晚播条件下播期与播量对小麦籽粒灌浆特性的影响

张 霞，夏 清，杨珍平，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

近年来，全球气候持续升温、极端天气增多，导致小麦生长发育出现了一系列问题，如前期旺长、群体过大、冻害、病虫害加重等，严重影响了小麦的产量和品质[1-2]。合理的栽培措施通过作用于小麦生长环境，改善其群体结构质量，进而实现提高产量和改善品质的目的[3-4]。山西主要产麦区的土壤类型多为适宜小麦生长的褐土，土质中壤土，该区年平均气温变化明显，昼夜温差大，特别是小麦生育后期，光热资源充足，籽粒灌浆时间长，这种独特的气候条件对于发展蛋白质含量高达14%及其以上的优质强筋中筋小麦是很有利的，在小麦品质区划中属于强筋中筋麦区。关于播期或播量对小麦籽粒灌浆及产量品质形成的影响研究较多。有研究表明，小麦籽粒产量及蛋白质含量明显受到灌浆进程的影响[5-6]；并且随着播期的推迟，旱地小麦干物质量降低，穗数、产量降低，而适期播种可以增加有效积温，延长小麦有效生长期，增加干物质积累量[7]，优质小麦灌浆相关参数提高[8]；随着密度的增加，小麦籽粒灌浆速率呈明显下降趋势[9]。随着灌浆期的推移，籽粒蛋白质含量呈现V字趋势[10-12]；并且在一定范围内，小麦籽粒中蛋白质含量随着播期的推迟而提高[13]，随着播量的增大而减少[14]。籽粒蛋白质组分中的含量及比例也明显受灌浆进程的影响。有研究发现，小麦籽粒中最早形成的分别为清蛋白和球蛋白，随着灌浆期的不断深入，清蛋白含量呈现下降的趋势，球蛋白含量始终最低，醇溶蛋白从花后15 d形成直到灌浆期结束，麦谷蛋白则从灌浆初期到灌浆末期始终呈现持续增加的趋势，花后15 d为积累速度最快，且在正常播期和晚播中积累动态表现一致[15]。由于生产上受干旱、暖冬或前茬作物收获延迟等影响，冬小麦播种常常被迫延迟。而关于晚播条件下合理的播期播量对小麦尤其强筋小麦籽粒灌浆特性及产量与品质形成的研究相对较少。

本试验选择当前生产上主推的强筋小麦资源品种CA0547为材料，研究山西省中部晚播条件下合理的播期播量对强筋小麦品质的调控机制，旨在为集成山西省优质专用小麦品种的适宜栽培技术提供理论和技术指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试强筋小麦资源品种为CA0547。

1.2 试验田基本概况

试验于2013—2015年在山西省晋中市太谷县山西农业大学农学院试验农场进行，试验田土壤肥力中等，土质中壤土，其0～20 cm耕层土壤养分平均含量为：有机质12.5～13.8g/kg，全氮1.80～1.98g/kg，全磷 770～320 mg/kg，速效氮 53.6 mg/kg，速效磷 9.625 mg/kg，速效钾135 mg/kg。

1.3 试验设计

试验采用二因素裂区设计，主区设3个播期：10月 3日（A1）、10月 8日（A2）、10月 13日（A3）；裂区设 3个播量：150 （B1），225 （B2），300 kg/hm2（B3）。重复3次，每个重复内的3个播量随机区组排列，每个播量9行，于播种前基施氮、磷、钾复合肥（N∶P2O5∶K2O＝15%∶15%∶15%），行长8.1 m，行距20 cm，常规管理。全生育期浇3次水：越冬水、拔节水和灌浆水。收获期分别为2014年6月25日和2015年6月23日。2 a趋势一致，以2014—2015年为重点分析。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 籽粒灌浆进程 每小区选取扬花期一致的主茎穗100穗挂牌标记，从扬花后第5天开始每隔5 d取样1次，每次取20穗，脱粒，计数，后将籽粒105℃杀青，80℃烘干至恒质量，并称质量。

1.4.2 籽粒蛋白质及其组分含量 其采用H2SO4-H2O2-淀粉蓝比色法测定。将上述籽粒样品取30 g（干质量），粉碎，依次用蒸馏水、10%氯化钠、75%酒精和0.02%氢氧化钠连续提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。

1.4.3 籽粒灌浆及蛋白质积累模拟曲线 以开花天数（x）为自变量，籽粒千粒质量或蛋白质含量（y）为因变量，利用最小二乘法对籽粒千粒质量和蛋白质含量积累过程进行一元三次多项式曲线y＝a＋bx＋cx2＋dx3拟合（a，b，c，d 为方程中各项系数），方程的各特征量具有相应的小麦千粒质量和蛋白质含量动态变化的生物学意义[8]。

1.5 数据处理

试验采用Microsoft Excel 2007软件处理数据和作图；用SPSS和SAS9.0软件进行统计分析；差异显著性检验用LSD法，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 晚播条件下播期与播量对强筋小麦籽粒灌浆进程中千粒质量变化的影响

2.1.1 籽粒灌浆模型的建立 由图1、表1可知，在晚播且不同的播期播量条件下，CA0547小麦品种千粒质量积累均呈“慢—快—慢”的“S”型变化趋势。从表1可以看出，一元三次方程曲线的相关系数R2均接近于1，表明一元三次多项式模拟方程可以充分反映强筋小麦千粒质量的形成过程，尽管不同播期播量条件下曲线趋势相同，但方程参数间仍然存在一定的差异。

表1 不同播期播量强筋小麦粒质量积累曲线方程参数

2.1.2 灌浆参数和千粒质量的变化 从表2可以看出，CA0547小麦品种实际千粒质量随播期的推迟而提高，处理A1B2，A1B3之间差异不显著，处理A3B2，A3B3之间差异不显著，但二者与其他处理间差异达显著水平；理论最高粒质量即粒质量增长随着播期推迟而提高，而播量间表现为晚播条件下较早播且播量小时最高粒质量最大，适播适量时最高粒质量达到最大，晚播多量时最高粒质量达到最大；随着播期推迟，灌浆持续期逐渐延长，平均灌浆速率逐渐提高；最大灌浆速率出现时间在开花后20 d左右，最大灌浆速率随着播期的推迟而提高，10月13日播种分别高出10月3日、10月8日0.12，0.11 g/d；随着播期的推迟，灌浆起始生长势为开花期子房和胚珠质量都明显增加。从表2还可以看出，在不同播期播量条件下平均灌浆速率、最大灌浆速率及灌浆期始生长势的变异系数较大，即随播期推迟，CA0547的平均灌浆速率的变化、最大灌浆速率和起始生长势提高幅度较大，导致粒质量差异较大。总体来看，灌浆各参数表现为早播少量最大，适播适量最大，晚播多量最大。

表2 不同播期播量强筋小麦千粒质量和灌浆参数的变化

2.1.3 灌浆参数和千粒质量的相关分析 由表3可知，最高粒质量与千粒质量之间呈正相关，说明籽粒灌浆过程可以用一元三次方程模拟，并且是现实可行的；灌浆参数与千粒质量间呈正相关，但未达显著水平。

表3 灌浆参数与强筋小麦千粒质量的相关系数

2.2 晚播条件下播期与播量对强筋小麦籽粒灌浆过程中蛋白质含量变化的影响

2.2.1 籽粒蛋白质含量灌浆模型的建立 从图2、表4可以看出，强筋小麦籽粒灌浆期籽粒蛋白质含量随时间变化的一般规律符合一元三次多项式凹性（单谷）曲线，播期播量对籽粒蛋白质含量形成动态的影响可通过方程特征量体现出来。

2.2.2 积累参数和蛋白质 由表5可知，随播期推迟，籽粒实际蛋白质含量显著提高。由变异系数可知，播期播量对小麦蛋白质积累参数影响较大，说明强筋小麦对播期播量变化较敏感。随着灌浆进程的持续推进，籽粒中碳水化合物积累迅速增大，蛋白质含量急剧下降，到花后11 d左右降至最低值；之后再持续增加直到成熟期，且最终蛋白质含量均低于起始含量。整个灌浆期内，在不同播期播量条件下，蛋白质含量表现为早播少量最大，适播适量最大，晚播多量最大。各个积累参数呈现出与蛋白质相同的变化规律。

表4 不同播期播量强筋小麦蛋白质积累曲线方程参数

2.2.3 蛋白质积累参数和蛋白质的相关分析 从表6可以看出，蛋白质与蛋白质积累参数蛋白质含量最低出现时间、蛋白质积累速率最低出现时间、蛋白质最低含量和起始积累势呈正相关，但没有达显著水平。蛋白质平均降低速率、最快蛋白质下降速率与蛋白质呈负相关，且蛋白质平均降低速率与蛋白质间达显著水平。

表5 不同播期播量强筋小麦籽粒蛋白质积累参数的变化

表6 蛋白质积累参数与蛋白质的相关系数

2.3 晚播条件下播期与播量对强筋小麦籽粒灌浆过程中蛋白质组分含量变化的影响

从图3可以看出，灌浆初期清蛋白含量较高，随着灌浆时间的推移逐渐呈下降趋势；球蛋白在整个籽粒发育的过程中，含量保持在较低水平，且在花后15 d降到最低值，15 d后缓慢上升；伴随着籽粒持续生长，醇溶蛋白含量、谷蛋白含量逐渐升高，这与灌浆过程中的积累规律基本保持一致。

在整个灌浆期，清蛋白质含量逐渐下降，同一播量不同播期清蛋白含量在灌浆初期表现为：A1最高，A2居中，A3最低。即早播籽粒清蛋白的合成速度较快，晚播则合成速度较慢，但伴随着灌浆速率的进程，这种现象逐渐消失。在花后30 d时，3个播期小麦籽粒清蛋白含量表现为：A3＜A1＜A2；同一播期不同播量间B2清蛋白含量最高，B1居中，B3含量最低。

球蛋白含量的积累规律表现为：灌浆初期（5～15 d）持续下降，到15 d达到低谷，15 d后迅速回升，直到灌浆后期。球蛋白含量随播期推迟发生变化，即A3＜A1＜A2，且以A2对球蛋白含量的增加作用较为明显。而播量对球蛋白的影响不明显，但基本较早播种优于晚播。

小麦花后籽粒醇溶蛋白含量总体表现为“S”型动态趋势。在灌浆15d后开始直线上升，到25d以后速率减慢，增长速度较平缓，但含量并未减少，灌浆结束时含量最高。同一播量不同播期之间，3个播期小麦籽粒醇溶蛋白含量均以A2最大。同一播期且不同播量之间，表现为B1＜B3＜B2。随着灌浆进程的持续推进，籽粒谷蛋白含量直线上升，以A2播期含 量最高，A3最低。播量之间以B2播量含量最高。

2.4 晚播条件下播期与播量对强筋小麦产量的影响

本试验中，晚播条件下，播期与播量对强筋小麦产量及其构成因素的影响列于表7。由表7可知，成穗数不足（＜6.0×106穗/hm2）；穗粒数在34粒左右。最终收获的籽粒平均产量达到4 594.99 kg/hm2。

在同一播期内，小麦穗数、穗粒数随播量不同均遵循早播少量，适播适量，晚播多量的规律，且以适播穗数最多。而千粒质量则随播期推迟粒质量逐渐增加，以晚播粒质量最大。CA0547的籽粒实际产量随着播期延迟，播量增大表现为先升高后降低，适播产量最大，晚播次之，早播最小。说明推迟播期且增大播量后产量的增加是由穗数、穗粒数共同作用的。在正常情况下，播期与播量互作，穗数、穗粒数明显增加，从而保证小麦的产量，降低了播期过早或过迟，播量过小或过大对籽粒千粒质量的直观影响。通过播期与播量的互作效应，可看出处理A2B2中品种CA0547的实际产量最高。

根据表7中实际产量，对不同播期播量条件下的强筋小麦产量进行方差分析（表8），结果显示，播期和播量直接影响到小麦的产量，并且播期和播量间存在极显著的互作效应。

表7 播期播量互作对强筋小麦产量及其构成因素的影响

表8 产量的方差分析

3 讨论

3.1 晚播条件下播期播量互作对强筋小麦籽粒灌浆进程中千粒质量变化的影响

本试验播期播量范围内，可以用一元三次方程来模拟强筋小麦灌浆期千粒质量，这与赵秀兰等[16]、裴雪霞等[8]研究结果一致。在灌浆期内，籽粒千粒质量呈现出“慢—快—慢”的动态变化趋势。小麦籽粒灌浆过程决定了小麦的粒质量、产量甚至是品质。有研究表明，粒质量与籽粒灌浆速率呈正相关，与灌浆持续时间并无关系。关于灌浆时间和灌浆速率对籽粒千粒质量影响的研究很多，有研究认为，小麦粒质量与籽粒灌浆速率呈正相关，受籽粒灌浆时间影响较小。也有研究认为，小麦千粒质量的大小与灌浆期灌浆速率最大值的大小关系不大，而与灌浆期时间长短有关，也就是说，平稳的灌浆方式对千粒质量的形成最有利[17]。本研究结果表明，供试品种籽粒灌浆时间与粒质量呈正相关关系，但未达到显著水平,结果与前人研究一致[18-20]。

3.2 晚播条件下播期播量互作对强筋小麦籽粒灌浆进程中蛋白质及其组分含量积累的影响

现已有大量关于播期播量对小麦籽粒蛋白质及其组分含量的影响的研究[21-23]。提高小麦籽粒蛋白质含量并改变蛋白质各组分所占比例，可提高小麦加工品质[11]。本研究表明，蛋白质积累呈现“高—低—高”动态变化趋势，于花后18 d蛋白质降到最低，这与雷均杰等[24]、王宙等[25]的研究结果一致。本研究表明，不同处理条件下且随着播期推迟2个小麦品种籽粒蛋白质组分含量、谷/醇呈现出“低—高—低”抛物线型变化，小麦成熟后，可看出蛋白质组分含量变化：贮藏蛋白＞结构蛋白，即麦谷蛋白＞醇溶蛋白＞清蛋白＞球蛋白，主要是因为灌浆过程中最先形成的是结构蛋白（清蛋白、球蛋白），随后贮藏蛋白开始形成（醇溶蛋白、麦谷蛋白）。这与王宙等[25]研究结果有分歧，原因可能是由播种时间、播量起点、播量设置间隔或品种特性所引起的。

3.3 晚播条件下播期播量互作对强筋小麦产量的影响

推迟播期且增大播量后产量增加。适当播期与播量互作时，穗数、穗粒数明显增加，弥补了播期误差波动从而降低籽粒千粒质量，确保产量。穗数、穗粒数和产量密切相关，不同播期对小麦穗数、穗粒数的影响与对千粒质量的影响相反，而比较产量构成的3因素，其中单一因素最高的样本并不是产量最高的，说明必须处理好3因素间关系，冬小麦才更具备获得高产的条件。本试验研究得出，于10月8日播种、播量为225 kg/hm2时，CA0547产量最高，与姜丽娜等[26-29]的研究结果不一致，可能是由播量的设计、外界因素和栽培方式的不同所致。

4 结论

播期播量互作条件下，一元三次多项式方程可以模拟强筋小麦灌浆进程及蛋白质含量积累，且分别呈现S型、V型变化曲线；蛋白质含量于花后18 d降至最低。于灌浆前期清蛋白含量相对较高，并随时间的推进，含量逐渐下降；球蛋白始终保持含量最低且最恒定的状态；随着籽粒生长醇溶蛋白、谷蛋白含量均逐渐提高。强筋小麦最大粒质量、最大灌浆速率、平均灌浆速率及起始生长势均以早播少量（A1B1）、适播适量（A2B2）、晚播多量（A3B3）为最高，在灌浆持续阶段、随播期推迟产量则呈先升高后降低趋势，并在10月8日达最高。晋中地区强筋小麦在晚播条件下仍遵循早播少量、适播适量、晚播多量的变化规律，但最晚至10月8日播种、播量为225 kg/hm2时，可实现高产高效。