拔节期低温胁迫对不同水处理小麦生物产量和籽粒产量的影响

李晓静 刘立军 徐海娜 何力剑 李宝佳 邢志华 张雪花 安浩军

（1.保定市农业科学院 河北保定071000；2.保定市农业科学研究所试验场 河北保定071000）

低温冻害是河北省小麦生育期内发生频率较高的一种自然灾害，其伤害和减产程度均高于其他灾害。随着地球气候变暖，温度的波动性不断加剧[1]，冻害防御仍然不可掉以轻心。小麦冻害几乎每年都有不同程度的发生，小麦的产量因此受到不利影响，甚至减产，严重影响小麦生产[2]。小麦生产曾受极端低温的影响而多次遭受不同面积和强度的减产[3-4]。1980年,我国河北省因冻害死苗在30%以上,减产上亿斤[5]。同年我国冬麦毁种面积在1000多万亩，造成了巨大的经济损失。植物对低温的适应性一直是世界性的研究课题[6]，小麦在返青至拔节期，植株生长加快，抗寒力明显下降，早春冷暖骤变极易造成死苗，因此，培育抗寒、耐寒的小麦新品种，对稳定粮食生产具有重要意义。

华北地区是我国冬小麦的主产区[7]，其小麦高产稳产对国家粮食安全具有重要意义。该地区水资源短缺[8]，生长季内干旱少雨，小麦生育期内降水量较少[9]，自然降水仅占冬小麦总耗水量的30%左右，存在明显的水分亏缺，小麦高产主要依靠灌溉作为保障措施[10]。作为我国的主要粮食作物,冬小麦的抗旱增产问题一直为众多研究者和生产者所关注[11]。冬小麦生长期处于晚秋至初夏季节，是河北省一年中最干旱的季节。干旱已成为该区冬小麦生产的最主要影响因素[12]，筛选抗旱性突出的小麦品种迫在眉睫。

拔节期低温胁迫对小麦的部分生理特性的影响已有报道，但拔节期低温胁迫下水分处理对小麦生物产量、籽粒产量及其构成因素的影响尚未见报道。本试验选取河北省中北部审定、推广的6个小麦品种为材料，在人工智能温室模拟拔节期低温胁迫条件，在肥料全部底施基础上，设置不同生育时期的灌水处理,分析了拔节期不同品种小麦低温胁迫后不同水分处理下小麦的生物产量、籽粒产量及其构成因素的特点,探索气候变化大背景下，低温胁迫对小麦生产的影响，以期为该地区节水抗寒优质小麦品种的选育和栽培应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019-2020年在保定市农业科学院徐水试验基地进行。2019年10月6日在保定市农业科学院徐水试验基地试验田进行盆栽种植。试验选用6个冬小麦品种，分别是保麦10号、河农130、远大1号、济麦22、石新616、中麦175。盆直径30 cm，高30 cm，底部各打5个小孔，以保持下层土壤通气良好。试验田为壤土，土壤质地为中壤。前茬作物为玉米，秸秆还田。每盆装试验田耕层土15 kg后埋入大田，盆内土壤高度与大田持平。播前结合沉降土壤每盆施复合基肥3.0 g，种子精选后于2019年10月6日播于塑料盆中，3叶期定苗，每盆12株。试验设置4个处理，分别为冬后浇1水（节水常温，W1；节水低温，W3）、浇2水（丰水常温，CK；丰水低温，W2），每盆种植1个品种，每处理设3次重复，每个品种12盆，共计72盆。W1、W3为冬后（拔节期）浇1次水，灌溉量为675 m3/hm2；CK、W2为冬后浇2次水，分别于拔节期、开花期进行，每次灌水量均为675 m3/hm2。

2020年4月11日，将低温组W2、W3（每品种6盆）从大田移入人工智能温室（温度控制误差±0.5℃，大气相对湿度设置为70%，控制误差±1%，光量子通量密度800μmol/m2·s）处理。处理条件为16℃昼（16 h，12000 lx)/10℃夜条件下正常生长1 d，然后在1℃昼（16 h，12000 lx）/1℃夜低温条件下连续处理3 d。处理结束后移至自然条件下，其他管理同大田，2020年6月15日收获。对照组环境温度设置见图1。

图1 对照组环境温度

1.2 样品采集与分析

单位面积生物产量测定：于成熟期按盆收获，样品采集后在90℃下杀青0.5 h，烘干；成熟期样品在太阳下充分晒干后脱粒,并计算单位面积生物产量。每盆面积0.07 m2。生物产量为分蘖节以上的茎叶干重，包括穗重。

产量及构成因素测量：成熟期各处理考查有效穗数、穗粒数、千粒重，分盆收割晒干后计产。

1.3 数据分析

试验数据采用Ecxel 2010和SPSS 17.0分析软件Duncan新复极差法对有关数据进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同温度和不同水分处理对小麦单位面积生物产量的影响

由表1可知，4个不同处理条件下，6个品种小麦的生物产量趋势一致，均为CK>W1>W2>W3。与对照相比，低温和节水均造成小麦单位面积生物产量下降，但不同品种的单位面积生物产量受2个因素的影响呈现出不一样的特点。在低温胁迫条件下，水分处理对河农130和远大1号、中麦175的单位面积生物产量的影响没有达到显著（P>0.05）和极显著水平（P>0.01），对济麦22的单位面积生物产量的影响没有达到显著水平。同等浇水条件下，远大1号的单位面积生物产量在不同处理间未达到显著或极显著水平。结果表明远大1号对温度和浇水量的敏感度较其他品种低，石新616则对温度和水分都属于敏感型品种。

表1 不同温度和不同水分处理对小麦单位面积生物产量的影响

2.2 不同温度和不同水分处理对小麦产量及其构成因素的影响

方差分析表明，环境温度和浇水量对小麦产量及其三个构成因素均有显著的影响。由表2可知，CK处理条件下，6个品种产量均为最高，同一品种产量，CK其他处理差异具有显著性或极显著性。本试验条件下，小麦拔节期遇低温胁迫后，穗数、穗粒数呈下降趋势，而粒重无显著变化。纵观不同处理条件下，各品种受温度和水分的影响，其产量构成因素呈现不同程度的差异性，这与不同品种小麦自身的抗寒性和抗旱性有直接联系。其中不同品种穗粒数受温度影响较大，其原因是低温胁迫条件下，小麦授粉能力受到影响，一定程度上影响小麦结实率，进而影响小麦穗粒数。小麦千粒重是评价小麦产量和质量的重要指标。本研究表明，千粒重受浇水量影响较大，节水处理较丰水处理，千粒重普遍有所下降，说明浇水量直接影响小麦灌浆过程，这与浇水量影响小麦的灌浆速率有一定关系。同等浇水条件下，常温处理中作物产量均高于低温胁迫处理下作物产量；同等温度条件下，不同作物产量常温处理高于低温胁迫处理。低温胁迫造成一定幅度的产量降低，增加浇水量则有助于小麦增产。进一步说明土壤水分和环境温度是影响冬小麦生长的限制性因子。因此，参试品种对温度和水分的敏感性较低，如保麦10号，该品种不同处理条件下，其穗粒数、千粒重、亩穗数间的差异性会相对降低，其产量的差异性也较其他品种更低，该品种属于抗寒性和抗旱性较好的品种。

表2 不同温度和不同水分处理对小麦产量及构成因素的影响

3 讨论

温度和浇水量是除遗传因素外影响小麦产量的最重要因素。本研究表明,温度和浇水量对小麦生物产量和籽粒产量有极显著影响。在不同温度、浇水量处理条件下,不同品质类型小麦品种的单位面积生物产量和籽粒产量差异显著，其产量构成三要素也存在显著差异性。低温和节水均导致不同小麦品种生物产量、籽粒产量及其构成三要素产生不同程度下降，其中保麦10号不同处理间生物产量和籽粒产量变化幅度较小，且具有一定的高产稳产潜力，表现出较强的抗逆性。

低温对植物的影响在很多作物上都有报道，同大多数作物一样，低温胁迫对小麦幼苗有一定的伤害[13-14]，小麦受低温影响形成冻害，严重影响小麦优质、高产、稳产。本试验研究低温胁迫处理下，不同水分条件对小麦植株生物产量和籽粒产量的影响，进而反映其抗逆性的强弱。本研究发现，从不同水分处理对单位面积生物产量和产量的影响来看,土壤水分状况显著影响冬小麦光合产物,丰水条件有利于地上部发育和产物积累，而节水处理较丰水处理不同品种单位面积生物产量和产量下降幅度不同；低温胁迫处理后，丰水条件较节水条件单位面积生物产量和产量下降幅度更低。说明低温胁迫处理后，增加浇水量可提高抗逆能力，这与前人研究结果[15-16]相一致。

试验结果说明小麦的抗逆性除了与其自身的遗传因素和生理特征密切相关外，受外界环境影响很大。选育节水抗逆高产小麦新品种、建立良种良法配套的高产栽培技术，提高小麦的综合抗逆能力，建立抗逆应变栽培技术体系是目前小麦安全高效栽培生产中亟需解决的问题。