化学调控对谷子茎秆性状及其籽粒产量的影响

鱼冰星，王宏富，王振华，张鹏，成锴，余爱丽，闫海丽，鱼冰洁

(1.山西农业大学农学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学谷子研究所，山西 长治 046011；3.山西省长治市潞州区农业农村局，山西 长治 046011)

随着功能农业的兴起与发展，小杂粮越来越受到大众的关注。谷子作为传统的优势杂粮作物，不仅品质优良，而且具有抗旱、耐密植、耐贫瘠、水分利用率高、地方适应性强等优点，在有机旱作农业中占据重要的地位[1]。在需求量日趋上升的今天，如何在有限的耕地上提高产量成为亟待解决的难题。在传统栽培过程中，谷子除却种子的选择外，提高谷子的种植密度是可行的方案，充分依靠群体优势来提高产量[2]。而伴随着种植密度的增加，个体间资源竞争激烈，个体发育受限，易导致谷子茎杆徒长、脆弱，进入灌浆期多会造成倒伏。如若发生倒伏，植株内部运输组织将受到严重破坏，抑制有机质和养分的运输，干物质积累减少，籽粒发育异常从而大大降低了结实率，严重时会造成大量减产[3-4]。因此，能有效提高谷子茎杆强度，防止谷子后期发生倒伏，是在选择优质种子，增加种植密度前提下亟待解决的重要课题。

多效唑是广泛应用于延缓植株伸长、增强抗逆性防倒伏的植物生长调节剂之一[5]。而施用多效唑可防止或减缓倒伏的同时，能否实现增产，除受施药浓度因素作用外，还受施用时期的影响。在实际生产活动中，因不同的外界因素影响下施药时期过早或过晚，都可能会抑制幼穗发育，减少干物质积累，降低结实率，形成秃尖瞎码，影响增产效果，更甚会造成减产[6-7]。在前期试验中我们已发现多效唑施用较晚会对谷子产量造成一定影响，因此在此基础上寻找缓解方式也是实际生产栽培过程中重要的研究。现有研究发现，在作物生长过程中，通过叶面喷施复配型植物生长调节剂会对节根的形成和发展有明显促进作用，增加根系层数，同时也可增强作物的抗干旱、抗寒冷、耐涝渍等综合抗逆性能，平衡产量结构因素，维持和促使穗粒发育，防止空壳或半秕谷产生，增加穗粒数和千粒重，使产量提高[8-9]。李汉忠等通过在玉米9叶期叶面喷施乙烯利和矮壮素复配剂发现，玉米的穗位高、株高相对适中，产量最好[10]。杨可攀等发现乙烯(ETH)与增产胺(DCPTA)结合施用于玉米9叶期能显著增强玉米茎秆强度，增加籽粒产量[11]。宫磊研究表明，玉米种子经五谷丰素浸种，再于拔节期叶面喷施玉黄金时，可以提高玉米拔节期后各生育时期的SOD、POD酶活性以及可溶性蛋白含量，提高叶片叶面积、净光合速率(Pn)和SPAD值，增强了叶绿素含量及光合作用能力，延缓叶片衰老，同时五谷丰素配施玉黄金处理增加了玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数，减少了秃尖长和空秆率，提高了玉米产量[12]。近来，植物生长调节剂混配施用的研究前景广，发展势头猛。其在促根、坐果、抑高、延缓、干燥、脱叶、催熟等方面有明显的增效作用，同时弥补了调节剂单施的不足。

植物生长调节剂复配施用在玉米上的研究较多且影响较大，在谷类作物上未见报道，其研究前景广泛。本试验在此研究基础上，通过在张杂谷10号各生育期叶面喷施多效唑和乙烯利，研究2种植物生长调节剂配合施用对谷子茎秆特征及灌浆的影响，明确最适宜的多效唑与乙烯利配施处理，为谷子高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试药剂为四川国光农化股份有限公司生产的15%多效唑粉剂和40%乙烯利水剂。供试品种为山西农业大学谷子课题组提供的张杂谷10号。

1.2 试验设计

2017年在山西农业大学申奉村试验大田开展试验，大田处于山西晋中盆地东北部，气候属于暖温带大陆性，受地势地形、自然环境的影响，当地年降水量为448.5 mm左右[13]。土壤为碳酸盐褐土，前茬作物为玉米，土壤有机质含量17.8 g/kg，全氮0.94 g/kg，碱解氮71.1 mg/kg，速效磷47 mg/kg，速效钾 93 mg/kg。采用随机区组设计，处理小区面积为16 m2，于5月21日进行播种，在10月上旬收获，留苗密度218 460株/hm2。在拔节期前(A1)、拔节期(A2)以及孕穗期(A3)分别叶面喷施多效唑(300 mg/L)后，于孕穗期(B1)、抽穗期(B2)以及灌浆期(B3)分别再喷施乙烯利(400 mg/L)，配合施用共9个处理(即A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3)，以清水为对照(CK)，多效唑和乙烯利所选浓度均经山西农业大学化学调控实验室筛选，重复3次。次年重复试验，对相关指标进行补充测定。为防止在喷施过程中雾液飞移影响其他小区，可铺用塑料布相隔离，大田按常规管理。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 形态指标及茎秆机械强度 茎粗：每小区选定10株谷子，在基部1～3个节(N1、N2、N3)之间用游标卡尺测量谷子主茎的直径。

待谷子齐穗后30 d，测定其茎秆基部1～4节(N1、N2、N3、N4)的节长、节干质量。

重心高度(cm)：将谷子主茎的地上部分放在垂直于地面的支撑杆上，左右微慢调整谷子茎秆，找一个支点平衡谷子茎的两边，用卷尺测量从主茎底部到平衡点的长度，得到重心高度。

弯曲力矩(cm/g)=主茎基部至穗顶部的长度(cm)×主茎基部至穗顶部的鲜质量(g)

抗折力(N)：使用日本FGJ-10测力计测量基部1～4节间(N1、N2、N3、N4)的抗折力。

倒伏指数(cm/g·N-1)=弯曲力矩(cm/g)/抗折力(N)×100

1.3.2 穗颈节间指标 在灌浆期，每小区选定10株谷子，使用卷尺测量谷子穗颈节长度，用游标卡尺测量穗颈节直径。

于室内称量谷子穗颈节的鲜质量，后将其放入烘箱内，调至105 ℃并杀青30 min，再在80 ℃温度下持续干燥至恒量，称量谷子穗颈节干质量，计算其水分含量。

将穗颈节同穗放置在垂直于地面的支撑杆上，调整以平衡穗颈节的两侧，并用卷尺测量从穗颈节底部到平衡点的长度，得到穗颈节的重心高度。穗颈节弯曲力矩=穗颈节下端到穗顶端的长度×穗颈节下端到穗顶端的鲜质量。使用日本FGJ-10测力计测定穗颈节抗折力。

1.3.3 灌浆速率 谷子开花后的第5、10、15、20、25、30天分别取样，每小区选定10个谷穗，选取中部籽粒100粒，后将其放入烘箱内，调至105 ℃并杀青30 min，再在80 ℃温度下持续干燥至恒量称其干质量。

籽粒灌浆速率=(后一次取样百粒干质量-前一次取样百粒干质量)/取样间隔

1.3.4 产量及产量构成 在成熟期，采用“三点取样法”在每个小区内取3个有代表性的单位平方米调查穗粒质量，通过每平方米的穗粒质量转化为每亩的穗粒质量，结果取平均值。收获前，每小区随机选取10穗，进行室内考种，测定穗码数、穗长、穗粗、穗质量、穗粒质量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0[14]进行统计分析，方差分析采用Duncan新复极差分法。

2 结果与分析

2.1 多效唑与乙烯利配施对谷子茎粗的影响

由表1可以看出，多效唑、乙烯利配施时，谷子茎粗与对照相比，除A3B3、A3B1处理外，其他各处理均有所增加。谷子的茎粗在A1B2处理时达到最大，与对照相比，茎秆N1、N2和N3节间的茎粗显著增加了11.96%、12.72%和9.61%.

表1 多效唑与乙烯利配施对谷子茎粗的影响

2.2 多效唑与乙烯利配施对谷子茎秆节间长、节间干质量及重心高度的影响

由表2可知，多效唑与乙烯利配施对谷子茎秆各节间长度有着明显的影响，除A3B1处理外，其他处理的茎秆各节间长度与对照相比均有所缩短，其中，茎秆各节间长度在A1B2处理时达到最小，茎秆的N1、N2、N3和N4各节间长度显著缩短了47.61%、41.75%、44.75%和32.29%。同时谷子的各节间干质量也体现出一定的变化，除A3B1处理外，其他处理的茎秆各节间干质量与对照相比均有所增大，其中，茎秆各节间干质量在A1B2处理时达到最大，其茎秆的N1、N2、N3和N4各节间干质量分别较对照显著增加43.42%、55.84%、42.69%和31.95%.因多效唑、乙烯利对株高的影响，植株重心高度随之变化，表现为随株高的下降，重心高度渐降，谷子的茎秆重心高度在A1B2处理时最低，较对照显著降低36.04%.

表2 多效唑与乙烯利配施对谷子茎秆节间长、节间干质量及重心高度的影响

2.3 多效唑与乙烯利配施对谷子抗倒伏性的影响

由表3可知，除A3B1、A3B3处理外，其他各处理的谷子基部各节间弯曲力矩和倒伏指数较对照减少，抗折力较对照增大，抗倒伏能力增强。各参数均在A1B2处理时最佳，与对照相比，茎秆的N1、N2、N3和N4各节间弯曲力矩分别显著减少了34.44%、31.11%、28.44%和20.86%，抗折力显著增大了31.58%、35.63%、38.46%和41.39%，倒伏指数显著减少了36.52%、33.29%、31.95%和32.19%。

表3 多效唑与乙烯利配施对谷子基部各节间弯曲力矩、抗折力和倒伏指数的影响

2.4 多效唑与乙烯利配施对谷子穗颈节间参数的影响

多效唑与乙烯利配施后谷子的穗颈节的每厘米干物质重量、含水量、弯曲力矩及抗折力有明显变化。由表4可知，不同处理间谷子穗颈节每厘米干物质重量有显著差异，其中在A1B2处理时最大，与对照相比显著增大了54.54%。穗颈节含水量也随之发生相应的变化，表现为干物质增加，含水量降低，其中以A1B2处理最显著，较对照降低了33.12%。两种调节剂对谷子穗颈节弯曲力矩有明显的降低作用，随着穗颈节弯曲力矩的较小，穗颈节的抗折力逐渐增强，均表现在A1B2处理时最佳，弯曲力矩比对照显著减少18.71%，抗折力显著增加29.56%。

表4 多效唑与乙烯利配施对谷子穗颈节间参数的影响

2.5 多效唑与乙烯利配施下谷子灌浆速率的变化分析

从图1可以看出，谷子的灌浆前期灌浆速率明显加快且上升幅度较快，其灌浆高峰出现在第4次取样(20 d)，随着时间增加，灌浆速率下降且速度快，持续时间短，变化主要呈快—慢—快趋势，在第5次(25 d)取样时灌浆速率下降快且基本停止。灌浆速率随取样次数的增加呈先增加后递减趋势，主要集中在灌浆前、中期。灌浆前期， A1B2、A2B2、A2B1的灌浆速率有明显性增长且上升幅度较快，A3B3、A3B1呈现负增长，其他各处理灌浆速率增长变化较平缓。灌浆后期，A1B2、A2B2、A2B1的灌浆速率较其他各处理的下降较快，在第5次(25 d)取样时基本停止，灌浆时间明显缩短，熟期提前。在灌浆中期，各处理的灌浆速率均达到最大，其中以A1B2、A2B2、A2B1效果最明显，主要表现在第4次(20 d)取样。说明多效唑和乙烯利配施时谷子灌浆速率指数大，谷子籽粒灌浆快增期和缓增期的灌浆速度加快，灌浆时间缩短，利于籽粒干物质积累和充实，熟期提前。

图1 多效唑与乙烯利配施对谷子灌浆速率的影响Figure 1 Effect of combined application of Paclobutrazol and ethephon ongrain filling rate ofmillet

2.6 多效唑与乙烯利配施对谷子产量及产量构成的影响

2种调节剂配施对谷子的产量有影响，由表5可知，A1B2、A2B2、A2B1处理后的产量较对照显著增加，增幅分别为23.82%、19.31%、8.35%，其他处理与对照相比差异不显著，但A3B3、A3B1处理下谷子产量显著低于对照，分别减少6.51%、9.05%。产量性状中除穗长外，穗粗、穗质量、穗粒质量及千粒质量与对照相比均有显著变化。从穗粗方面来看，除A3B2、A3B3、A3B1外，其他处理的谷子穗粗均有所增加，其中以A1B2处理最大，与对照相比显著增加13.07%。随着谷子穗粗的增加，谷子穗质量也有一定的变化，其中以A1B2、A2B2处理下谷子穗质量最好，与对照相比分别增加了21.57%、16.12%。穗粒质量是影响谷子产量的重要构成，与穗质量趋势一致，A1B2、A2B2处理下谷子穗粒质量最大，显著高于对照，与对照相比分别增加23.84%、19.32%，其他处理与对照相比差异不显著，但A3B3、A3B1处理的穗粒质量显著低于对照，分别减少6.47%、9.05%。千粒质量除A3B3、A3B1处理外，其他处理与对照相比均有所增大，在A1B2处理时达到最大，较对照显著增加了17.58%，而在A3B1处理下显著比对照减少6.51%。

表5 多效唑与乙烯利配施对谷子产量及产量构成的影响

3 讨论

3.1 多效唑与乙烯利配施对谷子茎秆特征及抗倒性的影响

谷子开花后进入灌浆期时，基部有机营养物质开始向穗部转移，籽粒灌浆发育充实，穗质量逐渐增加，而茎秆逐渐衰老，作物基部与顶部质量失衡，易发生倒伏，阻碍了光合产物从源到库的运转[15-17]。而除了常见的根倒和茎倒外，随着谷穗的加重，穗颈节的弯曲及折断同样也会影响其向阳性，阻碍营养物质的输送，灌浆速率下降，易形成秕谷，造成减产。本研究通过叶面喷施多效唑后，再喷施乙烯利发现，谷子株高较对照明显降低，且植株重心高度随株高的降低明显下降，茎秆各节间粗度增大，在A1B2处理时最大。茎秆方面，随着茎粗的增大，茎秆各节间长度逐渐缩短，各节间直径增大，与形态指标趋势相一致，各节间弯曲力矩、倒伏指数减小，抗折力增加，均在A1B2处理下最佳。穗颈节间方面，多效唑与乙烯利配施对谷子的穗颈节的每厘米干物质重量、含水量、弯曲力矩及抗折力有明显变化，表现为随着穗颈节每厘米干物质重量的增加，穗颈节含水量降低，弯曲力矩减小，穗颈节抗折力反之增大，均在A1B2处理下最好。这可能是因为谷子生育前期施用多效唑能够抑制植株徒长，提高茎秆饱满度，增强植株抗折力，而后期施用乙烯利主要对作物体内同化物的生成和转化有一定的促进作用，再分别通过茎、叶、穗的吸收，运送到营养生长部位分解生成乙烯，加速叶和穗成熟。

3.2 多效唑与乙烯利配施对谷子灌浆的影响

籽粒灌浆的速度及连续时长关系到最后的粒质量，粒质量又是产量的一个重要构成组分[18]。刘晓双等研究发现灌浆速率是影响籽粒质量的关键因素，而跟灌浆持续时长无关[19-20]。但也有研究认为灌浆速率与时长是共同作用的，当其平均速率越高时，籽粒活跃灌浆期缩短，能更好的促进作物成熟[21-22]。试验结果表明，经多效唑与乙烯利配施后谷子的籽粒灌浆快增期和缓增期的灌浆速度加快，灌浆时间缩短，熟期提前，籽粒粒质量明显增加。

3.3 多效唑与乙烯利配施对谷子产量的影响

谷子开花后籽粒灌浆期是生殖生长的旺盛时期，叶片生长和籽粒形成都需要大量养分，施用多效唑可以调控植株间的通风透光性，延长了叶片的功能期，有效促进了光合产物的积累，与此同时乙烯利的使用促进了植株体内有机营养的合成和输出，加速了籽粒充实提高成果率，对产量的增加提供了物质基础。研究结果表明，谷子的产量在A1B2处理时最大，较对照增加23.82%，而A3B3、A3B1处理的产量则显著低于对照；与产量趋势相一致，穗质量、穗粒质量、千粒质量同样在A1B2处理时达到最大，但A3B3、A3B1处理下谷子穗粒质量显著低于对照，A3B1处理下的千粒质量较对照也显著降低；谷子穗粗则在A1B2处理时达最大，而穗长无明显变化。表明，在适宜时期配施2种调节剂会增加谷子穗质量、穗粒质量，从而提高产量，而时期不适则会造成减产，这与宫磊在玉米上的研究结果相似[12]。顾大路等研究发现乙烯利在水稻中后期施用，会对其穗粒结构有一定的影响，可以提高水稻千粒质量。如果在前期施用，此时的水稻幼穗尚未发育完全，会影响后期穗部发育，对产量造成损害，而在水稻的中后期应用生长延缓剂，则会避免对穗发育的影响，施用效果较好[23]，这与梁金城[24]、Ma[25-26]、Caldwell[27]等研究结论相一致。同时喷施多效唑时期过晚，可能也会抑制幼穗发育，减少穗质量。因此，要选取适宜的时期配合施用两种调节剂来调控叶片衰老，促进籽粒充实，进而达到提高谷子产量的需求。

4 结论

综上所诉，张杂谷10号在拔节期前或拔节期喷施300 mg/L多效唑后，在抽穗期再喷施400 mg/L乙烯利最适宜，而在孕穗期喷施多效唑后，孕穗期或灌浆期再喷施乙烯利会造成减产。两种调节剂配合施用对谷子形态及内部生理调节作用增大，增产效果更明显。同时，配施不仅克服了单施中因时期等因素造成的不足，扩大了应用范围，也提高了多效唑、乙烯利的应用效果。