小麦灌浆期籽粒累积钾特性研究

2017-10-17高晓凯郁飞燕李鹏张联合

山东农业科学 2017年9期

关键词：穗轴钾素旗叶

高晓凯，郁飞燕，李鹏，张联合

(河南科技大学农学院，河南洛阳 471023)

小麦灌浆期籽粒累积钾特性研究

高晓凯，郁飞燕，李鹏，张联合

(河南科技大学农学院，河南洛阳 471023)

以小麦品种Soissons为试验材料，探讨灌浆期钾在籽粒中的累积特性以及籽粒与旗叶叶片、旗叶叶鞘、节、节间、穗轴和颖壳钾含量的相关性。结果显示，随着灌浆时间延长，籽粒钾含量逐渐降低。在灌浆16 d时，籽粒钾累积速率达到最高，钾总量接近最大值。叶片、叶鞘、节间、穗轴和颖壳钾含量呈现先升高后下降趋势。相关分析显示，籽粒钾含量与叶鞘、节、节间和穗轴的钾含量呈负相关，与旗叶和颖壳钾含量呈正相关。表明小麦籽粒钾主要来自根系吸收和转运，并非旗叶钾的再利用。

小麦；不同器官；钾累积；动态变化；相关性

AbstractUsing wheat variety Soissons as material, the characteristics of potassium (K) accumulation in wheat grains and K concentration correlation among grains, flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes, nodes, spike-stalks and glumes were explored in the study. The results showed that the K concentration in grains gradually decreased with the extension of filling time. At the 16th day of filling time, the grain K accumulation rate reached the highest and the total K accumulation in grains was close to the maximum value. The K concentrations in flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes， spike-stalks and glumes increased firstly and then showed a trend of decrease. Correlation analysis showed that K concentration in grains existed negative correlations with that in flag leaf sheaths, nodes, internodes and spike-stalks, but positive correlations with glumes and flag leaf blades. The results indicated that the K in grains mainly came from absorption and transport from roots rather than reutilization of K in the flag leaves.

KeywordsWheat; Different organs; Potassium accumulation; Dynamic changes; Correlation

钾是植物生长发育必需的矿质营养元素之一，具有调节细胞渗透压、提高CO2同化率、促进光合产物运输和蛋白质合成等功能。此外，钾也是植物的品质元素，能提高小麦灌浆期籽粒中可溶性总糖和蔗糖的供应，提高淀粉累积速率[1]；促进氨基酸向籽粒转运并转化为蛋白质[2]；有利于灌浆期在茎中积累果聚糖以及灌浆后期的分解和输出[1]，而果聚糖的降解产物主要用于籽粒形成[4]。在小麦生育期间，钾素积累呈现前期缓慢、中期达到高峰、后期下降的趋势[5]。也有研究表明冬小麦对氮、磷的最大累积量均在成熟期，而钾在挑旗期[6]。小麦成熟期叶片、茎鞘、颖壳和穗轴以及籽粒钾素积累量与籽粒产量呈极显著正相关，花后茎鞘钾素转运量与产量呈极显著正相关，颖壳与穗轴钾素转运量和产量呈极显著负相关[7]。另外，钾也影响油菜中氮素分配、稻米品质、大豆产量以及玉米抗倒性等[3，8-12]。尽管围绕钾在植物中的生理功能有大量研究，然而有关钾在灌浆期小麦籽粒中的累积特性以及籽粒钾含量与旗叶叶片、旗叶叶鞘、节、节间、穗轴和颖壳钾含量的相关性却鲜有报道。本研究旨在探讨小麦灌浆期籽粒、旗叶叶片、旗叶叶鞘、节、节间、穗轴、籽粒和颖壳钾含量的动态变化及其相关性，明确籽粒钾的累积特征及其来源，为通过调控钾在籽粒中累积并进一步提高小麦产量和品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1材料

试验选用小麦品种Soissons。

1.2处理方法

试验于2016年在英国约翰英纳斯中心试验田进行。采用常规栽培管理。分别在灌浆期第4、16、23 d和30 d取旗叶叶片与叶鞘、穗下节和节间、穗轴、颖壳和籽粒，用硝酸和高氯酸(4∶1)消解，后用ICP-OES光谱仪测定钾含量。钾累积速率[mg/(100粒·d)]=百粒钾累积总量/钾累积时间。

1.3数据处理

利用GraphPad Prism 5进行做图和相关性分析。

2 结果与分析

2.1籽粒钾含量和总量动态变化

图1显示出小麦籽粒钾含量和钾总量随灌浆进程的动态变化。灌浆4 d时籽粒钾含量达到最高，灌浆16、23、30 d与其相比，籽粒钾含量分别降低30.29%、44.64%和57.46%。与灌浆4 d籽粒钾总量相比，灌浆16、23、30 d时，籽粒钾总量分别为其4.27倍、5.23倍和5.63倍。表1显示不同灌浆时间段的钾累积情况，其中灌浆0～4 d和5～16 d钾累积速率较高，此后随着灌浆时间延长，钾累积速率下降。

2.2旗叶钾含量的动态变化

图2显示出小麦灌浆期旗叶叶片和叶鞘钾含量的动态变化。与灌浆4 d时叶片和叶鞘钾含量相比，灌浆16、23 d时，叶片钾含量分别为其1.12倍和1.08倍，叶鞘钾含量分别为其1.17倍和1.19倍。表明在灌浆23 d时，根系吸收的钾仍在不断地向旗叶转运。然而到灌浆30 d时，叶片和叶鞘钾含量分别下降66%和7%。表明在灌浆后期，旗叶叶片中钾易于向外转运，而叶鞘中钾并不容易向外转运。

图1 小麦灌浆期籽粒钾含量和百粒钾总量动态变化

表1小麦灌浆期籽粒钾累积速率

2.3穗下节及其节间钾含量动态变化

图3显示小麦灌浆期穗下节及其节间钾含量的动态变化。与灌浆4 d时节和节间钾含量相比，灌浆16、23 d时节中钾含量没有明显变化，基本保持稳定；节间钾含量分别为其1.29倍和1.48倍。表明在灌浆16 d和23 d时，钾以较高的转运速率向籽粒转运。然而与灌浆23 d相比，灌浆30 d时节间钾含量下降38.4%，表明向籽粒转运钾的速率急剧降低。

图2 小麦灌浆期旗叶叶片和叶鞘钾含量的动态变化

图3小麦灌浆期穗下节及其节间钾含量的动态变化

2.4穗轴和颖壳钾含量的动态变化

图4显示出小麦灌浆期穗轴和颖壳钾含量的动态变化。与灌浆4 d时相比，灌浆23 d时穗轴钾含量急剧升高，是其2.05倍；灌浆30 d时穗轴钾含量则下降了10%。与灌浆4 d时相比，灌浆16 d和23 d时，颖壳钾含量分别提高14%和9%，而灌浆30 d时颖壳钾含量则降低了23%。表明在灌浆16 d和23 d时，钾以较高的速率向籽粒转运，但是在灌浆30 d时，转运速率降低。

图4小麦灌浆期穗轴和颖壳钾含量的动态变化

2.5小麦不同器官钾含量相关性分析

小麦不同器官间钾含量的相关性结果显示(表2)，籽粒钾含量与叶鞘、节、节间、穗轴的钾含量呈负相关，但均未达到显著水平，与叶片、颖壳钾含量呈正相关；颖壳钾含量与叶片、叶鞘、节、节间和穗轴钾含量呈正相关，其中与叶片达到显著水平；穗轴钾含量与叶片、叶鞘和节间钾含量呈正相关，与节呈负相关；节间钾含量与叶片和叶鞘钾含量呈正相关，与节呈负相关，其中与叶鞘达显著水平；节钾含量与叶片和叶鞘钾含量呈正相关。

表2小麦不同器官间钾含量的相关性分析

器官叶片叶鞘节节间穗轴颖壳叶鞘0.81节0.020.06节间0.730.96*-0.18穗轴0.490.72-0.610.88颖壳0.99*0.880.070.780.50籽粒0.57-0.01-0.01-0.14-0.250.46

3 讨论与结论

本研究结果显示，在小麦灌浆16 d时，籽粒累积钾总量接近最大值。此后，随着灌浆时间延长，小麦籽粒累积钾总量较少。可见小麦籽粒累积钾主要发生在灌浆前期。研究还发现，在灌浆16 d和23 d时，小麦旗叶钾含量仍在不断提高，表明根系吸收的钾仍在不断地向旗叶转运。在灌浆30 d时，旗叶钾含量急剧降低，但是籽粒钾总量提高较小。因此认为，尽管钾在植物中再转运能力较强，但是籽粒中累积的钾主要来源于根系的吸收和转运。相关性分析显示，小麦籽粒钾含量与叶片钾含量呈正相关，而与叶鞘呈负相关，但均未达到显著水平，表明籽粒中累积的钾大部分并非来源于旗叶。

研究发现，小麦籽粒钾含量随着灌浆时间延长而逐渐降低，这与籽粒干物质累积速率高于钾累积速率有直接关系。籽粒中钾主要在灌浆前期大量累积，因此，要提高籽粒钾含量，主要通过在灌浆前期提高根系吸收和转运钾能力来实现。小麦籽粒在灌浆后期累积钾总量较少，主要因为在灌浆后期大量根系衰老、根系活力下降，造成根系吸收和转运钾能力降低，最终导致根中的钾向籽粒转运减少。

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