隴東旱塬區小麥莖稈含水量與產量和水分利用效率的關系

李興茂， 倪勝利

（1.甘肅省農業科學院旱地農業研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

全球氣候變化導致干旱加劇。生物節水是提高水分利用效率的關鍵［1～2］。探索和尋求衡量抗旱節水的診斷指標，評估作物生長過程中的用水效率，可以為作物水分利用效率的改良提供重要的信息，因而是節水農業研究的重要方面。目前，國內外從冠層溫度、莖稈可溶性糖含量等方面開展研究，提出了一些診斷節水和高產的生理指標［3～4］。然而，部分指標的應用存在環境差異，可靠、簡便、快速、可操作的篩選方法與指標仍然很少［5］。植物的水分生理是一種復雜的現象，一方面植物通過根系吸收水分，使地上部分各器官保持一定的膨壓，維持正常的生理功能；另一方面，植株又通過蒸騰作用把大量的水分散失掉，這一對相互矛盾的過程只有相互協調統一才能保證植株的正常發育［6］。小麥莖稈作為水分運輸的載體，其含水量反應作物在干旱等條件下保持水分的能力，與籽粒產量和抗旱節水性狀有一定關系，但目前國內外研究報道較少。我們選用12個不同基因型的冬小麥，在旱作條件下研究小麥莖稈含水量與產量、水分利用效率的關系，旨在為抗旱節水品種篩選提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為12個我國北方旱地冬小麥品種（系）。其中5份為甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室育成的紫粒小麥新品系，西峰27號、長6878 和隴鑒127為生產上大面積應用的抗旱節水品種，其它4份為甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室育成新品系，品種（系）名稱詳見表1。種子均由甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室提供。

1.2 試驗地基本情況

試驗于2009—2010年度在農業部鎮原黃土旱塬生態環境重點野外科學觀測站（35°30′N，107°29′E）進行。海拔1 254 m，年均降水量540 mm，降水主要分布在7、8、9月，年平均溫度8.3℃。土壤為覆蓋黑壚土，屬完全依靠自然降水的西北半濕潤偏旱區，長期實行以冬小麥為主的一年一熟制或填閑復種的兩年三熟輪作制。2009年9月至2010年6月小麥全生育期降水163.6 mm，低于多年平均降水量的250 mm，其中苗期降水充分，越冬到返青期輕度干旱，起身期降水充分，拔節后輕度干旱，灌漿初期降水較多，灌漿中后期有效降水少。

1.3 試驗方法

試驗采取隨機區組設計，每品種（系）為1個小區，重復3次，小區面積13.5 m2（7.5 m×1.8 m），每小區種植9行，行距0.2 m，于2009年9月17日按375萬/hm2基本苗播種。播前施磷酸二銨225 kg/hm2、尿素150 kg/hm2，返青后撒播追施尿素112.5 kg/hm2，田間管理同大田。在小麥抽穗期（5月3日）、灌漿中期（5月19日）分別取各小區小麥主莖15株，稱鮮重，并立即帶回實驗置于105℃烘箱殺青20 min，再調至80℃烘干，稱干重，計量莖稈水分含量。

莖稈水分含量（%）=［（鮮重-干重）/鮮重］×100

小麥播前和收獲時分別用土鉆法取樣測定每個小區2 m土層（每20 cm為1個層次）土壤含水率，然后轉化為以mm為單位的播前和收獲時的土壤貯水量。小麥生育期降水量通過自動氣象站獲得。利用土壤水分平衡方程計算每個小區作物耗水量（ET）。試驗數據采用SPSS統計軟件進行變量分析（ANOVA）和相關性分析。

耗水量ET（mm）=播前2 m土壤貯水量（mm）-收獲時2 m土壤貯水量（mm）+生育期降水量（mm）

水分利用效率WUE［kg/（hm2·mm）］=小麥籽粒產量（kg/hm2）/耗水量（mm）

2 結果與分析

2.1 冬小麥莖稈含水量的基因型差異

旱作條件下12個供試品種（系）之間小麥莖稈含水量存在極顯著差異（P＜0.01）。從表1可以看出，抽穗期紫粒小麥C47-2的莖稈含水量最高，而當地抗旱、高稈品種西峰27號的莖稈含水量最低，其次較低的為隴鑒127、D57、C42-2。灌漿期紫粒小麥C47-2的莖稈含水量仍然最高，而B160的莖稈含水量最低，其次為C54和C42-1。因此，莖稈含水量在不同時期存在明顯的基因型差異。然而比較兩種小麥的莖稈含水量發現，盡管紫粒小麥的莖稈含水量較高，但與普通小麥的莖稈含水量差異并不明顯。因此，莖稈含水量存在品種間顯著差異，而基因類型（紫粒小麥和普通小麥）的影響較小。

從表2可以看出，小麥抽穗期莖稈含水量高，而灌漿開始后顯著下降。且莖稈含水量最大值時，品種間變異相對較小。灌漿期莖稈含水量低時，品種間變異增大。這說明不同基因型和測定時期的互作效應對莖稈含水量有顯著影響，即不同基因型小麥之間莖稈含水量受測定時期的影響較大。

2.2 不同基因型冬小麥產量和水分利用效率的差異

由表1、表2可以看出，旱作條件下，5個紫粒小麥和7個普通小麥產量平均值分別為3 455.7 kg/hm2和3 755.6 kg/hm2，相應的變異系數分別為11.87%和7.24%。差異顯著性測驗結果顯示，除了C47-2、A80-4與A8外，其余品種（系）之間產量差異不顯著。12個供試品種（系）間WUE的變化與產量基本一致，5個紫粒小麥和7個普通小麥的WUE平均值分別為13.46 kg/（hm2·mm）和14.88 kg/（hm2·mm），相應的變異系數分別為11.51%和7.08%，除了C47-2與A8外，其余品種（系）之間WUE差異不顯著。

表1 旱作條件下不同基因型小麥產量、莖稈含水量和水分利用效率

表2 不同基因型小麥產量、莖稈含水量和水分利用效率平均值及變異系數

2.3 不同基因型小麥莖稈含水量與水分利用效率和產量相關性狀的關系

小麥抽穗期莖稈含水量與穗數表現負相關，因此，分蘗成穗多的基因型，其穗數越多，耗水越多，莖稈含水量相應減少。小麥進入灌漿以后，其莖稈含水量盡管與抽穗期莖稈含水量顯著相關，但是莖稈含水量只與穗粒數成顯著相關，穗粒數多的基因型其灌漿期莖稈含水量越多。旱作條件下，抽穗期莖稈含水量與產量、水分利用效率呈極顯著的線性負相關性（R2=0.597 7～0.669 7），抽穗期莖稈含水量低的基因型具有較高的產量和水分利用效率，而灌漿期莖稈含水量與產量和水分利用效率相關性不顯著（表3）。因此，抽穗期莖稈含水量可作為篩選不同基因型小麥高效用水和產量高低的重要指標之一。

表3 旱作條件下小麥莖稈含水量與籽粒產量及其它性狀的關系

3 小結與討論

1）研究結果表明，不同基因型冬小麥之間產量、WUE、植株含水量存在顯著差異，隨著灌漿過程的進行，植株含水量呈下降趨勢。小麥抽穗期莖稈含水量與籽粒產量和水分利用效率達到顯著相關，但灌漿中期莖稈含水量與籽粒產量和水分利用效率相關不顯著。因此，抽穗期莖稈含水量可作為篩選不同基因型小麥高效用水和產量高低的重要指標之一。

2）不同基因型冬小麥產量和水分利用效率存在顯著差異，這與前人的研究結果基本一致［3～5］。另外，不同基因型小麥在灌漿期和抽穗前表現出莖稈含水量含量高度差異的現象，說明莖稈含水量高低與作物在干旱環境下的生長發育高度相關。3）旱作條件下小麥莖稈含水量與產量、水分利用效率的相關性只在抽穗期顯著正相關，而在灌漿中期并不顯著，因此，可以根據抽穗期莖稈含水量診斷小麥的產量。然而，目前測定莖稈含水量仍需進行植株的損毀，建立田間無損傷條件下莖稈含水量的診斷具有重要意義。近年來，利用光譜掃描技術進行水分和產量的診斷研究［7～9］，為莖稈含水量測定提供了簡便的途徑，也為開展產量診斷指標的研究提供了快速、低成本的方法。因此，下一步應在多年、多點環境下驗證該指標的使用效果，以期為開展生理性狀輔助育種提供新的方法。

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