低氮脅迫下油菜素內酯對小麥穗發育和產量的影響

田堯甫，陳慧民，黃雅鳳，董 彰，李永革* (.漯河市農村能源環境保護站，河南漯河 4600；.安陽市農業環境監測站，河南安陽 455000；.安陽市農產品質量安全檢測中心，河南安陽 455000)

我國人口和經濟的增長對小麥產量的剛性需求使得小麥氮肥施用量居高不下，氮肥的大量使用不僅造成了浪費，而且對環境造成危害。小麥產量的穩定性對保證我國糧食安全具有重要意義，但是目前我國仍有超過40%耕地面積的中產田和超過30%耕地面積的低產田。因此小麥的產量受到了極大的制約，特別是耐低氮小麥品種育種進程緩慢，在一定程度上也限制了我國糧食產量的持續提升。生產上可以通過培育和種植耐低氮品種、及時施肥來提高植物的低氮耐受力，同時外源噴施植物生長調節劑也是預防或減緩低氮脅迫的主要方式之一，且可以減少由于過量施肥對環境造成的危害。

外源生長調節劑是較普遍的一種減緩非生物脅迫發生帶來損失的方式。目前抗逆性外源調節劑種類較多，如ABA、6-BA、甜菜堿、油菜素內酯等，被廣泛應用于不同種類作物抗逆生產實踐。其中，油菜素內酯作為一種具有高效抗逆性的外源噴施調節劑，在種子幼苗萌發、營養運輸和生殖器官組織發育、植株抗逆性等方面都有正向調控作用。研究表明，外源油菜素內酯可以有效提高植物過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)的酶活性，有效增強活性氧的清除能力；能增加低氮脅迫下小麥可溶性蛋白含量和葉綠素含量，提高光合作用，增強抗旱性；能降低小麥不育小穗數增加穗粒數，促進灌漿期干物質向穗部轉運，從而提高千粒重，促進增產。前人關于油菜素內酯調控作物生長發育及改善作物非生物脅迫的研究已有較多報道，但是關于噴施油菜素內酯在低氮脅迫下調控冬小麥穗花發育和碳氮代謝及產量的研究較少。鑒于此，筆者通過在低氮脅迫下冬小麥小花敗育前(拔節后18 d)噴施油菜素內酯，研究其對小花退化敗育階段穗花發育動態和產量的影響，以期為通過外源調控措施促進低氮條件下穗花發育成粒進而提高產量提供參考依據。

1 材料與方法

試驗于 2020—2021年在河南省安陽市安陽縣前西崗村(36°07′ N，114°04′ E)進行，種植的前茬作物為玉米，收獲后玉米秸稈粉碎還田。土壤為壤土，pH 8.2，有機質 14.9 g/kg、全氮 0.88 g/kg、速效磷 13.1 mg/kg和速效鉀 145.2 mg/kg。

供試品種為當地主要推廣品種周麥27。

試驗于2020年10月15日播種，播量210 kg/hm，2021年6月3日收獲，在播種前分別基施120 kg/hmPO和80 kg/hm純KO。試驗共設3個處理：①正常氮(CK)處理為施純氮225 kg/hm；②低氮(LN)處理為施純氮120 kg/hm；③油菜素內酯(BR)處理為氮肥為50%基施，50%拔節期追施，拔節后18 d(小花退花前)在低氮處理的基礎上噴0.1 μmol/L的油菜素內酯，氮肥、磷肥、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，其他處理噴清水替代，以葉面的表面形成一層水霧但不滴落為標準。各處理重復3次，小區面積為25 m(5 m × 5 m)。其他栽培管理同一般高產田。

小麥穗部發育觀測。自噴施處理當天開始記為0 d，每3 d每個處理選取長勢一致的小麥植株10株，從顯微鏡下觀察檢測小麥分蘗成穗的穗部發育的進程，記錄單莖小穗數、可孕小花數等指標。穗部發育具體參考崔金梅。

干物質的測定。觀察不同時期可孕小花發育成粒，每處理選取長勢均勻一致的20株小麥，分為穗、非穗器官2部分進行分析，在105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重，測定各個部位的干物質重。

可溶性糖含量的測定。首先稱取0.1 g小麥樣品放入10 mL離心管中，加入4 mL 80%濃度的乙醇，然后在80 ℃水浴中加熱40 min，之后離心，然后再收集上清液，對其殘渣加入2 mL的乙醇重復提取2次，合并上清液。上清液中加入10 mg活性炭，80 ℃脫色30 min，定容至10 mL，離心后取上清液0.1 mL并加入0.9 mL 80%乙醇，再向其中加入7 mL蒽酮試劑混合液，在沸水浴中煮10 min，使用酶標儀在625 nm處測OD值。

植株氮含量測定。使用凱氏定氮法測定各組織和器官中的全氮含量，各器官生物量與其氮含量(%)的乘積即為各器官的氮積累量，各器官氮積累量之和即為地上部氮積累量。

產量及其構成因素測定。在小麥成熟時期調查小麥單位面積的穗數，從每個處理中選取20株小麥測定其中的穗粒數。每小區實際收獲小麥5 m測產，同時測定千粒重。

采用Excel 2019進行數據處理；采用>SPSS 23.0軟件進行相關分析和方差分析；采用Duncan’s法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

由圖1可知，不同處理的每穗小花數整體動態趨勢一致，均是0～6 d快速退化，6～18 d緩慢敗育。3個處理每穗小花數由高到低表現為CK處理>BR處理>LN處理。噴施油菜素內酯后18 d，正常施肥處理的和噴施油菜素內酯處理的每穗小花數相比于低氮對照處理分別高14.70和7.16個，幅度分別達37.63%和18.85%，這說明低氮脅迫下噴施油菜素內酯能有效降低小花退化和敗育、提高每穗小花數，但其功效低于正常灌水處理。

圖1 不同處理對小麥每穗小花數的影響Fig.1 Effects of different treatments on spikelet florets of wheat

由圖2可知，自噴施處理后3～18 d，穗和非穗器官干物質重均呈持續增加趨勢。0～3 d期間，各處理之間穗干物質重差異較小，但6～18 d油菜素內酯處理高于低氮處理；對照處理在0～15 d期間均低于低氮處理，但在第15天時超過低氮處理；至18 d時，對照處理和噴施油菜素內酯處理穗干重較低氮處理分別提高21.47%和8.18%。不同氮處理非穗器官干物質重在0～18 d內均表現為CK處理>BR處理>LN處理。至18 d時，對照和油菜素內酯處理的非穗器官干重較低氮處理分別提高43.04%和12.08%，這說明噴施油菜素內酯能調節穗和其他器官的干物質分配，增強植株抗低氮脅迫，改善營養狀況。

圖2 不同處理對小麥穗和非穗器官干物質積累的影響Fig.2 Effects of different treatments on dry matter accumulation of wheat spike and non-spike organs

由圖3可知，2個品種各處理穗可溶性糖含量均隨生育期呈整體“N”型趨勢，非穗器官呈現“W”型趨勢。對照處理和低氮處理穗部的可溶性糖含量均低于噴施外源油菜素內酯處理，在3 d時，低氮處理下噴施油菜素內酯的處理(BR處理)穗可溶性糖含量分別較LN和CK處理高19.24%和55.52%，說明噴施油菜素內酯可以提高穗部的可溶性糖含量。非穗器官可溶性糖含量則表現為LN處理最高，噴施油菜素內酯處理次之，對照處理最低，在12 d時各處理間差異最明顯，LN處理分別比BR和CK處理的可溶性糖高18.18%和160.65%，表明外源噴施油菜素內酯可以提高非穗器官可溶性糖到穗部的轉運。因此，噴施外源油菜素內酯能調節低氮脅迫下源庫器官的可溶性糖分配，增強可溶性糖從源器官向庫器官的轉運分配能力。

圖3 不同處理對小麥穗和非穗器官的可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of different treatments on soluble sugar contents of wheat spike and non-spike organs

從圖4可以看出，小麥的穗部氮含量整體呈先上升后平穩趨勢，噴施油菜素內酯的處理較低氮處理提高了穗部氮含量，但低于正常施氮處理。穗部氮含量在0～18 d內均逐漸增加，6～18 d均表現為CK>BR處理>LN處理，18 d時CK和BR處理較LN處理增幅分別為44.51%和16.88%。0～18 d內非穗器官氮含量也表現為CK>BR處理>LN處理，對照處理先快速下降然后緩慢下降，LN和BR處理的氮含量則持續緩慢下降。這說明低氮脅迫導致冬小麥穗和非穗器官含氮量下降，促使冬小麥氮素分配比例更多傾向于穗部，外源噴施油菜素內酯能促進穗與非穗器官的含氮量增加及氮往穗部的轉運。

圖4 不同處理對小麥穗與非穗器官氮含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on spike and non-spike organs nitrogen contents of wheat

由圖5可知，穗和非穗器官各處理的C/N值均呈波動性變化。0～18 d小麥穗器官的C/N值表現為BR處理>LN處理>CK；相比正常施氮處理的對照，18 d時噴施油菜素內酯和低氮處理的穗C/N值分別較正常施肥對照提高了0.67和0.54。非穗器官的C/N值均表現為LN處理>BR處理>CK，相比正常施肥對照，18 d時低氮處理和噴施油菜素內酯處理的C/N值分別較CK提高了0.91和0.74。這說明低氮脅迫提高了穗和非穗器官的C/N值，噴施油菜素內酯可以調節非穗器官的C/N值降低、穗的C/N值升高。

由表1可知，不同氮素處理間產量及其構成因子表現出差異性。對照的穗數均顯著高于噴施油菜素內酯處理和低氮處理，而噴施油菜素內酯處理和低氮處理間差異不顯著；各處理穗粒數表現為CK>BR處理>LN處理，這3個處理間的差異都達到了顯著水平；這說明低氮脅迫大幅度減少了冬小麥的穗粒數，而外源噴施油菜素內酯在一定程度上能夠減少低氮處理下冬小麥的穗粒數損失。噴施油菜素內酯處理的千粒重稍低于LN處理，但兩者差異不顯著。各處理間的產量表現為CK>BR處理>LN處理，3個處理間差異均達顯著水平；CK和BR處理產量分別較低氮處理高80.38%和41.68%。這說明低氮脅迫下噴施油菜素內酯有利于提高產量，從而減緩解低氮產量的損失，主要增產效應為提高穗粒數。

圖5 不同處理對小麥穗與非穗器官碳氮比的影響Fig.5 Effects of different treatments on carbon-nitrogen ratio of spike and non-spike organs of wheat

表1 不同處理對小麥產量及其構成因子的影響Table 1 Effects of different treatments on yield and its components of wheat

3 結論與討論

研究表明，拔節期是小麥吸收水分和氮素最關鍵的時期，尤其是小麥氮素的缺乏可以直接影響穗部小花的形成和結實，也會對于氮、磷等營養元素的吸收造成不可挽回的影響，促使各器官發育遲緩且生物量降低，導致不成熟的小花增多、小花退化和敗育的風險增大，進一步減少可孕小花成粒數。該研究發現，拔節期低氮脅迫降低了可孕小花的數量和結實粒數，加速了可孕小花的退化和敗育，其主要原因是穗部的生長營養供應不足。該研究結果表明，低氮條件噴施油菜素內酯可提高可孕小花數和穗粒數，開花期其穗干物質重和穗氮積累量也均高于低氮處理。前人研究表明，外源噴施BRs類物質均可以調控植株中營養物質向穗器官分配和轉運，促進穗花發育結實；開花期噴施油菜素內酯也可以促進弱勢穗位的小花結實成粒。該研究在低氮脅迫下小花退化前葉面噴施油菜素內酯，外源油菜素內酯增加了低氮脅迫下穗和非穗器官的干物質積累量，促進了碳源同化物向穗的轉運和積累，提高了穗氮積累，增加了穗部總干物質量，從而增強了低氮脅迫下小花發育的營養基礎，減少了可孕小花的退化和敗育，提高了結實數和產量，減輕了低氮脅迫的危害。

對于小麥碳代謝而言，該試驗發現低氮脅迫情況下噴施油菜素內酯降低了小麥的非穗器官中可溶性糖的含量，同時增加了穗器官的糖含量，這說明噴施油菜素內酯促進了低氮脅迫下源器官中的可溶性糖向庫器官的轉運。可以改善糖的積累對光合作用的抑制，促進小麥葉片光合同化產物的轉運和利用，而穗中糖含量的提高則能為籽粒灌漿提前準備好營養，從而促進小花發育，提高結實率。此外，低氮處理影響了小麥植株的氮代謝，通常造成氮吸收降低，脅迫程度越大，吸氮量越小。研究表明，小麥孕穗至開花期的穗和非穗器官氮含量、氮積累量與穗粒數呈顯著正相關，穗氮占整株的比例與穗粒數呈負相關，高的穗氮量和低的穗氮比例可以促進穗部營養物質多分配和積累，進而促進穗粒數提高。該研究在低氮脅迫下進行外源噴施油菜素內酯，結果顯示其可以提高低氮脅迫下穗氮含量和非穗器官氮含量，這有利于穗部氮素的增加，從而促進可孕小花及早發育成籽粒。綜上，碳、氮營養均能影響小麥的小穗花發育成籽粒。從小麥的C/N平衡角度分析，已有研究者發現孕穗至灌漿期穗器官碳氮比持續升高，且穗器官中碳氮比高于非穗器官，較多的光合產物向穗器官分配，從而增加穗部營養積累，利于穗花發育成粒。該研究結果表明，低氮脅迫處理下高的穗碳氮比并沒有促進可孕小花和穗粒數的增加，這說明碳氮比對穗的促進作用不但與碳氮比的大小有關，也與碳和氮的絕對量有關，碳營養和氮營養的互相協調更有利于提高小麥小花成粒數，說明促進碳營養向穗部分配并增強穗部營養基礎條件，有利于提高可孕小花數和穗粒數。

綜上所述，低氮脅迫下在小麥小花退化前外源噴施油菜素內酯可以提高小麥的耐低氮性，促進植株干物重的增長；可以調節穗和其他器官(庫、源器官)可溶性糖和氮素從源器官向穗庫器官的轉運分配能力；同時能改善穗和葉器官的碳/氮代謝，促進碳營養向穗部分配以增強穗部碳營養基礎，從而促進更多可孕小花發育成每個穗的有效籽粒以實現小麥的穩產和增產。