播期对小麦品系3015花后籽粒氮、磷、钾含量变化的影响

未志源,梅沛沛,薛香,郜庆炉

（1.河南科技学院生命科技学院,河南新乡453003；2.现代生物育种河南省协同创新中心,河南新乡453003）

播期对小麦品系3015花后籽粒氮、磷、钾含量变化的影响

未志源1,2,梅沛沛1,2,薛香1,2,郜庆炉1,2

（1.河南科技学院生命科技学院,河南新乡453003；2.现代生物育种河南省协同创新中心,河南新乡453003）

试验于2015—2016年在河南科技学院乔榭试验田进行,以小麦品系3015为研究对象,设置3个不同的播期,研究在不同播期条件下小麦灌浆过程中籽粒氮、磷、钾含量的动态变化.结果表明：不同播期对小麦品系3015产量的影响表现为：早播＞晚播＞中播.籽粒中磷的含量差异显著,中播比早、晚播含量分别高9.2%、7.4%；钾素含量早播明显高于中、晚播,分别高79.7%、157.9%,差异达极显著水平；灌浆过程中,花后31 d之前小麦籽粒氮素含量在3个播期之间差异极显著,随着生育期的延长其差异逐渐降低,在花后24 d,小麦籽粒中氮素含量早播比中、晚播分别高2.3%、14.5%,且存在极显著差异.建议小麦品系3015早播,以提高产量和品质.

播期；小麦；灌浆期；氮磷钾养分

Abstract:The experiment was carried out in 2015―2016,at Qiaoxie experiment field,in Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang.To investigate effects of sowing date on dynamic changes of grain nitrogen,phosphorus and potassium contents during grain filling period in wheat line 3015,three wheat sowing dates with wheat line 3015 were designed as the research object.The main results showed that,the effects of sowing date on wheat grain yield came out in the order that early sowing＞late sowing＞middle sowing.The content of phosphorus in grain was significantly different among three sowing dates,there the content of phosphorus in the middle sowing date were 9.2%and 7.4% higher than that in early sowing and late sowing,respectively.The content of potassium in grain were 79.7%and 157.9%higher than that in early sowing and late sowing,respectively,and the difference reached significant levels. During grain filling,the grain nitrogen content of wheat was significantly different among the three sowing dates, especially in 31 days after anthesis,and the difference gradually decreased with the plant growth.On the 24 d after anthesis,nitrogen content was 2.3%and 14.5%higher than that in middle and late sowing,respectively,and the differences were significant.Therefore,wheat line 3015 was suggested to sow early in order to improve its yield and quality.

Key words:sowing date；wheat；grain filling；NPK nutrients

小麦种植面积占世界谷类作物总面积的1/3左右,总产量占粮食的1/4,是世界上40%人口的主食[1].选育出高产优质的小麦品种对小麦产量和品质的提高至关重要[2].

氮素可以调节籽粒中蛋白质的含量,还会影响其加工品质[3-4].作物光合作用的产物最终形态为干物质,其积累、分配及其运转与经济产量的形成密切相关[5-9].吸氮量的增长速率是前期高而后期低,施氮量影响收获期总吸氮量和籽粒吸氮量.小麦花后的营养器官氮素水平是决定产量、籽粒氮素累积量和蛋白质含量的重要构成因素[10-11].

磷作为植物必需的大量营养元素以及其提高植物抗逆性等作用已经被证实[12-14].籽粒中的磷含量高于叶片,叶片高于根系.籽粒中吸磷量变化差异并不明显,随着灌浆过程的进行,累积的磷素不断被稀释,总量虽没有明显的变化,但浓度不断下降[15].

钾在植物适应外界不良环境、激活酶活性、合成蛋白质、提高产品品质等方面具有很强的能力.在植物体内的钾含量（K2O）一般占干质量的0.3%～5.0%,种子中钾含量比较低,尤其是谷类作物种子钾含量低于茎杆.钾有助于增强旗叶磷酸蔗糖合成酶的活性,增加旗叶中蔗糖的含量,从而提高了灌浆期间籽粒中蔗糖的供应,增强了籽粒中蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性,加速了淀粉积累速率,提高了粒质量和产量.吸钾期主要在前期,抽穗期已达顶峰,此后不再吸收,这是小麦吸钾的一个特点[16].

大量研究结果表明,从抽穗期到成熟期氮、磷、钾各营养元素的积累呈上升趋势,但有关小麦花后灌浆过程中籽粒中的氮、磷、钾含量的研究尚未见诸报道.为此,本试验选用小麦品系3015作为研究对象,研究不同播期下灌浆过程中小麦籽粒中氮、磷、钾养分的积累特点,旨在探寻小麦花后氮、磷、钾含量动态变化规律,为小麦优质高产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015—2016年在河南新乡河南科技学院乔榭试验田进行.试验区气候属北温带大陆性季风气候,光热充沛,四季分明,土地肥沃.年平均气温14℃；7月最热,平均气温27.3℃；1月最冷,平均气温0.2℃；最高气温42.7℃,最低气温-21.3℃.年均湿度68%,最大冻土深度280 mm.最大降雨量1 168.4 mm,最小降雨量241.8 mm,年平均降雨656.3 mm,最大积雪厚度395 mm,年蒸发量1 748.4 mm.6至9月份降水量最多,为409.7 mm,占全年降水量的72%,且多暴雨.全年最多风向为东北东风,频率为17.49%；次多风向为东北风,频率为12.3%.年平均风速为2.45 m/s.无霜期220 d,全年日照时间约2 400 h.前作为玉米,试验地为中壤质黄潮土,土层深厚.0—20 cm、20—40 cm耕层土壤基础肥力状况见表1.

表1 玉米播前0—20 cm、20—40 cm土壤基础肥力Tab.1 Background properties ofsoil（0—20 cmand 20—40 cmdepth）before corn sowing

1.2 试验材料

试验材料为半冬性中筋中熟小麦品系3015,由河南科技学院遗传统计教研室提供.

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验设置3个不同的播期,分别为2015年10月9日、10月24、11月3日.随机区组试验,3次重复,基本苗密度为20万/667m2,田间管理采用大田常规管理办法.早播开花时间为2016年4月11日,中播开花时间为2016年4月14日,晚播开花时间为2016年4月15日.开花后选择长势、长相、大小一致的麦穗挂牌标记,开花后17 d开始取样,每隔7 d取样一次,每个播期取样5次,直到完全成熟.

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 预处理挑选10穗小麦穗,每穗挑取中间部分20粒籽粒,共200粒.将挑取的籽粒于105℃杀青30 min,恒温80℃烘干至恒质量.用粉碎机粉碎后装入密封袋低温保存.

1.3.2.2 籽粒中氮、磷、钾含量测定称取0.100 0 g籽粒样品于消煮管中,加入5 mLH2SO4,摇匀过夜（或至少反应4 h以上）,待消煮.消煮前加入2 mL H2O2摇至充分反应后,放入铝模块自动消化装置（X42A）中,温度设置3个阶段370℃、220℃、370℃,时间分别设置为50 min、50 min、50 min.消煮至所有液体清澈透明时才为消煮结束.待消煮液冷却后,转移到50 mL容量瓶中定容,定容后使用定量滤纸将杂质过滤保存,待测养分.用AA3连续流动分析仪（TRAAS-2000）测定样品中的氮、磷含量.用6400A火焰光度计测定样品中的钾含量.

1.3.2.3 考种小麦成熟后在每个小区计产带区选取1 m行长的小麦植株,对其中5株小麦进行考种.

1.3.3 数据分析数据用Microsoft Excel 2016整理作图,利用SAS8.1软件进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 不同播期小麦产量及考种结果

不同播期下小麦3015的产量见图1,考种结果见表2.

图1 不同播期小麦籽粒产量Fig.1 Wheat grain yield at different sowingdates

由图1可知,3个播期之间小麦3015的产量差异不显著（P=0.837 5）,但早播小麦籽粒产量要比中播和晚播分别高9.0%、8.1%.

表2 不同播期小麦考种结果Tab.2 Analysis ofwheat test results at different sowingdates

由表2可知,小麦株高范围为69.3～75.2 cm,早播小麦株高要比中、晚播小麦分别高5.9 cm、4.4 cm,并且差异达显著水平,而中播和晚播小麦株高之间的差异并不显著.穗下节间长、小穗数以及穗长在早播条件下均比中播和晚播好,且穗下节间长、小穗数和穗长在3个播期之间有显著差异.穗下节间长、小穗数和穗长与产量有较高的相关性（r=0.927～0.974）.小麦茎秆倒1节间长度、倒2节间长度、小麦穗粒数和千粒质量在3个播期之间差异均不显著.

2.2 不同播期对灌浆过程中小麦籽粒氮、磷、钾含量变化的影响

2.2.1 小麦籽粒氮含量在灌浆期的动态变化不同播期下小麦3015灌浆过程中籽粒的氮含量见图2.

图2 不同播期小麦灌浆过程中籽粒的氮素含量Fig.2 Grain nitrogen content duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由图2可知,灌浆过程中,花后31 d之前小麦籽粒氮素含量在3个播期之间差异极显著,随着生育期的延长其差异逐渐降低.随着灌浆的推进,氮素含量呈现先下降后回升的趋势.在花后17 d中播氮素含量比早播、晚播高4.4%～4.5%,达到显著差异（P=0.011 0）；在花后24 d氮素含量早播比中、晚播分别高2.3%、14.5%,早播、中播与晚播之间存在极显著差异（P=0.006 4）；花后31 d到收获3个播期的氮素含量均呈上升趋势,3个播期间差异均不显著.

早播条件下灌浆过程中氮素含量的变化较为平稳,花后24 d以前的差异不显著,在花后31 d氮素含量明显下降,下降了20.9%,之后上升8.6%,但是上升幅度没有显著的差异；中播时开花后24 d前氮含量较高,花后31 d有所下降,下降12.8%,中播氮含量有极显著的差异（P＜0.000 1）.

2.2.2 小麦籽粒磷含量在灌浆期的动态变化不同播期下小麦3015灌浆过程中籽粒的磷含量见图3.

图3 不同播期小麦灌浆过程中籽粒的磷素含量Fig.3 Grain phosphorus content duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由图3可知,3个播期的小麦籽粒中磷素的含量积累随着灌浆期的延长呈现先下降后上升的趋势,中播总体磷素含量比早播高9.2%,比晚播高7.4%,3个播期之间存在显著性差异（P=0.048 3）；在灌浆过程内磷素含量变化较为明显,花后17 d的磷素含量最高达到了20.78 mg/kg,分别比花后24、31、38、45 d高24.6%、46.1%、77.2%、64.0%,3个播期5个不同的时间之间存在极显著差异（P＜0.000 1）.花后17 d中播比早播、晚播磷素含量分别高11.1%、11.0%,花后24 d中播比早播、晚播磷素含量分别高16.8%、11.5%,但播期之间没有显著性差异（P花后17d=0.427 2,P花后24d=0.274 3）；花后31 d早播比晚播高14.4%,中播比晚播高23.8%,早播与中播之间没有显著性差异,中播与晚播之间有显著性差异,花后31 d 3个播期之间有显著性差异（P=0.0406）；花后38d、45d播期之间没有显著性差异（P花后38d=0.4028,P花后45d=0.2035）.

从播期来看,花后17、24、31 d中播的磷素含量都要高于早播和晚播,花后45 d中播的磷素含量要比早播和晚播低,花后38 d早、中、晚播的磷素含量均呈上升趋势,晚播含量最高.早播条件下花后24、31、38和45 d的磷素含量变化差异都不显著.花后38 d,随着时间的延长,磷素含量上升16.5%达到花后45 d的磷素含量,早播条件下灌浆过程中的差异达到了极显著的水平（P=0.003 6）.中播花后17 d的磷素含量比花后24、31、38、45 d分别高22.5%、42.5%、86.2%、82.7%,花后45 d的磷素含量比花后38 d高1.9%,灌浆过程之间的变化差异达到了极显著水平（P=0.003 1）.晚播花后45 d比花后38 d的磷素含量高6.5%,花后17、24 d以及31 d以后（含花后31 d）的变化差异存在显著差异.

2.2.3 小麦籽粒钾含量在灌浆期的动态变化不同播期下小麦3015灌浆过程中籽粒的钾含量见图4.

图4 不同播期小麦灌浆过程中籽粒的钾素含量Fig.4 Grain potassiumcontent duringgrain fillingofwheat at different sowingdates

由图4可知,早播钾素总体含量最高,为13.2 mg/kg,晚播总体含量最低,为5.1 mg/kg,早播是中播钾素总体含量的1.8倍,是晚播的2.6倍.在花后17 d,3个播期钾素总体含量分别是花后24、31、38、45 d的1.5倍、2.2倍、2.4倍、2.7倍,3个播期之间灌浆过程中都有极显著的差异（P＜0.000 1）.小麦籽粒中3个播期的钾素含量积累随着生育期的延长呈现下降的趋势,晚播在花后31 d有所回升,与花后45 d相比回升了15.6%.在花后17 d,早播的钾素含量要高于中播12.1%,是晚播钾素含量的2.4倍,3个播期之间有极显著的差异（P＜0.000 1）；花后24 d的早播与中播、晚播之间有明显的差异,早播分别是中播、晚播钾素含量的2.4倍、2.8倍,花后24 d,3个播期之间的差异变化为极显著（P＜0.000 1）；花后31 d,小麦早播的钾素含量是中播的2.2倍,是晚播的3.3倍,中播是晚播的1.5倍,3个播期之间存在着极显著的差异（P＜0.000 1）；花后38 d播期之间差异极显著（P＜0.000 1）,其中早播与中、晚播之间有明显的差异,早播分别是中播、晚播的2.7倍、2.4倍,从花后31 d后到花后38 d钾素含量有所回升.花后45 d同花后38 d的基本情况一致,早播分别是中播、晚播钾素含量的2.3倍、2.1倍,晚播比中播的含量高了9.0%.

同一播期之间钾素含量的差异也达到极显著水平（P＜0.000 1）,早中晚播期的钾素含量呈下降趋势,其中早播含量最高,其次是中播,晚播含量最低.早播花后17、24 d含量下降幅度较大,分别下降了15.3%、28.6%；中播花后17 d钾素含量下降了60.3%,花后38 d和花后45 d的含量几乎没有变化；晚播花后31 d的含量要低于花后38 d和花后45 d,分别低16.5%、13.5%,花后38 d钾素含量高于花后45 d 3.6%.同一播期灌浆过程中不同时期之间的差异均极显著（P＜0.000 1）.

3 结论与讨论

在本研究中,3个播期之间的产量从大到小依次为早播＞晚播＞中播,不同播期对实际产量的影响差异不显著.早播产量较高是由于灌浆期前吸收的养分较多,灌浆后养分运转率高；中播与晚播之间的产量差异不显著是因为气候原因使开花时间前后相差一天,而晚播株高比中播高,吸收到的光要多,光合时间要长,合成光合产物多,导致了晚播比中播产量要高的情况.影响产量高低的因素很多,气候变化为主导因素,产量规律需要多年多点试验进行验证.

各营养元素总体含量之间从大到小依次为氮、磷、钾,这应该与小麦营养吸收机制有关.土壤肥力中最活跃的是氮因素,也是限制农业生产中最重要的因子之一.本研究结果表明,氮素含量吸收在花后灌浆过程各时间段之间的趋势为先下降后上升,但上升的差异不大,这与赵新春[16]研究结果相一致.作物对土壤氮素有很大的依赖性[17-20],据报道世界上粮食增产的50%左右取决于土壤氮素肥力[21].小麦籽粒的氮含量、磷含量在花后45 d时晚播条件下为最高,可能是由于小麦吸收的氮素还未全部转化为其他物质就收获的原因.从植物生理角度来考虑,需要合理地调控植株体内的氮素,使其营养生长阶段达到群体最大的光合水平,将光合产物最大化地转变为籽粒产量[16].在穗期适当增加氮肥的施用,有利于提高氮肥的吸收利用、结实率及氮素收获指数,从而实现小麦的优质增产.

植物体内的磷以一种植素的物质存在且含量较高,植素参与调节籽粒灌浆,其合成控制着种子中磷酸盐的浓度,植素的形成会使磷酸盐的浓度降低,从而保证了淀粉能够顺利合成.本研究中3个播期之间,晚播在收获时期的磷素含量较高,早播比中播要高,花后灌浆期磷素的吸收呈现整体下降的趋势,在收获期又有所上升,但上升幅度不大.赵新春[16]的研究中籽粒吸收磷素的量随着灌浆期的推进而逐渐下降,本研究结果与其相似.

钾在植物体内有很强的流动性,随着生长中心的转移而转移.钾含量的提高有利于籽粒中色氨酸、蛋氨酸、淀粉和可溶性糖含量的提高,所以钾素对籽粒的品质有较大的影响.钾素在灌浆过程中早播的含量明显高于中播与晚播.早播的灌浆时间要比中播与晚播平均多3～4 d,有利于提高小麦产量与品质.

综上所述,建议小麦品系3015早播,以提高产量和品质.但是氮、磷、钾在小麦体内的运转规律还需要进一步研究,以解释小麦高产优质的机理.

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（责任编辑：邓天福）

Effects of sowing date on grain nitrogen,phosphorus and potassium contents in wheat line 3015 after anthesis

WEI Zhiyuan1,2,MEI Peipei1,2,XUE Xiang1,2,GAO Qinglu1,2
（1.School ofLife Science and Technology,Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Collaborative Innovation Center ofModern Biological Breeding,Henan Province, Xinxiang453003,China）

S512.1

A

1008-7516（2017）04-0009-06

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.04.002

2017-06-27

河南省作物学特色学科项目（教高[2015]1086号）

未志源（1993―）,男,河南安阳人,本科生.

薛香（1963―）,女,河南睢县人,教授.主要从事遗传育种教学与科研工作.