不同小麦品种粒重与籽粒灌浆特性探究

2019-12-09王丽娜韩玉林邹少奎吕永军李楠楠张倩黄峰李顺成杨光宇

山东农业科学 2019年10期

关键词：小麦

王丽娜　韩玉林　邹少奎　吕永军　李楠楠　张倩　黄峰　李顺成　杨光宇

摘要：籽粒灌漿特性对小麦产量有重要影响。本研究以7个小麦新品种为材料，探究不同品种的产量构成因素和籽粒灌浆规律，通过Logistic方程对籽粒灌浆过程进行拟合，继而分析灌浆参数与千粒重的相关性。结果表明：单位面积（公顷）穗数对产量的贡献存在一定的局限性，穗粒数、千粒重均与产量极显著正相关。最大灌浆速率Vmax、平均灌浆速率Vmean与千粒重显著正相关;快增期灌浆速率V2、缓增期灌浆速率V3及平均灌浆速率Vmean均与最大灌浆速率Vmax极显著正相关，与千粒重显著正相关。渐增期、快增期和缓增期3个阶段的粒干重积累量（K1、K2、K3）与千粒重极显著正相关。灌浆时间各参数T、T1、T2、T3与千粒重均无显著相关。快增期灌浆速率V2、缓增期灌浆速率V3和快增期持续时间T2、缓增期持续时间T3均显著负相关。生产上，可以选择灌浆速率快的品种和配套栽培技术，提高快增期的灌浆速率，实现千粒重和产量增加的目标。

关键词：小麦;千粒重;Logistic方程;灌浆速率

中图分类号：S512.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）10-0040-05

Grain Weight and Grain Filling Characteristics

of Different Wheat Cultivars

Wang Lina， Han Yulin， Zou Shaokui， Lü Yongjun， Li Nannan， Zhang Qian， Huang Feng， Li Shuncheng， Yang Guangyu

（Zhoukou Academy of Agricultural Sciences， Zhoukou 466001， China）

Abstract Grain filling characteristics have great influences on wheat yield. In the study， seven new wheat cultivars were used to investigate the yield components and grain filling rules. The Logistic equation was used to fit the grain filling process， and the correlations between 1 000-grain weight （TGW） and filling parameters were also analyzed. The results showed that the contribution of spike number per hectare to yield had some limitation.The grain number per spike and TGW were very significantly positively correlated with yield. The maximum grain-filling rate （Vmax） and average grain-filling rate （Vmean） were significantly positively correlated with TGW （P<0.05）. The grain-filling rate V2 during rapid growth period， V3 during slow growth period and Vmean were very significantly positively correlated with Vmax （P<0.01）， and were significantly positively correlated with TGW （P<0.05）. The grain dry weight accumulation amounts （K1， K2 and K3） in gradual， rapid and slow growth periods were very significantly positively correlated with TGW （P<0.01）. The grain-filling time parameters including T，T1，T2 and T3 had no significant correlations with TGW. The grain-filling rate V2 in rapid growth period and V3 in slow growth period were significantly negatively correlated with the rapid growth period duration T2 and the slow growth period duration T3. In terms of production， the cultivars with high grain-filling rate and combined supporting cultivation techniques could be taken to improve the grain-filling rate in rapid growth period， and achieve the goals of increasing TGW and yield.

Keywords Wheat; 1 000-Grain weight; Logistic equation; Grain filling rate

黄淮冬麦区是我国小麦主产区和高产区，对我国小麦生产和国家粮食安全起着至关重要的作用。单位面积（公顷）穗数、穗粒数和千粒重为小麦产量构成三因素。研究发现，随着育种技术的提高，单位面积（公顷）穗数和穗粒数日趋稳定，在此基础上进一步提高千粒重是小麦增产的关键[1，2]。有关小麦千粒重和籽粒灌浆进程的研究报道较多[3-6]，但结论尚未统一。蔡庆生等[7]研究认为，灌浆速率与千粒重的增加呈正相关，与灌浆持续时间关系不大;段国辉等[8]通过对春性、半冬性两种不同习性小麦品种的灌浆特性加以研究，进一步验证了这一结论;也有报道认为千粒重与籽粒灌浆持续天数呈显著正相关[9，10]。本试验选取大面积推广和新育成品种为材料，通过Logistic方程拟合小麦籽粒生长曲线，并在计算得到灌浆参数和次级参数基础上系统探究灌浆参数和千粒重的相关性，旨在为新品种选育和根据不同品种特性制定相应配套技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为2017—2018年度周口市小麦主推新品种联合展示试验中的7个小麦品种：周麦18号、周麦22号、周麦26号、周麦27号、周麦32号、郑麦366和周麦36号，灌浆进程跟踪调查在周口市农业科学院小麦试验田进行。试验田为壤质土，常年小麦产量9 000 kg/hm2以上，耕层土壤基础养分为有机质12.0 g/kg、碱解氮95.4 mg/kg、速效磷15.6 mg/kg、速效钾120.9 mg/kg，前茬为大豆。播种前基施N 80 kg/hm2、P2O5 170 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2，拔节期追施尿素225 kg/hm2。其它田间管理措施同常规高产田。

1.2 试验设计

供试7个小麦品种，采用完全随机排列，重复3次。小区面积13.3 m2，行距0.20 m，6行区。人工间定苗，每公顷基本苗270万。

小麦开花期每个小区选择开花期和生长基本一致的麦穗挂牌标记，花后第10 d 开始取样，以后每隔5 d 取样1次，直至成熟。每小区选10穗，取每穗中部小穗籽粒10粒，共100粒，称籽粒鲜重;然后置于烘箱经105℃杀青30 min，再降至80℃，经24 h 烘干至恒重，称其干重。成熟时每小区实打全收，然后折合成每公顷产量。调查每公顷穗数、穗粒数和千粒重，均重复3次。

1.3 统计分析方法

用Logistic方程y=k/（1+ae-bt）拟合籽粒干重增加过程[11-13]，式中k为理论最大千粒重，t为开花后天数，a、b为待定系数。

对Logistic方程求一阶导数，得灌浆速率方程：V（t）=kabe-bt/（1+ae-bt）2 。

根据Logistic方程和灌浆速率方程推导出一些灌浆参数和次级参数：

灌浆速率达最大值的时间Tmax（d）：

Tmax=（lna）/b ;

1 000粒最大灌浆速率Vmax（g/d）：

Vmax=kb/4;

灌浆速率方程上的两个拐点t1、t2（d）：

t1=-ln[（2+3）/a]/b;

t2=-ln[（2-3）/a]/b;

假定籽粒达k×98% 时灌浆结束，此时为灌浆结束时间t3（d）：

t3=-[ln（100/98-1）/a]/b。

T1（t0-t1）、T2（t1-t2）和T3（t2-t3）分别为灌浆渐增期、快增期和缓增期时间（d）;V1、V2和V3分别为渐增期、快增期和缓增期的1 000粒灌浆速率（g/d）;K1、K2和K3分别为渐增期、快增期和缓增期干物质积累量（g）;T（t0-t3）为整个灌浆持续时间（d）;Vmean为整个灌浆过程的1 000粒平均速率（g/d）。

利用Microsoft Excel和SPSS 20软件进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 产量构成因素分析

由表1可以看出，周麦36号平均产量为8 130.1 kg/hm2，居第1位，其次是周麦22号，平均产量为7 758.1 kg/hm2，两者与其它品种产量差异极显著（P<0.01）。郑麦366、周麦32号和周麦26号的有效穗数偏多，周麦36号、周麦22号、周麦27号和周麦18号较少，差异显著。品种间穗粒数差异较大，在P<0.01水平下，7个品种可划分为4组：第1组为周麦22号，其穗粒数最高;第2组为周麦27号、周麦36号和周麦26号;第3组为周麦18号和周麦32号;第四组为郑麦366，穗粒数最低。千粒重方面，在P<0.01水平下，7个品种可划分为4组：第1组为周麦22号、周麦36号和周麦18号，千粒重最高;第2组为周麦27号;第3组为周麦32号和周麦26号;第4组为郑麦366，千粒重最低。

对产量及其构成因素进行二次多项式逐步回归分析，结果（表2）表明，参试品种的产量构成因素中，有效穗数与产量的相关系数为-0.44，自相关系数为-0.45，均达显著水平;而有效穗数与穗粒数、千粒重的交互影响相关系数分别为0.83和0.50，说明单位面积（公顷）穗数对产量的贡献存在一定的局限性。穗粒数与产量极显著正相关，相关系数达0.88;其次是千粒重，与产量极显著正相关，相關系数为0.62;千粒重与穗粒数的交互影响相关系数也达0.87，达极显著水平。这说明在穗粒数受到影响情况下，保证籽粒的充分灌浆对提高千粒重具有重要意义。

构建方程式：Y = 2847.3+75.6X₂-184.0X₃+1.54X₂X₃-1.59X₁X₂+1.33X₁X₃（P=0.00），方程达极显著水平，预测理论每公顷有效穗数、穗粒数和千粒重分别为624.7×10⁴个、43.7粒、43.3 g时，产量最高为9 365.5 kg/hm2。

2.2 灌浆过程模拟

图1显示，7个小麦品种灌浆过程均符合“S”型生长曲线，即“慢-快-慢”的趋势。从表3拟合参数可以看出，各品种的拟合程度好，r值均达极显著水平。7个品种中，周麦22号、周麦18号和周麦36号的千粒重增长速度一直比其它4个品种高，灌浆前期的灌浆速率越高，千粒重越高，可能比较适合高水肥等生长条件良好的田块，属于丰产性较好类型;而其它品种灌浆速率较低，属于稳产型品种。

2.3 不同品种各阶段灌浆参数与次级参数

由表4知，7个参试品种达到最大灌浆速率的时间Tmax其变化范围为16.7～19.4 d，周麦22号出现最早，周麦26号最晚。1 000粒的最大灌浆速率Vmax有较大差异，周麦22号值最大，为2.87 g/d;其次是周麦18号，为2.65 g/d;郑麦366最低，为1.83 g/d。灌浆持续期T的变化范围为34.5～41.8 d，周麦36号灌浆持续期最长，其次是郑麦366，两者仅相差0.2 d;周麦22号灌浆持续期最短，为34.5 d。灌浆渐增期灌浆速率较快的品种有周麦22号、周麦36号和周麦27号;快增期灌浆较快的品种有周麦22号和周麦18号。郑麦366三个阶段的灌浆速率V2、V3最低，V1次之。快增期的粒干重积累量K2较K1、K3显著增加，周麦18号值最大，为30.69 g;其次是周麦22号、周麦36号，分别为30.15 g和29.06 g;郑麦366最低。

2.4 籽粒灌浆参数和千粒重的相关性

不同小麦品种的灌浆参数和千粒重的相关分析结果（表5）表明，最大灌浆速率Vmax、平均灌浆速率Vmean与千粒重呈显著正相关（P﹤0.05）;快增期灌浆速率V2、缓增期灌浆速率V3、平均灌浆速率Vmean均与最大灌浆速率Vmax极显著正相关（P﹤0.01），与千粒重呈显著正相关;三个灌浆阶段的粒干重積累量（K1、K2和K3）与千粒重呈极显著正相关;灌浆时间各参数T、T1、T2、T3与千粒重均无显著相关。快增期灌浆速率V2、缓增期灌浆速率V3和快增期持续时间T2、缓增期持续时间T3均呈显著负相关。

3 讨论与结论

不同的小麦品种，影响其产量构成的关键因素各不相同。本试验通过对产量及其构成因素进行分析，结果表明，参试品种的产量构成因素中，有效穗数对产量的贡献存在一定的局限性，说明并非有效穗数越多产量就越高，当超过一定范围，产量反而会降低。穗粒数、千粒重与产量极显著正相关;单位面积（公顷）穗数一定时，增加穗粒数、提高千粒重是小麦高产的关键。在倒春寒危害偏重气候条件下，穗粒数与产量的相关性尤为明显——穗粒数受到影响下，通过提高籽粒的灌浆速率、适当延长快增期天数，对确保小麦不减产具有重要意义。

7个参试品种的灌浆过程符合Logistic生长曲线。研究表明，最大灌浆速率Vmax、平均灌浆速率Vmean与千粒重呈显著正相关。灌浆时间T、T1、T2、T3均与千粒重无显著相关，说明延长灌浆时间并不增加千粒重，这与赵洪亮[14]、蔡庆生[7]等的研究结果一致;而韩占江等[10]研究认为，灌浆持续天数T与千粒重显著正相关，与本研究结果不一致。快增期灌浆速率V2、缓增期灌浆速率V3均与千粒重显著正相关。快增期1 000粒的灌浆速率V2变化范围为1.60～2.51 g/d，缓增期V3变化范围为0.54～0.85 g/d（表4），说明快增期灌浆速率V2对千粒重的影响更大，V2越大、T2越长，千粒重增加也越大。所以，灌浆速率是千粒重的主要决定性因素，尤其是快增期灌浆速率，可以通过灌溉或喷施叶面肥等水肥管理技术改善这一时期小麦叶片，尤其是旗叶的光合功能来提高灌浆速率，可实现千粒重的增加。

黄淮冬麦区小麦灌浆期易遭受阴雨、干热风和干旱[15]的影响，导致灌浆不足、粒重下降、籽粒不饱满，造成减产和品质下降。苗永杰等[16]研究认为粒重和灌浆速率参数主要受基因型控制，灌浆持续时间受环境影响较大，如果在小麦灌浆期遇阴雨天气、光照不足，叶片光合作用减弱，籽粒灌浆就会受到影响。丁位华等[17]从不同穗型小麦籽粒灌浆等特性分析发现，干物质积累平均速率是产量的最主要影响因素。在品种选育中，可以将灌浆速率作为重要育种指标。较快的灌浆速率可迅速增加千粒重，提高产量，同时利于规避恶劣天气对灌浆的影响。制定栽培技术时，应加强水肥等田间管理措施，提高灌浆速率，适当延长快增期持续天数，实现千粒重最大化，最终达到小麦增产增收。

参考文献

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