高產小麥群體動態及干物質積累與轉運特性分析

黃玲，趙凱，邵敏敏，王福玉，陳貴菊，孫雷明，張玉丹，楊本洲，閆璐，王霖

（濟寧市農業科學研究院，山東 濟寧 272031）

小麥是我國三大糧食作物之一。近年來，全球大部分糧食主產區出現了單產停滯現象，同時，隨著工業化進程，耕地面積不斷減少，糧食安全問題迫在眉睫。因此，在節約資源的基礎上，篩選及選育高產、高效型小麥品種具有重要意義。李瑞珂等［1］研究表明，不同基因型小麥花前干物質運轉量差異顯著，產量的提高要依靠花前干物質積累量高、運轉率高的品種。不同小麥品種的光合產物積累、轉運特性差異顯著，干物質積累是小麥產量的形成基礎［2-4］。小麥籽粒的形成主要來源于花后同化物的積累［5，6］。目前，對不同小麥品種干物質積累、轉運、分配與產量之間關系研究較多，而對超高產品種造成產量差異的機理鮮見報道。本研究分析4個高產小麥品種的群體動態變化、干物質積累與轉運特征的差異，以明確品種之間引起產量差異的機理，為高產高效小麥品種篩選和選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2019、2019—2020年度在濟寧市兗州區小孟鎮河莊村進行。土壤為壤土，0～20 cm耕層土壤有機質含量12.41 g／kg、堿解氮112.08 mg／kg、有效磷35.92 mg／kg和速效鉀102.56 mg／kg。

1.2 試驗材料

試驗選用4個當地主推小麥品種，分別為儒麥1號（魯農審2014038號）［7］、太麥198（魯審麥20160056）、山農28（國審麥20170018）、濟麥22（魯農審2006050、國審麥2006018）。

1.3 試驗設計

采用單因素隨機區組設計，重復3次。小區面積40 m2。選用大華寶來機械廠生產的小麥寬幅精播機播種，儒麥1號、太麥198、山農28、濟麥22播量控制在每公頃基本苗分別為330萬、330萬、270萬、225萬株，播種條帶寬8～9 cm，行距30 cm，播深3～5 cm。播種前玉米秸稈全部粉碎后深耕還田，翻耕前每公頃施入純N 105 kg、P2O5105 kg、K2O 120 kg，拔節期每公頃追施純N 105 kg。其他管理措施同一般高產田。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 群體動態調查 出苗期每小區選定長勢均勻一致5個點，每個點調查4行×1 m區域，于越冬期、拔節期、孕穗期和成熟期分別調查定點位置的群體總莖數。莖蘗成穗率（%）＝成熟期總莖數／拔節期總莖數 ×100［8］。

1.4.2 干物質積累量 選取長勢均勻的小麥植株，于越冬期、拔節期、孕穗期每處理分別取10株小麥地上部，開花期和成熟期每處理分別取地上部單莖50個。統計所取小麥植株的莖蘗數，并將樣品于105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重，測定單莖干物質重量，計算干物質積累量。

1.4.3 花前花后干物質積累與轉運 開花期和成熟期，每處理分別取單莖30個，75℃烘干至恒重，稱干重。計算公式如下：

營養器官干物質轉移量（kg／hm2）＝開花期營養器官干物質積累量-成熟期營養器官干物質積累量；

營養器官干物質貢獻率（%）＝營養器官干物質轉移量／成熟期籽粒干物質積累量×100；

花后干物質積累量（kg／hm2）＝成熟期籽粒干物質積累量-營養器官干物質轉移量；

花后干物質積累對籽粒貢獻率（%）＝花后籽粒干物質積累量／成熟期籽粒干物質積累量×100。

1.4.4 產量及其構成因素 采用小型種子脫粒機脫粒，成熟期全區收獲，風干后稱重，并用谷物水分測定儀測定籽粒含水量，調整含水量至13%的籽粒產量，即：小區產量＝實測產量×（1-籽粒含水量）／（1-13%），根據小區產量折算公頃產量。

公頃穗數：小麥開花期在各小區內選取長勢均勻一致區域劃定1 m×6行的微區進行群體穗數調查（含1個邊行），并根據行距折算公頃穗數。穗粒數：隨機選取20個單穗，取平均值。

千粒重：于小區測產的風干籽粒中取樣，數取兩個500粒，稱重（要求兩次總量誤差不超過0.2 g），相加得千粒重，并將數據折算為13%含水量標準的千粒重。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2007、DPS7.05軟件進行數據分析及繪圖，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 品種間群體發育動態及莖蘗成穗率的差異

各品種小麥群體總莖數隨著生育期的推進，呈先增加后降低的趨勢（表1）。2018—2019年度，越冬期、拔節期，太麥198每公頃總莖數低于其他3個品種，與儒麥1號、濟麥22差異顯著（P＜0.05）；孕穗期儒麥1號低于其他3個品種，僅與太麥198差異顯著（P＜0.05），成熟期與其他3個品種差異均達顯著水平。4個品種的莖蘗成穗率差異顯著（P＜0.05）。2019—2020年度，越冬期、拔節期，太麥198顯著低于其他3個品種（山農28越冬期除外，P＜0.05）；孕穗期、成熟期，儒麥1號顯著低于其他3個品種（P＜0.05）；除濟麥22外各品種莖蘗成穗率差異顯著（P＜0.05），山農28最高，儒麥1號最低。

表1 4個小麥品種各生育期群體總莖數及莖蘗成穗率

2.2 不同品種各生育時期植株干物質積累量差異與分析

由表2看出，2018—2019年度，儒麥1號越冬期、孕穗期干物質積累量均顯著高于其他3個品種（P＜0.05）；拔節期、成熟期4個品種間無顯著差異。2019—2020年度，越冬期，太麥198、山農28及濟麥22之間干物質積累量差異不顯著；拔節期，太麥198干物質積累最多，與山農28差異不顯著，顯著高于其它兩個品種；開花期及成熟期，儒麥1號顯著低于其他品種（P＜0.05），其他品種間差異不顯著。連續2年，儒麥1號在越冬期干物質積累量最大，與其他品種間差異顯著。

表2 不同品種各生育期的植株干物質積累量 （kg／hm2）

2.3 不同品種花前干物質轉運和花后干物質積累差異分析

由表3看出，兩年度4個品種花前干物質轉移量均表現為太麥198＞儒麥1號＞濟麥22＞山農28，其中山農28與其他3個品種差異達顯著水平，花前干物質轉移量對籽粒的貢獻率在18.98%～39.71%之間。4個品種的花后干物質積累量2018—2019年度表現為山農28＞儒麥1號＞太麥198＞濟麥22，2019—2020年度表現為太麥198＞儒麥1號＞山農28＞濟麥22，對籽粒貢獻率在60.29%～81.02%之間。與濟麥22相比，3個品種顯著提高了花后干物質的積累量，表明不同品種籽粒中的干物質主要來源于花后干物質的積累。

表3 不同品種花前干物質轉運和花后干物質積累的差異

2.4 不同品種小麥籽粒產量及其構成因素的差異分析

由表4可以看出，山農28有效穗數最高，儒麥1號最少，二者差異顯著。儒麥1號穗粒數最多，山農28最少，兩品種間差異顯著，太麥198和濟麥22之間差異不顯著。2018—2019年度，4個品種的千粒重無顯著差異；2019—2020年度，山農28千粒重與儒麥1號無顯著差異，與太麥198和濟麥22差異顯著。兩年度4個品種的產量無顯著差異。

兩年平均結果，與濟麥22相比，儒麥1號有效穗數少14.03%，穗粒數多39.04%，增產5.86%；山農28有效穗數多17.91%，穗粒數少14.50%，產量高3.20%；太麥198有效穗數和千粒重與濟麥22差異不大，穗粒數多14.14%?？梢姡妍?號和太麥198通過提高穗粒數、山農28通過提高有效穗數來實現高產，且以太麥198產量最高。所以，產量三因素協調發展是實現高產高效目標的首選途徑。

表4 不同品種的產量及產量構成因素

3 討論與結論

小麥產量形成的基礎是干物質量的積累。于振文等［9］提出，黃淮麥區成熟期生物產量20 000 kg／hm2是實現9 000 kg／hm2產量的基礎，本研究結果與該結論基本一致。本試驗中，儒麥1號冬前干物質積累迅速，與其他品種差異顯著。拔節后，太麥198干物質積累量加快。小麥籽粒產量來源于花前干物質轉運量和花后干物質積累量。本研究結果表明，4個品種花前干物質轉移量對籽粒的貢獻率在18.98%～39.71%，花后干物質積累量對籽粒貢獻率在60.29%～81.02%，可見，提高花后干物質積累量有利于增加產量。有研究指出，小麥干物質轉運量、轉運率和對籽粒的貢獻率與小麥基因型的關系密切［10-12］。產量與花后干物質積累量呈顯著正相關［13］。因此，獲得高產的基礎是提高花后干物質量的積累。

小麥獲得高產的前提是擁有高質量的群體。唐興旺等［14］研究表明，拔節前群體總莖數較少，減少不必要的無效分蘗，盡可能地提高莖蘗成穗率，可獲得較高的單位面積有效穗數。協調產量三因素的發展，才能實現高產高效的目標。仝錦等［15］研究認為，單位面積穗數和穗粒數的增加對小麥產量的形成貢獻最大。本研究中，山農28的穗粒數少，但單位面積有效穗數多；儒麥1號單位面積有效穗數少，但穗粒數增加；太麥198在越冬期、拔節期群體最少，后期莖蘗消減量少，穗粒數和公頃穗數相對較多，完美呈現產量三因素之間的協調發展。