矮壮素滴施时期对冬小麦茎秆抗倒伏能力的调控分析

张永强,陈传信,聂石辉,徐其江,赛力汗·赛,雷钧杰

(新疆农业科学院粮食作物研究所/农业农村部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】倒伏是影响小麦生长发育及产量和品质量的重要因素之一[1],倒伏破坏了小麦的群体结构及茎秆的疏导系统,对水分和养分运输的影响很大,导致小麦产量和品质下降,同时增加机械收获难度和成本[2];倒伏一般导致小麦减产7%～30%,严重时高达40%[3-5]。新疆滴灌小麦发展迅速,目前已达到25.33×104hm2(380万亩)[6],由于滴灌小麦水肥供应充足,生长旺盛且根系分布较浅,后期易发生倒伏,对实现其高产高效构成严重威胁。研究小麦的抗倒性,可使其能够更好地适应逆境,有利于小麦获得高产。【前人研究进展】化学调控是矮化小麦植株、提高其抗倒能力的有效方法之一[7-8]。郭建文等[9]研究表明,矮壮素能显著提高黑麦茎秆基部第2节间的抗折力,降低黑麦的倒伏率。孙岩等[10]研究表明,矮壮素能够明显降低小麦的株高、增加茎秆的粗度,有助于壮苗,提高抗倒伏能力。马瑞琦等[11]研究表明,起身期喷施矮壮素可以显著降低株高及重心高度,显著提高茎秆基部节间的抗折力、穿刺强度、抗压强度等力学特性,显著提高植株的抗倒伏能力。华智锐等[12]研究表明,矮壮素拌种可使小麦株高和重心高度降低,基部第2节间长度缩短、粗度增加,茎秆机械强度增强,倒伏系数降低。矮壮素(Chlorocholine chlorid,CCC)属于内吸性植物生长调节剂,经由种子、芽、幼枝、叶片和根系进入植株体内,可延缓细胞伸长,控制植株营养生长,促进生殖生长,提高茎秆强度,使植株节间缩短,株高降低。【本研究切入点】前人研究是将矮壮素通过种子(拌种)、叶片(喷施)进入小麦体内,而起到抗倒伏作用;但矮壮素从根系通过滴施进入小麦体内应用尚未见报道,缺乏其相关技术理论研究。需研究矮壮素不同滴施时期对冬小麦茎秆抗倒伏能力的调控措施。【拟解决的关键问题】设置不同的矮壮素滴施时期,分析不同矮壮素滴施时期对滴灌冬小麦茎秆特征、抗倒伏能力和产量的影响,及滴灌小麦抗倒伏的矮壮素最佳滴施时期,为新疆滴灌小麦抗倒伏高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

采用盆栽试验,盆的直径26 cm、高度30 cm,土壤取自新疆农业科学院玛纳斯试验站试验田,每盆装土7.5 kg。土壤有机质1.47g/kg,全氮1.36 g/kg,全磷1.15 g/kg,全钾21.20 g/kg,速效氮111.9 mg/kg,速效磷28.70 mg/kg,速效钾421.00 mg/kg。播种前每盆施磷酸二铵2.23 g、尿素0.45 g,将肥料撒施于盆中表层土壤,然后将盆中5 cm以上表层土混匀。供试品种为新冬18号,播种时间2019年9月25日,选取籽粒饱满的种子,每盆播种40粒,小麦三叶期后定苗,每盆保留长势一致的苗30株;收获时间为2020年7月15日。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验是在前期研究得出的最佳矮壮素滴施量4 500 mL/hm2的基础上,设置3个不同的矮壮素滴施时期和每个时期均滴清水的对照处理,分别为返青期(S1)、起身期(S2)、拔节期(S3)和对照(S0)共4个处理,每个处理6盆。用输液管模拟滴灌(流量设置为2.5 L/h2),灌水、追肥、矮壮素采用水肥药一体化方式同时滴入每盆。在返青期、拔节期、孕穗期和开花期分别滴施尿素折合纯氮用量0.34、0.68、0.34、0.34 g/盆;全生育期灌水8次,越冬前,返青期、起身期、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆前期和灌浆中期采用滴灌分别灌水5.35、1.78、1.78、4.46、3.57、1.78、2.68、1.78 L/盆。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 茎秆形态特征

于冬小麦成熟期在每小区分别取20株小麦,用直尺测定其主茎的各节间长度,用精确度为0.01 mm的数显式游标卡尺测量基部第2节间(节间中部)的直径,并采用精度为万分之一的天平测量倒2节节间重量。

茎秆充实度=茎秆节间干重(mg)/节间长度(cm)的比值。

1.2.2.2 株高和重心高度

于冬小麦开花期、乳熟期和成熟期分别测定不同处理的株高和重心高度,株高为小麦茎秆基部到穗顶的自然高度,重心高度为茎秆基部至该茎秆平衡支点的距离。

1.2.2.3 抗折力

于冬小麦开花期、乳熟期和成熟期分别测定不同处理的茎秆抗折力,测定时参照文献[2]的方法。植株下部固定,用日本产测力计作用在茎秆节间的中间位置,垂直于茎秆缓缓用力,茎秆折断时测力计所显示的数值即为该茎的抗折力。

茎秆抗倒伏指数=茎秆机械强度/茎秆重心高度。

1.2.2.4 产量及产量构成因素

于冬小麦成熟期,分别从每个处理标记的3盆中每盆选取5株考种,分别测量株高、茎粗、穗长、单茎生物量、可孕小穗数、不孕小穗数、穗粒数、穗粒重等指标。

1.3 数据处理

采用SPSS19.0和Excel 2016软件进行处理数据和统计分析。

2 结果与分析

2.1 矮壮素滴施时期对小麦株高及重心高度的影响

研究表明,与S0相比,在小麦返青期、起身期及拔节期滴施矮壮素均能降低小麦株高,其中以S2处理的株高最低为52.97 cm,与S0、S1、S3处理相比,S2处理的株高分别降低了7.51%、1.97%和0.31%,其与S0处理间差异达显著水平(P<0.05),与S1、S3处理间差异不显著。在不同的时期滴施矮壮素,对小麦各节间长度的影响不同,与S0处理相比,返青期滴施,倒4节、倒5节长度明显缩短,而倒3节有所反弹增长;起身期滴施,倒5节有所缩短,倒4节明显缩短,倒3节反弹增长;拔节期滴施,倒5节长无变化,倒4、倒3节缩短,倒2节出现明显反弹增长;矮壮素滴施时期对小麦穗长无影响。不同处理小麦重心高度的变化与株高的变化规律一致,在S2处理小麦的重心高度最低为34.07cm,与S0、S1、S3处理相比,S2处理的重心高度分别降低了19.08%、10.74%和4.13%,其与S0、S1处理间差异达显著水平(P<0.05),与S3处理间差异不显著。矮壮素滴施可以降低小麦株高和重心高度,提高小麦抗倒伏能力,在起身期滴施矮壮素较返青期和拔节期对小麦株高和重心高度降低的效果显著。图1

注:不同小写字母表示差异达0.05显著水平,下同

2.2 矮壮素滴施时期对小麦茎秆基部第2节间特征的影响

研究表明,矮壮素滴施处理明显缩短了基部第2节间的长度,增加了基部第2节间的直径和壁厚,提高了基部第2节间的充实度和抗折力,但不同的滴施时期对小麦基部第2节间的影响不同。处理间表现为,起身期滴施矮壮素小麦基部第2节间最短为4.07 cm,其余S0、S1处理间差异显著(P<0.05),与S3处理间差异不显著;倒2节间直径最大为3.38 mm,其与S0处理间差异显著(P<0.05),与S1、S3处理间差异不显著;壁厚最大为0.543 mm,其与S0、S1、S3之间差异均达显著水平(P<0.05),而S1、S3之间差异不显著;基部第2节间充实度以S2处理最大为25.57 mg/cm,其与S0、S1、S3之间差异均达显著水平(P<0.05);抗折力以S2处理最大为5.44N,其与S0、S1、S3之间差异均达显著水平(P<0.05),而S1、S3之间差异不显著。表1

表1 不同矮壮素滴施时期下小麦茎秆基部第2节间特征变化

2.3 矮壮素滴施时期对小麦茎秆抗倒伏指数的影响

研究表明,滴施矮壮素可以明显提高小麦茎秆的抗倒指数,各处理间茎秆抗倒伏指数表现为:S2>S3>S1>S0,与对照S0处理相比,S1、S2、S3的茎秆抗倒伏指数分别提高了36.55%、70.67%、43.46%,S0与S1、S2、S3的茎秆抗倒伏指数处理间差异均大显著水平(P<0.05)。矮壮素滴施时期对小麦茎秆的抗倒伏指数也存在明显的影响,不同矮壮素滴施时期间茎秆抗倒伏指数以S2处理最大为15.96 N/m,较S1、S3处理分别提高了24.99%和18.97%,差异均达显著水平(P<0.05);S3处理较S1处理的茎秆抗倒伏指数提高了5.06%,差异达显著水平(P<0.05)。图2

图2 不同矮壮素滴施时期下小麦茎秆抗倒伏指数变化

2.4 矮壮素滴施时期对小麦籽粒产量的影响

研究表明,矮壮素滴施时期对小麦单茎生物量、小穗的育性、穗粒数及穗粒重影响明显,但不同的指标,处理间变化规律不同。矮壮素滴施提高了小麦单茎生物量,处理间以S2单茎生物量最大为3.42 g/茎,较S0、S1、S3处理分别提高了12.31%、7.68%和3.01%,其与S0、S1处理间差异达显著水平(P<0.05),与S3处理间差异不显著。处理间可孕小穗表现为S1>S2>S3>S0,不孕小穗表现为S0>S1>S3>S2,处理间差异基本均达显著水平(P<0.05)。处理间穗粒差异不显著,其中以S1处理穗粒数最多为38.50粒;穗粒重以S2处理最重为1.68 g,其与S1、S3处理间差异不显著,与S0处理间差异达显著水平(P<0.05);S1与S0二者间穗粒重差异不显著。表2

表2 不同矮壮素滴施时期下小麦籽粒产量变化

3 讨 论

倒伏是制约小麦高产、优质的重要因素之一[13-16],小麦倒伏问题虽然可通过合理的栽培技术来调控[17]。生长调节剂对作物生长发育的调节具有较高的时效性和专一性,外源生长调节剂会改变作物内源激素的含量及比例,影响作物的生长发育,调控作物的内在生理机制,提高作物抗逆能力。使用生长调节剂简便易操作,是提高小麦抗倒伏能力的一项重要措施。小麦倒伏多发生在基部节间,故基部节间形态、生理特性与小麦抗倒伏能力关系紧密[18]。矮壮素在小麦增产和防倒方面效果突出,前人研究表明,矮壮素可降低小麦株高、增加节间的粗度、提高茎秆的机械强度,能有效地防止小麦倒伏[7,8]。华智锐等[12]研究表明,矮壮素拌种可以提高小麦种子发芽率,使小麦株高和重心高度降低,基部第 2 节间长度缩短、粗度增加,茎秆机械强度增强,倒伏系数降低,低浓度(0.5%)的矮壮素溶液拌种可以增加小麦根量,提高小麦植株的抗倒伏性。研究结果表明,与对照相比,矮壮素不同滴施时期均能降低滴灌小麦株高、重心高度和基部节间长度,增加基部节间粗度和茎秆充实度,提高茎秆抗倒伏指数,且不同时期滴施矮壮素,对小麦节间伸长的抑制作用和节间长度反弹影响不同。

4 结 论

不同矮壮素滴施时期均能降低滴灌小麦的株高,提高抗倒伏能力,但以起身期滴施矮壮素对小麦株高和重心高度降低的效果更明显,起身期滴施矮壮素小麦基部第2节间最短、直径最大、壁厚最大、节间充实度最大、抗折力最大、茎秆抗倒伏指数最大。当矮壮素滴施用量为4 500 mL/hm2时,在起身期滴施对滴灌小麦株高最低、基部节间最粗、抗倒伏指数最大,一定程度上提高了滴灌小麦茎秆抗倒伏能力。