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小麦抗干热风的有效制剂配方筛选

作者:原创论文网 时间:2018-11-17 11:47 加入收藏

摘要

  Abstract:To increase crop dry-hot wind tolerance and crop yield, the author conducted screening of 16 complex drought tolerance agents in wheat basing on formula selection, comparable product comparison and potted simulation. The results showed that KN-8 and KN-2 had significant effect compared with Tianda-2116, whose grain and yield were promoted than FA, KH2 PO4 and control. Compared with control, the 1 000-kernel quality of KN-8 and KN-2 increased 2.5, 2.2 g, the yield increased 11.4% and 10.1%, the relative conductivity decreased 20.5% and 18.5%, the relative water content of leaves increased 7.0% and 7.9%, the fluorescence parameters (Fm/Fv) significantly increased 4.6% and 4.7%, the photosynthetic rate increased 20.0% and 15.6%, respectively. Superoxide dismutase of KN-8 and KN-2 significantly increased 21.4% and 15.4%, malondialdehyde contents decreased significantly 21.0% and 19.6%, respectively. KN-8 and KN-2 can regulate wheat physiological function, reduce the membrane electrolyte leakage, inhibit transpiration, reduce loss of moisture content, improve cell vitality and efficiency, strengthen the dry-hot wind resistance, improve the wheat grains and yield. Therefore, KN-8 and KN-2 are better formulation of dry-hot wind, which should be demonstrated and promoted.

  Keyword:dry-hot wind tolerance agent; wheat; recipe screening; yield; 1 000-kernel quality; mechanism;

  小麦是我国重要的口粮品种, 在保障国家口粮绝对安全中的地位极其重要。黄淮海地区是我国冬小麦的主产区, 小麦种植面积占全国小麦总面积的68%, 产量占全国小麦总产的76%[1], 也是干热风危害最严重的地区。河南省年平均发生干热风日数为0.5~3.9 d, 发生概率为10年4遇至10年9遇[2]。1980年以来, 河南省商丘市干热风的发生频率呈逐渐减少趋势[3], 山西在1971—2013年之间冬小麦干热风总体呈波动略减小趋势[4]。遇干热风轻害, 小麦会减产5%~10%, 重害时减产可达20%以上[5]。抗干热风制剂的应用是提高小麦抗性和增加产量的一条有效且实用的技术途径。前人对许多单剂如磷酸二氢钾[6]、氯化钙[7]、三十烷醇溶液[8]、黄腐酸[9]进行了研究, 其虽能不同程度地缓解干热风的危害, 但作用效果有限且不稳定。目前, 文献报道, 应用的抗干热风产品制剂喷施宝有机水溶叶面肥[10]、FA旱地龙[11,12]、天达2116[13,14]等对小麦抵抗干热风灾害有一定作用。

小麦抗干热风的有效制剂配方筛选

  为了丰富抗干热风制剂类型及增强抗防效果, 笔者针对小麦干热风危害发生条件和特点, 利用有机营养、活性剂、调节剂、中量元素、微量元素等研制出16种抗干热风配方制剂, 并对其进行配方筛选, 在小麦上就应用增产效果及抗逆机制进行了一系列研究, 以期为抗干热风制剂的开发应用探索一条新路。

  1、材料和方法

  1.1、试验时间与地点

  2012—2013年度在山西省农业科学院棉花研究所牛家凹试验农场开展配方初选试验;2013—2014年度在山西省农业科学院棉花研究所牛家凹试验农场、临汾市襄汾县邓庄镇贾庄村、河南省农业科学院试验地开展多点鉴选;2014—2016年在山西省农业科学院棉花研究所牛家凹试验农场开展同类制剂产品比较试验和盆栽模拟干热风环境的作用机制研究。

  1.2、试验材料

  参试小麦品种为舜麦1718。山西省农业科学院棉花研究所小麦抗逆栽培研究课题自行研制的16种抗干热风制剂配方 (KN-1~KN-16) ;FA旱地龙由新疆汇通旱地龙腐植酸有限公司生产;98%磷酸二氢钾由邵阳市正盛农化科技有限公司生产;天达2116由山东天达生物股份有限公司生产。

  1.3、试验设计

  1.3.1、田间鉴选试验

  配方初选时设16个配方和清水对照共17个处理, 初选出的配方进入下一年多点多地鉴选试验;鉴选出的配方再与同类产品 (FA旱地龙、天达2116、98%磷酸二氢钾) 进行比较试验, 而后确定抗干热风效果较好的配方。各年度试验小区面积20 m2, 重复3次, 均在小麦开花—灌浆期喷施2次。每个配方稀释500倍, 同类产品按说明书最佳用量使用, 对照喷等量清水。收获后, 测定千粒质量和产量, 以千粒质量、产量为主判定配方的抗干热风能力。

  1.3.2、干热风模拟盆栽试验

  设鉴选确定的2个配方和清水对照3个处理, 每个处理5盆, 随机区组排列, 重复5次, 共75盆, 其中固定一次重复为取样区。盆内径40 cm, 高50 cm, 将盆埋于大田。10月8日播种, 每盆留基本苗30株。于拔节期 (4月4日) 每盆统一留茎60个, 去除多余茎蘖。在开花—灌浆期喷施2次, 2次间间隔7 d, 而后在盆栽区域搭建干热风模拟温棚[15], 中度干热风胁迫处理3 d, 指标设置白天9:00—16:00温度32℃, 相对湿度≤30%, 风速≥2 m/s, 夜间温度15℃~18℃, 相对湿度40%~45%。成熟后按盆收获, 每盆装一袋, 单收单打, 测定产量及产量构成。

  1.4、测定指标及方法

  盆栽模拟试验于干热风处理结束后的第3天测定。相对电导率采用电导率仪法测定[16], 叶片相对含水量按照武仙山等[17]方法测定, 叶绿素荧光参数 (Fv/Fm) 用美国OS-30P叶绿素荧光仪测定[17], 光合测定用英国ADC系列LCpro便携式光合测定仪测定[18], 超氧化物歧化酶 (SOD) 活性采用NBT比色法[19]测定, 丙二醛 (MDA) 含量采用TBA比色法[19]测定。

  1.5、数据分析

  用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理, 用SPSS软件进行统计分析, 平均数用LSD法进行比较。

  2、结果与分析

  2.1、配方初选结果

表1 小麦抗干热风配方筛选结果 (2012年)
表1 小麦抗干热风配方筛选结果 (2012年)

  试验结果表明 (表1) , 有6个配方千粒质量比对照增加, 比对照增产的有13个配方, 有11个配方提高了光合速率, 结合2012年气候条件综合分析得出初步结果:6个配方千粒质量、产量均高于对照, 说明这6个配方有一定的抗干热风能力, 分别是KN-2, KN-3, KN-6, KN-8, KN-15, KN-16, 千粒质量比CK提高0.68~6.54 g, 产量比CK提高6.16%~14.39%, 其中, 增产幅度最大的是KN-8, 增产率为14.39%。以千粒质量、产量为主判定配方抗干热风的能力, 初步筛选出KN-6, KN-8, KN-3, KN-16, KN-15, KN-2等6个配方。

  2.2、不同地点配方鉴选与验证

  运城点试验结果表明 (表2) , 参加抗干热风制剂配方验证筛选试验的6个配方的穗粒数、千粒质量及产量均比CK高, 其中, KN-8千粒质量比CK高2.5 g, 且二者间达极显着差异, 其他5个配方千粒质量比CK高1.3~1.9 g, 均达到显着差异;有4个配方KN-8, KN-2, KN-6, KN-3均比对照显着增产, 增产率分别为20.2%, 17.4%, 16.8%和12.3%, 说明这4个配方有一定的抗干热风能力。按照千粒质量和产量指标综合分析, 抗干热风能力最好的是KN-8, 其次依次是KN-2, KN-6, KN-3。

表2 运城点抗干热风制剂配方验证筛选结果 (2013年)
表2 运城点抗干热风制剂配方验证筛选结果 (2013年)

  从表3可以看出, 在临汾试验基地灌浆期喷施制剂后, 对公顷穗数和穗粒数影响不显着;除KN-16外其余5种制剂的千粒质量都极显着提高, 千粒质量由高到低排序为KN-15, KN-8, KN-2, KN-3, KN-6, 提高幅度为2.4~4.5 g;喷施6种制剂产量都有增加, 产量由高到低依次为KN-8, KN-2, KN-3, KN-15, KN-6, KN-16, 其中, KN-8, KN-2增产率均达20%以上, 分别为27.6%和21.1%。

表3 临汾点抗干热风制剂配方验证筛选结果 (2013年)
表3 临汾点抗干热风制剂配方验证筛选结果 (2013年)

  郑州点6个初选配方鉴定结果表明 (表4) , 千粒质量高于CK的配方有5个, 由大到小依次为KN-16, KN-2, KN-8, KN-3, KN-15;千粒质量比对照超过5 g以上的配方有3个, 依次为KN-16, KN-2, KN-8, 比清水对照千粒质量分别提高6.96, 6.67, 6.04 g, 其中, KN-8, KN-2这2个配方还显着增加了穗粒数, 穗粒数分别提高6.3, 5.85粒;由于喷施抗干热风制剂是小麦初花期以后, 公顷穗数已经确定, 其效果主要影响千粒质量和穗粒数, 所以, 以穗粒数×千粒质量为指标可以代表产量趋势, 以此指标判定, 除KN-6比CK低0.50%外, 其他配方均高于对照10%以上, 前3名是KN-2, KN-8, KN-16, 分别比对照高34.4%, 34.2%和19.4%。

表4 郑州点抗干热风制剂配方鉴定结果 (2013年)
表4 郑州点抗干热风制剂配方鉴定结果 (2013年)

  综合3个试验点的试验结果可知, KN-8在配方初选中增产率最大, 排名第1, 在3个试验点配方验证筛选试验和大区示范验证中, 在运城、临汾验证试验和大区示范中增产率也均为第1, 在郑州点千粒质量排名第3、穗粒数排名第1、穗粒数×千粒质量排第2。因此, 确定KN-8为参试配方中抗干热风效果最好的配方。KN-2在配方初选试验中排名第3, 在3个试验点配方验证和大区示范验证4组试验中, 3个试验点增产率均排名第2, 郑州点增产趋势 (穗粒数×千粒质量) 排名第1。因此, 确定KN-2为参试配方中抗干热风效果较好的配方, 对该配方优化改良进入下一阶段的试验。

  2.3、抗干热风制剂验证及与同类产品效果比较

  由表5可知, 喷施抗干热风制剂显着提高了千粒质量与穗粒数, 各制剂均比CK增产, 产量由高到低依次为KN-8>天达2116>KN-2>KH2PO4>旱地龙, 增产率为7.5%~11.8%, 其中, KN-8、天达2116抗干热风效果优于KN-2>KH2PO4>旱地龙。

表5 不同处理对小麦产量和产量结构的影响 (2015年)
表5 不同处理对小麦产量和产量结构的影响 (2015年)

  2.4、干热风模拟条件下喷施制剂的机制与效果

  对筛选出的KN-8, KN-2制剂进行干热风模拟条件下的盆栽试验, 结果如表6所示, 喷施抗干热风制剂KN-8, KN-2后穗粒数较CK分别提高1.6, 1.4粒;千粒质量分别显着增加2.5, 2.2 g, 提高6.2%和5.5%;产量显着提高了11.4%和10.1%。从表7可以看出, 喷施抗干热风制剂KN-8, KN-2后, 电导率分别比CK显着降低20.5%和18.5%;叶片相对含水量分别较CK显着提高7.0%和7.9%;荧光参数 (Fm/Fv) 分别较CK显着提高4.59%和4.72%;光合速率分别显着提高20.03%和15.56%;超氧化物歧化酶分别较CK显着提高21.4%和15.35%;丙二醛含量分别较CK显着降低21.0%和19.6%。说明在小麦受到干热风胁迫前喷施制剂KN-8、KN-2, 能保护细胞膜, 提高超氧化物歧化酶含量, 调节气孔关闭度, 减少蒸腾, 保持叶片较高的含水量, 促进光合作用, 从而有效提高了小麦耐受干热风的能力, 提高籽粒质量, 保持较高的产量。

表6 筛选制剂对产量及产量结构的影响 (2016年)
表6 筛选制剂对产量及产量结构的影响 (2016年)

表7 喷施制剂生理生化指标测定值 (2016年)
表7 喷施制剂生理生化指标测定值 (2016年)

  3、结论与讨论

  3.1、研究鉴选出抗干热风效果较好的制剂配方

  KN-8和KN-2都是较好的抗干热风制剂配方。KN-8在配方初选中增产率排名第1, 在3个试验点配方验证筛选试验中, 运城、临汾验证试验均为第1, 在郑州点千粒质量排名第3、穗粒数排名第1, 在抗干热风制剂与同类产品效果比较试验中, KN-8增产率排名第1。KN-2在配方初选试验中排名第3, 在3个试验点配方验证筛选试验中均排名第2。KN-2在抗干热风制剂与同类产品效果比较试验中排名第3, 虽不及天达2116, 但与其差异不显着, 而比旱地龙、磷酸二氢钾显着提高。在盆栽干热风模拟试验中, KN-8和KN-2千粒质量分别比CK提高2.5, 2.2 g, 产量比CK显着提高了11.4%和10.1%。生理生化测定分析验证了配方性能, 揭示其作用机制是能调节小麦生理机能, 减少细胞膜电解质外渗, 抑制蒸腾, 减少体内水分损耗, 提高细胞活力和光化学效率, 增强抗干热风能力, 提高小麦千粒质量和产量。

  3.2、干热风胁迫鉴定指标与田间试验方法

  干热风胁迫导致千粒质量不同程度降低[20,21,22,23], 在灌浆后期重度干热风危害导致千粒质量降低5.4 g, 降幅达14.5%;在灌浆中期重度干热风危害导致千粒质量降低9.7%, 轻度干热风危害导致千粒质量降低4.8%[24]。赵俊芳等[25]、王明涛等[26]研究表明, 重干热风天气出现次数与千粒质量呈显着的负相关。因此, 千粒质量可以作为干热风研究的重要指标。干热风胁迫下, 叶片失水、酶活性、光合速率、丙二醛含量、细胞膜通透性会发生显着变化, 因而, 其常作为鉴定作物抗干热风能力的重要指标[27,28]。干热风是突发性灾害, 开展干热风灾害研究分析, 模拟试验与田间试验结合是一种十分有效的手段。由于研究目的不同, 试验模拟方法也不同, 胁迫环境和作用时间不同, 对千粒质量、产量及生理生化指标的影响也不尽相同。

  3.3、抗干热风制剂是应对小麦干热风危害的一条简便、有效和经济的途径

  笔者筛选出的2个抗干热风制剂配方是在小区试验和干热风模拟环境条件下获得的, 以后还将开展大田小区试验、大田示范试验、不同生态区域试验、与其他抗干热风制剂产品进行比较等研究, 依据该制剂在试验示范推广中的效能和出现的问题, 对抗干热风制剂进行配方调整和剂型改良, 以期获得效果更好且更加实用的抗干热风制剂新产品。

  参考文献
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