生長調節劑對黑小麥莖稈性狀及其籽粒產量和品質的影響

閆秋艷，魯晉秀，趙政萍，王 苗，賈亞琴， 董 飛，楊 峰，李 峰

(1. 山西農業大學小麥研究所，山西臨汾 041000；2. 山西省臨汾市農業農村局，山西臨汾 041000)

使用植物生長調節劑是農業生產上有效的抗逆栽培技術，可以調節作物生長過程，進而對作物產量及品質產生一定的影響[1]。生長調節劑對小麥的莖稈性狀、分蘗力、穗粒數、千粒重、旗葉功能期等有顯著作用[2-4]，對小麥的產量和品質有改善作用[5]。在小麥生產上，利用多效唑、乙烯利或矮壯素均能夠明顯降低小麥的株高，增加莖稈的粗度，增強莖稈機械強度，提高小麥抗倒伏能力[6]。乳熟期前期小麥如果發生倒伏，會減產32.4%～36.2%[3,7]。目前小麥生產上，農戶習慣于在拔節前期使用多效唑、矮壯素等植物生長抑制劑防止倒伏發生，但噴施調節劑對小麥也存在減產風險[8]。正確選擇生長調節劑種類對小麥生產非常重要。

黑小麥區別于普通小麥是籽粒含有天然的花色素，且微量營養元素(如鈣、鐵、鋅、硒)含量明顯較高，因其特有的功能特性而受到人們的重視[9]。較普通小麥而言，黑小麥耐寒性好、分蘗力強、株高較高，莖稈韌性弱[10-11]。因此，黑小麥在栽培技術上與普通小麥存在差異。目前，有關生長調節劑在黑小麥上應用的研究鮮有報道[9]。

鑒于此，本試驗以兩個黑小麥品種為材料，通過在起身期葉面噴施多效唑、甲哌胺鮮酯和矮壯素，研究這3 種生長調控劑對黑小麥品種植株性狀、產量、品質及抗倒伏能力的影響，以期為黑小麥的高產優質栽培提供科學依據，為合理采用化控技術實現黑小麥豐產、穩產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試點概況

供試材料為冬黑1號(Donghei 1)和臨黑131(Linhei 131)，由本課題組保存。試驗于2017-2019年在山西省農業科學院小麥研究所韓村試驗基地(36°19′N，111°49′E)進行。試驗地常年以小麥-玉米一年兩熟種植模式為主。該區年平均降雨量450～500 mm，年平均日照時數2 416.5 h，年平均氣溫為12.18 ℃，大于10 ℃的積溫 4 677.3 ℃，全年無霜期203 d。土壤類型為石灰性褐土。2017年10月播種前土壤0～20 cm基礎肥力為pH 8.32，有機質含量12.23 g·kg-1，全氮0.94 g·kg-1，速效磷7.76 mg·kg-1，堿解氮73.3 mg·kg-1，速效鉀93.5 mg·kg-1，土壤相關指標參照魯如坤[12]的方法測定。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為黑小麥品種，副區為不同生長調節劑處理：多效唑15%(江蘇托球農化有限公司)、甲哌胺鮮酯80%(山西康禾立豐生物科技藥業有限公司)、矮壯素50%(四川國光農化股份有限公司)，以等量清水為對照，所選生長調節劑均目前在小麥生產上應用較廣泛，購買于當地農藥市場。小區面積25 m2(2.5 m× 10 m)。3 次重復。生長調節劑噴施時期為黑小麥春季起身期(2018年3月20日和2019年3月18日)，按照生長調節劑推薦用量兌水后利用電動噴霧器噴藥，噴施量為450 kg·hm-2。各小區施肥量為N 240 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 120 kg·hm-2。其中，氮肥底肥與追肥各占 50%，追肥時期在拔節期(2018年4月5日和2019年4月8日)，磷、鉀肥全部底施，種肥同播。其他管理同當地大田。播種時間分別為2017年10月7日和2018年10月10日，播種量為150 kg·hm-2。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 植株性狀測定

黑小麥成熟期(2018年6月12日和2019年6月15日)，每個處理選取1 m2的3個樣點，測定植株株高、地上部干物質重(烘干法)、單位面積有效穗數、穗長、穗粒數、千粒重、產量。每個樣點隨機選取10株小麥，利用數顯游標卡尺測定莖基部粗度，用直尺測量第1、2節間長度。

1.3.2 倒伏程度調查

在開花期和灌漿后期調查倒伏程度。倒伏程度的分級根據莖稈與地面間的夾角，1～5 級分別為 85°～90°、60°～85°、30°～60°、15°～30°、0°～15°[14]。

1.3.3 莖稈木質素和纖維素含量測定

灌漿后期，每個處理選取30 cm長度的植株樣點，將地上部收割，剪取基部3個節間的莖稈，105 ℃殺青 60 min 后 70 ℃烘干至恒重，粉碎、過篩，參照 McKenzie 等[15]的方法測定纖維素及木質素含量。

1.3.4 籽粒品質指標測定

蛋白質含量采用上海晟聲自動化分析儀器有限公司生產的凱氏定氮儀測定；淀粉含量參照GB 5006-85谷物籽粒粗淀粉測定法；干濕面筋含量采用JJJM-54-115II型面筋測定儀，按GB/T 14608-93的方法測定；沉降值按GB/T 14607-1995的方法測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2010對試驗數據進行處理和作圖，采用SPSS 17.0進行差異顯著性分析。

2 結果和分析

2.1 生長調節劑對黑小麥農藝性狀的影響

表1顯示，施用生長調節劑均使黑小麥株高降低，降幅因調節劑種類和黑小麥品種不同而異。多效唑、甲哌胺鮮酯和矮壯素處理較對照使黑小麥株高依次分別降低1.1～4.5 cm、1.3～2.6 cm、0.5～1.2 cm；基部莖粗度分別增加0.55～ 1.56 mm、 0.11～1.35 mm、0.22～0.8 mm。對穗長的影響因生長調節劑種類不同而存在差異，噴施多效唑可增加穗長，甲哌胺鮮酯對穗長的影響程度較小，矮壯素使穗長減少(2017-2018年度臨黑131除外)。噴施生長調節劑(矮壯素除外)使穗下節長度降低，多效唑、甲哌胺鮮酯較對照使黑小麥穗下節長度分別降低 0.7～4.8 cm、0.5～ 3.4 cm。噴施多效唑、甲哌胺鮮酯和矮壯素分別使黑小麥第1節間長降低25.1%、14.6%和 16.3%，第2節間長降低18.7%、15.2%和 8.3%，3種生長調節劑對黑小麥第3節長的影響均不顯著。兩年結果顯示，對照處理下，冬黑1號的倒伏級別低于臨黑131，噴施生長調節劑后，兩個品種的倒伏級別均有所降低，其中，多效唑顯著降低黑小麥的倒伏級別。

品種對以上被測指標均有顯著或極顯著影響(基部莖粗度和莖基部第2節間長度除外)。生長調節劑對各被測指標的影響程度不同，對基部莖粗度、穗長和莖基部第2節間長度的影響不顯著，對其他被測指標的影響達到顯著或極顯著水平。品種和生長調節劑交互作用對穗長存在極顯著影響。

2.2 生長調節劑對莖稈生理指標的影響

表2顯示，與對照相比，施用3種生長調節劑均可以增加兩個黑小麥基部莖桿的木質素含量，不同年份、不同調節劑的效應因品種而異。噴施多效唑和矮壯素使冬黑1號基部莖稈的木質素含量顯著增加，甲哌胺鮮酯對冬黑1號基部莖稈木質素含量的效應在年度間存在差異；施用多效唑和甲哌胺鮮酯使臨黑131基部莖木質素含量顯著增加，矮壯素對其效應不顯著。2017-2018年度，施用多效唑和甲哌胺鮮酯顯著增加2個黑小麥品種莖基部纖維素含量，以甲哌胺鮮酯增加效果更明顯，矮壯素對2個黑小麥品種莖基部纖維素含量效應不顯著。2018-2019年度，噴施3種調節劑使冬黑1號基部莖纖維素含量均顯著增加；對臨黑131，僅甲哌胺鮮酯有顯著效應。

2.3 生長調節劑對黑小麥產量及其構成因素的影響

表3顯示，與對照相比，噴施生長調節劑使2個年度2個黑小麥品種地上部干物質量增加，其中，多效唑和甲哌胺鮮酯的增加程度達顯著水平(2017-2018年度多效唑對冬黑1號除外)。從產量構成因素來看，2017-2018年度噴施多效唑和甲哌胺鮮酯分別使冬黑1號有效穗數增加 5.6%和6.9%，矮壯素降低冬黑1號有效穗數，噴施3種生長調節劑均使臨黑131的有效穗數顯著增加。噴施多效唑和甲哌胺鮮酯使冬黑1號穗粒數均顯著增加(1.5%)，矮壯素對冬黑1號穗粒數無明顯影響，使臨黑131穗粒數顯著下降。噴施3種生長調節劑對冬黑1號千粒重影響不顯著。噴施多效唑使冬黑1號和臨黑131籽粒產量均顯著增加，分別增加6.9%和11.6%。2018-2019年度，噴施多效唑和甲哌胺鮮酯對冬黑1號有效穗數影響不顯著。噴施3種生長調節劑使2個品種穗粒數均顯著增加，使臨黑131千粒重顯著增加。噴施多效唑和甲哌胺鮮酯使冬黑1號產量增加 10.8%和1.6%，臨黑131產量增加2.2%和 1.2%。相關分析表明，4個被測指標與產量的相關性均達顯著或極顯著水平，有效穗數與產量的相關系數最大。

表1 生長調節劑對黑小麥莖稈性狀的影響Table 1 Effect of growth regulators on stem characteristics of black-grained wheat

表2 生長調節劑對黑小麥灌漿后期基部莖(第1、2節)生理指標的影響Table 2 Effect of growth regulators on stem physical(1st,2nd) characteristics of black-grained wheat

2.4 生長調節劑對黑小麥籽粒品質的影響

從表4可以看出，2017-2018年度，噴施生長調節劑使冬黑1號籽粒蛋白質含量顯著增加，臨黑131僅噴施多效唑后蛋白質含量增加 3.7%。多效唑處理顯著增加2個品種籽粒淀粉含量，甲哌胺鮮酯和矮壯素處理下2個品種的淀粉含量與對照差異不顯著。2個品種的面筋指數在噴施調節劑后均降低。噴施多效唑使冬黑1號沉降值顯著降低，對臨黑131影響不顯著。噴施多效唑使兩個品種的降落值均顯著增加。2018-2019年度，噴施多效唑使兩個品種的蛋白質含量均顯著增加。冬黑1號淀粉含量僅噴施多效唑后增加(差異不顯著)，其余處理均降低；臨黑131噴施調節劑后淀粉含量均顯著增加。噴施調節劑使2個品種的面筋指數降低，且冬黑1號較臨黑131降低幅度大。噴施調節劑使冬黑1號沉降值均降低；臨黑131的沉降值除甲哌胺鮮酯處理增加外，其余處理均降低。在噴施調節劑后，冬黑1號降落值增加，臨黑131降低。品種對被測籽粒品質指標均存在顯著或極顯著(P<0.01)影響。調節劑對淀粉含量影響不顯著，對其他被測指標均存在顯著或極顯著影響，品種和調節劑的交互作用對黑小麥被測品質指標均沒有顯著影響。

表3 生長調節劑對黑小麥產量及構成因素的影響Table 3 Effects of growth regulators on yield and its components of black-grained wheat

表4 生長調節劑對黑小麥籽粒品質的影響Table 4 Effects of growth regulators on grain quality of black-grained wheat

3 討論與結論

生長調節劑對作物的生長調節首先表現在植株莖稈物理特性上[16]。本研究結果表明，噴施生長調節劑均能不同程度降低黑粒小麥的株高及基部節間長度，這與普通小麥噴施生長調節劑的結論一致[17]，但降低程度因生長調節劑種類和小麥品種不同而存在差異。生長調節劑抗倒機理在于其可抑制赤霉素基因表達，延緩作物細胞伸長，縮短節間長度，降低株高[18]。邵慶勤等[2]研究指出，倒五葉期噴施多效唑小麥抗倒效果最佳，可能是因為倒五葉期基部第1、2節還未伸長，作用效應比較強。多效唑主要作用于小麥基部第1、2 節間以及穗下節，導致整個株高下降，且濃度越高，控高效果越好。而矮壯素主要作用于基部第 1、2 節間，對穗下節影響不大，甚至會促進穗下節拉長，導致控高效果不明顯。從本研究結果看來，多效唑對黑小麥的控高效果優于甲哌胺鮮酯和矮壯素，這與王成雨等[18]的研究結果一致。馬瑞琦等[13]研究表明，噴施多效唑使中麥8號籽粒產量下降。可見，多效唑的增產性與小麥品種有關系。本研究中，從對照處理中可以看出，冬黑1號株高低于臨黑131，倒伏級別為1.45～2.23級，較抗倒伏。總體上，使用多效唑可以顯著縮短黑小麥基部第一、二節間的長度，降低黑小麥植株高度，達到控制黑小麥旺長的目的，防止黑小麥倒伏的發生[19]。

莖稈纖維素含量和木質素含量是對小麥抗倒伏能力貢獻較大的因素[14]。木質素含量增加，使小麥莖稈中纖維素更加緊密，莖稈更加緊實，對小麥抗倒伏的作用更大。本研究中，噴施多效唑和甲哌胺鮮酯整體上有助于黑小麥莖稈纖維素和木質素含量的提高，這可能是倒伏級別降低的原因之一。矮壯素對2個黑小麥品種莖稈纖維素和木質素含量的影響存在不穩定性。王成雨等[18]也指出，矮壯素對小麥莖稈生化指標(纖維素、木質素和C/N)提高作用較差，而多效唑或多效唑與矮壯素的復配效果較優。

生長調節劑一方面能降低小麥株高，但另一方面也會影響小麥產量，甚至是籽粒的品質。因此在調節劑的選擇上既要注意控制株高又要抵御減產的風險。烯效唑和矮壯素可顯著提高冬小麥穗數和籽粒產量，但是對小穗數和穗粒數沒有顯著影響[20]。本試驗中，施用多效唑對2個黑小麥品種的增產作用比較穩定，且效果較佳。從產量構成因素來看，有效穗數是增產的主要因素。甲哌胺鮮酯對有效穗數的提高作用較多效唑效果好，但是產量提高效果不如多效唑，可能是甲哌胺鮮酯對穗形成存在阻礙作用，其成穗機理還有待進一步研究。噴施矮壯素對2個黑小麥品種有減產作用，主要是影響穗粒數提高。郭建文等[9]研究指出，矮壯素濃度為0.3%和0.4%時，黑麥的種子產量顯著提高。王成雨等[18]指出，多效唑和矮壯素復配的增產效果更佳。由于國內外生長調節劑在黑小麥應用方面的報道較少，本研究調節劑濃度均參考普通小麥進行。以后將進一步設置不同范圍濃度梯度研究其對黑小麥植株的調控 效應。

籽粒蛋白是構成小麥品質的主要因素之一，也是面筋的主要成分，與面團流變學特性及加工品質顯著相關[13]。本試驗中，噴施調節劑處理均顯著增加了籽粒中蛋白質含量，其中多效唑對2種黑小麥蛋白質含量增加效果明顯，增加幅度為3.7%～19.6%，但對改善小麥其他面粉品質影響不大。文廷剛等[7]研究指出，噴施勁豐和乙烯利能提高小麥面筋含量和強度，降低籽粒中淀粉酶活性，提高小麥面粉品質和加工品質。馬瑞琦等[13]指出，噴施多效唑、矮壯素、噸田寶均有利于提高中麥8號和京麥8號籽粒蛋白質含量，改善加工品質(粉質參數和面筋指數)。本研究表明，噴施調節劑對兩個黑小麥品種的磨粉品質沒有顯著影響，且品種的影響大于調節劑的影響。品種和調節劑的交互作用對黑小麥磨粉品質沒有顯著影響。不同黑小麥品種對不同調節劑有不同響應，兩品種的株型差異和生理差異是導致這一結果的主要原因[20]。黑小麥與普通小麥在品質形成機理上可能也存在差異[16]。根據研究結果，今后需進一步分析化學調控對小麥二次加工品質的影響。

綜合黑小麥成穗、株高、產量和品質4個方面，起身期(3月20日左右)噴施多效唑對冬黑1號和臨黑131的提質增效效果最佳。本研究噴施時期僅在黑小麥起身期，在不同時期噴施調節劑對黑小麥生長的調控作用仍需進一步系統研究。