大丽轮枝孢激活蛋白对小麦旗叶面积及其光合特性和籽粒产量的影响

黄 琴，王红光，李东晓，房 琴，李浩然，李瑞奇

(河北农业大学农学院/作物生长调控河北省重点实验室，河北保定 071000)

河北省是中国冬小麦主产省之一，播种面积和产量稳居全国前列。持续开展小麦生产发展与栽培理论与技术研究，不断提高河北省的小麦产量水平，对保障我国粮食安全具有重要意义[1-2]。根系和叶片是小麦吸收营养元素的重要器官，叶片吸收营养元素的效率可作为根系吸收的重要补充[3]，特别是在小麦生长发育后期根系对养分吸收能力减弱的情况下，喷施叶面肥可以补充小麦对营养吸收的不足，还可以提高其对干热风天气的抵抗能力[4]。同时，叶片又是光合作用的主要器官，制造有机物供植物生长，对小麦产量的贡献率达90%～95%[5-6]，特别是小麦生育后期功能叶片的光合产物对籽粒的贡献可达70%～80%，其中 1/3 以上由旗叶供给，说明开花后期旗叶对小麦产量的形成发挥关键作用[7-8]。

植物激活蛋白是从真菌中分离提取的一类具有促进植物生长和提高其抗性的热稳定蛋白激发子，具有增强植物抗病、防虫、抗逆能力和促进植物生长等生物活性[9]。激活蛋白主要通过激活植物体内分子免疫系统，提高植物自身免疫力，激发植物体内的一系列代谢调控，促进植物叶生长，从而达到提高作物产量的目的[10-13]。植物激活蛋白也可促进小麦种子萌发和幼苗生长[14-15]。然而，有关植物激活蛋白对小麦旗叶生长、花后旗叶光合特性、穗部性状以及最终产量形成影响的研究还鲜见报道。本研究选用的大丽轮枝孢激活蛋白(VerticilliumDahliaeAsp-f2 Like，简称VDAL)是中国农业大学生物学院以大丽花轮枝孢激活蛋白创制成的新型生物工程蛋白干粉制剂[16]，属于M35蛋白超家族。本试验以强筋冬小麦品种藁优2018为材料，研究冬小麦种子包衣和不同春生叶龄叶面喷施VDAL的增产效果，分析其增产生理基础，并明确适宜的喷施时期，以期为应用植物激活蛋白实现小麦增产提供技术参考和理论 依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017-2018和2018-2019年两个小麦生长季在河北省石家庄市藁城区梅花镇刘家庄村进行，试验田土壤为壤质褐土，播前0～20 cm土层基础养分含量见表1。种植小麦品种为藁优2018，分别于2017年10月6日和2018年10月6日播种。播种前茬作物为夏玉米，收获后秸秆粉碎2遍还田。按照360万·hm-2的基本苗目标，确定播种量为180 kg·hm-2。

1.2 试验设计

试验采用1%VDAL种子包衣，在此基础上设置春三叶(倒四叶)露尖(S3)、春四叶(倒三叶)露尖(S4)、春五叶(倒二叶)露尖(S5)、春六叶(旗叶)露尖(S6)、孕穗期(SB)叶面喷施VDAL及全生育期不喷施VDAL(S0)6个处理，以种子不包衣且全生育期不喷施VDAL为空白对照(CK)。各处理及对照均重复3次，共21个小区，小区面积为50 m2，激活蛋白的处理时间和浓度见表2。

1.3 主要管理措施

试验田全生育期每公顷施N 240 kg、P2O5135 kg、K2O 150 kg。其中，全部磷肥和钾肥及50%的氮肥作底肥，其余50%氮肥于拔节期追施。所用肥料分别为尿素、重过磷酸钙和氯化钾。其他管理措施同一般大田。拔节期和开花期各浇一次水，灌水量为675 m3·hm-2。

表1 试验地土壤0～20 cm土层基础养分含量Table 1 Soil conditions of the trail plots

表2 VDAL的处理时期和浓度Table 2 Stages and concentrations of VDAL treatment

1.4 检测指标与测定方法

1.4.1 旗叶叶面积的测定

在小麦灌浆期，每个处理分别取15株测定小麦旗叶的长(A)与宽(B)，按系数法计算叶面积(叶面积=A×B×0.77，0.77为小麦叶面积校正值)[17]。

1.4.2 旗叶光合特性的测定

于开花后7、16和23 d，利用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合仪，选择晴天，各处理选取生长一致的6个单茎，在上午9:30- 11:00测定旗叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)。

1.4.3 小麦穗部性状、产量及产量构成因素的测定

成熟期于定点处调查并折算每公顷穗数，选取20个代表性麦穗计数穗粒数并调查穗部性状。每小区实收1.8 m2，小型脱粒机脱粒，风干后称重，同时测定籽粒含水量，按13%的籽粒标准含水量折算实际产量。从测产籽粒中取样测定千粒重[2]。

1.5 数据处理

用 Microsoft Excel 2017软件整理试验数据，用 SPSS 19.0 软件进行方差分析，用 Duncan’s新复极差法在0.05水平进行差异显著性分析。

表3 VDAL对小麦旗叶长、宽和面积的影响Table 3 Effect of VDAL on flag leaf length,width and area of wheat

2 结果与分析

2.1 VDAL对小麦旗叶长、宽和面积的影响

从表3可以看出，不同时期喷施VDAL对小麦旗叶长、宽和面积的调节作用不同。两年的试验结果表现为旗叶宽和面积随VDAL喷施时期的后延均呈现先增加后降低的单峰曲线趋势，旗叶面积均以S4处理最大，旗叶宽以S5处理(2017-2018年度)、S4处理(2018-2019年度)最大，且显著大于对照。但VDAL对旗叶长的促进效应在两年间表现规律不同，其中2017-2018年度VDAL对旗叶长的促进效应不显著，2018-2019年度VDAL对旗叶长的促进效应呈现出先增后降的趋势，以S5处理最大，且显著大于对照。说明，VDAL对小麦旗叶生长有促进作用，且S4或S5处理的促进效应最大。

2.2 VDAL对小麦花后旗叶光合特性的影响

由表4可知，随着开花后时间的推进，旗叶净光合速率(Pn)呈先上升后下降的趋势，花后16 d达到最高水平。VDAL处理的Pn呈现以春生 4～6叶龄处理较高、其余处理较低的单峰曲线趋势。花后7 d S4和S5处理、花后16 d所有处理和花后23 d S5处理的Pn均显著高于CK。细胞CO2浓度(Ci)和气孔导度(Gs)变化规律不明显。

表4 VDAL对小麦花后旗叶光合参数的影响Table 4 Effect of VDAL on Pn, Ci,and Gs in flag leaf of winter wheat

2.3 VDAL对小麦穗部性状的影响

由表5可知,2017-2018年度各处理的穗长、不孕小穗数与结实率差异均不显著；S4、S5和S6处理的分化小穗数显著高于CK，且以S5处理的分化小穗数最多；S5处理的结实小穗数显著高于CK,但与其他处理间差异不显著。2018-2019年度各处理的穗长与分化小穗数差异不显著；S4与S5处理的不孕小穗数显著低于CK,但与其他处理间差异不显著；S4与S5处理的结实小穗数与结实率显著高于CK。综合两年度的试验结果,VADL 种子包衣配合春5叶龄喷施有利于提高结实小穗数和结实率。

2.4 VDAL对小麦产量及其构成因素的影响

由表6可知，VDAL种子包衣和不同时期喷施处理对小麦产量及产量构成因素的调节效应不同。两年度的结果显示，籽粒实际产量和理论产量均随VDAL喷施时期的后延呈现先增后降的单峰曲线趋势，且以S4处理最高。其中，2018-2019年度，S4和S5处理的实际产量以及所有处理的理论产量均显著高于CK；2017-2018年度，只有S4处理的实际产量显著高于CK。就产量构成因素而言，两年度各处理间的穗数均无显著差异，说明VDAL种子包衣和叶面喷施的增穗效应不明显。2018-2019年度，VDAL处理的穗粒数和S3、S4和SB处理的千粒重均显著高于CK，而2017-2018年度，各VDAL处理的穗粒数与CK间无显著差异，只有S3处理的千粒重显著高于CK。

表5 VDAL对小麦穗部性状的影响Table 5 Effect of VDAL on the spike traits of wheat

3 讨 论

3.1 VDAL对小麦花后旗叶面积和产量结构的影响

旗叶对籽粒产量的形成发挥着重要的作用。赵双宁等[18]研究发现，旗叶面积对穗粒重、穗粒数和产量的正相关效应达到极显著水平。旗叶面积越大，植株通过光合作用同化的CO2越多，在小麦中后期生长发育过程中叶片向穗部输送的养料越多，从而有利于形成大穗，增加每穗粒数[19-20]。本试验结果表明，VDAL种子包衣且在春生4～5叶龄喷施,显著增加了旗叶的长和叶面积，且显著提高了结实小穗数和小穗结实率，为提高光合性能和产量奠定了基础。VDAL种子包衣的各处理与空白对照相比，显著增加了穗粒数和千粒重，达到了提高籽粒产量的目标。这与杜 茜等[21]的研究结果基本一致。原因可能是春生 4～5叶龄喷施VDAL能有效促进旗叶叶片生长，增强光合作用，促进作物体内一些生理生化变化[22-24]，延缓旗叶衰老，提高千粒重。春生3叶龄处理的千粒重显著增加的原因可能是，穗粒数较少条件下，千粒重对产量的补偿效应，但穗数和穗粒数增幅变化较小，增产不明显。

表6 VDAL对小麦籽粒产量及其构成因素的影响Table 6 Effect of VDAL activator protein on the grain yield and its components

3.2 VDAL对小麦花后旗叶光合特性的影响

激活蛋白本身具有生长调节的功能，能够诱导并影响细胞内的激素平衡，从而调节生长代谢，并在一定程度上延缓叶片的衰老和光合功能衰退，延长叶片的光合功能期[25-26]。在本研究中，叶面喷施VDAL均可以提高花后旗叶Pn，对花后16 d的旗叶Pn效果最为显著。尤其是在花后23 d，春生5叶龄喷施VDAL处理的旗叶Pn仍处于较高水平，这也证明了上述观点。随着生育时期的后移，冬小麦的花后Pn呈先上升后下降的趋势，Ci大致呈先下降后上升的趋势。这可能是由于当Pn提高时，叶肉细胞固定的CO2增多，从而造成Ci降低[27-28]。花后7 d，春6叶龄喷施处理的Gs最小，光合作用也较强，从而Ci也最低；春生4叶龄喷施VDAL后Pn较高，且其Gs也较高，然而Ci也高，这可能与VDAL喷施后引起的生理反应或持续时间有关，但还有待进一步研究。

综上，用VDAL进行小麦种子包衣、且在春生4～5叶龄叶面喷施该制剂，能够显著促进旗叶长或宽的生长，增大叶面积，延缓旗叶衰老，提高小麦净光合速率，增加结实小穗数、穗粒数与千粒重，从而提高小麦的产量，是一种促进小麦增产的有效措施。