不同灌水處理對小麥產(chǎn)量和水溶性碳水化合物含量的影響

不同灌水處理對小麥產(chǎn)量和水溶性碳水化合物含量的影響

小麥產(chǎn)量是源、儲存和流場運作的結果。高產(chǎn)不僅需要光的源具有較強的光合性生產(chǎn)能力，還需要將光的源分配給種子。根據(jù)ehsie等人的研究，小麥谷物污泥漿糊的碳源主要來源于旗葉、花前和花后儲存在莖和葉中的光合產(chǎn)物。小麥莖和葉積累的光合產(chǎn)物代表了各種形式的可溶性碳的物質，包括甘蔗、葡萄糖、葡萄糖和水合花。果實的聚集含量在莖干質量的40%以上。這是儲存光的主要原因。dp-3的果聚糖是糖和糖的合成的第一步。這種合成意味著果聚糖從營養(yǎng)器官中收集，dp-4的果聚糖是高度聚合度的果聚糖。這種結合程度和含量反映了營養(yǎng)器官儲存碳的能力。通過果酸乙二醇外水解酶產(chǎn)生的糖乙二醇是高度聚合的果酸乙二醇。這些物質的聚集強度和含量反映了營養(yǎng)器官儲存碳的能力。通過各種生化反應形成甘蔗，并通過韌皮部運輸?shù)焦任?。它是高產(chǎn)的主要原因之一，對于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，小麥植株二莖節(jié)間和莖葉是第一個積累可溶性碳的器官。開花后儲存的同生物的輸入顆粒含量顯著高于其他營養(yǎng)器官。莖鞘貯藏的碳氫化合物對小麥的腹瀉速度和產(chǎn)量有重要影響。在水條件下，小麥的產(chǎn)量主要取決于花前和花后儲存在莖鞘中的水原材料，其貢獻率為75%100%，但在水條件下，莖和葉儲存物質的轉移對糧食的產(chǎn)量沒有影響。Gupta等研究指出,土壤水分對小麥莖鞘貯存碳水化合物具有重要的調控作用.水分脅迫導致莖鞘貯存碳水化合物含量降低,果聚糖水解酶活性升高,并促進莖鞘貯存光合產(chǎn)物向籽粒轉運,進而影響小麥的籽粒灌漿和產(chǎn)量.前人多在干旱缺水條件下研究小麥莖鞘貯存碳水化合物的合成、分解和轉運機理,而小麥莖鞘貯存水溶性碳水化合物的含量在灌溉和干旱條件下均與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關,因此,在黃淮海冬麥區(qū)水澆地條件下,研究灌水對不同品種小麥開花后倒二莖節(jié)間和葉鞘中果聚糖等水溶性碳水化合物的積累與轉運的影響,對于探索小麥節(jié)水高產(chǎn)的生理基礎具有重要意義.本試驗以兩個小麥品種為供試材料,研究水分處理對小麥倒二莖節(jié)間和葉鞘中水溶性碳水化合物含量、籽粒灌漿速率、產(chǎn)量構成因素和籽粒產(chǎn)量的影響,以期為小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù).1材料和方法1.1小麥各生育期7.2試驗在山東省兗州市小孟鎮(zhèn)王海村(35.41°N,116.41°E)大田進行,供試小麥品種為濟麥20和泰山22.播種前試驗田0～20cm土層含有機質14.2g·kg-1、全氮1.3g·kg-1、水解氮83.7mg·kg-1、速效磷55.9mg·kg-1、速效鉀90.6mg·kg-1.設置4個水分處理:全生育期不灌水(W0)、灌冬水+拔節(jié)水(W1)、灌冬水+拔節(jié)水+開花水(W2)、灌冬水+拔節(jié)水+開花水+灌漿水(W3),每次灌水量均為60mm,用水表計量灌水量.小麥各生育階段的降水量為:播種至冬前期11.2mm,冬前至拔節(jié)期38.6mm,拔節(jié)至開花期11.9mm,開花至成熟期67.1mm,總計128.8mm.小區(qū)面積為2m×6m=12m2,不同灌水處理間設置2m隔離帶,隨機區(qū)組設計,重復3次.播種前施純氮70kg·hm-2、P2O5105kg·hm-2、K2O105kg·hm-2,拔節(jié)期(雌雄蕊原基分化期)追施純氮140kg·hm-2.氮肥為尿素,磷肥為過磷酸鈣,鉀肥為硫酸鉀.2005年10月23日播種,4葉期定苗,基本苗為150株·m-2,2006年6月12日收獲.其他管理措施同一般高產(chǎn)田.1.2測量設計和方法1.2.1糖度與聚合度的測定方法于開花期在各小區(qū)選擇同一日開花、發(fā)育正常、大小均勻的穗子掛牌標記,自開花期開始,每7d取標記麥穗的植株倒二莖節(jié)間和葉鞘,在70℃下烘干,用于可溶性總糖、果糖和果聚糖含量的測定,每處理重復3次.提取:取0.5g樣品,加5mL雙蒸水研磨,80℃水浴10min,離心取上清液,殘渣再加5mL水,80℃水浴10min后離心,連續(xù)提取2次,將上清液合并,蒸干后,加2mL水溶解,用于糖的測定.測定:可溶性總糖的測定采用蒽酮法,果糖和果聚糖含量的測定采用高效液相色譜(HPLC)法.用美國Waters公司產(chǎn)測糖專用Sugar-PAKTMⅠ型柱,以雙蒸水為流動相(含0.1mol·L-1EDTANa2-Ca),流速為0.5mL·min-1,柱溫90℃.液相色譜儀為Waters公司產(chǎn)高效液相色譜儀,檢測器為2410示差折光檢測器.樣品經(jīng)0.45μm微孔濾膜過濾后進樣,進樣量為5μL,以1%葡萄糖(G)、果糖(F)、蔗糖(S)溶液為標樣,G、F、S含量根據(jù)標樣色譜峰面積計算,果聚糖含量則根據(jù)其折光系數(shù)與S相近的原理,以S標樣的色譜峰面積計算.果聚糖的定性測定采用HPLC和薄層層析相結合的方法,薄層層析用25cm×10cm的玻璃板,用硅膠G(顆粒度10～40μm)鋪板,展層劑為正丁醇∶乙酸∶乙醚∶水=6∶6∶3∶1,顯色劑為磷酸-苯胺-二苯胺.以G、F、S為標樣,同一板上標樣各點一個點,其余點用樣品.顯色時,只將標樣和一個樣品點顯色,根據(jù)標樣及樣品顯色點的位置將未顯色樣品點的非G、F、S部分收集后,用水提取其中的糖,過濾、濃縮.濃縮液一部分直接用HPLC測定其保留時間,另一部分用2%(V/V)鹽酸酸解后,中和,用HPLC測定生成的G和F量,根據(jù)G/F計算各種果聚糖的聚合度.根據(jù)此方法測出的果糖、DP≥4和DP=3果聚糖的比移值(Rf)分別為0.54、0.19和0.11,保留時間分別為11.1、6.6和5.7min.1.2.2穗子標記和灌漿速率于開花期在各小區(qū)選擇同一日開花、發(fā)育正常、大小均勻的穗子掛牌標記,自開花開始,每7d取標記麥穗,置于70℃烘干,脫粒稱量并計算灌漿速率.1.2.3谷物生產(chǎn)力和產(chǎn)量組成的測定成熟期在田間調查穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重,每個小區(qū)實收4m2風干后計產(chǎn),籽粒含水率為12.5%.1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析用MicrosoftExcel2003及Originpro7.0軟件進行數(shù)據(jù)計算和作圖,用DPS7.05統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性檢驗(LSD法).2結果與分析2.1糖的分配安排兩品種W0的倒二莖節(jié)間和葉鞘可溶性總糖含量在花后0～14d均高于各灌水處理,表明全生育期不灌水有利于可溶性總糖在灌漿初期向倒二莖節(jié)間和葉鞘的分配;濟麥20的W1處理和泰山22的W2、W3處理的倒二莖節(jié)間和葉鞘可溶性總糖含量在花后14d達峰值后下降較平緩,有利于其灌漿中后期向產(chǎn)品器官轉運.同一水分處理下兩品種比較,泰山22的倒二莖節(jié)間和葉鞘可溶性總糖含量均高于濟麥20,表明泰山22倒二莖節(jié)間和葉鞘可貯存更多的光合產(chǎn)物,有利于增加粒重.2.2按功能分級標準處理dp4果聚糖花后7、14d,兩品種的倒二莖節(jié)間和葉鞘DP≥4果聚糖含量為W0>W1>W2、W3(圖2);花后28d,濟麥20為W1、W2、W3>W0,泰山22為W1、W2>W3>W0;花后21、35d,兩品種各處理間均無顯著差異.兩品種全生育期不灌水有利于倒二莖節(jié)間和葉鞘DP≥4果聚糖在灌漿初期的積累和在灌漿后期的降解;灌水后,小麥灌漿中后期的倒二莖節(jié)間和葉鞘DP≥4果聚糖含量升高,不利于莖鞘貯存碳水化合物的降解及向籽粒的轉運,這是兩品種灌水處理粒重顯著低于不灌水處理的原因之一.同一水分處理下兩品種比較,泰山22各處理倒二莖節(jié)間和葉鞘的DP≥4果聚糖含量高于濟麥20,表明泰山22倒二莖節(jié)間和葉鞘積累DP≥4果聚糖的能力較強,為粒重增加奠定了基礎.2.3按插裝期不同處理的施工工藝濟麥20的W0倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖含量在花后0～14d高于W1、W2和W3處理,花后21、28d低于各灌水處理(圖2);灌水處理間比較,倒二莖節(jié)間和葉鞘的DP=3果聚糖含量在花后7、14d為W1>W2、W3,花后21d為W2>W3、W1.泰山22的W0倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖含量在開花期和花后7d高于W1、W2、W3處理,花后14～28d低于各灌水處理;灌水處理間比較,倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖含量在花后7、14d為W1>W2、W3,花后21d為W2>W3>W1,花后28d各處理無顯著差異.兩品種全生育期不灌水處理有利于倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖在灌漿初期的積累和在灌漿中后期的降解;灌水處理間比較,W1處理的倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖含量在灌漿初期較高,在灌漿中后期較低,說明果聚糖進行了分解并向籽粒中轉運,有利于粒重的增加.同一水分處理下兩品種比較,泰山22的倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖含量在花后0～14d高于濟麥20,花后21、28d低于濟麥20,表明泰山22倒二莖節(jié)間和葉鞘DP=3果聚糖的積累及其向籽粒的轉運能力較強.2.4對倒二莖節(jié)和落葉糖含量的影響兩品種的倒二莖節(jié)間和葉鞘果糖含量對水分處理的響應不同(圖3),濟麥20花后21和28d為W0>W1>W2、W3;泰山22花后21d為W0>W1、W2、W3,花后28d為W0>W3>W2>W1.兩品種全生育期不灌水處理的倒二莖節(jié)間和葉鞘果糖含量在花后21～35d高于各灌水處理,有利于莖鞘貯存碳水化合物向果糖的轉化和增加粒重.濟麥20的W1倒二莖節(jié)間和葉鞘果糖含量峰值高于W2、W3處理,且持續(xù)期較長,有利于莖鞘貯存的水溶性碳水化合物在灌漿中后期向果糖的降解.泰山22的W2、W3花后28d倒二莖節(jié)間和葉鞘的果糖含量高于W1處理,表明在冬水+拔節(jié)水的基礎上增加灌漿水促進了泰山22灌漿中后期倒二莖節(jié)間和葉鞘果糖含量的提高.同一水分處理下兩品種比較,泰山22的倒二莖節(jié)間和葉鞘果糖含量在開花和花后7d低于濟麥20,花后21d達到峰值且高于濟麥20,之后迅速降低,表明泰山22倒二莖節(jié)間和葉鞘的果糖積累及轉移率較高.2.5籽粒灌漿速率兩品種的籽粒灌漿速率對水分處理的響應不同(圖4):同一水分處理下兩品種比較,W0處理下,泰山22在花后7、14、28d的籽粒灌漿速率高于濟麥20;各灌水處理下,泰山22在花后7、14、21d的籽粒灌漿速率高于濟麥20,表明泰山22有利于在灌漿前期和中期保持較高的籽粒灌漿速率.兩品種全生育期不灌水處理的籽粒灌漿速率在灌漿初期顯著高于各灌水處理,在灌漿中后期仍保持較高水平,有利于粒重的增加.兩品種的W1和W2處理的籽粒灌漿速率在灌漿中期顯著高于W3處理.2.6不同水分處理對籽粒產(chǎn)量的影響從表1可以看出,兩品種每穗粒數(shù)隨灌水量的增加呈先增加后降低的趨勢;全生育期不灌水處理的穗數(shù)顯著低于各灌水處理,灌水處理間無顯著差異;W0處理的千粒重最高,因其穗數(shù)和每穗粒數(shù)低,籽粒產(chǎn)量最低.兩品種籽粒產(chǎn)量及其構成因素對灌水的響應不同:濟麥20的W1處理籽粒產(chǎn)量最高,其每穗粒數(shù)和千粒重與W2處理無顯著差異,均高于W3處理;泰山22的W2處理籽粒產(chǎn)量和穗數(shù)最高,每穗粒數(shù)與W1處理無顯著差異,均高于W3處理.同一水分處理下兩品種比較,W0、W1處理下,濟麥20的每穗粒數(shù)、穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量高于泰山22;W2、W3處理下,泰山22的千粒重和籽粒產(chǎn)量高于濟麥20.表明在灌水較少的條件下,濟麥20能保持較高的每穗粒數(shù)和穗數(shù),有利于實現(xiàn)較高產(chǎn)量;隨灌水量增加,泰山22的穗數(shù)增加,千粒重降低幅度較小,籽粒產(chǎn)量增加幅度大于濟麥20,增產(chǎn)潛力較大,但兩品種灌水較多的W3處理產(chǎn)量均降低.3利用干旱脅迫和堅持顆粒重和產(chǎn)量小麥莖鞘中貯存的水溶性碳水化合物對粒重和產(chǎn)量提高具有重要意義,籽粒中的碳水化合物約有67%～75%來自花后葉片的光合作用,25%～33%源于莖鞘貯存物質的再分配.小麥開花前莖鞘積累的水溶性碳水化合物對籽粒產(chǎn)量的貢獻率為3%～30%,開花后為10%～25%,以果聚糖的作用最大,果糖是莖鞘貯存碳水化合物代謝中重要的中間物質,是果聚糖分解的直接產(chǎn)物.花前營養(yǎng)器官水溶性碳水化合物轉運量的下降是導致小麥產(chǎn)量降低的原因之一.研究表明,土壤干旱促進了小麥莖鞘貯存果聚糖的降解和貯藏物中14C向籽粒的運轉.本研究表明,濟麥20和泰山22的W0處理在灌漿初期倒二莖節(jié)間和葉鞘的可溶性總糖含量、DP≥4和DP=3果聚糖含量及灌漿后期的果糖含量均高于各灌水處理,表明全生育期不灌水促進了倒二莖節(jié)間和葉鞘中貯存的水溶性碳水化合物在灌漿初期的積累和灌漿后期的降解.本試驗闡述了莖鞘水溶性碳水化合物積累動態(tài)與籽粒產(chǎn)量的關系,濟麥20的W1處理和泰山22的W2處理在灌漿初期的倒二莖節(jié)間和葉鞘的DP≥4和DP=3果聚糖含量及灌漿后期的果糖含量均高于其他灌水處理,且高值持續(xù)期長,是兩處理獲得高產(chǎn)的生理基礎.與濟麥20相比,泰山22莖鞘貯存水溶性碳水化合物在灌漿初期的積累和灌漿后期的降解與轉運能力較強.Sun等研究表明,高產(chǎn)條件下小麥產(chǎn)量隨灌水量的增加呈拋物線關系;土壤干旱導致產(chǎn)量降低,而一定程度的水分脅迫有利于提高小麥單產(chǎn).在小麥產(chǎn)量構成因素中,粒重是影響籽粒產(chǎn)量的主要因素.水分對小麥灌漿進程和粒重有重要影響,花后土壤水分虧缺縮短了冬小麥的灌漿時間,灌漿速率相應增加.Labharat等研究指出,水分脅迫有利于小麥粒重的增加;還有研究表明,花后土壤干旱導