谷子不同生育时期水分胁迫抗旱生理特性研究

张艾英，郭二虎，范惠萍，李瑜辉，王丽霞，王秀清，程丽萍

（山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046011）

水分是作物生长发育的必要条件之一，也是限制作物生产力的一个关键生态因素[1]。谷子具有较强的耐旱性，主要种植在干旱地区[2]，但谷子对水分的需求与其所在环境的水分条件经常处于矛盾之中，多数谷田的水分供应不足及供需时间不一致的矛盾尤为突出。目前，仅对谷子的某一生育时期水分胁迫的某些性状进行了研究，但对谷子全生育期水分胁迫的研究较少[3-6]。王永丽等[7]研究了不同时期干旱胁迫对谷子农艺性状的影响，但由于品种单一，说服力不强，且采用盆栽，与生产结合不紧密。

本试验采取大田遮雨的方法对谷子不同生育阶段的需水规律进行了系统完善的研究，旨在为有效提高谷子的水分利用效率、制定干旱丘陵地区谷子配套栽培技术提供科学依据和理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2011—2012年在山西省农业科学院谷子研究所农场内进行。土壤类型为壤土，试验点属中温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温为5～11℃，年平均降雨量在600 mm以上，无霜期155～184 d，2011，2012年度谷子生育期降水量分别为357.4，288.4 mm。试验地前茬作物均为玉米，一年一熟，多年秸秆还田。

1.2 试验设计

选春谷区主推品种长农35号、晋谷21号、晋谷20号为供试材料，采取搭建遮雨棚的方法分别在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期4个时期进行控水与不控水处理。处理方法：若降雨采取遮雨为干旱处理，不遮雨为对照处理；若不降雨采取灌水（普通喷灌2 h）为对照处理，不灌水为干旱处理。试验采用裂区设计，处理时期为主区，品种为亚区，区组内随机排列，小区重复3次，小区面积15 m2（3 m×5 m），行距33 cm。每公顷施纯氮120 kg，P2O575 kg，K2O 60 kg，氮、磷、钾肥全部底施，公顷留苗30万株。生育期取样调查生长生理指标，收获时计产。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 SPAD值测定 谷子抽穗后，用叶绿素测定仪SPAD-502直接测定各处理的顶三叶SPAD值。1.3.2 小区测产及常规考种 成熟后每小区随机取样10株，调查株高、茎粗、穗长、穗粗、穗质量、粒质量、千粒质量等。为消除处理间基础性状的差异，采用性状相对值进行抗旱性的综合评价。抗旱系数＝干旱产量/对照产量[8]；各指标性状相对值＝水分胁迫下性状测定值/正常供水下性状测定值。

2 结果与分析

2.1 不同生育时期水分胁迫下谷子顶三叶SPAD值的变化

相对叶绿素含量和相对光合速率与谷子的抗旱性密切相关，可作为抗旱性的光合指标[5]。通过对4个生育时期处理（苗期、拨节期、抽穗期和灌浆期）水分胁迫处理后谷子旗叶、倒二叶、倒三叶SPAD值测定，结果（表1）表明，不同时期的干旱胁迫下，苗期处理SPAD值和对照持平，有的显著增加，说明苗期的适度控水有利于SPAD值的增加；拔节期水分胁迫谷子不同叶位的SPAD值显著下降，且一直停留在一个较低的水平，说明后期的降雨并不能减轻拔节期水分胁迫对谷子生长发育产生的伤害，拔节期是谷子的需水敏感期；抽穗期和灌浆期的水分胁迫对谷子不同叶位SPAD值的影响，不同品种不同时期表现不同，大多表现为和对照持平，少数表现为增加或降低，变化不规律，说明抽穗期和灌浆期的水分胁迫对谷子叶位SPAD值影响较小。

表1 不同生育时期水分胁迫下不同谷子品种顶三叶SPAD值的变化

2.2 小区产量及其相关性状分析

表2 不同处理和自然对照的比值

表2为不同控水处理谷子各个性状和对照的 比值，该值大于1说明该性状比对照高，小于1说明该性状比对照低。从2 a的试验结果来看，苗期控水对谷子多个农艺性状及产量影响不大。拔节期控水，植株的株高明显降低，但节数不变，主要表现在穗下部5节，节间明显缩短；茎粗、次生根数、倒二叶面积、穗质量、穗长、穗粗、穗粒质量、千粒质量及产量等都明显降低。抽穗期控水，谷子的穗质量、穗粒质量等降低，秕粒数多。灌浆期控水，穗质量、穗粒质量、千粒质量降低，相应的产量也降低。从总体来看，可初步认为拔节期为谷子抗旱的敏感期。

3 结论与讨论

3.1 讨论

本研究苗期水分胁迫处理的结果与张文英等[3]的研究结果存在一定差异，分析其原因，一方面是由于自然降雨与人工浇水在效果上存在较大差异，另一方面是由于采用的品种不同，春夏谷品种间在苗期生育特性上存在一定的差异。苗期的适度干旱能在不影响籽粒产量的同时节约大量的水资源，从而大幅度提高水分利用效率。因此，在限量灌溉农业中，合理利用干旱锻炼的积极作用，将能充分发掘作物的节水潜力，以提高用水效率。

水分胁迫是当前研究的热点，但是大部分学者都是采用盆栽试验[9-14]。本试验主要是采用大田条件下搭建遮雨棚的方法，通过不同生育时期控制降雨进行谷子各个生育时期的干旱模拟，这样更接近于大田生产实际，并紧密结合了当地气候因素，其研究结果更能有效地指导生产。由于不同指标对水分胁迫的敏感度不同，如何选择适宜的水分胁迫指标、如何排除遮雨棚的增温效应等问题均有待于进一步改善，从而为节水灌溉提供进一步的理论基础。

3.2 结论

本研究表明，苗期适度干旱，有利于谷子蹲苗，形成健壮的植株[15]，谷子不同叶位SPAD值增加，相应产量增加。从测定指标可以看出，拔节期为谷子抗旱的敏感期，也是谷子需水高峰期，是谷子抗旱获得高产的关键供水时期；抽穗期灌水，有利于增产；灌浆期保水，有助于饱粒的形成，提高千粒质量。

［1］山仑.能否实现大量节约灌溉用水？我国节水农业现状与展望[J].资源环境与发展，2006（1）：1-4.

［2］张海金.谷子在旱作农业中的地位和作用 [J].安徽农学通报，2007（10）：169-170.

［3］张文英，杨立军，田再民，等.苗期水分胁迫对谷子主要农艺性状的影响[J].河北农业科学，2012，16（9）：1-3.

［4］李会芬，时丽冉，崔兴国，等.水分胁迫对不同品种谷子萌发期的影响[J].江苏农业科学，2013，41（5）：67-70．

［5］ 张文英，智慧，柳斌辉，等.干旱胁迫对谷子孕穗期光合特性的影响[J].河北农业科学，2011，15（6）：7-11.

［6］ 张文英，智慧，柳斌辉，等.谷子孕穗期一些生理性状与品种抗旱性的关系[J].华北农学报，2011，26（3）：128-133.

［7］王永丽，王珏，杜金哲，等.不同时期干旱胁迫对谷子农艺性状的影响[J].华北农学报，2012，27（6）：125-129.

［8］李德全，郭清福，张以勤，等.冬小麦抗旱生理特性的研究[J].作物学报，1993，19（2）：125-132.

［9］张文英，智慧，柳斌辉，等.谷子全生育期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选[J].植物遗传资源学报，2010，11（5）：560-565.

［10］程林梅，阎继耀，张原根，等.水分胁迫条件下谷子抗旱生理特性的研究[J].植物学通报，1996，13（3）：56-58.

［11］宋新颖，邬爽，张洪生，等.土壤水分胁迫对不同品种冬小麦生理特性的影响[J].华北农学报，2014，29（2）：174-180.

［12］张军，吴秀宁，鲁敏，等.拔节期水分胁迫对冬小麦生理特性的影响[J].华北农学报，2014，29（1）：129-134.

［13］李芬，康志钰，邢吉敏，等.水分胁迫对玉米杂交种叶绿素含量的影响[J].云南农业大学学报：自然科学版，2014（1）：32-36.

［14］张进艳，陈芳.水分胁迫下16个玉米NAC转录因子的序列特征和表达分析[J].山西农业科学，2014，42（4）：307-312.

［15］邢宝龙，朱玉，高均平.谷子高产栽培技术[J].内蒙古农业科技，2011（2）：109-110.