不同基因型和生態條件對小麥品質和氮素利用效率的影響

喬祥梅，王志偉，黃 錦，王志龍，程加省，楊金華，于亞雄*

(1.云南省農業科學院糧食作物研究所/國家小麥改良中心云南分中心，云南 昆明 650205；2.云南省農業科學院科研管理處，云南 昆明 650205)

【研究意義】為了治理農村污染，2015年農業部明確了“一控、兩減、三基本”的目標，要求之一是到2020年化肥的施用量要實現零增長。小麥供給側結構性改革要求提高小麥的質量和效率，把提高質量放在了更加突出的位置，特別是強筋型和弱筋型小麥的供應[1]。小麥生產離不開化肥，其中氮肥的施用最為普遍，因為氮素是小麥生長發育中不可缺少的營養元素之一。氮肥利用率過低導致了資源浪費、水體污染和生態失衡，威脅著人類健康，合理施氮是實現小麥高產優質高效生態安全的必要前提[2]。因此，在當今農業提質增效的背景下，篩選和培育優質氮高效型小麥品種尤為重要。【前人研究進展】認為不同基因型小麥品種的氮素吸收利用效率存在差異[3-5]，根據小麥籽粒產量和氮素收獲指數差異將其分為高產高效型、高產低效型、低產高效型和低產低效型4種類型[6]。不同類型專用小麥相比，霍中洋等[7]認為強筋小麥氮肥利用率和氮素吸收效率均高于中筋小麥；朱新開等[8]研究認為氮吸收能力表現為強筋小麥>中筋小麥>弱筋小麥。不同生態類型小麥相比，半冬性小麥的平均氮肥吸收效率和氮肥生產效率顯著高于春性小麥[9]。小麥籽粒品質受基因型[10]、種植區域[11]、栽培措施[12]等因素的影響。但由于評價指標的不同而有所差異，郭天才等[13]認為不同基因型對沉降值、硬度、穩定時間、延伸性和拉伸面積的影響較大；馬冬云等[14]認為環境對蛋白質、濕面筋含量影響較大。【本研究切入點】云南省小麥高產育種已取得突破性進展，但在提高小麥產量的同時必須兼顧增加氮肥利用效率和改善品質，以提高農民種植收益，而且云南地處低緯高原，各麥類主產區氣候條件及土壤類型差異極大，因此，針對區域環境篩選優質高效品種十分迫切。【擬解決的關鍵問題】以云南省近幾年推廣的4個旱地小麥品種和3個田麥品種為材料，在昆明、麗江開展不同小麥品種氮素吸收利用效率和品質的差異研究，以期為低緯高原區小麥優質高效育種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2017年10月至2018年6月分別在昆明市嵩明縣小街鎮云南省農業科學院試驗基地(北緯25°15＇，東經103°10＇)和麗江市古城區金山鄉團山基地(北緯26°86＇，東經100°25＇)2點進行。以4個旱地小麥品種云麥64、云麥69、云麥76、云麥77和3個田麥品種云麥53、云麥57、云麥68為材料，所有品種均由云南省農業科學院糧食作物研究所提供。每點試驗采用隨機區組設計，小區面積13.34 m2，重復3次。氮磷鉀肥用量、水分管理等栽培措施均按高產栽培技術進行，整地時用復混肥(N∶P∶K=15∶15∶15)600 kg·hm-2均勻撒施作底肥，播種時用尿素150 kg·hm-2作種肥，分蘗期和拔節期分別施尿素150 kg·hm-2。麗江點于11月2日播種，翌年6月16日收獲，昆明點于10月22日播種，翌年5月5日收獲。

1.2 測定項目與方法

分別于拔節期、開花期和成熟期隨機取10株小麥地上部分，帶回實驗室，經105 ℃殺青0.5 h，80 ℃下烘至恒重，稱干重。將烘干后的樣品粉碎后，采用CuSO4作催化劑，和濃H2SO4進行消煮后，用FOSS8400全自動凱氏定氮儀測定植物樣品全氮含量[15]。氮相關指標按以下公式計算[16,20]：氮素積累量(kg·hm-2)=干物質量×含氮率；氮素吸收效率( %)=植株氮素積累量/施氮量×100；氮收獲指數(NIH)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量；氮肥生產效率(kg·kg-1)=籽粒產量/施氮量；氮素利用效率(kg·kg-1)=籽粒產量/植株地上部氮積累量。

籽粒品質：用Perten D7200型近紅外谷物分析儀測定籽粒的蛋白質(干基)含量、濕面筋(干基)含量和沉降指數(mL)、穩定時間、最大拉伸阻力，測定前去除籽粒樣品中的雜質和不完善粒。

使用Microsoft Excel 2003處理數據，DPS軟件進行其他統計分析。

2 結果與分析

2.1 基因型和生態條件對小麥氮收獲指數和品質的聯合方差分析

小麥氮收獲指數和品質均受基因型、生態條件及其互作效應的影響,且達到顯著水平(表1)。生態條件與基因型互作對氮收獲指數的效應最大，占69.1 %，其次是生態條件，占29.4 %，基因型的效應最小。對于品質性狀，除最大延伸阻力外，效應的大小依次為生態條件>生態條件與基因型互作>基因型。

表1 基因型和生態條件對產量、品質及氮素吸收的方差分析

2.2 基因型和生態條件對小麥氮吸收的影響

由表2看出，麗江點的小麥植株含氮率隨生育進程逐漸降低，拔節期最高，為2.91 %，成熟期最低，為1.6 %；而昆明點則是拔節至開花期逐漸降低，開花至成熟期上升，因此拔節期最高，開花期最低。不同小麥品種植株含氮率在不同生育時期的差異不同，拔節期和開花期，含氮率高的品種有云麥64、云麥68和云麥57，而成熟期則是云麥77植株含氮率最高，其次是云麥53和云麥68，云麥69最低。

表2 生態條件和基因型對小麥主要生育期植株含氮率和吸氮量的影響

小麥植株的吸氮量隨著生育進程逐漸增加，成熟期達到最大值。就不同生態點而言，麗江點的小麥植株吸氮量高于昆明點，拔節期和成熟期差異達顯著水平，開花期兩者之間差異不顯著，且拔節至開花期氮素積累量增加幅度較小，僅55.38 kg·hm-2，而拔節前和開花至成熟期氮素積累量增加幅度較高，可見，拔節期前和開花至成熟階段是小麥快速吸收氮素的關鍵生育階段。就不同品種而言，拔節期吸氮量變化在93.5～152.37 kg·hm-2，云麥64吸氮量顯著高于其他品種，云麥53吸氮量最低；開花期，云麥64吸氮量顯著高于其他品種，其他品種之間差異不顯著；成熟期，吸氮量在272.51～323.47 kg·hm-2，云麥53吸氮量最高，其次是云麥76和云麥64，超過300 kg·hm-2，云麥68和云麥57最低?？梢?，云麥64在生育前期具有較好的氮素積累優勢，云麥53則表現在生育后期氮素積累較多。綜合看來，麗江點的小麥植株含氮率和吸氮量顯著高于昆明點，云麥64、云麥53和云麥76為高吸氮型小麥品種。

2.3 基因型和生態條件對小麥氮效率和氮收獲指數的影響

由表3看出，就生態條件而言，氮素吸收效率、生產效率和利用效率，麗江點均顯著高于昆明點,麗江點氮素生產效率較昆明點高48.1 %；氮收獲指數無差異，均為0.47。就不同品種而言，云麥53氮素吸收效率最高，與云麥76、云麥77和云麥64之間無顯著差異，但顯著高于云麥68、云麥69和云麥57；氮素生產效率和利用效率云麥68與云麥57差異均不顯著，二者顯著高于其他品種；云麥68和云麥77氮收獲指數較高，其次是云麥57，云麥64、云麥69和云麥53三者之間差異不顯著，但顯著低于其他品種。綜合看來，云麥77氮素吸收效率、生產效率、利用效率和氮收獲指數均較高；云麥53、云麥64和云麥76氮素吸收效率高，但氮素生產效率和氮收獲指數較低；云麥68和云麥57氮素吸收效率低，但氮素生產效率、利用效率和氮素收獲指數表現突出。

表3 生態條件和基因型對小麥氮效率和氮收獲指數的影響

2.4 基因型和生態條件對小麥品質的影響

不同小麥品種的品質性狀如表4所示。兩生態點間除了最大拉伸阻力差異不顯著外，其余各指標昆明點均顯著高于麗江點。不同小麥品種籽粒蛋白質含量變化在12.878 %～14.13 %，平均為13.52 %，蛋白質含量較高的品種是云麥57、云麥77和云麥76。濕面筋含量變化在27.72 %～30.12 %，平均為29.29 %，云麥76、云麥77、云麥57和云麥68濕面筋含量較高。穩定時間變化在4.28～7.9 min，平均為5.8 min,云麥57和云麥77穩定時間較長，超過7.6min。沉淀指數變化在26.85～31.48 mL，平均為29.76 mL，云麥57和云麥77沉降指數較高，超過31 mL，云麥69和云麥76超高30 mL。最大拉伸阻力變化在564.01～772 BU，平均682.36 BU，云麥68最大拉伸阻力最大，其次是云麥57和云麥77，均超過700 BU。云麥57、云麥77和云麥68的綜合品質相對較好。

表4 不同生態條件下的小麥的品質性狀

3 討 論

目前生產中評價作物氮效率的指標很多，如氮素生理效率(NPE)、氮素表觀利用率(NUR)、氮素吸收效率(NUEa)、氮素收獲指數(NHI)等，不同研究者對氮高效評價指標的選用不同，使得評價結果缺乏可比性和重現性。李瑞珂[6]等主要根據氮收獲指數的大小來劃分氮低效型和氮高效型的，姜瑛等[19]則根據氮素吸收量和氮素籽粒生產效率將供試的小麥品種分為氮素高效型(Ⅰ)、氮素中效型(Ⅱ)、氮素低效型(Ⅲ)、氮素超低效型(Ⅳ)4類。項目組采用NUE、NGPE、NUEa和NHI來評價小麥氮效率，參試品種的這些指標具有明顯差異(表3)，且具有較高吸收能力的品種的氮素生產效率、利用效率和轉運效率并不一定高，具有較高氮素生產能力的品種的氮素吸收能力不一定強，與董召娣等的研究有相同結果[9]。生態條件對氮效率的影響達顯著水平，前人[17]的研究也有相同結果。在氮高效利用指標的篩選中，選擇用單一指標來鑒定氮高效品種有失偏頗[18]?？傮w來看，本研究云麥77氮素吸收利用能力、生產效率和轉運利用效率均相對較好；云麥53、云麥64和云麥76氮素吸收能力強，但是氮素生產效率、利用效率和轉運效率低；云麥68和云麥57氮素吸收能力差，但是氮素生產效率、利用效率和轉運效率高。兼顧品質和氮效率兩方面，云麥77綜合表現較為突出，其次是云麥57和云麥68。

前人研究表明，相同小麥品種的品質及氮吸收利用效率往往因為栽培環境的改變而表現出不同的特征[22]。小麥的品質和氮肥利用效率的表現受環境的影響程度因各指標性狀不同而異[23]。項目組研究表明，品種效應對品質和氮效率的影響相對較小，品種×地點的互作效應對氮效率的影響較大，地點對品質的影響較大，因此，要實現小麥優質高效的生產目標，必須充分重視環境因素。麗江點的氮吸收效率、氮生產效率和氮利用效率均顯著高于昆明點，但收獲指數無差異，品質性狀則相反，表現為昆明點優于麗江點。小麥品種的遺傳特性、栽培技術、土壤、氣候以及收獲、干燥、儲存方法與條件等因素均會影響小麥籽粒的加工品質[24]。導致麗江點小麥品質差的主要原因可能是小麥在灌漿至成熟期降雨量較多，收獲時也被雨淋。

4 結 論

麗江點小麥氮素吸收能力和利用能力均顯著高于昆明點，轉運能力彼此無差異，但品質則相反，表現為昆明點優于麗江點；參試的7個品種中，兼顧品質和氮效率兩方面，云麥77綜合表現較為突出，其次是云麥57和云麥68。該項研究可為云南省合理選用品種及種植區域提供理論及實驗依據。