晚冬早春阶段增温对冬小麦光合性能及旗叶衰老的调控作用

【目的】针对华北平原北部冬小麦生长发育所需的适宜温度与环境实际温度间的矛盾,通过晚冬早春阶段性增温,研究拔节前增温及拔节后揭除塑膜相对降温对冬小麦旗叶光合性能和衰老的调控作用,以期为华北平原冬小麦通过调控温度延缓小麦衰老和挖掘产量潜力提供理论及方法依据。【方法】2015—2017年连续2个生长季在河北省农林科学院深州旱作节水农业试验站进行大田试验,以“衡观35”为试验材料,晚冬早春采用搭建温室的方法,设置覆盖2层塑膜（M2E,1月25日—3月25日）、覆盖2层塑膜（M2L,2月5日—3月25日）、覆盖1层塑膜（M1,2月20日—3月25日）、常规生产对照（CK）共4个处理,以覆盖有孔和无孔塑膜以及时间的早晚和长短来调控温度和小麦生长发育时间,由此获得了时间相同的小麦生长发育进程不同、发育进程相同而所处日期和温度不同的结果。试验过程中记录每个处理各生育期起始时间,并测定光合特性、衰老相关酶活性、产量、水分利用效率等指标。【结果】早覆盖的M2E处理的冬小麦比对照开花提前8 d,成熟提前3—4 d;灌浆期旗叶叶绿素相对含量SPAD提高17.3%、净光合速率提高30.8%、超氧化物歧化酶（SOD）活性提高23.7%、过氧化氢酶（CAT）活性提高27.2%、过氧化物酶（POD）活性提高19.4%、丙二醛（MDA）含量降低23.8%;开花时的旗叶面积增大27%,收获时籽粒产量提高22.8%,水分利用效率提高16.9%。随着增温时间的推迟和覆盖时间的缩短,上述指标与对照差异越来越小,以至于M1处理上述指标与CK均显著不差异。【结论】晚冬早春阶段增温既维持了旗叶较高的光合速率,又显著延缓了旗叶衰老,进而为灌浆提供了物质基础;既增加了小麦穗粒数,又延长了小麦灌浆时间,从而获得了高产,获得高产的同时虽然增加了耗水量但促进了水分的高效利用。晚冬早春阶段增温是华北平原北部冬小麦有效平衡热量资源供应与生长发育所需的方法,既可减轻晚冬早春冻害对小麦返青及拔节的影响,又可规避小麦生育后期干热风带来的危害。     

底肥分层条施对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响

【目的】 针对黄淮海地区冬小麦生产中肥料撒施或埋深过浅导致肥料利用率低的问题,探索水浇地麦田底肥施用方式对冬小麦籽粒产量和肥料利用率的影响,以期为该地区冬小麦高产和肥料的高效利用提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2016—2018年冬小麦生长季,在水浇地大田条件下,设置5 种肥料施用方式：全生育期不施肥（T1）;底肥单层条施于地表下8、16 和24 cm土层深处 （T2、T3 和 T4）;底肥按1﹕2﹕3 分为3份,分别条施于地表下8、16 和24 cm 土层深处（T5）。研究不同施肥方式对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响。【结果】 随着底肥条施深度的增加,冬小麦花后旗叶超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、可溶性蛋白含量、最大光化学效率（Fv/Fm）和实际光化学效率（ΦPSⅡ）均提高,气孔导度（G s）增大,净光合速率（P n）提高,丙二醛（MDA）含量降低。底肥分层条施处理（T5）与底肥24 cm单层条施处理（T4）相比,开花后旗叶衰老、荧光和光合特性差异不明显,但籽粒产量和肥料农学效率显著提高,增幅分别为5.4%—6.5%和26.8%—72.9%,这与其在较高成穗数条件下仍保持较高的穗粒数和千粒重有关。【结论】 水浇地麦田,底肥按1﹕2﹕3的比例分层条施可以在获得较高成穗数的基础上,延缓冬小麦旗叶衰老、改善旗叶光合能力,增加穗粒数、千粒重和籽粒产量,促进肥料高效利用。     

冬小麦品种更替过程中旗叶结构与光合作用的关系研究

为研究冬小麦品种更替过程中旗叶结构与光合作用的关系,以60a来广泛种植的10个冬小麦品种为材料,对株高,收获指数,旗叶的厚度、面积、叶肉细胞形态、叶绿体数目、光合速率、叶绿素含量等进行观察和测定比较。结果显示,随着品种更替,从BM1到LX998株高降低了37.25%,旗叶厚度、面积和收获指数均呈上升趋势;4环叶肉细胞面积由2 546.12μm2减小到2 285.92μm2,6环以上叶肉细胞的比例逐渐增大。灌浆期4环叶肉细胞中叶绿体个数增加了48.68%,叶绿素含量逐渐增大,光合速率高值持续期延长。上述结果说明,旗叶结构在小麦品种更替过程中有明显改变,可为小麦品种改良提供微观结构方面的依据。     

Effect of Methanol on Photosynthesis and Chlorophyll Fluorescence of Flag Leaves of Winter Wheat

Photosynthesis and chlorophyll a fluorescence parameters, photochemical efficiency of PS II （Fv/Fm）, photochemical quenching of PS II （qP）, nonphotochemical quenching of PS II （NPQ）, maximum activity of PS II （Fv/Fo） as well as electron transport rate （ETR）, and quantum yield of PS II （ФPS II） were measured on flag leaves of the winter wheat treated by methanol at different concentrations. The results revealed that photosynthesis was greatly improved by methanol, as indicated by higher photosynthetic rates and stomatal conductance. The enhancement effect of methanol on photosynthesis was maintained for 3-4 days. Different methanol concentration treatments also increased intercellular CO2 concentration and transpiration rates. No significant decline was found in Fv/Fm, Fv/Fo, and ФPS II, which revealed no photoinhibition during methanol application in different methanol concentrations. Methanol showing no apparent inhibitory effects indicated higher potential photosynthetic capacity of flag leaves of winter wheat. However, the increase in photosynthesis was not followed by an increase in the photosynthetic activity （Fv/Fm）, and fluorescence parameters did not indicate an improvement in intercellular CO2 concentration and PS II photochemical efficiency compared with the control, thereby encouraging us to propose that lower leaf temperatures caused by applied methanol would reduce both dark respiration and photorespiration （most importantly）, thus, increasing net CO2 uptake and photosynthetic rates.     

光照强度对冬小麦旗叶光合生理特性的影响

为建立冬小麦相应的光合作用模型提供数据支持,在20℃、不同光强梯度下,测定了冬小麦旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)等生理指标,研究自然条件下抽穗期冬小麦旗叶光合生理特性的变化规律。结果表明,光合速率随光照强度增加而增加并呈正相关(p<0.05),在光强度低于500μmol/(m2.s)时,小麦旗叶的光合速率快速增加;气孔导度随光强增强而增强并呈正相关(p<0.05),但在光强度低于100μmol/(m2.s)时气孔导度增幅很小;蒸腾速率随光强度的变化与光合速率趋势基本一致;胞间CO2浓度随光强度的增加呈先降低后增加趋势。     

小麦旗叶对产量性状及籽粒蛋白含量作用的研究

以8个小麦品种为材料,分析了在开花期去掉旗叶对单株蛋白产量、籽粒产量、蛋白质含量、千粒重等10个性状及其相关关系的影响。结果表明,在所研究的十个性状中,去掉旗叶对单株蛋白产量、籽粒产量、单穗重的影响最大,而对蛋白含量影响甚微。通径分析结果表明,导致蛋白产量下降的主要原因是籽粒产量的下降。旗叶不仅对籽粒碳素积累,而且对籽粒的氮素积累都起着非常重要的作用。去掉旗叶对大多数性状间的相关无显著影响。     

微喷补灌对冬小麦旗叶衰老和光合特性及产量和水分利用效率的影响

【目的】探明微喷补灌对冬小麦开花后旗叶衰老和光合特性、籽粒灌浆速率、产量和水分利用效率的影响,为小麦节水高产提供重要技术支持。【方法】于2011-2013年冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,设置全生育期不灌水（W0）、微喷补灌（W1）和传统畦灌（W2）处理,研究小麦开花后旗叶水势、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）活性、叶绿素荧光参数、群体光合速率和籽粒灌浆速率等的差异。W1与W2处理的灌水时期一致,均于小麦拔节期和开花期各灌水1次。W1处理采用小麦专用微喷带（ZL201220356553.7）补充灌溉,灌水前测定土壤含水量。两年度小麦拔节期均设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量为70%,第一年和第二年小麦开花期设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量分别为70%和65%,根据灌水定额公式计算所需补灌水量。W2处理采用传统畦灌方式灌溉,改口成数为90%,即当水流前锋到达畦长长度的90%位置时停止灌水,用水表计量实际灌水量。W1与W2处理试验小区的规格一致,畦宽（左侧畦梗中心线至右侧畦梗中心线的垂直距离）2 m,畦梗宽0.4 m,畦长60 m,面积120 m²。小区间设1.0 m保护行。每小区等行距种植8行小麦,实际行距22.9 cm。W1处理的每个试验小区在自边行向内数第4行与第5行小麦之间沿小麦种植行向（畦长方向）铺设一条专用微喷带。微喷带进水端装有压力表、水表和闸阀,进水端水压设为0.02 MPa。灌溉水水源为井水,从水源至微喷带和畦田进水端采用PVC水龙带输水。畦灌的单宽流量为4.6-5.2 L·m^-1·s^-1。【结果】两年度微喷补灌处理在小麦拔节期和开花期的补灌水量分别为21.3-96.0 mm和29.0-38.5 mm,灌水分布均匀系数达87.9%-97.0%,不低于传统畦灌处理,而全生育期总灌水量比传统畦灌处理减少33.2-70.8 mm,节水21.0%-54.2%。微喷补灌处理开花后旗叶水势、SOD和CAT活性、丙二醛含量、旗叶最大光化学效率、实际光化学效率,及群体光合速率和籽粒灌浆速率、籽粒产量均与全生育期灌2水的传统畦灌处理无显著差异,但水分利用效率提高2.1-2.9 kg·hm^-2·mm^-1,达21.6-23.2 kg·hm^-2·mm^-1。【结论】小麦拔节期和开花期微喷补灌可以根据灌水前的降水量和土壤含水量状况及时调节补灌水量,并实施精确、均匀灌溉,适量供给小麦高产生理需水,挖掘出小麦节水的更大潜力。     

测墒补灌对2个小麦品种旗叶叶绿素荧光及衰老特性的影响

【目的】探讨测墒补灌和定量灌溉对2个小麦品种旗叶叶绿素荧光、衰老特性及籽粒产量的影响,为小麦节水高产提供理论依据。【方法】于2013—2015两年度,在大田条件下,选用泰农18(T18)和济麦22(J22)2个小麦品种,设置3个水分处理:W0(全生育期不灌水)、W1(依据0—40 cm土层土壤相对含水量进行测墒补灌,拔节期和开花期目标土壤相对含水量均为65%)、W2(定量灌溉,拔节期和开花期分别灌溉60 mm),研究测墒补灌和定量灌溉对2个小麦品种旗叶叶绿素荧光特性及衰老特性的影响。【结果】W1处理通过调节拔节期和开花期灌水量,保持灌水后0—40 cm土层土壤相对含水量在65%,可防止灌水过多或过少,为小麦生长发育创造适宜的土壤水分环境。W1处理条件下,两小麦品种开花后14、21和28 d的旗叶电子传递速率、光化学猝灭系数、PSⅡ实际光化学效率及旗叶蔗糖含量均显著高于W2处理,磷酸蔗糖合成酶活性在花后14和21 d显著高于W2处理;两小麦品种开花后14、21和28 d的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性均显著高于W2,但同期旗叶丙二醛含量显著低于W2并保持较高的旗叶可溶性蛋白含量。两年度T18和J22两品种W1处理的籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益均显著高于W2。品种间比较可知,T18两灌水处理的旗叶电子传递速率、光化学猝灭系数、PSⅡ实际光化学效率及旗叶蔗糖含量在花后21和28 d均显著高于J22,磷酸蔗糖合成酶活性在花后7、14和21 d亦显著高于J22;T18开花后21和28 d的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性、可溶性蛋白含量均显著高于J22,但同期旗叶丙二醛含量显著低于J22。同一年度同一处理条件下,T18和J20总耗水量和水分利用效率均无显著差异;在W0处理条件下,J22的籽粒产量显著高于T18;但在W1和W2处理条件下,T18的籽粒产量、灌溉效益均显著高于J22。【结论】在小麦拔节期和开花期依据0—40 cm土层土壤相对含水量进行测墒补灌至65%土壤相对含水量,是两小麦品种同步实现高产与节水的有效措施。在灌溉条件下T18的产量潜力高于J22,但在干旱条件下,其对水分敏感,致使产量低于J22。     

不同水氮运筹对冬小麦光合特性和产量的影响

为了确定小麦高产水肥需求规律,以周麦27为材料,研究不同水[W1(中度水分胁迫:土壤含水量为田间持水量的50%~60%)、W2(适当灌溉:土壤含水量为田间持水量的60%~70%)、W3(充分灌溉:土壤含水量为田间持水量的70%~80%)]、氮[N1(不施氮)、N2(正常施氮:225kg/hm~2)、N3(高施氮:300 kg/hm~2)]运筹对冬小麦光合特性和产量的影响。结果表明,当土壤水分含量相同时,随着施氮量的增加,小麦净光合速率(Pn)总体呈现先增加后趋于平稳的趋势,小麦旗叶SPAD值、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO_2浓度(Ci)以及产量总体呈先增加后降低的趋势。当施氮量相同时,花后10 d,随着土壤含水量的增加,SPAD值总体逐渐增加(N1处理除外),Ci总体逐渐降低,Pn、Tr和Gs总体先降低后增加;花后18 d,SPAD值、Pn、Tr以及Gs总体随着土壤含水量的增加而增加,但总体上W2和W3处理间差异不显著(Gs除外);花后26 d,SPAD值随着土壤含水量的增加呈先增加后降低的趋势,Pn总体呈增加的趋势(W2和W3处理间总体差异不显著),Gs总体呈先降低后增加的趋势。当土壤水分含量相同时,与N1处理相比,N2处理小麦产量平均提高11.87%,N3处理提高了7.86%。当施氮量相同时,与W1处理相比,W2处理小麦产量平均提高3.24%,W3处理提高了2.26%。W2N2处理即施氮量为225 kg/hm~2,灌溉后土壤含水量为田间持水量的60%~70%时产量最高。说明适当的水氮运筹有利于提高小麦产量。     

不同肥料对盐碱地小麦花后旗叶生理特性及产量的影响

设置复合肥(CK)、有机肥(T1)、过磷酸钙(T2)、过磷酸钙与有机肥混施(T3)4种施肥处理,进行盐碱地小麦(Triticum aestivum L.)旗叶生理特性的研究,进而确定盐碱地小麦的合理施肥配方。结果表明,随着灌浆进程的推进,各处理旗叶中的丙二醛(MDA)及游离脯氨酸(FP)含量均呈现逐渐增长的趋势,相较于其他3种处理,T3的MDA含量增长速度较慢且积累量较少,游离脯氨酸含量增长迅速且积累量较多;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性以及可溶性蛋白质含量呈逐渐降低的趋势,与其他处理相比,T3有较高的SOD、POD活性及可溶性蛋白质含量。T3的产量及其构成因素显著高于其他处理。从衰老特性及产量来看,过磷酸钙与有机肥混施(T3)是盐碱地较为合理的施肥配方。     

返青期断根对冬小麦光合特性与产量的影响

通过盆栽试验,探讨返青期人工断根处理对土壤水分亏缺状态下冬小麦光合特性及产量的影响,拔节期与花期对各处理冬小麦旗叶进行叶绿素荧光诱导动力学参数测定及收获期产量测定,并进行数据统计分析。结果表明,在土壤水分亏缺状态下,与对照相比,单侧断根处理明显提高了PSⅡ实际光化学量子产量、光电子传递速率与光化学淬灭系数,使冬小麦总体光合活性增强,促进了能量向地上部的运转,同化物合成增加,因而有利于子粒灌浆和粒重提高,增加了冬小麦产量。而双侧断根处理冬小麦因其根系受抑制程度大,根系补偿作用不足以弥补地上部分的消耗,导致其产量降低。因此可见,返青期单侧断根处理是干旱环境下冬小麦获得高产的有效措施。     

5个冬麦品种产量性状和叶片特征多样性分析

采用单因素完全随机设计,调查5个冬麦品种产量性状和叶片特征多样性。结果表明,5项产量相关性状指标(株高、穗长、主穗粒数、有效分蘖数、有效小穗数)在不同冬麦品种间差异均达显著水平;5个品种的上表皮气孔密度均多于下表皮,其中,上表皮气孔密度为62.67~71.11个/mm2,下表皮气孔密度为30.00~46.25个/mm2;叶脉总数为57.00~65.67条;叶脉密度为36.89~43.00条/mm。     

不同育栽方式水稻籽粒灌浆结实与旗叶衰老特性研究

研究了肥床旱育手栽、半水育秧手栽及塑盘旱育抛栽水稻籽粒灌浆及旗叶衰老特征。结果表明：半水育秧手栽水稻籽粒活跃生长期长，但起始生长势弱，平均生长速率低、旗叶早期衰老慢，而后期快，肥床旱育手栽则相反，起始生长势和平均生长速率最高、活跃生长时期最短，旗叶前期衰老快后期慢，塑盘旱育抛栽介于两者之间。籽粒灌浆与旗叶衰老有较好的负相关。     

轮耕对宁南旱区冬小麦花后旗叶光合性能及产量的影响

 【目的】探索免耕/深松隔年轮耕模式对冬小麦花后光合性能及产量的影响。【方法】采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松、传统翻耕3种耕作处理,在宁南旱区进行连续4年定位试验,2010年测定小麦花后土壤水分、旗叶面积、叶绿素相对含量、光合特性和产量的变化。【结果】与传统耕作相比（对照）,小麦开花期和灌浆期免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理的0—200 cm土壤贮水量平均分别增加15.24%、23.45%（P＜0.05）;旗叶面积和相对叶绿素含量平均分别提高12.78%、8.89%和25.20%（P＜0.05）、11.19%;旗叶日均净光合速率     ( )平均分别提高1.55和1.68 μmol•m-2•s-1（P＜0.05）;旗叶日均蒸腾速率( )平均分别提高0.44和0.58 mmol•m-2•s-1（P＜0.05）; 而小麦旗叶日均水分利用效率( )差异不显著（P＞0.05）。在灌浆期,两种轮耕模式均保持了较高的最大光化学效率（0.52）、PSⅡ实际光化学效率（0.40）和光合电子传递速率（92.67）。两种轮耕模式的小麦籽粒产量分别较传统耕作增加6.88%和11.98%（P＜0.05）。【结论】在干旱缺水条件下,不同轮耕模式小麦花后都显示出良好的蓄水保墒能力和较高的光合特性,显著提高小麦的产量,是宁南旱区较为适宜的土壤耕作模式。     

升温、灌溉和施氮对冬小麦产量的影响

以扬麦11为试验材料,采用裂区试验设计,在小麦全生育期内利用玻璃温室模拟气温升高2~3℃,以大气温度为对照,同时设置2个水分水平,即正常灌溉(按照高产田的常规管理,每次灌水量为6L)和减半灌溉(较正常灌溉的灌水次数减半,即间隔灌溉),和3个施氮水平(208、416和624kg/hm~2),研究温度、水分和施氮3个因素对冬小麦生长和产量形成的影响。结果表明,升温增加了冬小麦株高,降低了地上生物量(包括秸秆生物量和籽实产量)和根系生物量,降低了小麦单穗籽粒数、千粒重和无效分蘖数。其中,在正常灌溉处理下,升温导致208、416和624kg/hm~2施氮处理的籽实产量下降了21%、7%和29%,秸秆产量降低了28%、28%和34%,而在减半水分处理下,升温导致小麦籽实产量和秸秆产量下降的幅度相对较小。416kg/hm~2施氮量的籽实产量和穗粒数下降幅度最小,温度与水分和氮肥之间的互作对籽实产量有显著的影响,适度施氮肥能够有效缓解升温引起的小麦产量下降幅度。     

灌浆期干旱对小麦旗叶衰老和籽粒产量的影响

在高肥条件下,研究灌浆期干旱对两个抗旱性不同的旱地小麦品种旗叶衰老和籽粒产量的影响。结果表明,豫麦２号抗旱系数为０．９０麦现为旗叶叶绿素下降快,ＭＤＡ增加快,活性氧代谢失调出现的早;     

小麦旗叶衰老期间光合作用与叶肉细胞超微结构变化

小麦开花后衰老期间旗叶光合作用速率变化分缓慢下降和快速下降两个阶段。光合作用缓降期间（开花至花后２５ｄ）叶片可溶性蛋白质含量先平稳变化（开花至花后１０ｄ）,之后持续降低;叶片叶绿素含量由缓慢升高（开花至花后８ｄ）转为缓慢下降;叶肉细胞结构保持完整。光合作用速降期间（开花２６ｄ以后）旗叶光合作用速率、可溶性蛋白质含量和叶绿素含量快速平行下降,叶绿体嗜锇颗粒数量和体积均增加,基粒片层和基质片层肿胀并分成囊泡,叶绿体被膜破裂,基质散逸于细胞内。     

干旱对水稻抽穗后旗叶衰老和产量构成因子的影响

研究干旱逆境对水稻抽穗后叶片衰老和产量的影响。结果表明,干旱导致水稻抽穗后旗叶绿色叶面积和叶绿素含量下降,相对电导率上升比水田水稻快,叶片易早衰;旗叶光合速率降低,谷粒增重缓慢,千粒重低,产量下降。     

水肥条件对冬小麦旗叶光合特性及生物量的影响

【目的】研究水肥耦合对冬小麦旗叶光合特性及生物量的影响,建立旱地冬小麦生产的合理水肥管理模式。【方法】2011-2012年,以长旱58为供试材料,设置水分(W)和肥料(Y)2个因子,其中水分包括不灌水、低灌水量、中灌水量、高灌水量4个水平,肥料包括不施肥、低肥、中肥、高肥4个水平,共16个处理,于小麦不同生育时期测定其光合指标(净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr))及生物量。【结果】1)方差分析表明,水分对小麦旗叶光合特性的影响大于肥料,各施肥水平下,旗叶Pn、Gs、Tr与水分呈正相关。不论在何种水肥组合处理中,随着生育期的延长,冬小麦旗叶Pn、Gs、Tr均呈先升后降趋势,于开花期达到最大值。2)在中等施肥量水平下,小麦开花期低灌水量处理较不灌水处理、中灌水量处理较低灌水量处理Pn分别显著提高3.25%和5.01%,Gs分别显著提高10.20%和5.34%,Tr分别提高7.76%和0.15%。3)在土壤水分较充足时,小麦旗叶Pn、Gs、Tr随施肥水平的增加而提高,小麦开花期Pn在中等灌水量水平下,低施肥量处理较不施肥处理、中施肥量处理较低施肥量处理Pn分别显著提高2.45%和3.19%,Gs分别显著提高3.27%和4.23%,Tr分别显著提高4.26%和6.86%。4)同一水分条件下,灌浆期和成熟期生物量均随施肥量的增加先增后减,最高生物量出现在中等肥力水平(Y2)时;返青期和孕穗期,生物量随施肥量的增加逐渐增大。各灌水条件下,开花期生物量随施肥量的增加而变化趋势不同。【结论】高水(100mm)中肥(N、P_2O_5、K_2O用量分别为278.55,163.20,322.80kg/hm2)组合的小麦旗叶光合特性较为优良。