不同基因型冬小麥根系生長及產量的差異

段國輝，田文仲，溫紅霞，張媛菲，彭紹峰，張少瀾，呂樹作，王海洋，高海濤

（洛陽農林科學院，河南洛陽471022）

小麥根系是吸收水分、養分及合成多種生理活性物質的重要器官，其生長發育狀況直接影響著小麥產量和品質的形成；另一方面，根系是小麥獲取氮素的主要器官，發達的根系有利于植物從更廣闊的范圍內攝取養分。隨著生產水平的不斷提高和栽培生理研究工作的不斷深入，人們對根系的生長動態、建成規律、根系與地上部的關系、根系對產量和品質的影響以及根系信號等方面也開展了相關研究[1]，顯示根系生物量、根系體積、表面積、根系吸收水分、養分能力與籽粒產量有密切關系。對于小麥根系生長狀態及特性研究，前人主要基于2種方法，土鉆取根法[2-7]和大型土柱法[8]，也有用玻璃管觀測和盆栽法[9,10]，而建立大型根池對小麥根系進行研究的相對較少。鑒于此，本試驗利用洛陽農林科學院小麥根池，通過研究不同基因型小麥根系生長發育規律，以期進一步明確不同品種小麥根系形態特征、數量特征及生理特征的差異，及其與小麥高產優質的相關性，為實現高產優質栽培提供重要指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

選用洛麥 22、洛麥 23、洛麥 24、新麥 18、矮抗58、偃展4110共6個品種為試驗材料。試驗于2014—2015年在洛陽農林科學院根池中進行，采用PVC管柱栽培試驗。PVC管內徑10 cm，每管柱播種4粒，每品種種植管柱15支，3葉期每管定苗1株。管柱試驗用土1 kg，施純N、純P、純K量分別為0.4、0.7、0.5 g，50%N為基施，另 50%N在拔節期灌水時施入。

1.2 測定方法

1.2.1 開花期取整根管柱，在水中浸泡至土層松軟（約12 h），后經水精細沖洗，沖洗后的干凈根系用Epson-V10根系掃描儀掃描，用加拿大WinRHizo根系掃描分析系統分析根長、表面積、體積、平均直徑等根系指標。

1.2.2 于蠟熟期收獲，收獲期每品種收獲5個管柱進行考種分析。產量按每管單株產量計算。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 16.0進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同參試品種間產量及產量構成因素分析

對參試品種產量及產量構成因素進行方差分析及多重比較，品種間單株成穗數、穗粒數、千粒質量和產量均達到顯著差異（P＜0.05，表1）。成穗數表現為洛麥22最高，其次是洛麥23、矮抗58、新麥18和洛麥24，偃展4110最低；穗粒數表現為矮抗58、洛麥24、新麥18較高，其次是洛麥23，洛麥22和偃展4110最低；千粒質量只有新麥18較低，并顯著低于其他品種。單株產量表現矮抗58最高，洛麥23、洛麥24與矮抗58之間差異不顯著，其次是洛麥22和新麥18，偃展4110產量最低，其中洛麥23單株產量7.18 g，較平均值6.65 g高7.93%，洛麥24單株產量6.84 g，較平均值6.65 g高2.81%。

表1 不同品種間產量及產量構成因素比較

2.2 不同參試品種間根系生長發育指標分析

小麥根系下扎深和分布廣有利于提高小麥的抗逆能力，進而提高產量；次生根對促進地上部生長，實現小麥豐產具有決定性的作用。對6個品種的總根長、根表面積、根體積、根平均直徑和根干質量進行分析，結果顯示，品種間總根長、根表面積、根體積、根平均直徑和根干質量均達顯著差異（P＜0.05）。其中，根長表現，洛麥23、洛麥24、矮抗58和新麥18長于洛麥22，偃展4110表現最低；根表面積表現，洛麥23、洛麥24顯著高于新麥18和偃展4110；根體積表現，洛麥23和洛麥24高于矮抗58，洛麥22高于新麥18及偃展4110；根平均直徑表現，矮抗58最細，其次是洛麥23、洛麥24和洛麥22，新麥18表現最粗；根干質量表現，洛麥23和洛麥24高于矮抗58，洛麥22略高于新麥18和偃展4110。

與參試品種均值相比較，洛麥23和洛麥24總根長分別較平均值高4.90%、7.70%，根表面積分別較均值高9.46%、14.09%，根體積分別較均值高8.54%、17.13%，平均直徑分別較均值小6.83%、3.11%，根干質量分別較均值高6.26%、13.26%。

表2 不同品種間根系生長性狀比較

2.3 不同參試品種根系生長性狀間及其與單株產量相關分析

小麥根系是小麥生長、肥水吸收的主要器官，良好的根系更是最終高產形成的重要保障。產量與根系生長特性的相關分析結果表明（表3）：產量與根長、根表面積、根體積達到了顯著正相關（P＜0.05）；與根平均直徑呈負相關，但不顯著；與根干質量呈正相關，也不顯著。因此，要想取得小麥高產，應該選擇植株根系發達、根長較長、根系分布廣而密、根多的品系。結果也顯示，根長與根表面積，根體積與根表面積均成極顯著正相關（P＜0.01）；根長與根體積、根長與根干質量、根體積與根干質量成顯著正相關（P＜0.05）。由此可以看出，要取得高產，在選擇較長根長、較大根體積和較大根表面積3項指標時不存在矛盾沖突，可同時實現。而根平均直徑與根長、根表面積和根體積均成不顯著負相關，這進一步說明，粗壯根系不是高產品種進行根系選擇的目標。

表3 不同品種根系生長性狀間及其與產量的相關性分析

3 結論與討論

本試驗研究結果顯示：矮抗58、洛麥23和洛麥24產量均較高，其總根長、表面積、體積與其他參試品種相比均較高，從側面也說明了在高產品種選育和對小麥品系的選擇鑒定中，應選擇像矮抗58、洛麥23和洛麥24這樣根系發達，根長、根密度大的品種。因此，要想取得高產，應該選擇小麥植株根系發達、根長度長、根系分布廣而密、根多的品系，但不能選擇根系粗壯的品系，這與前人的研究結果[1,4,6,8]一致。

土壤含水量狀況直接影響根系的生長與構形分布，根系的生長直接影響著地上部生物量的高低，而地上部生物量的高低是小麥高產穩產的基礎，根系的生長發育和構型分布也是小麥產量高低的基礎[11]。根系作為小麥的重要吸收、合成、固定和支持器官，在作物生長發育和高產中起著不可忽視的作用，而根大、根深、根密是小麥耐旱性強的一般特性，根系長度的增加，有利于吸收土壤更深層的水肥，這也是小麥對干旱的一種適應性變化。有研究表明，小麥根系直徑的大小隨土層的深度增加而減小，小麥根系直徑越小，根系下扎深度越大，土層深度的水肥越能充分利用，這為根質量的提高奠定了基礎，同時也保證了小麥地上部生長發育的水肥消耗，使小麥生物量的增大成為必然，最終提高小麥產量[12]。楊榮光等指出，在不同干旱程度的地區種植不同穗型的品種，更有利于抵御干旱、取得高產[13]。單長卷等利用盆栽研究在不同程度干旱脅迫下土壤水分變化及其對小麥根系的生長影響，結果表明不同水分脅迫對小麥根系生長、根系活力影響差異明顯，導致不同干旱脅迫下小麥抗旱性差異明顯[14-15]。其他學者也利用不同處理形式研究了水分與養分處理對小麥根系及產量的影響[15-20]。但能否利用根池，在不同水分和肥力營養供給下，進一步對根系在深層狀態下的根系垂直生長特性進行研究，進而為不同生態環境的品種選擇與利用提供參考，是今后根池根系研究的又一方向。

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