系研究

李思忠，章建新

(新疆农业大学 农学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)



春大豆根系生长与花荚形成的关系研究

李思忠，章建新

(新疆农业大学 农学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)

2013—2014年在新疆伊宁县科技示范园研究了中熟超高产大豆与高产品种(系)在根系伤流量、0～80 cm土层根干重等方面的差异及其与开花、结荚数的关系。结果表明：在开花、结荚期形成近80%根量，超高产品种(系)在花、荚期根系伤流量、0～80 cm土层总根干重、0～40 cm根系活性、总花数、总腔数均明显高于高产品种(系)；花期根干重增量、伤流势与总花数的相关系数分别为0.970、0.898(P<0.05)，花荚期根干重增量、伤流势与总荚数的相关系数分别为0.905、0.77(P<0.05)；超高产品种(系)花、荚期根量大、活性高是其总花、荚数明显多于高产品种(系)的重要原因之一；中熟春大豆近6 000 kg·hm-2产量在始粒期获得，0～80 cm土层根系总干重为125～142.3 g·m-2，总花数3 448.4～3 695.7×104朵·hm-2、总腔数2 767.4～3 303.8×104个·hm-2。

大豆；根系；花；荚;超高产

中黄35品种在新疆石河子创造了全国春大豆高产纪录[1-2]。以往对新疆超高产大豆的研究多集中在群体生理参数[3-4]和养分吸收[5]等方面。植物根系既是水分和养分吸收的主要器官，又是多种激素、有机酸和氨基酸合成的重要场所，其形态和生理特性与地上部的生长发育、产量和品质形成均有密切的关系[6-7]。获得较高的生物产量是大豆高产稳产的物质基础，而根系生长状况很大程度上决定了生物产量的高低[8]。高产大豆根系具有一定的数量和较高的质量，85%根干重集中分布在0～10 cm土层[9-10]。强大侧根增加大豆总根长，而总根长与籽粒产量呈正相关[11]。大豆根系性状在品种间存在显著差异[12]。大豆根系生长发育、空间分布状况与植株地上部生长、花荚形成和产量建成等密切相关[13]。以往有关大豆根系与产量关系的研究多仅限于某一生育时期根系性状与产量的相关分析[14]。花数、荚数和粒数多是超高产大豆品种的一个重要特征[15-16]。有关大豆根系生长与花荚形成的关系不清楚。生产上的增花、增荚措施具有盲目性。探明超高产大豆根系生长与花荚形成的关系对于实现大豆超高产具有重要意义。本试验在田间研究了超高产大豆黑农61、新大豆27号、11-109与高产品种(系)石大豆2号、13-96、13-139在根系伤流量、0～80 cm土层根干重差异及其与开花、结荚数差异的关系。为超高产大豆品种的选育提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地概况及试验设计

试验于2013—2014年在新疆伊宁县科技示范园区(萨地克于孜乡)进行。2013年试验地为砂土，20 cm土层土壤有机质为21.10 g·kg-1，碱解氮35.97 mg·kg-1，速效磷15.45 mg·kg-1，速效钾183.05 mg·kg-1。前茬为甜菜。翻地前施磷酸二铵150.0 kg·hm-2。供试品种(系)新大豆27号、11-109、黑农61、石大豆2号。田间按随机区组排列，重复3次。小区面积16 m2(长5 m、宽3.2 m，8行区)。2013年4月13日抢墒人工按50 cm+30 cm宽、窄行播种。4月30日出苗，第一复叶全展时定苗，理论保苗3.2万株·hm-2。6月7日喷施15%多效唑可湿性粉剂0.225 kg·hm-2，6月15日再次喷施0.42 kg·hm-2。采用1管2行布管滴灌，毛管分布于窄行间，6月20日、7月4日、7月20日分别滴水750.0 m3·hm-2，8月6日滴水600.0 m3·hm-2，共滴水2 775 m3·hm-2。分别在6月20日、7月4日随水各滴施尿素150 kg·hm-2，累计滴施尿素300 kg·hm-2；9月4～12日收获。

2014年试验地为砂土，0～20 cm土层土壤含有机质1.22%、碱解氮72.7 mg·kg-1、速效磷18.3 mg·kg-1、速效钾75 mg·kg-1，前茬为玉米。供试材料为新大豆27号、黑农61、品种(系)、11-109、13-96、13-139品种(系)。田间排列、重复次数及小区面积等与2013年相同。4月5日人工开沟条播，4月28日出苗。理论保苗3万株·hm-2。6月19日、7月4日、7月19日各滴水900 m3·hm-2，8月19日滴水675 m3·hm-2，累计灌水3 375 m3·hm-2。在6月19日、7月4日分别随水滴施尿素150 kg·hm-2、200 kg·hm-2，累计滴施尿素350 kg·hm-2。9月3日-18日完熟时收获。

1.2测定项目与方法

1.2.1根系性状测定于2013年(2014年)分别在6月8日(6月5日)、6月28日、7月28日、8月16(8月24日)采用沟壕法分层取4次样测定各材料0～80 cm土层根系干重变化。取样体积20 cm(行长方向)×40 cm(窄行中点与宽行中点距离)×20 cm(深)，共分4层。分别捡取根样，洗净去杂后，将根于105℃杀青30 min，80℃烘至恒重后称重。

1.2.2根系伤流量及根活性测定分别在取根样前1 d天晚20时，选取具代表性连续5株，将植株从子叶节处剪断，把装有脱脂棉的已知重量试管与主茎切口套牢，并设置对照，次日8时对已采集伤流液试管用感量0.1 mg的电子天平称重，计算伤流量。伤流势(g·m-2·h-1·d-1)=1/2(L1+L2)×(t2-t1)，式中，L1和L2为前后2次测定的伤流量，t1和t2为前、后2次的测定时间。

1.2.3花数及荚数的测定自大豆开花期开始，分别选取各品系生长整齐连续8株挂牌，每隔1 d调查其开花数、结荚数，直至成熟。

1.2.4产量及其垂直分布测定成熟期分别实收各小区中间4行4.8 m2，人工脱粒称重后，随即称取100 g烘干测定含水量，以各品种(系)3次重复平均值计算折合籽粒产量(含水量13.5%)。连续取各处理具代表性20株，逐株测定主茎各节的总腔数(粒数+空腔数)、粒数、结实率(粒数÷总腔数×100%粒数)、百粒重等。根花比(单位面积总花数÷单位面积终花期根干重)、根腔比(单位面积总腔数÷单位面积始粒期根干重)

1.3数据统计及分析

采用SPSS 19.0及Sigmartplot 12.0软件进行数据分析及绘图。

2　结果与分析

2.1不同大豆品种(系)根干重及根干重密度动态变化

由图1A(2013年)和1a(2014年)根系总干重可见，各材料自始花期开始迅速增加至始粒期达峰值后下降，始花期至始粒期根系干重积累量分别占始粒期根干重的70.35%～86.4%，且2014年较2013年总根干重略高。自始荚期后不同品种(系)之间根系干重差异显著，2013年新大豆27号、黑农61始粒期根干重分别比石大豆2号增加41.5%、22.4%，2014年11-109、黑农61始粒期根干重分别比13-96和13-139的平均值增加44.7%、27.9%。由图1B和1b 0～20 cm土层根干重密度可见，不同品种(系)之间差异显著，2013年新大豆27号、黑农61始粒期的根干重密度分别比石大豆2号增加46.6%～22.3%，2014年11-109、黑农61始粒期的根干重密度分别比13-96和13-139的平均值增加50.2%、31.6%。由图C、c(20～40 cm)，D、d(40～60 cm)，E、e(60～80 cm)根密度可见，不同品种(系)之间存在显著差异。2013年、2014年始粒期0～20 cm土层根系干重分别占总干重的92.7%～94.0%、85.5%～89.9%，2013年略高于2014年，2013年各品种(系)最大根系干重(88.4～125.1 g·m-2)略低于2014年最大根系干重(99.2～142.3 g·m-2)。上述品种(系)近80%的根系在始花至始粒期形成，新大豆27号、黑农61根系总干重明显高于石大豆2号和13-96、13-139，主要是0～20 cm土层的根干重差异所致，并且年份间差异大。

图1大豆不同品种根干重动态变化

Fig.1Dynamic variations in root dry weight for different soybean varieties

2.2根系活性及伤流量的动态变化

由图2(A)可见，各品种根伤流势随生育进程的推移逐渐降低，6月18至6月28日达最低值后缓慢上升。根系伤流量品种间差异显著，始花期多表现为11-109(新大豆27号、黑农61、新大豆27号)>13-96(13-139)。0～20、20～40 cm土层根系活力品种(系)间差异显著，多表现为11-109(新大豆27号、黑农61)>13-96(13-139)(见图2(B)、图2(C))，40～60 cm土层根系活力差异不显著(见图2(D))。新大豆27号、黑农61、11-109花、荚期根系的伤流量和0～40 cm土层根系活力明显高于13-96、13-139。

图2大豆不同品种伤流量与根系活力空间分布

Fig.2Bleaching quantities and spatial distributions of root activities for different soybean varieties

2.3品种(系)间花、荚数和开花、结荚过程的差异

由表1可见，两年试验的品种(系)间单株花数和总花数、单株腔数和总腔数差异均达显著水平。2013年单株花数和总花数分别表现为新大豆27号(黑农61)>11-109>石大豆2号、新大豆27号>黑农61(11-109)>石大豆2号，2014年单株花数和总花数分别表现为11-109(新大豆27号、黑农61)>13-139>13-96，2013年最高总花数3 695.7×104朵·hm-2(新大豆27号)明显高于2014年最高总花数3 448.4×104朵·hm-2(11-109)；2013年单株腔数和总腔数均表现为新大豆27号(黑农61)>石大豆2号(11-109)，2014年单株腔数和总腔数分别表现为11-109(黑农61、13-139)>新大豆27号(13-96)，2013年最高总腔数3 303.8×104个·hm-2(13-139)明显高于2014年最高总花数2 843.5×104个·hm-2(13-139) ；由图3可知，2013年各品种(系)在6月6日至7月4日开花，黑农61、11-109在6月20日左右，石大豆2号、新大豆27号6月26日左右达日开花数高峰期，在6月16日至7月17日期间结荚，黑农61在6月26日左右、新大豆27号和11-109在7月5日左右、石大豆2号在7月12日左右达日成荚高峰期；2014年各品种(系)在6月7日至7月10日开花，日开花数高峰期多在6月20日左右，在6月28日至7月24日期间结荚，黑农61、新大豆27号、11-109、13-96、13-139的日结荚数高峰期在7月10日左右，11-109在7月16日出现二次日结荚高峰。与2013年相比，2014年花期延长，结荚期推迟。大豆开花、结荚动态的品种(系)及年份间差异大，单株花、腔数的差异是导致单位面积总花、腔数差异主要原因，增加花数是增加荚腔数的重要途径。

表1　不同品种(系)的花数、荚数

注：A、B为2013年数据，C、D为2014年数据。Note: A and B stand for the data from 2013. C and D stand for the data from 2014.

图3不同品种(系)开花、结荚动态

Fig.3Dynamics in flowering and podding of different soybean varieties

2.4根系干重和伤流势与花、荚形成的关系

由图4(2014年数据)可见，花期根干重增量和伤流势与总花数呈显著正相关，相关系数分别为0.970*、0.898*；花荚期根干重增量和伤流势与总荚数呈显著正相关，相关系数分别为0.905*、0.77*。根系干重和根系伤流势与花、荚形成的关系密切，促进花荚期根系生长，增加花荚期根干重和伤流势是提高总花数、总腔数的重要途径。

图4花、荚期根干重增量及伤流势与总花数、总荚数的关系

Fig.4Increments of root dry weight and relationship between bleaching activity and total flower and pod numbers at the flowering-podding stage

2.5品种(系)间产量及产量构成差异

由表2可见，两年试验的品种(系)间产量、单株荚数、单株粒数和结实率差异均达显著水平。2013年、2014年产量分别表现为新大豆27号(黑农61)>11-109>石大豆2号、新大豆27号(黑农61)>11-109(黑农61、新大豆27)>13-96(13-139)，2013年新大豆27号(6 202.8 kg·hm-2)比石大豆2号增产30.2%，2014年11-109(5 648.5 kg·hm-2)比13-96增产14.7%；因2014年发生倒伏，导致产量明显低于2013年。两年试验品种(系)间单株荚、粒数、结实率的差异均达显著水平，百粒重2013年品种(系)间差异显著、2014年差异不显著。品种(系)间产量的差异主要是单株荚数和单株粒数差异所导致。

表2　产量及其构成因素

注：大、小写字母分别表示在1%和5%水平上差异显著。

Note：Values followed by different letters are significantly different at 1% (capital letter) and 5% (small letter) levels.

3　讨论与结论

3.1关于大豆根系生长与产量的关系

根系生长发育[17]、形态构型[18]、生理特性[19]在很大程度上影响植株所获得有限资源的多少和吸收利用能力，进而影响植株地上部分的生长发育和产量建成。根系性状因不同施肥量而异，造成根系对地上部的供养能力不同，最终影响籽粒产量[18]。超高产大豆品种根系活力、根系伤流量、根系干重在V3期较低，但在R1—R6期极显著高于普通大豆品种[14]。本研究表明，产量在4 762.5～6 202.8 kg·hm-2的范围内，在同一年份内单位面积根系干重与产量呈正相关关系。2013年新大豆27号产量(6 202.8 kg·hm-2)，始粒期根干重(125.1 g·m-2)明显低于2014年产量(5 648.5 kg·hm-2)和11-109根干重(142.3 g·m-2)。这可能是由于2014年花荚期温度明显低于2013年的原因，推迟参试材料的生育进程，导致新大豆27号在7月25日(结荚末期)发生严重倒伏，产量明显低于2013年。根系与产量的关系可能与因品种特性不同，并受年份间气候条件的影响而发生变化,有待进一步研究。

3.2根系生长与花荚形成的关系

超高产大豆的最重要特征是单位面积上形成比高产品种更多花数、荚数和粒数，并具有较长的开花期和结荚期和较高的日开花、结荚数[15，21]。大豆生殖生长期根系性状与产量间有很好的正相关[19]。在于大豆根系对产量的影响是通过对花、荚、粒(数量和质量)形成过程的影响逐步实现的。本试验结果表明，春大豆中熟品种(产量为4 762.5～-6 202.8 kg·hm-2)根系的近80%是在开花、结荚期形成的，伴随着大豆根量增大和分布增深，主茎各节上花、荚大体按自下而上的先后顺序形成；花、荚期根系干重和伤流势与开花、结荚数呈显著的正相关关系。新大豆27号(2013年)、11-109(2014年)花、荚期根系生长速度快，根量大，是其总花、荚数明显多于石大豆2号(2013年)、13-96(2014年)的重要原因。超高产品种在花、荚期具有比高产品种更强大的生理功能，能吸收更多的养分，从而形成比高产品种更多的花、荚数，为超高产奠定基础。选择花、荚期根系生长速度快，根量大的材料可能是增加单位面积总花、荚数，进一步提高产量的重要途径。有关大豆花、荚形成与根系生长的关系有待进一步深入研究。

在开花、结荚期形成近80%大豆的根量；超高产品种(系)在花、荚期的根系伤流量、0～80 cm土层总根干重、0～40 cm土层根系活性、总花数、总腔数明显高于高产品种(系)；花期根干重增量和根系伤流势与总花数的相关系数分别为0.970*、0.898*，花荚期根干重增量和伤流势与总荚数的相关系数分别为0.905*、0.77*。超高产品种(系)花、荚期根量大、活性高是其总花、荚数明显多于高产品种(系)的重要原因。

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Study on the relationship between root growth of spring soybean and flower pod formation

LI Si-zhong, ZHANG Jian-xin

(College of Agriculture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi, Xinjiang 830052, China)

To prove the growth of super high yield soybean, a field study to investigate the relationship between root and the formation of flower and pod was implemented during 2013—2014. The main purpose of the study was to explore the relationship among root bleaching quantities, and differences of root dry weight in the 0～80 cm soil and flowering-pod numbers. The results showed that nearly 80% of the root weight was formed during the flowering and pod-bearing stages. For super high-yielding variety (lines), its root bleaching quantity at the flowering-pod stage, total root dry weight in the 0～80 cm soil layer , root activity in 0～40 cm, total flowers, and total cavity number were all significantly higher than those of the high yield variety (lines). The correlation coefficients between root dry weight increment, and bleeding potential and total flowers at the flowering stage were 0.970, and 0.898(P<0.05), respectively. The correlation coefficients between root dry weight increment, and bleeding potential and total flowers at the flowering-pod phase were 0.905, and 0.77 (P<0.05), respectively. The total flower-pod number of the super high-yielding variety (lines) was significantly higher than that of the high yield variety (lines) because of the large root volume and the high activity of the former. Yield of spring soybean with medium maturity was nearly 6 000 kg·hm-2at the R5 stage. Total root dry weight was 125～142.3 g·m-2in 0～80 cm soil. The total number of flowers were 3 448.4～3 695.7×104·hm-2, and the total number of cavities were 2 767.4～3 303.8×104·hm-2.

spring soybean; super high yield; root; flower; pod

1000-7601(2016)05-0091-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.14

2015-07-18

国家自然科学基金(31460333)

李思忠(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为作物生理。 E-mail：277248420@qq.com。

章建新(1962—)，男，教授，博士生导师，主要从事大豆高产栽培生理研究。 E-mail:zjxin401@126.com。

S311

A