不同旱地小麦品种(系)光合特性与产量差异研究

2022-05-06张军付颖鲁珊珊郭玉敏吕鑫荣封昀

作物研究 2022年2期

张军，付颖，鲁珊珊，郭玉敏，吕鑫荣，封昀

(1 商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛 726000；2 商洛市秦岭植物良种繁育中心，陕西商洛 726000)

光合作用是作物发育和籽粒产量形成的主要物质来源。旗叶是小麦同化物生产和输出的主要功能叶，在生育后期对籽粒的贡献可达80%[1]。小麦的光合特性和产量是基因和栽培措施共同作用的结果[2]。不同年代旱地小麦品种间花前光合速率和产量均存在显著差异[3]。西北地区是我国重要的干旱半干旱小麦种植区[4]，探究旱地小麦光合生理特性，对提高我国旱地小麦生产具有重要意义。

商洛地处秦岭腹地，立地条件差、小气候类型多、自然灾害频繁[5]。干旱是最为常见的气象灾害。就陕西省来看，商洛地区农业干旱风险指数较高[6]。商洛学院小麦育种团队基于区域农业需求，选育出商麦9828、商麦5226、商麦1619 和10-16 等多个小麦新品种(系)。其中商麦5226 和商麦1619有较好的抗旱丰产性，成为商洛市主栽小麦品种[7]。有关商麦5226、商麦1619 的光合特性已有研究，但集中在逆境胁迫下苗期叶片光合特性方面[8-9]，有关生育后期光合作用与产量的关系则报道较少。为此，本研究对不同旱地小麦品种(系)旗叶光合特性、产量及构成要素进行观测，分析光合特性与产量的相互关系，以期为供试小麦品种推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试材料为旱地小麦品种商麦5226、商麦1619、10-16 和小偃15。商麦5226 和商麦1619 为商洛地区主栽小麦品种，10-16 为本课题组选育的小麦新品系，小偃15 为商洛地区小麦区试对照品种。种子均由商洛市秦岭植物良种繁育中心提供。

试验于2018—2019 年在商洛学院北新街校区试验地进行。试验地为坡塬旱地，地势平坦，肥力均匀。播种前结合整地施复合肥275 kg/hm2(N-P2O5-K2O:14-16-15)。采用随机区组设计，3 次重复。2018 年10 月29 日人工开沟种植，每小区设置5行、每行420 粒。中间3 行中间100 粒，两头做好标记，用于后续指标观测。小区长5 m，宽1.5 m。区组间设置60 cm 走道，四周种植保护行。其余管理参照大田生产。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 光合特性

在小麦开花期和灌浆期，每个小区在标记区域选生长状况一致的旗叶，晴朗无风的上午9:00-11:00采用LI-6400 光合仪测定光合作用参数。内置光源为红蓝光，设定为1 300 μmol/m2·s；开放式气路，CO2浓度约为370 μmol/L。每小区3 次重复。测定指标为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。

1.2.2 农艺性状与产量及其构成要素

在标记区域随机取1 m 双行测定穗数，从中随机选取10 株带回室内，考察株高、穗长、穗粒数。人工收割整个小区，分别脱粒，晒干，计产，并考察千粒质量。

1.3 数据处理

采用Excel 2003 整理数据和作图；采用SPSS20进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同旱地小麦品种光合特性差异

由表1 可得，参试品种的开花期净光合速率不同程度地高于灌浆期。在开花期，商麦5226、商麦1619 和10-16 净光合速率均显著高于对照小偃15，分别高34.98%、27.63%和34.27%；在灌浆期，显著高于对照，分别高70.29%、20.01%和58.87%。

参试品种在开花期的气孔导度和胞间CO2浓度均低于灌浆期(表1)。从单个生育时期来看，在开花期，10-16、商麦5226 和商麦1619 气孔导度和胞间CO2浓度分别高于小偃15，依次为79.42%、62.08%和46.03%；在灌浆期，商麦5226、10-16 和商麦1619胞间CO2浓度显著高于小偃15，分别为78.93%、77.16%和59.53%；在开花期和灌浆期，10-16、商麦1619 和商麦5226 胞间CO2浓度均高于小偃15。

蒸腾速率在2 个生育时期间变化趋势因品种而异，除10-16 外，其余3 个品种蒸腾速率均是开花期高于灌浆期(表1)。从单个生育时期来看，在开花期，商麦5226 和商麦1619 蒸腾速率显著高于小偃15，分别高49.30%和44.39%，10-16 高于对照13.38%；在灌浆期，10-16、商麦5226 和商麦1619的蒸腾速率高于对照34.01%、23.69%和19.63%。

表1 参试品种的叶片光合参数Table 1 The leaf photosynthetic parameters of the tested varieties

2.2 不同旱地小麦品种农艺性状差异

由表2 可知，供试品种株高和穗位高存在显著性差异。商麦5226 株高最高，为88.1 cm，其次是商麦1619 和10-16，株高分别为86.9 cm 和84.6 cm。对照小偃15 株高最矮，为66.1 cm，与其他参试品种差异显著。穗长方面，商麦1619 穗长最长，为10.0 cm，显著长于其余3 个品种；其次是10-16和商麦5226，穗长分别为8.4 cm 和8.3 cm，二者差异不显著，但均显著高于小偃15。小偃15 穗长最短，为7.5 cm。

表2 参试品种株高和穗长差异Table 2 Differences in plant height and ear length of the tested varietiescm

2.3 不同旱地小麦品种产量及其构成因素

由表3 可得，商麦5226 和商麦1619 产量相对较高，依次为4 971.3 和4 855.1 kg/hm2，显著高于对照7.63%和5.13%，10-16 产量为4 672.2 kg/hm2，较小偃15 增产1.17%；从产量构成要素看，小偃15 穗数最多，为430.5×104穗/hm2，显著高于10-16 和商麦1619，高31.05%和64.94%；从穗粒数和千粒质量来看，均是小偃15 最低，显著低于其余3 个参试品种。

表3 参试品种产量及构成要素Table 3 Yield and components of the tested varieties

2.4 旗叶Pn 与产量及其构成要素的相关性

旱地冬小麦产量及其构成要素与旗叶Pn间相关关系因生育时期而异(表4)。供试旱地小麦品种穗数与2 个生育时期旗叶Pn均呈负相关。穗粒数、千粒质量和产量与旗叶Pn呈正相关，且开花期旗叶Pn与千粒质量达极显著水平，与产量达显著水平。

表4 参试品种旗叶Pn 与产量及其构成要素的相关性Table 4 The correlation between the flag leaf Pn and yield and its constituent elements of the tested varieties

3 讨论

众多研究表明，光合作用在作物产量形成过程中起主导作用[10]。充分发挥叶片的光合潜能，是提高净光合速率、增加作物产量的关键[11]。相同条件下，小麦光合生理指标存在品种间差异[12]。姜丽娜等[13]通过光合和产量性状比较，筛选出周麦22 为豫北地区适宜推广的高产小麦品种。本试验表明，旱地小麦旗叶光合特性在开花期和灌浆期品种间存在差异。商麦5226、商麦1619 和10-16 的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)不同程度地高于对照小偃15，较强的旗叶光合特性为较高籽粒产量奠定了基础。植物净光合速率是稳定的遗传性状[14]，是判定植物光合能力的直接指标[15]。本试验中，开花期净光合速率大于灌浆期，且灌浆期净光合能力在品种间表现出显著差异性。

产量是评价农作物品种丰产抗逆性的重要指标，小麦籽粒产量由穗数、穗粒数和粒重共同决定。本试验条件下，商麦5226 和商麦1619 籽粒产量显著高于小偃15，这和商洛地区小麦生产实际基本一致。从产量构成要素来看，商麦5226 和商麦1619穗数低于小偃15，而穗粒数和千粒质量显著高于小偃15，最终通过“大穗大粒”来获得高产。而小麦高产得益于小麦品种自身条件与环境的高度协调。就产量构成因素与旗叶Pn关系来看，刘建辉等[16]认为，花后旗叶光合能力及光合持续时间是影响小麦千粒质量和籽粒产量的重要因素。本试验结果也支持这一结论，表现为开花期旗叶净光合能力与千粒质量呈极显著正相关。受旱地生产条件限制，在小麦群体分蘖能力有限的情况下，开花期较强的旗叶Pn是商麦5226 和商麦1619 获得高产的基础。而灌浆期旗叶Pn与千粒质量相关性不显著，这可能与旱地小麦生育期无灌水、补肥有关。在灌浆中后期，根系和叶片功能开始下降，表现为光合能力下降。

株高是小麦主要农艺性状，是品种特性的重要体现。适当降低株高有耐肥、抗倒作用[17]。旱地小麦株高在85～100 cm 为宜[18]。本试验中，商麦5226 和商麦1619 株高均显著高于对照。笔者多年试验发现，旱塬地小麦相对高的株高可实现在丰水年多增产、欠水年保稳产、干旱年少减产，加之商麦5226 和商麦1619 有较强抗倒伏性，这可能是此类品种成为商洛地区主栽品种的重要原因。此外，商洛地区有较大面积中药材种植，小麦秸秆是理想的覆盖物。为此，在保障区域粮食安全的前提下，适当提高小麦株高或许能成为商洛及同类型生态区旱地小麦品种选用(育)的标准之一。