生长调节剂对黑小麦茎秆性状及其籽粒产量和品质的影响

闫秋艳，鲁晋秀，赵政萍，王 苗，贾亚琴， 董 飞，杨 峰，李 峰

(1. 山西农业大学小麦研究所，山西临汾 041000；2. 山西省临汾市农业农村局，山西临汾 041000)

使用植物生长调节剂是农业生产上有效的抗逆栽培技术，可以调节作物生长过程，进而对作物产量及品质产生一定的影响[1]。生长调节剂对小麦的茎秆性状、分蘖力、穗粒数、千粒重、旗叶功能期等有显著作用[2-4]，对小麦的产量和品质有改善作用[5]。在小麦生产上，利用多效唑、乙烯利或矮壮素均能够明显降低小麦的株高，增加茎秆的粗度，增强茎秆机械强度，提高小麦抗倒伏能力[6]。乳熟期前期小麦如果发生倒伏，会减产32.4%～36.2%[3,7]。目前小麦生产上，农户习惯于在拔节前期使用多效唑、矮壮素等植物生长抑制剂防止倒伏发生，但喷施调节剂对小麦也存在减产风险[8]。正确选择生长调节剂种类对小麦生产非常重要。

黑小麦区别于普通小麦是籽粒含有天然的花色素，且微量营养元素(如钙、铁、锌、硒)含量明显较高，因其特有的功能特性而受到人们的重视[9]。较普通小麦而言，黑小麦耐寒性好、分蘖力强、株高较高，茎秆韧性弱[10-11]。因此，黑小麦在栽培技术上与普通小麦存在差异。目前，有关生长调节剂在黑小麦上应用的研究鲜有报道[9]。

鉴于此，本试验以两个黑小麦品种为材料，通过在起身期叶面喷施多效唑、甲哌胺鲜酯和矮壮素，研究这3 种生长调控剂对黑小麦品种植株性状、产量、品质及抗倒伏能力的影响，以期为黑小麦的高产优质栽培提供科学依据，为合理采用化控技术实现黑小麦丰产、稳产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试点概况

供试材料为冬黑1号(Donghei 1)和临黑131(Linhei 131)，由本课题组保存。试验于2017-2019年在山西省农业科学院小麦研究所韩村试验基地(36°19′N，111°49′E)进行。试验地常年以小麦-玉米一年两熟种植模式为主。该区年平均降雨量450～500 mm，年平均日照时数2 416.5 h，年平均气温为12.18 ℃，大于10 ℃的积温 4 677.3 ℃，全年无霜期203 d。土壤类型为石灰性褐土。2017年10月播种前土壤0～20 cm基础肥力为pH 8.32，有机质含量12.23 g·kg-1，全氮0.94 g·kg-1，速效磷7.76 mg·kg-1，碱解氮73.3 mg·kg-1，速效钾93.5 mg·kg-1，土壤相关指标参照鲁如坤[12]的方法测定。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主区为黑小麦品种，副区为不同生长调节剂处理：多效唑15%(江苏托球农化有限公司)、甲哌胺鲜酯80%(山西康禾立丰生物科技药业有限公司)、矮壮素50%(四川国光农化股份有限公司)，以等量清水为对照，所选生长调节剂均目前在小麦生产上应用较广泛，购买于当地农药市场。小区面积25 m2(2.5 m× 10 m)。3 次重复。生长调节剂喷施时期为黑小麦春季起身期(2018年3月20日和2019年3月18日)，按照生长调节剂推荐用量兑水后利用电动喷雾器喷药，喷施量为450 kg·hm-2。各小区施肥量为N 240 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 120 kg·hm-2。其中，氮肥底肥与追肥各占 50%，追肥时期在拔节期(2018年4月5日和2019年4月8日)，磷、钾肥全部底施，种肥同播。其他管理同当地大田。播种时间分别为2017年10月7日和2018年10月10日，播种量为150 kg·hm-2。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 植株性状测定

黑小麦成熟期(2018年6月12日和2019年6月15日)，每个处理选取1 m2的3个样点，测定植株株高、地上部干物质重(烘干法)、单位面积有效穗数、穗长、穗粒数、千粒重、产量。每个样点随机选取10株小麦，利用数显游标卡尺测定茎基部粗度，用直尺测量第1、2节间长度。

1.3.2 倒伏程度调查

在开花期和灌浆后期调查倒伏程度。倒伏程度的分级根据茎秆与地面间的夹角，1～5 级分别为 85°～90°、60°～85°、30°～60°、15°～30°、0°～15°[14]。

1.3.3 茎秆木质素和纤维素含量测定

灌浆后期，每个处理选取30 cm长度的植株样点，将地上部收割，剪取基部3个节间的茎秆，105 ℃杀青 60 min 后 70 ℃烘干至恒重，粉碎、过筛，参照 McKenzie 等[15]的方法测定纤维素及木质素含量。

1.3.4 籽粒品质指标测定

蛋白质含量采用上海晟声自动化分析仪器有限公司生产的凯氏定氮仪测定；淀粉含量参照GB 5006-85谷物籽粒粗淀粉测定法；干湿面筋含量采用JJJM-54-115II型面筋测定仪，按GB/T 14608-93的方法测定；沉降值按GB/T 14607-1995的方法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2010对试验数据进行处理和作图，采用SPSS 17.0进行差异显著性分析。

2 结果和分析

2.1 生长调节剂对黑小麦农艺性状的影响

表1显示，施用生长调节剂均使黑小麦株高降低，降幅因调节剂种类和黑小麦品种不同而异。多效唑、甲哌胺鲜酯和矮壮素处理较对照使黑小麦株高依次分别降低1.1～4.5 cm、1.3～2.6 cm、0.5～1.2 cm；基部茎粗度分别增加0.55～ 1.56 mm、 0.11～1.35 mm、0.22～0.8 mm。对穗长的影响因生长调节剂种类不同而存在差异，喷施多效唑可增加穗长，甲哌胺鲜酯对穗长的影响程度较小，矮壮素使穗长减少(2017-2018年度临黑131除外)。喷施生长调节剂(矮壮素除外)使穗下节长度降低，多效唑、甲哌胺鲜酯较对照使黑小麦穗下节长度分别降低 0.7～4.8 cm、0.5～ 3.4 cm。喷施多效唑、甲哌胺鲜酯和矮壮素分别使黑小麦第1节间长降低25.1%、14.6%和 16.3%，第2节间长降低18.7%、15.2%和 8.3%，3种生长调节剂对黑小麦第3节长的影响均不显著。两年结果显示，对照处理下，冬黑1号的倒伏级别低于临黑131，喷施生长调节剂后，两个品种的倒伏级别均有所降低，其中，多效唑显著降低黑小麦的倒伏级别。

品种对以上被测指标均有显著或极显著影响(基部茎粗度和茎基部第2节间长度除外)。生长调节剂对各被测指标的影响程度不同，对基部茎粗度、穗长和茎基部第2节间长度的影响不显著，对其他被测指标的影响达到显著或极显著水平。品种和生长调节剂交互作用对穗长存在极显著影响。

2.2 生长调节剂对茎秆生理指标的影响

表2显示，与对照相比，施用3种生长调节剂均可以增加两个黑小麦基部茎杆的木质素含量，不同年份、不同调节剂的效应因品种而异。喷施多效唑和矮壮素使冬黑1号基部茎秆的木质素含量显著增加，甲哌胺鲜酯对冬黑1号基部茎秆木质素含量的效应在年度间存在差异；施用多效唑和甲哌胺鲜酯使临黑131基部茎木质素含量显著增加，矮壮素对其效应不显著。2017-2018年度，施用多效唑和甲哌胺鲜酯显著增加2个黑小麦品种茎基部纤维素含量，以甲哌胺鲜酯增加效果更明显，矮壮素对2个黑小麦品种茎基部纤维素含量效应不显著。2018-2019年度，喷施3种调节剂使冬黑1号基部茎纤维素含量均显著增加；对临黑131，仅甲哌胺鲜酯有显著效应。

2.3 生长调节剂对黑小麦产量及其构成因素的影响

表3显示，与对照相比，喷施生长调节剂使2个年度2个黑小麦品种地上部干物质量增加，其中，多效唑和甲哌胺鲜酯的增加程度达显著水平(2017-2018年度多效唑对冬黑1号除外)。从产量构成因素来看，2017-2018年度喷施多效唑和甲哌胺鲜酯分别使冬黑1号有效穗数增加 5.6%和6.9%，矮壮素降低冬黑1号有效穗数，喷施3种生长调节剂均使临黑131的有效穗数显著增加。喷施多效唑和甲哌胺鲜酯使冬黑1号穗粒数均显著增加(1.5%)，矮壮素对冬黑1号穗粒数无明显影响，使临黑131穗粒数显著下降。喷施3种生长调节剂对冬黑1号千粒重影响不显著。喷施多效唑使冬黑1号和临黑131籽粒产量均显著增加，分别增加6.9%和11.6%。2018-2019年度，喷施多效唑和甲哌胺鲜酯对冬黑1号有效穗数影响不显著。喷施3种生长调节剂使2个品种穗粒数均显著增加，使临黑131千粒重显著增加。喷施多效唑和甲哌胺鲜酯使冬黑1号产量增加 10.8%和1.6%，临黑131产量增加2.2%和 1.2%。相关分析表明，4个被测指标与产量的相关性均达显著或极显著水平，有效穗数与产量的相关系数最大。

表1 生长调节剂对黑小麦茎秆性状的影响Table 1 Effect of growth regulators on stem characteristics of black-grained wheat

表2 生长调节剂对黑小麦灌浆后期基部茎(第1、2节)生理指标的影响Table 2 Effect of growth regulators on stem physical(1st,2nd) characteristics of black-grained wheat

2.4 生长调节剂对黑小麦籽粒品质的影响

从表4可以看出，2017-2018年度，喷施生长调节剂使冬黑1号籽粒蛋白质含量显著增加，临黑131仅喷施多效唑后蛋白质含量增加 3.7%。多效唑处理显著增加2个品种籽粒淀粉含量，甲哌胺鲜酯和矮壮素处理下2个品种的淀粉含量与对照差异不显著。2个品种的面筋指数在喷施调节剂后均降低。喷施多效唑使冬黑1号沉降值显著降低，对临黑131影响不显著。喷施多效唑使两个品种的降落值均显著增加。2018-2019年度，喷施多效唑使两个品种的蛋白质含量均显著增加。冬黑1号淀粉含量仅喷施多效唑后增加(差异不显著)，其余处理均降低；临黑131喷施调节剂后淀粉含量均显著增加。喷施调节剂使2个品种的面筋指数降低，且冬黑1号较临黑131降低幅度大。喷施调节剂使冬黑1号沉降值均降低；临黑131的沉降值除甲哌胺鲜酯处理增加外，其余处理均降低。在喷施调节剂后，冬黑1号降落值增加，临黑131降低。品种对被测籽粒品质指标均存在显著或极显著(P<0.01)影响。调节剂对淀粉含量影响不显著，对其他被测指标均存在显著或极显著影响，品种和调节剂的交互作用对黑小麦被测品质指标均没有显著影响。

表3 生长调节剂对黑小麦产量及构成因素的影响Table 3 Effects of growth regulators on yield and its components of black-grained wheat

表4 生长调节剂对黑小麦籽粒品质的影响Table 4 Effects of growth regulators on grain quality of black-grained wheat

3 讨论与结论

生长调节剂对作物的生长调节首先表现在植株茎秆物理特性上[16]。本研究结果表明，喷施生长调节剂均能不同程度降低黑粒小麦的株高及基部节间长度，这与普通小麦喷施生长调节剂的结论一致[17]，但降低程度因生长调节剂种类和小麦品种不同而存在差异。生长调节剂抗倒机理在于其可抑制赤霉素基因表达，延缓作物细胞伸长，缩短节间长度，降低株高[18]。邵庆勤等[2]研究指出，倒五叶期喷施多效唑小麦抗倒效果最佳，可能是因为倒五叶期基部第1、2节还未伸长，作用效应比较强。多效唑主要作用于小麦基部第1、2 节间以及穗下节，导致整个株高下降，且浓度越高，控高效果越好。而矮壮素主要作用于基部第 1、2 节间，对穗下节影响不大，甚至会促进穗下节拉长，导致控高效果不明显。从本研究结果看来，多效唑对黑小麦的控高效果优于甲哌胺鲜酯和矮壮素，这与王成雨等[18]的研究结果一致。马瑞琦等[13]研究表明，喷施多效唑使中麦8号籽粒产量下降。可见，多效唑的增产性与小麦品种有关系。本研究中，从对照处理中可以看出，冬黑1号株高低于临黑131，倒伏级别为1.45～2.23级，较抗倒伏。总体上，使用多效唑可以显著缩短黑小麦基部第一、二节间的长度，降低黑小麦植株高度，达到控制黑小麦旺长的目的，防止黑小麦倒伏的发生[19]。

茎秆纤维素含量和木质素含量是对小麦抗倒伏能力贡献较大的因素[14]。木质素含量增加，使小麦茎秆中纤维素更加紧密，茎秆更加紧实，对小麦抗倒伏的作用更大。本研究中，喷施多效唑和甲哌胺鲜酯整体上有助于黑小麦茎秆纤维素和木质素含量的提高，这可能是倒伏级别降低的原因之一。矮壮素对2个黑小麦品种茎秆纤维素和木质素含量的影响存在不稳定性。王成雨等[18]也指出，矮壮素对小麦茎秆生化指标(纤维素、木质素和C/N)提高作用较差，而多效唑或多效唑与矮壮素的复配效果较优。

生长调节剂一方面能降低小麦株高，但另一方面也会影响小麦产量，甚至是籽粒的品质。因此在调节剂的选择上既要注意控制株高又要抵御减产的风险。烯效唑和矮壮素可显著提高冬小麦穗数和籽粒产量，但是对小穗数和穗粒数没有显著影响[20]。本试验中，施用多效唑对2个黑小麦品种的增产作用比较稳定，且效果较佳。从产量构成因素来看，有效穗数是增产的主要因素。甲哌胺鲜酯对有效穗数的提高作用较多效唑效果好，但是产量提高效果不如多效唑，可能是甲哌胺鲜酯对穗形成存在阻碍作用，其成穗机理还有待进一步研究。喷施矮壮素对2个黑小麦品种有减产作用，主要是影响穗粒数提高。郭建文等[9]研究指出，矮壮素浓度为0.3%和0.4%时，黑麦的种子产量显著提高。王成雨等[18]指出，多效唑和矮壮素复配的增产效果更佳。由于国内外生长调节剂在黑小麦应用方面的报道较少，本研究调节剂浓度均参考普通小麦进行。以后将进一步设置不同范围浓度梯度研究其对黑小麦植株的调控 效应。

籽粒蛋白是构成小麦品质的主要因素之一，也是面筋的主要成分，与面团流变学特性及加工品质显著相关[13]。本试验中，喷施调节剂处理均显著增加了籽粒中蛋白质含量，其中多效唑对2种黑小麦蛋白质含量增加效果明显，增加幅度为3.7%～19.6%，但对改善小麦其他面粉品质影响不大。文廷刚等[7]研究指出，喷施劲丰和乙烯利能提高小麦面筋含量和强度，降低籽粒中淀粉酶活性，提高小麦面粉品质和加工品质。马瑞琦等[13]指出，喷施多效唑、矮壮素、吨田宝均有利于提高中麦8号和京麦8号籽粒蛋白质含量，改善加工品质(粉质参数和面筋指数)。本研究表明，喷施调节剂对两个黑小麦品种的磨粉品质没有显著影响，且品种的影响大于调节剂的影响。品种和调节剂的交互作用对黑小麦磨粉品质没有显著影响。不同黑小麦品种对不同调节剂有不同响应，两品种的株型差异和生理差异是导致这一结果的主要原因[20]。黑小麦与普通小麦在品质形成机理上可能也存在差异[16]。根据研究结果，今后需进一步分析化学调控对小麦二次加工品质的影响。

综合黑小麦成穗、株高、产量和品质4个方面，起身期(3月20日左右)喷施多效唑对冬黑1号和临黑131的提质增效效果最佳。本研究喷施时期仅在黑小麦起身期，在不同时期喷施调节剂对黑小麦生长的调控作用仍需进一步系统研究。