冬前积温和春化处理对不同春化发育特性小麦品种幼穗分化的效应

以3个春性、半冬性和冬性小麦品种为材料,采用分期播种和春化处理,以热时间为尺度,研究了冬前积温对不同春化发育特性小麦品种幼穗分化进程及主要穗分化期累积GDD(生长度日,growingdegree days)的影响。结果表明,随着冬前积温的减少,不同幼穗分化时期累积GDD减小,冬前积温对小麦幼穗分化的影响主要表现在单棱期和二棱期,护颖分化期后幼穗分化受冬前积温的影响较小,冬性品种幼穗分化累积GDD对冬前积温最敏感,半冬性品种次之,春性品种则对冬前积温不敏感。春性品种幼穗分化前期适宜温度的上限为14℃,当14℃以下累积GDD达到232~243时,幼穗可正常分化进入二棱期,半冬性品种幼穗分化适宜温度的上限为12℃,12℃以下GDD达到261~277后,幼穗分化可正常进入二棱期,高于上限的GDD不能满足小穗原基正常分化的需求。在田间条件下小麦小穗原基的分化对特定温度范围的累积GDD有稳定的需求,这种需求因品种的春化发育特性而异。     

不同发育特性小麦品种叶片与小穗原基分化同步关系的研究

为解析小麦叶片出生与小穗原基分化的同步关系,为营养器官生长和幼穗分化的协调发展、苗情诊断和培育壮苗提供理论依据,以16个小麦品种为试验材料,采用室内春化处理和田间分期播种的方法,研究春化处理和播期对不同春化发育特性小麦品种叶片出生与壮苗冬前安全穗发育期(二棱期)和护颖分化期对应关系的影响。结果表明,小穗原基分化的叶龄和叶龄余数受播期和春化处理的影响较大,不同播期和春化处理的叶龄指数则较为稳定,不同春化发育特性小麦品种间的叶龄指标差异大于播期和春化处理之间的差异。表明主茎叶龄与小穗原基分化的对应关系受生态因子及栽培条件的影响较大,不宜将叶龄作为冬前壮苗的形态指标,而叶龄指数和小穗原基分化之间存在确定的量化关系,且主要由品种特性决定,可将春性品种以二棱期、半冬性品种以单棱末期或二棱始期进入越冬期的叶龄指数作为壮苗的叶龄指标。     

氮肥施用时期对小麦不同茎蘖位顶端发育的调控效应

氮素营养是影响小麦顶端发育的重要因子。本研究表明 ,分别于护颖原基分化期、雌雄蕊原基分化期和药隔分化期施用氮肥 ,尽管均未影响到主茎叶原基数 ,以及主茎 (MS)和T1、T2分蘖 (主茎第 1、2分蘖 )的总小穗数 ,但是明显加快了主茎的出叶速率 ,减少了各主要茎蘖 (MS、T1、T2、T3)不孕小穗数。此外 ,护颖和雌雄蕊原基分化期施用氮肥 ,能够促进上述主要茎蘖小花原基的分化 ,增加其总小花数 ;而护颖至药隔分化期施用氮肥则明显促进了MS、T1、T2和T3的小花结实。研究结果为高产小麦栽培调控和生长模拟提供了依据。     

早春麦田设覆盖物的增温效应及对冬小麦生育的影响

早春麦地加覆盖物的试验结果,证明地膜覆盖增温效果最明显,促使小麦提前返青、进入穗分化期和增加小穗数,弥补了北京春季升温快,穗分化期短的不利因素。因此,在一些低产区,由于发育晚、穗分化期短,或者早春干旱影响穗分化的地区,可采用早春盖地膜方法提高产量。     

小麦幼穗离体培养高效再生系统的建立

选用3个冬小麦(TriticumaestivumL)材料H6756、H311和SP8581,研究了不同取材时期、不同诱导培养基、分化培养基和生根培养基对小麦幼穗离体培养的影响。结果表明,在护颖原基形成期至雌雄蕊原基形成期之间对小麦幼穗进行离体培养都可获得较高的绿苗分化率,而在其它时期进行离体培养绿苗分化率均较低。确定了小麦幼穗离体培养的最佳诱导培养基为MS 2,4-D2mg/L,最佳分化培养基为MS培养基,并发现对分化过程中产生的变态苗增加一个芽苗的诱导及伸长阶段有助于继续分化成苗。最佳生根培养基为1/2MS 0.2mg/LIAA 80g/L蔗糖,在此基础上建立了小麦幼穗离体培养的高效再生系统。     

夜温升高对双季水稻物质生产与养分吸收的影响

利用两间玻璃室不同的夜间温度条件, 研究了水稻生长期间夜温升高对双季早、晚稻物质生产和养分积累的影响。结果表明: 夜温升高对双季早稻的生物产量没有影响, 但可显著提高晚稻生物产量。早稻穗分化前夜温升高可增加物质积累量, 而穗分化后则减少物质积累量; 夜温升高减少晚稻幼穗分化至抽穗期间的物质积累, 而增加其他生育期的物质积累。夜温升高加速早稻剑叶衰老, 而对晚稻无显著影响。夜温升高对水稻氮素积累影响较小, 对磷、钾积累影响较大。其中, 播种至幼穗分化夜温升高有利于早稻稻株的养分积累, 而幼穗分化后不利于养分积累; 夜温升高不利于晚稻播种—抽穗的养分积累, 而有利于抽穗后的养分积累。试验表明, 夜温升高对不同季水稻及水稻不同生育期物质生产与养分吸收的影响存在差异。     

温度升高和降水减少对半干旱区春小麦生长发育及产量的协同影响

为探索和验证未来气候变化对半干旱雨养区春小麦生产的影响,了解春小麦生长发育和产量对增温和降水减少协同响应的基本特征,采用开放式红外增温系统装置和水分控制观测场,设置不同温度[增温0℃（对照）、增温1.0℃、增温2.0℃]和水分梯度（正常降水、降水减少30%）模拟气候变化对半干旱区春小麦产量、生物量、穗部性状以及株高、叶面积、叶绿素和叶片净光合速率的影响。结果表明：温度升高和降水减少在春小麦的籽粒产量和生物产量上均表现出显著的协同作用。在不增温、增温1.0℃、增温2.0℃下降水减少30%处理比正常降水处理分别减产24.41%、12.93%和27.38%,生物量分别减少19.25%、10.31%和22.11%。因为籽粒产量的降幅略大于生物产量的降幅,所以导致经济系数降低。温度升高和降水减少抑制了春小麦穗的形成,在各增温条件下,穗长、穗重、总小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重表现为降水减少30%处理低于正常降水处理,而无效小穗数和不孕率表现为降水减少30%处理高于正常降水处理。温度升高和降水减少的协同作用对春小麦叶片净光合速率有极显著影响,对叶面积和叶绿素含量有显著影响。二因子协同作用使春小麦叶片净光合速率降低,导致春小麦株高、叶面积、叶绿素含量和茎秆重降低。研究结果可为进一步开展气候变暖下春小麦的响应与适应研究和未来半干旱区春小麦的安全种植提供理论依据。     

基于神经网络的冬小麦蛋白质含量关键生态影响因子分析

温度、降雨、光照和土壤等生态因子影响冬小麦籽粒蛋白质含量,确定这些因子是否有重要影响及影响程度对于小麦种植区划具有重要意义。该文利用北京地区具有代表性的小麦种植点的气象数据和土壤养分数据,通过神经网络方法来评估温度、降雨、光照和土壤等因子对蛋白质含量影响的相对重要程度。研究表明,影响北京地区蛋白质含量的主要因素依次有：6月6日至6月10日的光照时间、气温大于32℃的天数、土壤碱解氮含量、5月上旬至6月上旬的平均气温、5月26日至5月30日的平均气温、5月下旬至6月上旬≥0℃的积温、6月1日至6月5日的平均气温、5月下旬至6月上旬的温差、5月下旬至6月上旬的降雨量和土壤有机质含量;并针对部分关键因子利用神经网络模型制作了响应曲线以反映蛋白质含量随生态因子的变化趋势。     

小麦幼穗分化动态及其影响因素研究进展

小麦幼穗分化影响穗粒数的形成,为了探索出提高穗分化质量的有效措施,前人已对小麦穗分化及各种影响因素做了大量研究并取得了很大的进展,其中光照、温度、水分、养分及内源激素、糖分、酶类物质等因素,都对幼穗分化具有不同影响。对小麦穗分化动态及其影响因素的研究情况作一概述。     

河西走廊绿洲灌区冬小麦氮磷配施试验

在河西绿洲灌区,研究了不同氮磷肥配比处理对冬小麦籽粒产量等及产量构成指标的影响。结果表明:肥料施用量对株高、穗长、小穗数、穗粒数和单位面积穗数无显著影响,对粒重大小有显著影响。在河西绿洲灌区,研究了不同氮磷肥配比处理对冬小麦籽粒产量等及产量构成指标的影响。结果表明:肥料施用量对株高、穗长、小穗数、穗粒数和单位面积穗数无显著影响,对粒重大小有显著影响。以施磷(P2O5)225 kg/hm2、施氮(N)300 kg/hm2风干千粒重最高,产量也最高,达8 506.48 kg/hm2,与其他处理存在显著差异。风干千粒重最高,产量也最高,达8 506.48 kg/hm2,与其他处理存在显著差异。     

气候条件对冬小麦穗数的影响研究

田间试验研究气候条件对冬小麦穗数的影响结果表明,初冬剧烈降温或越冬期负积温多、极端最低气温低、降水量少,冬小麦遭受严重冻害而影响其穗数,且其影响程度取决于返青后分蘖生长发育状况。高产栽培条件下有的年份间冬小麦单位面积穗数相差较大,这与年后幼苗阶段生长时间长短、积温多少有关。生长时间长、积温多则穗数多,反之则少。穗数多的年份,适时播种的小麦是通过促进中等分蘖生长发育,进而提高成穗率而增加其穗数;晚播冬小麦则补偿了冬前积温不足,延长了幼苗阶段生长时间,巩固冬前分蘖,增加春季分蘖,并使其提前通过春化阶段,进入光照阶段,幼穗分化开始早、时间长,促进冬小麦分蘖生长发育而提高其穗数。故年后幼苗阶段生长时间长、积温多的年份,应推迟第一肥水时间,防止冬小麦群体过大、基部节间过长而造成倒伏。     

濮阳冬小麦生育期气候变化及其对小麦产量的影响

利用线性分析方法,分析濮阳多时间尺度气温、降水、日照的变化特征及其对冬小麦生长发育与产量的影响。结果表明：（1）气温：濮阳地区冬季气温异常度在1991年发生跃变,从-0．3到0．8,春季气温异常度在1997年发生跃变,从～0．6到0．9;逐旬气温气候系数25旬有23旬为正值,最大为3月下旬的0．42;冬小麦生育期内寒冷日和酷冷日数平均每10a分别减少4．30d和1．81d。（2）降水：冬季降水距平百分率阶段性明显,极端事件增多,春季极端事件减少,降水变化趋向缓和;逐旬降水气候趋势系数25旬中有17旬为正值,最大为1月中旬,但生育内整体增减趋势不明显。（3）日照：冬季和春季日照异常度发生了跃变,冬季在1984年由0．1跃变到1985年的-2．2,进入一个明显减少的下降通道;春季在1983年由0．3跃变为1984的-1．1,跃变时间同步。逐旬日照气候趋势系数25旬中有19旬为负值,绝对值较大的为1月中旬和6月上旬,均通过0．01水平的显著性检验。结论：生育期内冬季气候明显变暖,寒冷日数和酷冷日数减少,有利于小麦安全越冬,生长期和灌浆期延长;冬小麦生育期各旬降水量呈现抛物线分布,降水为减少趋势,对冬小麦稳产高产不利;生育期内尤其在中后期日照时数迅速减少,不利于小麦发育成熟。     

黄土高原中部冬小麦生长对气候变暖和春季晚霜冻变化的响应

利用位于黄土高原中部的甘肃西峰试验田资料和当地平行气象观测资料,分析了春季气温、终霜冻和冬小麦生长发育对气候变暖的响应特征。结果表明：1981年以来,春季平均气温和平均最低气温分别以1.2℃/10a和1.1℃/10a的速率升高,5月的极端最低气温以1.2℃/10a的速率升高;1997年以来4月极端最低气温波动幅度增大,在气候变暖大背景下2001年和2006年出现了最小值,属于反常年份,冻害严重;终霜日期提前的气候趋势比较明显,速率为3.2d/10a,终霜日地面最低温度表现为波动变化,个别年份出现反常的重霜冻灾害;终霜冻过程的持续日数表现出阶段性增加规律,地面最低温度负积温在反常年份2005-2006年有增强变化;1981年以来冬小麦拔节期以4.5d/10a的速率极显著提前（P〈0.01）,1997年以来提前趋势更加明显,1997-2008年平均拔节期比1981-1996年提前9d。气候持续变暖,冬小麦拔节期提前的速率大于终霜日提前的速率,表明冬小麦春季拔节-孕穗期遭受终霜冻危害的气候风险在增大。     

气候变暖对河北省冬小麦产量的影响

根据河北省多年冬小麦产量和冬麦区气候资料,采用改进的气候产量分离方法,分析气候变暖对小麦产量的影响。结果发现：河北省冬麦区冬季气温呈上升趋势,平均每10a上升0．5℃,春季气温也是升高的,但不如冬季升温明显,平均每10a上升0．3℃;冬小麦产量与冬季、春季降水量相关不明显,而与冬季、春季气温存在显著的正相关关系。河北省冬小麦实际单产呈逐年增加趋势,每10a约增加1125kg／hm^2;而气候产量与冬小麦实际单产变化明显不同,随着气候变暖,气候产量波动性逐年增大,近年气候产量波动幅度达到±300kg／hm^2.从总体看,随着气候变暖,气候产量呈下降趋势,平均每10a减少52．7kg／hm^2。气温造成小麦产量波动幅度一般在±10％之间,但随着小麦实际单产逐年提高,气候变暖对小麦单产所造成的损失越来越大。     

全球不同气候区小麦产量构成要素对生殖期增温的响应

【目的】全球气候变暖对小麦生长发育有重要影响,尤其是小麦生殖期增温。然而,全球不同气候区小麦产量及其构成要素对其生殖期增温的响应还未系统量化。因此,急需明确全球范围不同气候区小麦生长发育对其生殖期增温的响应特征和一般规律。【方法】收集并筛选出全球范围内,涉及小麦生殖期增温对其产量构成要素影响的文献61篇,运用整合分析(Meta-analysis)量化生殖期增温0~5℃和大于5℃的极端高温对不同气候区小麦产量及构成要素的影响程度,阐明小麦生殖期内昼夜不同时段增温对小麦产量的影响规律。【结果】生殖期增温0~5℃对小麦产量及其构成要素均呈显著负效应,其中小麦产量减少了11.7%,千粒重、穗粒数和穗数分别减少7.4%、5.0%和3.5%。不同气候区小麦产量降幅对其生殖期增温(0~5℃和5~10℃)的响应不同,具体表现为亚热带季风区(15.2%和38.8%)>温带海洋性气候和温带大陆性气候(14.9%和30.6%)>地中海气候(10.6%和15.6%)>温带季风气候(9.3%和10.2%);小麦千粒重降幅为温带大陆性气候(24.7%和21.1%)和温带季风气候(10.5%和28.0%)>温带海洋性气候(9.7%和15.0%);尤其在生殖期增温5~10℃,亚热带季风和温带季风气候的小麦产量各构成要素降幅比0~5℃更大。另外,小麦生殖期夜间增温导致小麦产量的降低(14.7%)大于白天增温(11.3%)。【结论】全球不同气候区小麦生殖期增温造成小麦减产主要是由于千粒重和穗粒数的显著减少,而且小麦生殖期夜间增温对小麦产量的负效应大于白天增温。本文研究结果可为未来小麦育种提供新视角,也可为应对气候变化、维持或提高小麦产量提供科学依据。     

Water soluble carbohydrates and growth potential of winter wheat as influenced by weather conditions during winter

Abstract

Although winter survival of winter wheat most often is recorded qualitatively by rating dead or living plants, the surviving plants may differ extensively in vigour and degree of carbohydrate reserves left at the end of winter. This factor is yet not accounted for in existing models of winter wheat yield and crop performance. A quantitative measure of plant vigour at spring arrival, as influenced by the prevailing winter weather and the plants’ concentration of water soluble carbohydrates, would hence make a useful supplement to such models. Two cultivars of winter wheat were grown in boxes over 2 years at three sites in Norway with contrasting winter climates. Plants were sampled monthly for measurements of growth potential and analyses of reserve carbohydrates. Fructan constituted the main part of water soluble carbohydrates (WSC). The concentration of fructan fell throughout winter, but increased rapidly after snow thaw in spring when a positive carbon balance was restored. Daily global radiation at plant level and soil temperature (2 cm) were the only two climatic factors found to have significant effects on periodic changes in fructan concentration in a stepwise regression analysis. Still, number of days with snow cover had a causal effect through its impact on soil temperature and radiation at plant level. In neither of the 2 years was there any significant correlation between plant carbohydrate concentration and growth potential at the different sites. The results implied that plant vigour at the end of winter was strongly related to plant condition in late autumn and duration of snow cover in winter. Plants that had been covered with snow for a long time period showed significantly lower growth at the samplings in March and April than plants from the location with a shorter duration of snow cover.     

水稻穗分化期高温对颖花分化及退化的影响

为明确穗分化不同时期高温对水稻颖花分化及退化的影响,选用黄华占（耐热性品种）和丰两优6号（热敏感性品种）两个籼稻品种进行人工气候箱内盆栽试验,分别于幼穗分化第一苞分化期（I）、枝梗-颖花分化期（II）、颖花分化-雌雄蕊形成期（III）及雌雄蕊形成-减数分裂期（IV）进行40℃高温（10：00-15：00）处理7d,以同期人工气候箱32℃处理为参考,室外自然环境生长的植株为对照（CK）,统计分析穗分化历期、颖花分化与退化及穗部性状在处理期以及品种间的差异。结果表明,(1)幼穗分化期高温胁迫可增加水稻穗分化天数,延迟抽穗期,显著降低水稻每穗粒数、结实率及千粒重,其中Ⅳ期高温处理的降幅最大,热敏感品种丰两优6号的下降幅度明显大于耐热性品种黄华占。(2)幼穗分化不同时期高温处理对水稻颖花形成的影响不同,除II期处理黄华占颖花分化增加外,I期和II期高温主要抑制颖花分化,此期高温均可导致水稻颖花显著减少。III期和IV期高温胁迫将加剧颖花退化,退化率达67%以上,且热敏感性品种退化幅度大于耐热性品种。(3)从不同部位颖花分化与退化看,高温对二次枝梗上颖花分化与退化的影响大于一次枝梗。     

利用最大熵法(MaxEnt)模拟中国冬小麦分布区的年代际动态变化

从冬小麦地理分布的生理机制、生长特性和熟制出发,基于气候因子对冬小麦种植区分布的贡献,从区域尺度和年尺度收集了影响冬小麦种植分布的气候因子,并利用最大熵方法(MaxEnt)模拟和筛选了影响冬小麦分布的最佳气候因子组合即春化温度(0～7℃)持续的天数、最冷月平均温度、潜在蒸散量和年降水量,构建了冬小麦种植分布-气候关系模型,分析了1961-2010年中国冬小麦种植区及高适宜区的变化.结果表明,冬小麦可种植区的最冷月平均温度范围为-12～15℃,冬小麦的存在概率随着0～7℃持续天数的增加而增加,年降水量过低将严重影响冬小麦种植区分布的存在概率,年降水量低于200mm的地区不存在冬小麦分布.研究结果还表明,1961-2010年中国冬小麦种植区呈北移西扩趋势,高适宜区发生北移,从而增加了中国北方高寒地区的冬小麦可种植面积,同时有效提高了中国北方地区的气候资源利用率,可增加冬小麦产量.研究结果可为准确预测现在和未来气候条件下中国冬小麦的分布情况,科学合理地应对气候变化提供依据.