小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

高曉凱，郁飛燕，李鵬，張聯合

(河南科技大學農學院， 河南 洛陽 471023)

小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

高曉凱，郁飛燕，李鵬，張聯合

(河南科技大學農學院， 河南 洛陽 471023)

以小麥品種Soissons為試驗材料，探討灌漿期鉀在籽粒中的累積特性以及籽粒與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節、節間、穗軸和穎殼鉀含量的相關性。結果顯示，隨著灌漿時間延長，籽粒鉀含量逐漸降低。在灌漿16 d時，籽粒鉀累積速率達到最高，鉀總量接近最大值。葉片、葉鞘、節間、穗軸和穎殼鉀含量呈現先升高后下降趨勢。相關分析顯示，籽粒鉀含量與葉鞘、節、節間和穗軸的鉀含量呈負相關，與旗葉和穎殼鉀含量呈正相關。表明小麥籽粒鉀主要來自根系吸收和轉運，并非旗葉鉀的再利用。

小麥；不同器官；鉀累積；動態變化；相關性

AbstractUsing wheat variety Soissons as material, the characteristics of potassium (K) accumulation in wheat grains and K concentration correlation among grains, flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes, nodes, spike-stalks and glumes were explored in the study. The results showed that the K concentration in grains gradually decreased with the extension of filling time. At the 16th day of filling time, the grain K accumulation rate reached the highest and the total K accumulation in grains was close to the maximum value. The K concentrations in flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes， spike-stalks and glumes increased firstly and then showed a trend of decrease. Correlation analysis showed that K concentration in grains existed negative correlations with that in flag leaf sheaths, nodes, internodes and spike-stalks, but positive correlations with glumes and flag leaf blades. The results indicated that the K in grains mainly came from absorption and transport from roots rather than reutilization of K in the flag leaves.

KeywordsWheat; Different organs; Potassium accumulation; Dynamic changes; Correlation

鉀是植物生長發育必需的礦質營養元素之一，具有調節細胞滲透壓、提高CO2同化率、促進光合產物運輸和蛋白質合成等功能。此外，鉀也是植物的品質元素，能提高小麥灌漿期籽粒中可溶性總糖和蔗糖的供應，提高淀粉累積速率[1]；促進氨基酸向籽粒轉運并轉化為蛋白質[2]；有利于灌漿期在莖中積累果聚糖以及灌漿后期的分解和輸出[1]，而果聚糖的降解產物主要用于籽粒形成[4]。在小麥生育期間，鉀素積累呈現前期緩慢、中期達到高峰、后期下降的趨勢[5]。也有研究表明冬小麥對氮、磷的最大累積量均在成熟期，而鉀在挑旗期[6]。小麥成熟期葉片、莖鞘、穎殼和穗軸以及籽粒鉀素積累量與籽粒產量呈極顯著正相關，花后莖鞘鉀素轉運量與產量呈極顯著正相關，穎殼與穗軸鉀素轉運量和產量呈極顯著負相關[7]。另外，鉀也影響油菜中氮素分配、稻米品質、大豆產量以及玉米抗倒性等[3，8-12]。盡管圍繞鉀在植物中的生理功能有大量研究，然而有關鉀在灌漿期小麥籽粒中的累積特性以及籽粒鉀含量與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節、節間、穗軸和穎殼鉀含量的相關性卻鮮有報道。本研究旨在探討小麥灌漿期籽粒、旗葉葉片、旗葉葉鞘、節、節間、穗軸、籽粒和穎殼鉀含量的動態變化及其相關性，明確籽粒鉀的累積特征及其來源，為通過調控鉀在籽粒中累積并進一步提高小麥產量和品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1材料

試驗選用小麥品種Soissons。

1.2處理方法

試驗于2016年在英國約翰英納斯中心試驗田進行。采用常規栽培管理。分別在灌漿期第4、16、23 d和30 d取旗葉葉片與葉鞘、穗下節和節間、穗軸、穎殼和籽粒，用硝酸和高氯酸(4∶1)消解，后用ICP-OES光譜儀測定鉀含量。鉀累積速率[mg/(100粒·d)]=百粒鉀累積總量/鉀累積時間。

1.3數據處理

利用GraphPad Prism 5進行做圖和相關性分析。

2 結果與分析

2.1籽粒鉀含量和總量動態變化

圖1顯示出小麥籽粒鉀含量和鉀總量隨灌漿進程的動態變化。灌漿4 d時籽粒鉀含量達到最高，灌漿16、23、30 d與其相比，籽粒鉀含量分別降低30.29%、44.64%和57.46%。與灌漿4 d籽粒鉀總量相比，灌漿16、23、30 d時，籽粒鉀總量分別為其4.27倍、5.23倍和5.63倍。表1顯示不同灌漿時間段的鉀累積情況，其中灌漿0～4 d和5～16 d鉀累積速率較高，此后隨著灌漿時間延長，鉀累積速率下降。

2.2旗葉鉀含量的動態變化

圖2顯示出小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動態變化。與灌漿4 d時葉片和葉鞘鉀含量相比，灌漿16、23 d時，葉片鉀含量分別為其1.12倍和1.08倍，葉鞘鉀含量分別為其1.17倍和1.19倍。表明在灌漿23 d時，根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉運。然而到灌漿30 d時，葉片和葉鞘鉀含量分別下降66%和7%。表明在灌漿后期，旗葉葉片中鉀易于向外轉運，而葉鞘中鉀并不容易向外轉運。

圖1 小麥灌漿期籽粒鉀含量和百粒鉀總量動態變化

表1小麥灌漿期籽粒鉀累積速率

2.3穗下節及其節間鉀含量動態變化

圖3顯示小麥灌漿期穗下節及其節間鉀含量的動態變化。與灌漿4 d時節和節間鉀含量相比，灌漿16、23 d時節中鉀含量沒有明顯變化，基本保持穩定；節間鉀含量分別為其1.29倍和1.48倍。表明在灌漿16 d和23 d時，鉀以較高的轉運速率向籽粒轉運。然而與灌漿23 d相比，灌漿30 d時節間鉀含量下降38.4%，表明向籽粒轉運鉀的速率急劇降低。

圖2 小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動態變化

圖3小麥灌漿期穗下節及其節間鉀含量的動態變化

2.4穗軸和穎殼鉀含量的動態變化

圖4顯示出小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動態變化。與灌漿4 d時相比，灌漿23 d時穗軸鉀含量急劇升高，是其2.05倍；灌漿30 d時穗軸鉀含量則下降了10%。與灌漿4 d時相比，灌漿16 d和23 d時，穎殼鉀含量分別提高14%和9%，而灌漿30 d時穎殼鉀含量則降低了23%。表明在灌漿16 d和23 d時，鉀以較高的速率向籽粒轉運，但是在灌漿30 d時，轉運速率降低。

圖4小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動態變化

2.5小麥不同器官鉀含量相關性分析

小麥不同器官間鉀含量的相關性結果顯示(表2)，籽粒鉀含量與葉鞘、節、節間、穗軸的鉀含量呈負相關，但均未達到顯著水平，與葉片、穎殼鉀含量呈正相關；穎殼鉀含量與葉片、葉鞘、節、節間和穗軸鉀含量呈正相關，其中與葉片達到顯著水平；穗軸鉀含量與葉片、葉鞘和節間鉀含量呈正相關，與節呈負相關；節間鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關，與節呈負相關，其中與葉鞘達顯著水平；節鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關。

表2小麥不同器官間鉀含量的相關性分析

器官葉片葉鞘節節間穗軸穎殼葉鞘0.81節0.020.06節間0.730.96*-0.18穗軸0.490.72-0.610.88穎殼0.99*0.880.070.780.50籽粒0.57-0.01-0.01-0.14-0.250.46

3 討論與結論

本研究結果顯示，在小麥灌漿16 d時，籽粒累積鉀總量接近最大值。此后，隨著灌漿時間延長，小麥籽粒累積鉀總量較少。可見小麥籽粒累積鉀主要發生在灌漿前期。研究還發現，在灌漿16 d和23 d時，小麥旗葉鉀含量仍在不斷提高，表明根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉運。在灌漿30 d時，旗葉鉀含量急劇降低，但是籽粒鉀總量提高較小。因此認為，盡管鉀在植物中再轉運能力較強，但是籽粒中累積的鉀主要來源于根系的吸收和轉運。相關性分析顯示，小麥籽粒鉀含量與葉片鉀含量呈正相關，而與葉鞘呈負相關，但均未達到顯著水平，表明籽粒中累積的鉀大部分并非來源于旗葉。

研究發現，小麥籽粒鉀含量隨著灌漿時間延長而逐漸降低，這與籽粒干物質累積速率高于鉀累積速率有直接關系。籽粒中鉀主要在灌漿前期大量累積，因此，要提高籽粒鉀含量，主要通過在灌漿前期提高根系吸收和轉運鉀能力來實現。小麥籽粒在灌漿后期累積鉀總量較少，主要因為在灌漿后期大量根系衰老、根系活力下降，造成根系吸收和轉運鉀能力降低，最終導致根中的鉀向籽粒轉運減少。

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StudyonPhysiologicalCharacteristicsofPotassiumAccumulationinWheatGrainsatFillingStage

Gao Xiaokai, Yu Feiyan, Li Peng, Zhang Lianhe

(CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.09.008

2017-04-19

河南省重點科技攻關項目(112102110102)

高曉凱(1990—)，男，河南登封人，在讀碩士研究生，專業：植物營養學。E-mail：gxk9111@126.com

張聯合(1970—)，男，河南扶溝人，博士，教授，碩士生導師，研究方向為植物營養生理。E-mail：lhzhang2007@126.com

S512.01

A

1001-4942(2017)09-0042-04