抗旱剂对小麦抗旱性、产量及水分利用效率的影响

席吉龙，张建诚，杨 娜，郝佳丽，姚景珍，席凯鹏，李永山，王 珂

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城 044000）

干旱胁迫已成为限制小麦产量的重要因子。干旱胁迫不仅造成小麦减产，还影响小麦的生长发育、生理生化代谢、基因表达[1]。在采用常规传统耕作栽培技术增强小麦抗旱性的同时，利用小麦化学调控增强小麦抗旱性能及提高产量也是一条可行的路径。前人研究结果表明，对作物抗旱有一定作用的化学物质有脱落酸[2]、细胞分裂素[3]、氯化胆碱[3]、芸苔素内酯[3-4]、黄腐酸[5-6]、萘乙酸[7]、甜菜碱[8]、脯氨酸[9]、氯化钙[10]、赤霉素[3，10]、水杨酸[11]、硫酸锌[11]、稀土[12]等。但单一使用这些化学物质进行抗旱效果并不理想，需要与其他物质配合使用。但对复合抗旱剂研究报道较少，贾洪涛等[1]研究表明，小麦专用复方抗旱型浸种剂处理的种子发芽势升高，小麦幼苗根数和根长均显著增加；姚维传等[13]研究表明，抗旱剂浸种，在干旱胁迫下能提高小麦的出苗率，增大根冠比，促进小麦的苗期生长；梁志刚等[14]研究表明，GDR5号绿色抗旱剂喷施小麦增产效果显著。而这些研究大多数在是实验室和盆栽环境下进行的，且对小麦水分利用率的研究少有报道，尤其在田间干旱胁迫下的研究更少。

笔者前期应用植物营养剂、植物生长调节剂、基因诱导剂、辅助剂和水，组成16种提高小麦抗旱能力的制剂配方，在小麦上进行了一系列应用增产效果及耐旱性研究，筛选出抗旱能力强的2个配方Kh-1和Kh-13[15]。为进一步验证该配方的田间应用效果，使该复合抗旱剂能尽快在生产上发挥应有的作用，开展了大田旱地小麦复合抗旱剂拌种技术及节水效应研究，以期为抗旱剂的开发应用和小麦的节水栽培探索一条新路。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及条件

试验于2013年10月至2014年6月在山西省农业科学院棉花研究所牛家凹试验农场进行。试验所在地属黄河流域西部典型旱地小麦区，每年种收一季小麦，壤质土，肥力均匀；播前0～20 cm耕层土壤有机质12.36 g/kg，全氮0.74 g/kg，有效磷9.5 mg/kg，速效钾174.4 mg/kg。播前一次性施入尿素358.7 kg/hm2，重过磷酸钙326 kg/hm2，中途不追肥。2013年10月8日播种，各处理田间管理一致，于2014年6月3日收获。

1.2 试验材料

抗旱剂Kh-1，Kh-13由山西省农业科学院棉花研究所研制和提供，其中，Kh-1配方主要由复合氨基酸液、螯合钙、黄腐酸、调节剂组成；Kh-13配方主要由复合氨基酸液、诱导剂、调节剂、微量中量元素、辅助剂组成（Kh-13申报发明专利于2018年4月3日授权，专利号ZL201510479324.2）。参试小麦品种为国审麦运旱618，由选育单位山西省农业科学院棉花研究所提供。

1.3 试验设计

试验设3个处理：1.Kh-1拌种；2.Kh-13拌种；3.清水拌种（CK）。重复3次，小区面积20 m2。干旱胁迫处理，测得播前10 cm土壤含水量为10.8%，相对含水量为51.4%，播后10 d内采取旱棚避雨，第11天复水300 m3/hm2，第14天出苗结束。小麦出苗结束后接纳雨水按常规大田管理。拌种方法：取Kh-1，Kh-13各100 mL，用1.5 kg自来水稀释，喷洒在10 kg小麦种子堆上，边喷边翻，直至全部种子表皮湿润，堆成小堆，盖上膜布堆放4～6 h，待种子吸收药液后供播种使用。每666.7m2种子用量10kg。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤含水量测定 于小麦播前和成熟收获时，采用土钻人工钻取0～100 cm深的土，每10 cm分层取土放入铝盒中，在105℃下烘至恒质量，测定土壤含水量。质量含水量（%）＝（W湿－W干）/（W干－W）×100%，式中，W湿为湿土质量＋铝盒质量（g）；W干为干土质量＋铝盒质量（g）；W为铝盒质量（g）；体积含水量（%）＝质量含水量×土壤容重（g/cm3）。

1.4.2 田间出苗率 在小麦出苗期，每小区选取3个有代表性的1 m长2行固定测样点，查清样点苗数，取其平均值换算为单位面积的基本苗。田间出苗率＝基本苗（株/hm2）/有效种子数（粒/hm2）×100%；有效种子数（粒 /hm2）＝播种量（kg/hm2）×种子数（粒/kg）×净度×发芽率。

1.4.3 相对电导率 用DDS-Ⅱ型电导仪测定，相对电导率＝（C1/C2）×100%。C1为处理叶片样品用无离子水浸泡2 h，在20～25℃恒温下用电导仪测定的煮前电导率（C1）；C2为叶片样品在置沸水中10～15 min，冷却10 min，平衡后在20～25℃恒温下用电导仪测定煮后电导率（C2）。

1.4.4 叶片相对含水率（RWC） 每处理取10个鲜叶称质量为鲜质量（IW），将叶片置于无离子水中浸泡24 h后称得饱和质量（SW），再置于80℃烘干箱中烘干至恒质量后称得干质量（DW）。

1.4.5 叶绿素荧光动力学参数 用美国OS-30P叶绿素荧光仪测定，在田间晴天9：00—12：00测量，测量时把叶夹通光门关闭，把叶夹夹在叶片中部，暗适应30 min后，直接测得初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、最大光化学量子产量光系统原初光能转化效率（Fv/Fm）等参数，每处理随机测5个叶片，取平均值作为测定值。

1.4.6 产量及产量结构 在小麦成熟期调查固定样点有效穗数，随机剪取20个穗，统计穗粒数；脱粒清选后随机数取2组样品，每组500粒，称质量计算千粒质量；于小麦成熟时取样测产，每小区取样面积20 m2，3次重复的平均结果为该小区产量，换算为标准含水的公顷产量。

1.4.7 耗水量与水分利用率

作物耗水量用农田水分平衡法[17-18]计算，水分平衡方程式ETa＝P＋I＋ΔW，式中，ETa指作物生育期耗水量（mm），包括植株蒸腾量与植株间地表蒸发量；P指该时段降水量（mm），I指灌水量（mm）；ΔW指作物不同生育时期之间的土壤贮水变化量，即土壤贮水消耗量，用水层厚度Δh表示：Δh（mm）＝10∑（Δθi×Zi），i（1，m）。Δθi为土壤某一层次在给定时段内体积含水量变化，Zi为土壤层次厚度（cm），i，m是指从土壤第i层到第m层。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下抗旱剂拌种对小麦田间出苗率的影响

小麦播种出苗需要的适宜土壤含水量壤土地在17%～18%[19]，播前测得0～10 cm的土壤含水量仅为10.8%，其相对含水量为51.4%。从表1可以看出，在干旱胁迫下播后7 d，Kh-1拌种和Kh-13拌种出苗率分别达61.6%和61%，分别比对照提高了155.6%和153.1%，且差异达到极显著水平；播后10 d，Kh-1拌种和Kh-13拌种出苗率分别比对照提高40.7%和40.0%，且差异达到极显著水平；播种后第11天灌水300 m3/hm2，第14天调查，出苗率比对照分别提高21.1%和21.6%。说明抗旱剂拌种能促进种子萌发，增强抗逆能力，利于苗齐苗壮。

表1 干旱胁迫下抗旱剂拌种对小麦田间出苗率影响 %

2.2 苗期几种主要生理指标测定

作物抗旱性是一系列生理生化反应及其与环境条件共同作用的最终结果，相对电导率、叶片相对含水量、荧光参数（Fv/Fm）常用于抗旱性鉴定的主要指标[16]。由表2可知，Kh-1和Kh-3相对电导率显著低于对照，说明拌种处理细胞内含物外渗较少，相对电导率愈小，表示细胞膜结构受害较轻，抗旱性增强。Kh-1和Kh-3的叶片相对含水量显著高于对照，叶片在干旱胁迫时，能调整气孔开张度，减少蒸腾，从而保持较高的含水量，抵御干旱的能力较强。拌种处理叶绿素荧光参数（Fv/Fm）均显著高于对照，Fv/Fm反映PSII中心的光能转化效率，即拌种处理最大光化学量子产量高于对照，说明拌种处理在干旱胁迫下能抑制PSII最大光化学量子产量的降低，保持较强的光合作用。

表2 不同制剂拌种处理生理指标测定结果

2.3 抗旱剂拌种对产量及产量结构的影响

由表3可知，Kh-1，Kh-13穗数分别比对照显著提高了32.27%和30.8%，穗粒数分别比对照显著提高了17.70%和19.22%，对千粒质量的影响不显著。Kh-1和Kh-13小麦产量分别比对照显著提高了59.11%和56.06%。说明用Kh-1，Kh-13拌种能提高田间出苗率，增加小麦群体数量和穗数，促进小穗分化，增加穗粒数，从而使小麦产量显著提高。

表3 抗旱剂拌种对产量和产量构成因子的影响

2.4 抗旱剂拌种对小麦水分利用率的影响

从表4可以看出，Kh-1和Kh-13拌种的小麦水分利用率相同，均比对照水分利用率显著提高了60.81%。表明播期水分胁迫下，通过抗旱剂拌种，能增强种子活力，有利于苗齐苗壮、群体数量和质量提高，增强抵御干旱的能力，充分利用生育期降雨，减少小麦总耗水量，发挥品种的增产潜力，能提高产量和水分利用率。

表4 抗旱剂拌种对小麦水分利用率的影响

3 结论与讨论

3.1 抗旱剂拌种可以显著提高小麦抗旱能力

干旱胁迫下，电导率、离体叶片相对含水率、叶绿素荧光参数会发生显著变化，因而，其常作为鉴定作物抗旱能力的重要指标[16-20]。笔者前期研究表明，干旱胁迫下，Kh-1和Kh-13处理的电导率、离体叶片相对含水率、叶绿素荧光参数等生理生化指标均优于对照[15]。本研究再次验证了抗旱剂对电导率、离体叶片相对含水率、叶绿素荧光参数的影响，显示抗旱性显著增强。Kh-1和Kh-13这2种拌种剂处理后，播后7 d田间出苗率分别达61.6%和61.0%，分别比对照提高155.6%和153.1%，10 d出苗率分别比对照提高40.7%和40.0%。说明这2种抗旱剂能调节干旱逆境下小麦的生理生化过程，能促进种子萌发和幼苗生长发育，提高个体质量，增强抗逆能力，保持叶片相对含水率，增强小麦抗旱性。

3.2 抗旱剂拌种可以显著提高产量和水分利用率

应用抗旱剂不仅可以提高小麦的抗旱性，使小麦在干旱条件下仍能保持正常的生长发育，而且可以获得较好的作物产量。在孕穗期喷施Kh-1和Kh-13，能促进幼穗的发育，提高小麦穗粒数，增加产量，穗粒数分别显著提高了17.30%和22.36%；产量分别显著增加了20.78%和38.48%[15]。本研究运用抗旱剂拌种在干旱胁迫下可以显著提高小麦穗数、穗粒数和产量。Kh-1和Kh-13穗数比对照分别提高32.27%和30.8%，穗粒数分别比对照提高17.70%和19.22%；产量分别比对照提高59.11%和56.06%。Kh-1和Kh-13拌种的小麦水分利用率均比对照极显著提高了60.81%。试验证明，2种抗旱剂均有显著增强小麦抗旱性、增加产量和提高水分利用率的功能。

本试验年度小麦播期遭遇严重干旱胁迫，使抗旱剂的功能得到充分发挥，在抗旱性、产量和水分利用等方面表现突出。

3.3 加快抗旱剂的研究和应用

近年来，作物化学抗旱技术得到迅速发展，成为与节水灌溉、地膜覆盖、深耕蓄水保墒等抗旱节水技术并驾齐驱的又一重要的抗旱技术[21]。但具有突出抗旱效果的抗旱剂产品极少，在生产中应用与推广速度较慢，究其原因，是缺乏相应的应用基础研究与技术指导[22]。针对这2种抗旱剂我们还进行了与同类产品的效果对比以及最佳使用浓度和作用机理研究。结合生产实际需求，进一步开展多地多点示范，建立不同土壤、不同作物、不同品种、不同生育期条件下抗旱制剂的最佳施用模式，形成一套化学抗旱节水的实用技术体系，加快新制剂的研究示范与推广。