高产小麦花后植株氮素累积、转运和产量的水氮调控效应

为给高产小麦合理灌溉和氮肥施用提供科学依据,以小麦品种豫麦49-198为材料,在豫北高产麦田研究了不同水、氮处理对小麦花后植株氮素吸收、累积和转运的影响。试验采取灌水与施氮量两因子裂区设计,其中灌水为主区,设全生育期不灌水(W0)、拔节期灌1水(W1)和拔节水+开花水灌2水(W2)3个水平;施氮量为副区,设置4个水平,即每公顷施纯氮量0kg(N0)、180kg(N1)、240kg(N2)和300kg(N3)。结果表明,W1和W2下小麦籽粒产量较W0分别提高16.6%和25.6%,蛋白质产量分别提高14.2%和19.2%。籽粒产量和蛋白质产量的提高与氮素积累和转运有关。灌水增加了茎鞘、叶片和颖轴的氮素累积量,提高了茎鞘氮素转运效率和贡献率,但减小了叶片氮素转运量、转运效率和贡献率。施氮可显著增加小麦花后植株氮素累积量及氮素转运量,进而提高小麦籽粒氮素累积量和蛋白质产量。与N0相比,成熟期N1、N2和N3籽粒氮素累积量分别增加44.9%、59.3%和60.2%,叶片贡献率分别增加60.2%、40.9%和61.5%,籽粒产量分别提高75.3%、73.5%和79.8%。水氮互作显著影响叶片氮素累积量和氮素转运效率,但对籽粒产量和蛋白质产量影响不显著。综合来看,在豫北高产条件下,不灌水或灌1水时小麦适宜施氮量为180~240kg·hm-2,灌2水时适宜施氮量为240kg·hm-2。     

不同生态条件下品种和施氮量对冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

为给河南省不同生态区域小麦氮肥高效利用提供理论依据,于2012-2013年在南阳和信阳2个地点,2013-2014年南阳、信阳和郑州3个地点,通过田间试验研究了施氮量对10个小麦品种产量和氮肥利用效率的影响。结果表明,小麦产量和氮肥利用效率均显著受品种、地点和施氮水平的影响,同时显著存在品种×地点和地点×施氮量的互作效应;其中,品种效应相对较小,地点对产量和氮肥农学利用效率的影响较大,施氮水平对氮肥偏生产力的调控效应最大。10个品种中,周麦28在各地点均获得了较高的产量和氮肥偏生产力,表现出较好的适应性。3个地点中,郑州和南阳的小麦产量和氮肥偏生产力均显著高于信阳,而信阳具有较高的氮肥农学利用效率,说明适量的氮肥供给对于信阳改善小麦生产非常重要。增施氮肥可以显著提高小麦产量,但降低了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率,且不同地点和品种对施氮水平的响应存在差异。综合各品种产量和氮肥利用效率对施氮水平的响应,在3个地点小麦在较低施氮水平(120kg·hm-2)下均可达到高产高效的生产目标,但各地点也存在需要高氮肥投入的小麦品种,如郑州的郑麦3596、南阳的洛麦24及信阳的西农509和宛麦16。     

灌水与施磷对小麦氮素积累运转及水分利用效率的影响

为探讨小麦产量形成过程中灌水与施磷的作用,以黄淮南部高产麦田主导小麦品种百农207和豫麦49-198为供试材料,在大田多年定位试验条件下,研究了灌水与施磷对冬小麦干物质积累、转运及水分利用效率的影响。结果表明,与不施磷(P0)相比,施磷条件(P1,150 kg·hm~(-2))下小麦花后干物质积累量、营养器官氮素转运量、籽粒产量和水分利用效率均显著提高,其中百农207和豫麦49-198花后干物质积累量分别增加132.9%和105.9%,花后营养器官氮素转运量分别增加65.3%和51.2%,籽粒产量分别提高76.9%和51.8%,水分利用效率提高55.1%和29.2%。灌水有利于小麦花后营养器官氮素转运量及籽粒氮素积累,提高籽粒产量。与不灌水(W0)相比, W1(拔节水)和W2(拔节水+开花水)条件下百农207花后营养器官氮素转运量分别增加14.1%和17.7%,籽粒产量分别提高15.3%和28.8%;豫麦49-198氮素转运量分别增加40.1%和58.9%,籽粒产量分别提高22.8%和16.8%。水、磷对小麦籽粒产量的影响存在一定的互作效应。百农207和豫麦49-198籽粒产量分别以W2P1和W1P1处理最高,较W0P0处理分别提高116.3%和69.1%。综合考虑,施用磷肥150 kg·hm~(-2)结合灌水1～2次既能实现小麦高产,又能维持较高的水分利用效率。     

氮素和干旱胁迫对冬小麦幼苗生长发育及生理指标的影响

以小麦品种豫麦49-198和周麦22为材料,在水培条件下研究了氮素和干旱胁迫对小麦幼苗生长及生理指标的影响。结果表明,单一氮素和干旱胁迫均显著降低小麦株高和地上部干质量,而根干质量和根冠比升高,双重胁迫( N0+PEG)的影响最大。在2种胁迫下,根和叶片中的硝酸盐含量均显著降低,氮胁迫的影响大于干旱胁迫。叶片和根部的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量在氮胁迫下下降,干旱胁迫下显著升高。叶片GS活性在氮胁迫下降低,但在干旱胁迫下不同基因型存在差异：豫麦49-198叶片GS活性增加,而周麦22降低。     

灌浆期高温干旱胁迫对小麦籽粒淀粉积累的影响

为探讨花后高温和干旱逆境胁迫对小麦淀粉组分的影响,采用盆栽和人工气候室相结合的方式研究了灌浆期短暂高温、干旱及其复合胁迫对两个不同品质类型小麦品种籽粒总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量的影响。结果表明,小麦籽粒淀粉的积累量符合Logistic方程,但逆境胁迫会缩短籽粒淀粉积累持续时间,降低其积累速率,使其最终淀粉积累量减少。与对照相比,高温、干旱及其复合胁迫显著降低两个小麦品种籽粒的支链淀粉和总淀粉含量,直链淀粉含量受影响较小,淀粉的直/支比增加。高温、干旱及其复合胁迫下,洛麦24的千粒重分别较对照下降42.03%、21.95%和50.01%,产量分别较对照下降57.88%、40.75%和61.08%;郑麦366的千粒重分别较对照下降34.39%、7.64%和43.16%,产量分别较对照下降41.58%、30.97%和48.49%。综上所述,高温、干旱胁迫抑制支链淀粉积累是造成产量下降的重要原因;复合胁迫对小麦籽粒淀粉积累量的影响大于干旱或高温单独胁迫;高温胁迫的影响大于干旱;洛麦24较郑麦366对高温和干旱胁迫更敏感。     

不同土壤肥力下施氮量对小麦产量和品质的影响

为探究氮肥在不同土壤肥力条件下对小麦的增产提质效应,以强筋小麦品种丰德存麦5号和中筋小麦品种百农207为供试材料,分别在三个地点设置0、180 、240和300 kg·hm^-2 四个施氮水平,研究了不同施氮量对冬小麦籽粒产量和品质的影响。结果表明,地点、品种和施氮量均对小麦产量有显著影响,其中地点的影响最大,其次是施氮量,品种最小。在高肥力麦田,施氮量为180 kg·hm^-2时产量最高,中高肥力麦田和低肥力麦田均以施氮量为240 kg·hm^-2时产量最高。不施氮肥条件下,品质指标以高肥力麦田较高,低肥力麦田最低,表明基础肥力高有利于改善小麦品质。施用氮肥均显著提高了小麦籽粒中的蛋白质含量、蛋白质产量、沉淀值和湿面筋含量,延长了形成时间和稳定时间,各试验点表现一致。利用主成分分析将小麦品质性状转化为蛋白质因子和面粉粉质因子,结果表明,在低肥力麦田,施氮量对蛋白质因子的增强效应较大,在中高肥力麦田,施氮量能均衡提高蛋白质因子和粉质因子;在高肥力麦田,施氮量对小麦粉质因子的增强效应较大。不论土壤肥力高低,均以施氮量为240 kg·hm^-2时小麦品质性状最优。     

施氮对小麦根-冠及土壤碳氮特征的影响

为解决小麦主产区土壤肥力下降、氮肥投入过量问题,在长期定位施氮试验基础上,研究了4个施氮水平（0、180、240和300 kg·hm^-2）下小麦根-冠生物量、碳氮含量以及麦田土壤碳氮含量、碳氮储量特征。结果表明,与不施氮处理相比,施氮可显著增加小麦的根-冠生物量和全氮含量,对根-冠有机碳含量影响不显著,但降低根-冠碳氮比;在180、240和300 kg·hm^-2三个施氮处理间,根-冠生物量、碳氮比及地上部氮含量均差异不显著,而根系氮含量则随施氮水平提高呈上升趋势。施氮对土壤有机碳含量和储量影响微弱,对20～40和40～60 cm土层的土壤氮含量和储量影响显著,且分别表现为随施氮水平的提高呈先降后升和先升后降趋势;从0~60 cm土层土壤碳氮含量平均值和总储量看,施氮效应不明显。由此可见,在本试验条件下,长期施氮可促进小麦生长和氮素营养供应,但对土壤碳氮含量和储量影响较小。     

灌水与施氮对夏玉米冠层结构及产量的影响

以郑单958为材料,在大田条件下研究不同水、氮处理对夏玉米冠层结构及产量的影响。结果表明,试验条件下,灌水使植株叶绿素含量（SPAD）增加、透光率减小,对产量无显著影响。施氮对冠层结构和产量的影响因灌水处理而不同,在不灌水条件下,增施氮肥增加叶片SPAD,提高穗位层叶面积指数（LAI）和产量,以施氮量375 kg/hm²时产量最高,较不施氮处理提高39.5%;在灌水条件下,增施氮肥增加各层LAI和SPAD,而使透光率减小,产量以施氮量225 kg/hm²时最高。氮肥偏生产力随施氮量增加呈明显下降趋势。从产量及氮肥高效利用看,高产玉米适宜的施氮量在225～300 kg/hm²之间,灌水与否取决于不同降水年型。     

花后渍水、高温及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉组成与糊化特性的影响

【目的】小麦生育后期土壤渍水（WL）、高温（HT）是长江中下游和黄淮南部麦区的主要气象灾害之一,对小麦产量形成和品质性状影响较大。本研究旨在探明小麦在逆境及其复合胁迫下籽粒淀粉组成和品质的变化。【方法】2011-2013年度以小麦品种郑麦004为材料,采用盆栽方式研究小麦花后土壤渍水（WL,花后5-14 d全天进行）、高温（HT,花后5-14 d,每天10：00-16：00处理）及渍水+高温复合胁迫（WL+HT）对小麦产量、淀粉组成及其糊化特性的影响。【结果】WL、HT及WL+HT胁迫均导致小麦淀粉产量显著下降,其中2011-2012年分别下降28%、46%和52%,2012-2013年分别下降27%、43%和61%。WL对总淀粉及其组分的影响不显著,但使直链淀粉含量降低,支链淀粉含量增加,淀粉直/支比呈下降趋势。HT和WL+HT复合胁迫使直链淀粉和支链淀粉含量均下降,并显著降低总淀粉含量,其中2011-2012年度使总淀粉含量分别下降11.0%和10.8%,2012-2013年度分别下降8.2%和5.5%。WL对淀粉糊化特性的影响两年间存在差异：2011-2012年度WL使低谷黏度显著下降,但对其他黏度参数的影响不显著;而2012-2013年度WL使其峰值黏度、低谷黏度、终结黏度、稀懈值和回生值分别增加27.9%、39.2%、31.5%、21.9%和27.9%,均达显著水平。HT显著降低淀粉的峰值黏度、低谷黏度、终结黏度、稀懈值和糊化时间,2011-2012年度分别降低22.2%、22.0%、16.9%、22.5%和4.8%,2012-2013年度分别降低39.6%、62.0%、62.7%、28.0%和7.0%。WL+HT复合胁迫对糊化特性的影响两年度间存在差异：2011-2012年度WL+HT使其峰值黏度、低谷黏度、终结黏度和稀懈值分别显著降低20.9%、23.9%、10.4%和15.2%,而2012-2013年度使其分别显著增加15.4%、30.2%、7.1%和6.4%。相关分析表明,籽粒中总淀粉和支链淀粉含量与峰值黏度、低谷黏度、终结黏度和稀懈值呈显著或极显著的正相关,而直链淀粉含量与主要黏度参数相关多不显著。【结论】土壤渍水、高温使小麦淀粉产量显著下降,土壤渍水和高温复合胁迫明显加重了危害。逆境胁迫改变淀粉组分和淀粉直/支比,导致主要淀粉糊化参数变化。与土壤渍水相比,高温对淀粉糊化参数的影响更大,而复合胁迫未表现出加重影响的现象。     

灌浆期高温与干旱对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达的影响

灌浆期高温与干旱是影响小麦籽粒淀粉合成与积累的重要因素。为探讨灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成及积累的影响机理,以郑麦366为试验材料,采用大田盆栽和人工气候室模拟高温相结合的方法,研究了灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达特性及淀粉含量的影响。结果表明,灌浆期高温导致小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达高峰期提前,并不同程度抑制淀粉合成相关酶基因的表达;干旱胁迫不同程度提高了 AGPL1、 AGP1-a、 AGP1-b、GBSSI、SSI、SSIIc、SSIIIb、BEI、BEIIb、 ISA2、PHOH基因的表达量,降低其余被测基因表达量;高温和干旱复合胁迫与单因素胁迫对被测指标的影响不尽相同,表明两者对某些指标存在互作效应。高温与干旱均导致成熟期籽粒直链、支链和总淀粉含量下降。淀粉合成相关酶基因表达特性与淀粉积累密切相关。综上所述,高温与干旱改变了淀粉合成相关酶基因的表达,使淀粉积累受抑,导致小麦籽粒淀粉含量和产量下降。