包蛋麦品种间干物质分配、籽粒灌浆特性比较

周安定，李 磊，孙诗仁，章建新，孔德鹏，苗 雨，薛丽华

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；3.自治区农业技术推广总站，乌鲁木齐 830049；4.新疆农业科学院奇台麦类实验站，新疆奇台 831816)

0 引 言

【研究意义】包蛋麦是指由于播种较晚，接近大地封冻的前夕，将冬、春小麦品种播种在土壤中，如果土壤温度相对高，能让种子萌动或发芽后，冷冻在土壤中越过冬天，第2年正常生长的种植方式，最晚播冬前不出苗[1]。在新疆北疆麦区，包蛋麦在棉花收获后(10月底至11月中旬)播种，以种芽状态在积雪覆盖下越冬，早春利用积雪融水出苗。较正常播种冬小麦可节约出苗水、越冬水，节水潜力大。选择适宜的小麦品种是包蛋麦获得高产的前提条件。【前人研究进展】20世纪50～60年代，新疆、青海、甘肃、西藏等地曾用春性小麦品种晚冬播，出苗率多在40.0%～70%[2-4]，在足苗的情况下，春性小麦品种冬播其生产潜力高于春麦正常播种[5]。2013年新疆兵团四十九团种植包蛋麦400 hm2，其中最高实收产量达7 638 kg/m2[6]。春小麦、冬小麦品种均可种包蛋麦，包蛋麦不管哪个品种,较春小麦品种早熟6～7 d，增产幅度达37.8%，冬播春小麦品种的产量高于冬播冬小麦品种[2]。【本研究切入点】目前，有关包蛋麦的研究很少，而干物质积累与分配和籽粒灌浆是直接影响小麦产量高低的重要因素。需要研究北疆包蛋麦冬、春性小麦品种间干物质积累、灌浆特性及产量的差异。【拟解决的关键问题】选用新疆北疆主栽6个冬性小麦品种和5个春性小麦品种包蛋种植，田间比较冬、春性小麦品种间干物质积累与分配、籽粒灌浆特性及产量的差异，为新疆北疆包蛋麦品种选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018～2019年在新疆乌鲁木齐市头屯河区三坪农场新疆农业大学实习基地进行。该地区年平均日照可达2 829.4 h，年平均气温7.2℃，平均降水量228.8 mm，全年无霜期163 d。试验地为壤土，0～20 cm土壤有机质1.1%、碱解氮含量60 mg/kg、速效钾含量215.0 mg/kg、速效磷含量16 mg/kg、土壤pH值为8.28，前茬作物为西瓜。越冬期间耕层(4 cm)日最低温度为-3.45℃，出现在2019年1月12日。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

冬性小麦品种为新冬18号、新冬22号、新冬41号、新冬48号、新冬51号、新冬53号；春性小麦品种为新春6号、新春20号、新春27号、新春29号和新春43号。田间按随机区组排列，小区面积11.4 m2(3.8 m×3.0 m)，重复3次。翻地前基施磷酸二铵300 kg/hm2，耙地、旋耕后，于2018年10月31日人工开沟精量点播，行距20 cm，播种深度为4 cm左右，播种量1.0×107粒/hm2。冬前不灌水，春季分别在4月18日、5月7日、5月21日、6月5日以及6月19日各滴水1次(累计5次)，每次滴水750 m3/hm2。分别在4月18日、5月7日随水滴入112.5 kg/hm2纯氮，共施纯氮225 kg/hm2。6月24至7月20日成熟。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 干物质积累、分配及转运

4月30日、5月10日、5月20日、6月1日，6月17日每处理每重复取30株小麦鲜样，剪去根，将植株分为叶片、茎鞘、颖壳和穗轴、籽粒部分，放入105℃烘箱中杀青30 min，80℃烘至恒重后称干重，分别测定各品种的干物质重。

花前营养器官同化物向籽粒转运量(kg/hm2)=开花期干物重(kg/hm2)-成熟期营养器官干重(kg/hm2)；

花后同化物向籽粒分配量(kg/hm2)=成熟期籽粒干重(kg/hm2)-花前营养器官同化物向籽粒运转量(kg/hm2)；

花前营养器官同化物转运率(%)=花前营养器官同化物转运量(kg/hm2)/开花期营养器官干重(kg/hm2)×100% ；

花后同化物向籽粒分配率(%)=花后同化物对籽粒分配量(kg/hm2)/ [成熟期总干重(kg/hm2)-开花期干物重(kg/hm2)] ×100% ；

花前同化物对籽粒的贡献率(%)=花前同化物转运量(kg/hm2)/成熟期籽粒干重(kg/hm2) ×100% ；

花后同化物对籽粒的贡献率(%)=花后同化物对籽粒贡献量(kg/hm2)/成熟期籽粒干重 (kg/hm2) ×100%。

1.2.2.2 灌浆特性

开花期选取同天开花且大小一致200个穗挂牌标记。自花后10～35 d，每3 d取标记穗6个，取各穗中部小穗基部籽粒30粒，在80℃条件下烘至恒重，用感量0.000 1天平称量并折算成千粒重。用Logistic方程y=k/[1+e(a-bt)]拟合花后籽粒灌浆过程，t为花后天数(开花日计t=0)；y为1 000粒质量(g)；k为1 000粒质量理论最大值(g)；a和b为相关参数。由方程的一阶导数，二阶导数和三阶导数推导出一系列灌浆特征参数，到达最大灌浆速率的时间Tmax=-a/b，此时最大速率Vmax=-bk/4；快速生长时段的起始时间t1=(a-1.317)/b；快速生长时段的终止时间t2=(a+1.317)/b；快速增长持续时间△t=t2-t1。平均灌浆速率Vmean=(Yt2-Yt1)/△t。

1.2.2.3 产量及产量构成

成熟期各小区选取具有代表性的样点4 m2(2 m×2 m)，实收测产，最终按照籽粒含水量13%折算出每公顷产量。每小区选取0.2 m2(1 m×0.2 m)株，用于调查单株生物重、穗粒数和千粒重。

2 结果与分析

2.1 包蛋麦产量及产量构成因素的差异

研究表明，各品种间产量差异达显著水平(P<0.05)。冬性品种包蛋以新冬41号产量较高，为7 812.3 kg/hm2，春性品种包蛋以新春6号产量较高，为7 935.6 kg/hm2。冬性品种包蛋平均产量(7 237.3 kg/hm2)与春性品种包蛋平均产量(7 022.8 kg/hm2)差异不明显。新冬41号穗数431.7×104/hm2、穗粒数36.3、千粒重51.7 g；新春6号穗数475.2×104/hm2、穗粒数31.6、千粒重52.8 g。新冬41号和新春6号2个较高产品种穗数和穗粒数均位于其余品种之间，但千粒重均显著高于其余品种，均达到50.0 g以上。表1

表1 包蛋小麦产量及产量构成Table 1 Yield and yield components of the wheat seeds overwinter in soil

2.2 包蛋麦品种间群体干物质积累量差异

研究表明，包蛋条件下，冬、春性小麦品种干物质积累量差异明显。冬性小麦品种总干物质积累量在14 727.8～16 983.26 kg/hm2，以新冬41号较高，为16 983.3 kg/hm2，春性小麦品种总干物质积累量在13 588.6～17 634.7 kg/hm2，以新春6号较高，为17 634.7 kg/hm2。冬性小麦品种成熟期干物质积累量平均值(16 140.9 kg/hm2)比春性小麦品种(15 804.1 kg/hm2)高2.09%，但冬、春性小麦品种间差异不明显。包蛋条件下，总干物质积累量与冬、春性品种无关，新冬41号、新春6号干物质积累量显著高于其余品种。表2

表2 不同时期包蛋小麦干物质积累量动态Table 2 Dynamics of dry matter accumulation for various varieties in different date

2.3 包蛋小麦品种间群体干物质分配差异

研究表明，冬、春性小麦品种包蛋各器官干物质分配率差异显著。成熟期穗重占总干物质重比率冬性小麦品种分别为62.06%～67.25%，以新冬41号较高；春性小麦品种穗重占总干物质比率为60.36%～68.92%，以新春6号较高。冬性小麦品种穗重占总干物质重比率平均值为63.88%，春性小麦品种穗重占总干物质重比率平均值为64.06%，两类品种间无明显差异。包蛋麦群体干物质分配与冬、春性小麦品种无关。成熟期干物质向穗部分配的比例以新冬41号(67.25%)、新春6号(68.92%)较高。表3

表3 包蛋小麦品种群体干物质分配比例Table 3 Dry matter distribution ratio of various wheat varieties (%)

2.4 包蛋小麦品种间花前和花后同化物向籽粒分配的差异

研究表明，各小麦品种包蛋花前和花后同化物转运存在显著差异(P<0.05)。花前和花后同化物转运均对产量的形成有一定的影响，但花后同化物对籽粒的贡献率明显大于花前同化物对籽粒的贡献。

冬性小麦品种花后同化物向籽粒分配量平均值、分配率平均值、对粒重贡献率平均值依次为4 508.46 kg/hm2、57.13%、78.78%，与春性小麦品种(依次为4 324.77 kg/hm2、56.36%、77.71%)均差异不明显。包蛋麦花前和花后同化物向籽粒的分配与冬、春性小麦品种无关。各品种间差异显著(P<0.05)，以新冬41号、新春6号花后光合产物向籽粒分配量(依次为5 223.78 kg/hm2、5 452.47 kg/hm2)、分配率(依次为62.01%、64.34%)、贡献率(分别为83.44%、85.13%)较高。表4

表4 包蛋小麦品种花前和花后同化物转运Table 4 The assimilation transport of various wheat varieties before and after flowering

2.5 包蛋小麦品种间灌浆特性的差异

研究表明，春性小麦品种包蛋快速增长持续时间的平均值(16.25 d)、最大灌浆速率的平均值(2.23 g/d)、平均灌浆速率的平均值(1.12 g/d)，冬性小麦品种包蛋依次为15.70 d、2.22 g/d、1.09 g/d，冬、春性小麦品种之间的差异未达显著水平。包蛋麦灌浆特性与冬、春性品种无关。籽粒快速增长持续时间以新冬22号(17.45 d)、新冬41号(17.00 d)、新春6号(17.19 d)较长，平均灌浆速率以新冬41号(1.24 g/d)和新春6号(1.22 g/d)显著高于其余品种。表5，表6

表5 包蛋小麦品种籽粒灌浆进程的Logistic方程参数估计值Table 5 Logistic equation parameter estimates of grain filling process of various wheat varieties

表6 包蛋小麦品种籽灌浆阶段特征参数Table 6 The influence of characteristic parameters of different wheat varieties during grain filling stage

3 讨 论

干物质积累是作物器官分化、产量形成的物质基础[7]。晚播小麦由于播种时的地温相对较低，小麦出苗的时间就相应增长，前期营养消耗增多，干物质积累量会降低。王彬等[1]研究表明，超晚播条件下中等穗型品种花前干物质积累量介于大穗型和小穗型品种之间，而中等穗型品种花后干物质积累量却高于大穗型和小穗型品种。冬小麦播期越晚，对干物质积累越不利，而春麦在10月25日以后的冬播期对干物质积累影响不显著[8]。研究表明，在种植包蛋麦条件下，冬、春性两类品种总干物质积累量差异不明显，以新冬41号和新春6号2个品种的总干物质积累量较高。

研究表明，冬性小麦品种花后同化物向籽粒分配量平均值、分配率平均值、对粒重贡献率与春性小麦品种的差异均不明显。包蛋麦花前和花后同化物向籽粒的分配与冬、春性小麦品种无关。但各品种间差异显著，以新冬41号、新春6号花后光合产物向籽粒分配量、分配率、贡献率均较高。

籽粒灌浆是小麦产量形成重要过程。籽粒灌浆是通过影响千粒重影响小麦产量。籽粒灌浆速率和灌浆期是重要的灌浆特征参数，共同决定着粒重的形成[9]。超晚播条件下中部穗型、大穗型、小穗型3个品种最大灌浆速率和平均灌浆速率相似，但中部穗型品种灌浆期最长，特别是活跃灌浆期最长[10]。而研究表明，在种植包蛋麦条件下，冬、春性两类小麦品种的灌浆期快速增长持续时间、最大灌浆速率、平均灌浆速率的平均值差异均不明显[11]。新冬41号和新春6号籽粒平均灌浆速率较高、灌浆快速增长持续时间期较长是其千粒重较高的原因。与适期播种的冬小麦、春小麦相比，包蛋麦改变了开花期，进而改变了小麦灌浆期间的温度等条件，进而对籽粒的灌浆过程产生影响。包蛋麦种植条件下，新冬41号和新春6号的开花期较早是其籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率均较高的原因。

冬性小麦品种产量的平均值为7 237.3 kg/hm2，春性小麦品种产量的平均值为7 022.8 kg/hm2，冬性小麦品种产量的平均值比春性品种高2.0%，但差异不明显。且在试验条件下，新冬41号和新春6号分别获得7 812.3 kg/hm2、7 935.6 kg/hm2较高产量，北疆地区超晚冬播条件下，小麦品种可以获得较高产量的同时，可以节约冬前用水。新冬41号和新春6号穗数和穗粒数位于其余品种之间，但千粒重显著高于其余品种，达到50.0 g以上。在包蛋麦种植条件下，新冬41号和新春6号2个品种的总干物质积累量较高，花后光合产物向籽粒的分配比例较高，籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率均较高是其产量高于其余品种的重要原因。

4 结 论

超晚冬播条件下，产量、总干物质积累量、群体干物质分配各器官峰值所占比例、花前和花后同化物转运量以及灌浆期快速增长持续时间、最大灌浆速率、平均灌浆速率的平均值冬、春性小麦品种间差异均不明显。新春6号、新冬41号分别获得7 935.6、7 812.3 kg/hm2较高产量，总干物质积累量、成熟期穗部所占比例、花后同化物转运量、灌浆期快速增长持续时间及平均灌浆速率均高于其余品种。在水资源严重短缺的北疆地区，新春6号、新冬41号较适合超晚冬播。