彩色小麦与普通小麦产量形成差异及其生理基础研究

彩色小麦与普通小麦产量形成差异及其生理基础研究吕强熊瑛马超陈明灿付国占李友军摘要通过三个彩麦品种与三种不同品质类型的普通小麦品种产量形成特点及其生理基础的比较研究，基本明确：彩色小麦产量低的原因在于籽粒产量形成关键期，其光合生产能力（群体光合速率）及物质转运能力（穗茎节伤流强度）差，而根系吸收能力（茎基部伤流强度）及籽粒库容活性（籽粒含水量）不是限制因素，且彩色小麦在生育后期具有较强的抗逆性，表现在“源-库-流”系统均有较强的活性。关键词彩色小麦；产量；群体光合速率；伤流；籽粒含水量随着人民生活水平的提高，小麦的需求日趋多元化、专用化，其中对营养的需求逐步受到重视，我国传统的食品结构正在由温饱型向营养型、功能型和保健型转变。彩色小麦作为一种新的种质资源，具有许多普通小麦所不及的优良抗逆性状，如抗病虫性（锈病、白粉病、蚜虫等）、抗逆性（耐寒、耐旱、耐瘠薄、耐盐碱、耐干热风等）、抗倒伏、分蘖力强等[1,2]，同时彩色小麦含有丰富的蛋白质、氨基酸和硒、铁、锌、钙、碘等微量元素，营养价值比较丰富，具有重要的保健作用[3～5]，是扩展和补充现有普通小麦遗传基因多样性的重要种质资源，对于改良小麦的抗性、提高品质方面具有重要的价值。虽然目前部分彩色小麦品种产量接近或超过普通小麦，但大部分彩色小麦品种产量仍较低，严重制约了彩色小麦资源的推广应用，而且目前国内外这方面的研究尚处于起步阶段[6]。本试验系统研究彩色小麦产量形成规律，揭示彩色小麦与普通小麦产量形成差异特征，旨在为彩色小麦优良性状和优势基因在育种上的应用和高产栽培提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料试验于2006年在河南科技大学试验田进行。土壤质地为壤土，0～40cm土层含有机质1.99%，碱解氮65.27mg/kg，速效磷5.98mg/kg，速效钾120mg/kg。供试品种为彩色小麦1号、彩色小麦2号、彩色小麦3号（均由南阳农科所提供）、豫麦50（弱筋小麦）、温麦6号（中筋小麦）、郑麦9023（强筋小麦）。2005年10月26日播种，小区宽2.55m，长6m，随机区组排列，重复3次，基本苗240万/hm2。其它管理措施同一般生产田。1.2方法1.2.1群体光合速率的测定：参照董树亭介绍的方法并稍加改进[7，8]。分别于孕穗期、灌浆前期、灌浆中期、灌浆末期用GXH－305A型红外线CO2分析仪于上午9～11点在田间直接测定。1.2.2籽粒含水量的测定：测定及计算参照王余龙[9]的方法，即抽穗期选同一天抽穗的植株做标记，在开花期选穗中部小穗同一天开花的挂牌。自开花至成熟，分别于花后10天、15天、20天、30天、35天，每个材料每次取5穗，测定籽粒鲜重，然后80℃烘干，测定籽粒干重。籽粒含水量（%）=（籽粒鲜重-干重）/籽粒鲜重×100。0123456孕穗期灌浆前期灌浆中期灌浆后期生育时期群体光合速率（CO2g.field.m-3.h-1）彩麦1号彩麦2号彩麦3号温麦6号豫麦50郑麦9023图1不同类型小麦品种群体光合速率的差异0102030405060708090100灌浆前期灌浆中期灌浆后期生育时期穗茎节伤流强度（mg/h）彩麦1号彩麦2彩麦3温麦6号豫麦50郑麦9023图2不同类型小麦品种穗茎节伤流强度的差异1.2.3伤流液的采集与测定：采用赵全志等[8]介绍的简易收集法。每处理选取长势基本一致的植株分别于灌浆前期、中期、后期进行测定，基部节间伤流的收集在距地面10cm处，穗颈节间伤流的收集在穗颈节处，收集时间统一为：19:00～次日08:00。1.2.4产量及产量构成因素的测定：小麦生育期间各处理选取有代表性的2米4行取样，进行室内拷种。小区实打实收，折算出实际产量。2结果与分析2.1不同类型小麦品种群体光合速率的差异图1结果表明，小麦籽粒产量形成期，各种类型小麦品种群体光合速率随生育期的变化基本呈逐渐降低趋势。孕穗期彩色小麦具有较高的光合速率，彩麦1号、2号、3号的群体光合速率显著高于强筋小麦郑麦9023及中筋小麦温麦6号，但均低于弱筋小麦豫麦50。灌浆前期和中期彩色小麦品种群体光合速率均显著低于普通小麦，其中以郑麦9023光合速率最高，其次为豫麦50。灌浆后期，弱筋小麦豫麦50群体光合速率最高，显著高于其它品种；其次为彩麦1号和彩麦3号。2.2不同类型小麦品种穗茎节伤流强度的差异穗茎节是三源（根源、鞘源、叶源）进入籽粒库的唯一通道，而里面的液流（主要是水分，内含无机盐、氨基酸、大量和微量元素、同化产物等）又是籽粒库容的唯一物质源。因此穗茎节伤流强度的变化规率在一定程度上反映小麦籽粒库物质供应状况。图2结果表明，灌浆前期各类型小麦穗茎节伤流强度依次表现为温麦6号＞豫麦50＞彩麦2号＞彩麦3号＞郑麦9023＞彩麦1号；灌浆中期各彩麦品种均低于普通小麦，以豫麦50穗茎节伤流强度最高；灌浆后期，除彩麦2号伤流强度高于温麦6号外，豫麦50和郑麦9023均显著高于彩色小麦。表明灌浆期彩色小麦在物质向籽粒转运方面明显低于普通小麦。2.3不同类型小麦品种基部伤流强度的差异茎基部伤流强度可以反映根系吸收水分和矿质营养状况，在一定程度上可以代表根系活力和吸收状况。图3结果表明，不同类型小麦基部伤流强度基本随灌浆推进而呈降低趋势，灌浆前期各类型小麦基部伤流020406080100120140灌浆前期灌浆中期灌浆后期生育时期基部伤流强度（mg/h）彩麦1号彩麦2彩麦3温麦6号豫麦50郑麦9023图3不同类型小麦品种基部伤流强度的差异010203040506070801015203035花后天数（d）籽粒含水量（％）彩麦1号彩麦2彩麦3温麦6号豫麦50郑麦9023图4不同类型小麦品种籽粒含水量的差异强度依次表现为温麦6号＞豫麦50＞彩麦2号＞彩麦3号＞彩麦1号＞郑麦9023，灌浆中期表现为彩麦2号＞郑麦9023＞温麦6号＞豫麦50＞彩麦1号＞彩麦3号，灌浆后期，彩色小麦品种仍有较大的伤流强度，除豫麦50基部伤流强度高于其它各小麦品种外，彩色小麦品种基部伤流强度均明显高于温麦6号和郑麦9023。2.4不同类型小麦品种籽粒含水量的差异小麦籽粒在灌浆充实过程中，干物质不断增加，含水量不断下降，两者具有一定的相关关系，籽粒含水量是反映籽粒库容活性的一个有效指标。图4结果表明，在小麦籽粒灌浆期，不同品种小麦籽粒含水量的变化动态基本呈倒“S”型曲线减少的趋势，花后10～15d籽粒含水量较高，并逐渐降低，花后15～20d，各品种籽粒含水量相对稳定，花后20～30缓慢降低，花后30～35d迅速降低。品种间比较表明，花后10d及花后30～35d，彩色小麦籽粒含水量均明显高于普通小麦，花后15d各品种籽粒含水量依次表现为彩麦2号＞豫麦50＞郑麦9023＞彩麦1号＞彩麦3号＞温麦6号，花后20d表现为彩麦3号＞彩麦2号＞豫麦50＞温麦6号＞彩麦1号＞郑麦9023。2.5不同类型小麦产量及其构成因素的差异不同品种小麦产量及产量构成因素存在差异(见表1),穗数、穗粒数、千粒重、理论产量和实际产量均为普通小麦品种大于彩色小麦品种,其中实际产量表现为豫麦50＞温麦6号＞郑麦9023＞彩麦1号＞彩麦2号＞彩麦3号。3小结与讨论前人[3，6]研究结果表明，彩色小麦单产水平不高，植株高度与普通小麦相当，彩色小麦抽穗较晚，成熟期也较晚，比重比普通小麦偏低，但成穗率较高，粒型较小，粒重偏低，千粒重属中等水平。本试验研究结果表明，三个彩色小麦品种的产量及其构成因素(穗数、穗粒数、千粒重)均显著低于普通小麦品种，实际产量表现为豫麦50＞温麦6＞郑麦9023＞彩麦1号＞彩麦2号＞彩麦3号，这与前人研究结论基本一致。有关普通小麦产量形成规律，众多学者及农学家从小麦“源－库－流”三方面开展了大量研究[10,11]，但有关彩色小麦产量形成规律国内外尚未见系统深入报道。本试验立足小麦生产的整体性，对彩色小麦生产的各个系统进行综合研究，结果表明：灌浆中前期彩色小麦品种群体光合速率明显低于普通小麦，但孕穗期及灌浆后期彩色小麦表1不同类型小麦产量及其构成因素群体光合速率明显高于强筋小麦郑麦9023及中筋小麦温麦6号；彩色小麦在灌浆中后期的穗茎节伤流强度明显低于普通小麦；彩色小麦在整个灌浆期均有较强的根系活力，尤其灌浆后期彩色小麦基部伤流强度明显高于温麦6号和郑麦9023；彩色小麦在整个灌浆期籽粒含水量均处于较高水平，尤其灌浆前期和后期，籽粒含水量明显高于普通小麦。可见，彩色小麦产量低的原因在于籽粒产量形成关键期小麦植株的光合能力及物质转运能力差，而根系吸收能力及籽粒库容活性不是限制因素。因此，利用彩色小麦抗逆性强，不易早衰的特点，采取栽培措施改善灌浆盛期植株的群体光合能力，促进灌浆盛期茎鞘物质向籽粒转运，提高灌浆盛期籽粒库容活性，将大大提高彩色小麦产量。参考文献1上官周平.氮素营养对旱作小麦光合特性的调控.植物营养与肥料学报,1997,3(2):105～1102张其德,蒋高明,朱新广等.12个不同基因型冬小麦的光合能力.植物生态学报,2001,25(5):532～5363李金良,李金榜,李中恒等.特殊粒色小麦研究概述.中国种业,2003,(5):34～344苏东民.漯珍一号黑小麦营养成分初步评价.粮油与饲料工业,2000,(8):1～25高向阳,宋莲军,黄勇等.南阳彩色小麦营养成分的初步研究.河南农业大学学报,2003,37(2):331～3346叶抗生.我国培育出彩色小麦.湘西科技,2002,(1):13～147董树亭.高产冬小麦群体光合能力与产量关系的研究.作物学报.1991,17(6):461～4698赵全志,吕德彬,程西永等.杂种小麦群体光合速率及伤流强度优势研究.中国农业科学2002,35(8):925～9289王余龙,姚有礼,李昙云.水稻籽粒有关性状与粒重关系的初步探讨.作物学报,1995,21(5):573～57810官春云,屠乃美.作物源—库关系研究的现状.作物研究,1995,9(2):44～4811郭文善,封超年,严六零等.小麦开花后源库关系分析.作物学报.1995.21(2):334～340ii吕强，讲师，河南科技大学农学院，471003，洛阳。E-mail:[e-mail]李友军（通讯作者），熊瑛，陈明灿，付国占，马超，通讯地址同第1作者i基金项目：河南省科技攻关项目(0424060032)，河南科技大学人才科学研究基金（13560026）品种穗数（万穗/hm2）穗粒数（个）千粒重（g）理论产量（kg/hm2）实际产量（kg/hm2）彩麦1号358.3b29.43b44.42d7026.48d6319.03c彩麦2号352.1b28.86b45.03c6863.85d6262.78c彩麦3号349.5b28.70b44.04d6626.25d5925.26d温麦6号386.7a30.23b46.38b8132.69c6937.81b豫麦50390.5a32.56a48.51a9251.84a7387.83a郑麦9023388.3a29.80b49.26a8550.26b6881.56b