外源丁酸对干旱胁迫下大麦产量及品质的影响

向 莉,王 仙,董裕生, 郭小玲,方伏荣,陈智军,马艳明,苗 雨

(1. 新疆农业科学院奇台麦类试验站,新疆奇台 831800;2. 新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;3.新疆农业科学院农作物品种资源研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】干旱胁迫对作物产量影响因素较复杂[1]。新疆属于温带大陆性气候,气温温差较大,日照时间充足,降雨量少,对大麦籽粒碳水化合物积累有利,是我国生产优质大麦的主要产区。大麦是麦芽啤酒工业的重要原料,开展生长调节剂辅助大麦生长发育的研究,对发展新疆大麦生产具有重要意义。【前人研究进展】在小麦生育后期施用植物激素,对小麦的保水力、叶绿素含量、蒸腾速率等有积极作用[2]。丁酸(C4H8O2)是一种重要的短链饱和脂肪酸,在植物生长中与生物体的新陈代谢有着密切的联系,作为重要的介质参与到生物体的能量转化和代谢过程中,还与植物体的气孔开放、离子运输及逆境生理有密切的联系。拌种或喷施丁酸可以改善植株生长状况、增强作物抗逆性,有着高效、显著的调节效应[3]。 干旱胁迫对大麦籽粒产量和品质的稳产性影响较大[4]。小麦在灌浆期如果遇到干旱胁迫,光合速率将会受到严重抑制、最终导致籽粒产量下降[5]。干旱胁迫使灌浆期水稻的籽粒产量下降[6],下降的程度与受胁迫的轻重和持续时间密切相关,籽粒产量随着灌浆速率的降低而减少。【本研究切入点】各种农作物的灌浆成熟期如果遇到干旱胁迫将严重影响作物产量,如何应用化学物质调控和提高作物的抗逆性已成为热点研究问题。新疆因气候干旱少雨,大麦产量不稳、品质有待提高。需研究外源丁酸对干旱胁迫下大麦农艺性状和产量、品质的影响,以提高干旱区大麦产量、品质和抗旱性。【拟解决的关键问题】研究播前拌种和花期喷施外源丁酸对不同程度干旱胁迫处理下啤酒大麦生育期、农艺性状、产量及品质的影响,确定丁酸的最佳施用方式,为外源丁酸辅助提高大麦抗旱性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在新疆农业科学院奇台麦类试验站进行,海拔823 m, E 89°12 ′,N 44°13′,前茬作物为春小麦,土质为壤土,肥力水平中等,供试大麦品种为新啤4号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用两因素裂区试验设计,水分处理(W)设5个梯度,全生育期正常灌水(全水)W1,轻度干旱(拔节期、抽穗期、灌浆期)W2,中度干旱(拔节期、抽穗期)W3,重度干旱(拔节期)W4,极重度干旱(不灌水)W0;γ-氨基丁酸设4个处理,N为无丁酸处理;B为丁酸拌种(5 mol/L);P为喷施丁酸(0.5 mol/L);BP为丁酸拌种+喷施丁酸(5 mol/L +0.5 mol/L),在大麦播种前进行丁酸拌种处理,开花期进行丁酸喷施处理,喷施标准是喷施均匀不下滴。

小区长2 m,宽2 m,面积4 m2,行距为0.2 m,密度为375×104粒/hm2,设3次重复。试验于4月2日小区播种机开沟,人工播种,播种深度3～5 cm;开沟时带磷酸二铵225 kg/hm2,4月18日于大麦2叶1心期施入尿素120 kg/hm2;滴灌灌水;5月9日用有效成分75%的苯磺隆33 g/hm2、有效成分含量5%的唑啉草酯1.2 L/hm2,对水30 kg混合喷雾防除杂草。4月18日用阿立卡225 mL/hm2防治金针虫、负泥虫危害。

1.2.2 测定指标

播种后随机取1行观测,记载大麦生育期(播种期、出苗期、抽穗期、成熟期),小区定点一行调查基本苗、最高总茎数,成穗数。收获前将定点取样进行室内考种,测定株高、主穗粒数、主穗长度、结实小穗数和千粒重等,小区收获后脱粒、称重、测产。各试验小区分别取样100 g 用近红外分析仪测定蛋白质含量。

1.3 数据处理

采用Excel作图、制表和SPSS数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 丁酸处理对大麦生育期的影响

研究表明,所有处理小区的出苗期均为4月20日,抽穗期5月30日至6月8日,成熟期6月23日至7月16日。灌水处理W1、W2、W3、W4、W0的抽穗期分别为6月8日,6月7日,6月4日,6月1日,5月30日,成熟期分别为7月14～16日、7月12～15日、7月9～11日、7月12日和6月23日。随着干旱程度加重,大麦的抽穗期和成熟期都有不同程度的缩短。

在同等水分条件下,丁酸拌种(B)、丁酸喷洒(P)和拌种+喷洒(BP)3个处理的抽穗期与无丁酸(N)的对照相同,因此拌种和喷洒丁酸不影响抽穗期;喷洒丁酸(P)可延长轻度受旱大麦的成熟期,完全灌水(W1)时从7月14～16日延长了2 d,轻度干旱(W2)时从7月12～15日延长了3 d,中度干旱(W3)时从7月9～11日延长了2 d;但受旱严重(W4和W0)时喷洒丁酸对大麦的成熟期没有影响;丁酸拌种加喷洒处理(BP)与单独喷洒(P)的延长天数一致。

丁酸拌种不影响生育期;花期喷洒丁酸可延长中度受旱大麦的成熟期(2 d),但对严重受旱大麦的生育期无影响。图1

图1 不同干旱胁迫和外源丁酸处理下大麦抽穗期、成熟期变化

2.2 丁酸处理对大麦分蘖成穗和株高的影响

研究表明,丁酸拌种(B)后可显著增加基本苗、最高总茎数、成穗数、分蘖成穗率:拌种后4种水分处理的平均基本苗为357.2株/m2,较对照(N)的335.7株/m2增加 6.4%;平均最高总茎数1 014.0株/m2,比对照的950.4株/m2提高6.7%; 成穗数784.4穗/m2,比对照的684.5穗/m2提高14.6%;分蘖成穗率77.2%,比对照71.9%,提高7.5%;株高82.9 cm,比对照的82.2 cm提高了0.9%,未达到显著水平。丁酸花期喷洒(P),与对照相比,成穗数和分蘖成穗率分别提高了10.1%和7.0%。丁酸拌种+喷洒(BP),与对照相比,分蘖成穗数显著提高了11.1%,成穗数显著提高了21.9%。

丁酸拌种主要促进最高总茎数和总穗数,丁酸喷洒则提高了分蘖成穗率,拌种加喷洒(BP)的效果要优于拌种(B)和喷洒(P)。图2,表1

表1 不同灌水次数和丁酸处理下分蘖成穗和株高变化

图2 丁酸拌种(B)和花期喷洒(P)下大麦株高和成穗的效应变化

2.3 丁酸拌种和喷洒对大麦产量要素的影响

研究表明,丁酸拌种和喷洒后对主穗粒数、千粒重和产量有促进作用。丁酸拌种后,主穗粒数较对照极显著增加了6.4%,主穗长度极显著增加了7.9%;千粒重显著增加了4.2%。

丁酸喷洒后,主穗粒数极显著增加了6.3%,主穗长度极显著增加了11.2%,千粒重极显著增加了7.3%。

拌种+喷洒(BP)的产量为4 463.6 kg/hm2,较对照产量3 759.9 kg/hm2极显著增加18.7%。只拌种或只喷洒的增产幅度分别为9.2%和9.1%,拌种+喷洒(BP)在主穗长度、主穗粒数和千粒重方面促进作用大于拌种(B)和喷洒(P)。丁酸拌种可增加主穗粒数,丁酸喷洒可增加主穗长度和千粒重,拌种和喷洒可较大幅度地提高大麦产量。图3,表2

表2 不同灌水次数和丁酸处理下大麦产量要素变化

图3 丁酸拌种(B)和花期喷洒(P)下大麦产量要素的效应

2.4 丁酸拌种和喷洒对大麦品质的影响

研究表明,丁酸拌种有增加直链淀粉比例而降低支链淀粉比例的趋势,但未达到显著水平。喷洒丁酸后,直链淀粉29.9%较对照28.5%提高了4.9%,拌种和喷洒丁酸对β-葡聚糖含量和蛋白质含量的影响不显著。喷洒丁酸有提高直链淀粉比例而降低支链淀粉的效果。图4,表3

表3 不同灌水次数和丁酸处理后的大麦成分变化

图4 丁酸拌种(B)和花期喷洒(P)下大麦产量要素的效应

2.5 丁酸拌种和喷洒对大麦抗旱性的影响

研究表明,丁酸拌种(B)、丁酸喷洒(P)和丁酸拌种+喷洒(BP)的产量,与对照(W1,N)相比,分别增加了2.5%、5.2%和8.2%。正常灌水条件下拌种和喷洒丁酸有可增产2.5%～8.2%。大麦灌水3次、2次、1次和0次,与充分灌水W1相比,产量受旱减少百分数分别为20.0、34.3、38.1和70.9%,平均减产40.8%。

同等水分条件下,丁酸拌种(B)后减产率分别下降至6.7、26.0、38.1和64.2%,平均减产33.8%。丁酸喷洒(P)后减产率分别下降至10.4、29.7、35.1、62.7%,平均减产34.5%。丁酸拌种+喷洒(BP) 后减产率分别为8.2、3.7、20.4、57.5%,平均减产22.5%。

相对于无丁酸的对照减产率40.8%,丁酸拌种、丁酸喷洒、丁酸拌种+喷洒3种处理分别少减产7.0%、6.3%和18.3%的产量受旱损失。

在各种水分条件下(W1、W2、W3、W4、W0),丁酸拌种和丁酸喷洒能促进最高总茎数、成穗数、主穗长度、主穗粒数、千粒重这是丁酸提高受旱大麦产量的原因。

总茎数和成穗数方面丁酸拌种效果要优于丁酸喷洒;而在促进主穗长和千粒重方面丁酸喷洒优于丁酸拌种,穗粒数方面,拌种和喷洒效果基本一致。拌种作用于大麦生长发育的早期而喷洒作用于后期。图4,图5

3 讨 论

干旱胁迫使大麦生育期缩短,分蘖数、株高、穗长、单株穗数、穗粒数、成穗数、千粒重降低,对成穗数的影响最大,对千粒重的影响最小[7-8]。γ-氨基丁酸作为一种植物生长调节剂,可以控制各种植物的生长发育,杨娜等[9]得出结论,通过用γ-氨基丁酸对小麦进行叶喷处理,可以增加小麦穗粒数和产量。于力尧等[10]对干旱胁迫下的甜瓜通过喷施不同浓度的γ-氨基丁酸来研究幼苗生长,研究结果表明,γ-氨基丁酸能够缓解干旱胁迫对幼苗造成的抑制和伤害,能够有效地促进干旱胁迫下幼苗的生长。谷海涛等[11]研究发现,在孕穗期干旱胁迫下,施用不同浓度γ-氨基丁酸能够提高籽粒产量、产量构成因素以及籽粒干物质积累量等,喷施γ-氨基丁酸浓度的增加会使籽粒产量、产量构成因素、籽粒干物质量积累先升高后降低。小麦在灌浆期如果遇到干旱胁迫,光合速率将会受到严重抑制、最终导致籽粒产量下降。干旱胁迫使灌浆期水稻的籽粒产量下降,下降的程度与受胁迫的轻重和持续时间密切相关,籽粒产量随着谨浆速率的降低而减少[6]。各种农作物的灌浆成熟期都是需水量最大的时期,此期如果遇到干旱胁迫将严重影响作物产量。在干旱胁迫下,大麦的成穗数随着干旱程度的增强,成穗数的波动较大,而基本苗和最高总茎数基本没有变化,大麦的株高、穗长、主穗数、千粒重在干旱胁迫下逐渐降低,经过γ-氨基丁酸处理能够缓解干旱胁迫带来的影响。 干旱胁迫对大麦籽粒产量和品质的稳产性影响是巨大的。研究表明,外源丁酸拌种处理对出苗期、抽穗期没有影响,开花期喷施对成熟期有一定的影响,成熟期略有推迟。干旱胁迫处理下对出苗期没有影响,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸对干旱胁迫下大麦基本苗显著不差异,对最高总茎数、成穗数、分蘖成穗率差异显著;株高、穗长、穗粒数、千粒重均随着外源丁酸处理而不断增加;外源丁酸处理能提高干旱胁迫下大麦的产量。

4 结 论

外源丁酸拌种处理对出苗期、抽穗期没有影响,开花期喷施对成熟期有一定的影响,成熟期略有推迟。干旱胁迫处理下对出苗期没有影响,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸对干旱胁迫下大麦基本苗显著不差异,对最高总茎数、成穗数、分蘖成穗率差异显著;株高、穗长、穗粒数、千粒重均随着外源丁酸处理而不断增加;外源丁酸处理能提高干旱胁迫下大麦的产量,拌种、花期喷洒、拌种+花期喷洒3种丁酸施用技术,可分别减少大麦受旱损失的7.0%、6.3%和18.3%。外源丁酸可提高直链淀粉淀粉的比例,但对蛋白质含量无显著影响。正常灌水条件下拌种和喷洒丁酸有可增产2.5%～8.2%,外源丁酸对正常灌水的大麦也有一定的增产作用,喷施丁酸也有提高直链淀粉比例而降低支链淀粉比例的作用。