大麗輪枝孢激活蛋白對小麥旗葉面積及其光合特性和籽粒產(chǎn)量的影響

黃 琴，王紅光，李東曉，房 琴，李浩然，李瑞奇

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生長調(diào)控河北省重點實驗室，河北保定 071000)

河北省是中國冬小麥主產(chǎn)省之一，播種面積和產(chǎn)量穩(wěn)居全國前列。持續(xù)開展小麥生產(chǎn)發(fā)展與栽培理論與技術(shù)研究，不斷提高河北省的小麥產(chǎn)量水平，對保障我國糧食安全具有重要意義[1-2]。根系和葉片是小麥吸收營養(yǎng)元素的重要器官，葉片吸收營養(yǎng)元素的效率可作為根系吸收的重要補充[3]，特別是在小麥生長發(fā)育后期根系對養(yǎng)分吸收能力減弱的情況下，噴施葉面肥可以補充小麥對營養(yǎng)吸收的不足，還可以提高其對干熱風(fēng)天氣的抵抗能力[4]。同時，葉片又是光合作用的主要器官，制造有機物供植物生長，對小麥產(chǎn)量的貢獻率達90%～95%[5-6]，特別是小麥生育后期功能葉片的光合產(chǎn)物對籽粒的貢獻可達70%～80%，其中 1/3 以上由旗葉供給，說明開花后期旗葉對小麥產(chǎn)量的形成發(fā)揮關(guān)鍵作用[7-8]。

植物激活蛋白是從真菌中分離提取的一類具有促進植物生長和提高其抗性的熱穩(wěn)定蛋白激發(fā)子，具有增強植物抗病、防蟲、抗逆能力和促進植物生長等生物活性[9]。激活蛋白主要通過激活植物體內(nèi)分子免疫系統(tǒng)，提高植物自身免疫力，激發(fā)植物體內(nèi)的一系列代謝調(diào)控，促進植物葉生長，從而達到提高作物產(chǎn)量的目的[10-13]。植物激活蛋白也可促進小麥種子萌發(fā)和幼苗生長[14-15]。然而，有關(guān)植物激活蛋白對小麥旗葉生長、花后旗葉光合特性、穗部性狀以及最終產(chǎn)量形成影響的研究還鮮見報道。本研究選用的大麗輪枝孢激活蛋白(VerticilliumDahliaeAsp-f2 Like，簡稱VDAL)是中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院以大麗花輪枝孢激活蛋白創(chuàng)制成的新型生物工程蛋白干粉制劑[16]，屬于M35蛋白超家族。本試驗以強筋冬小麥品種藁優(yōu)2018為材料，研究冬小麥種子包衣和不同春生葉齡葉面噴施VDAL的增產(chǎn)效果，分析其增產(chǎn)生理基礎(chǔ)，并明確適宜的噴施時期，以期為應(yīng)用植物激活蛋白實現(xiàn)小麥增產(chǎn)提供技術(shù)參考和理論 依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017-2018和2018-2019年兩個小麥生長季在河北省石家莊市藁城區(qū)梅花鎮(zhèn)劉家莊村進行，試驗田土壤為壤質(zhì)褐土，播前0～20 cm土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量見表1。種植小麥品種為藁優(yōu)2018，分別于2017年10月6日和2018年10月6日播種。播種前茬作物為夏玉米，收獲后秸稈粉碎2遍還田。按照360萬·hm-2的基本苗目標，確定播種量為180 kg·hm-2。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用1%VDAL種子包衣，在此基礎(chǔ)上設(shè)置春三葉(倒四葉)露尖(S3)、春四葉(倒三葉)露尖(S4)、春五葉(倒二葉)露尖(S5)、春六葉(旗葉)露尖(S6)、孕穗期(SB)葉面噴施VDAL及全生育期不噴施VDAL(S0)6個處理，以種子不包衣且全生育期不噴施VDAL為空白對照(CK)。各處理及對照均重復(fù)3次，共21個小區(qū)，小區(qū)面積為50 m2，激活蛋白的處理時間和濃度見表2。

1.3 主要管理措施

試驗田全生育期每公頃施N 240 kg、P2O5135 kg、K2O 150 kg。其中，全部磷肥和鉀肥及50%的氮肥作底肥，其余50%氮肥于拔節(jié)期追施。所用肥料分別為尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀。其他管理措施同一般大田。拔節(jié)期和開花期各澆一次水，灌水量為675 m3·hm-2。

表1 試驗地土壤0～20 cm土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量Table 1 Soil conditions of the trail plots

表2 VDAL的處理時期和濃度Table 2 Stages and concentrations of VDAL treatment

1.4 檢測指標與測定方法

1.4.1 旗葉葉面積的測定

在小麥灌漿期，每個處理分別取15株測定小麥旗葉的長(A)與寬(B)，按系數(shù)法計算葉面積(葉面積=A×B×0.77，0.77為小麥葉面積校正值)[17]。

1.4.2 旗葉光合特性的測定

于開花后7、16和23 d，利用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合儀，選擇晴天，各處理選取生長一致的6個單莖，在上午9:30- 11:00測定旗葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)。

1.4.3 小麥穗部性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定

成熟期于定點處調(diào)查并折算每公頃穗數(shù)，選取20個代表性麥穗計數(shù)穗粒數(shù)并調(diào)查穗部性狀。每小區(qū)實收1.8 m2，小型脫粒機脫粒，風(fēng)干后稱重，同時測定籽粒含水量，按13%的籽粒標準含水量折算實際產(chǎn)量。從測產(chǎn)籽粒中取樣測定千粒重[2]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2017軟件整理試驗數(shù)據(jù)，用 SPSS 19.0 軟件進行方差分析，用 Duncan’s新復(fù)極差法在0.05水平進行差異顯著性分析。

表3 VDAL對小麥旗葉長、寬和面積的影響Table 3 Effect of VDAL on flag leaf length,width and area of wheat

2 結(jié)果與分析

2.1 VDAL對小麥旗葉長、寬和面積的影響

從表3可以看出，不同時期噴施VDAL對小麥旗葉長、寬和面積的調(diào)節(jié)作用不同。兩年的試驗結(jié)果表現(xiàn)為旗葉寬和面積隨VDAL噴施時期的后延均呈現(xiàn)先增加后降低的單峰曲線趨勢，旗葉面積均以S4處理最大，旗葉寬以S5處理(2017-2018年度)、S4處理(2018-2019年度)最大，且顯著大于對照。但VDAL對旗葉長的促進效應(yīng)在兩年間表現(xiàn)規(guī)律不同，其中2017-2018年度VDAL對旗葉長的促進效應(yīng)不顯著，2018-2019年度VDAL對旗葉長的促進效應(yīng)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，以S5處理最大，且顯著大于對照。說明，VDAL對小麥旗葉生長有促進作用，且S4或S5處理的促進效應(yīng)最大。

2.2 VDAL對小麥花后旗葉光合特性的影響

由表4可知，隨著開花后時間的推進，旗葉凈光合速率(Pn)呈先上升后下降的趨勢，花后16 d達到最高水平。VDAL處理的Pn呈現(xiàn)以春生 4～6葉齡處理較高、其余處理較低的單峰曲線趨勢。花后7 d S4和S5處理、花后16 d所有處理和花后23 d S5處理的Pn均顯著高于CK。細胞CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)變化規(guī)律不明顯。

表4 VDAL對小麥花后旗葉光合參數(shù)的影響Table 4 Effect of VDAL on Pn, Ci,and Gs in flag leaf of winter wheat

2.3 VDAL對小麥穗部性狀的影響

由表5可知,2017-2018年度各處理的穗長、不孕小穗數(shù)與結(jié)實率差異均不顯著；S4、S5和S6處理的分化小穗數(shù)顯著高于CK，且以S5處理的分化小穗數(shù)最多；S5處理的結(jié)實小穗數(shù)顯著高于CK,但與其他處理間差異不顯著。2018-2019年度各處理的穗長與分化小穗數(shù)差異不顯著；S4與S5處理的不孕小穗數(shù)顯著低于CK,但與其他處理間差異不顯著；S4與S5處理的結(jié)實小穗數(shù)與結(jié)實率顯著高于CK。綜合兩年度的試驗結(jié)果,VADL 種子包衣配合春5葉齡噴施有利于提高結(jié)實小穗數(shù)和結(jié)實率。

2.4 VDAL對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表6可知，VDAL種子包衣和不同時期噴施處理對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)節(jié)效應(yīng)不同。兩年度的結(jié)果顯示，籽粒實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量均隨VDAL噴施時期的后延呈現(xiàn)先增后降的單峰曲線趨勢，且以S4處理最高。其中，2018-2019年度，S4和S5處理的實際產(chǎn)量以及所有處理的理論產(chǎn)量均顯著高于CK；2017-2018年度，只有S4處理的實際產(chǎn)量顯著高于CK。就產(chǎn)量構(gòu)成因素而言，兩年度各處理間的穗數(shù)均無顯著差異，說明VDAL種子包衣和葉面噴施的增穗效應(yīng)不明顯。2018-2019年度，VDAL處理的穗粒數(shù)和S3、S4和SB處理的千粒重均顯著高于CK，而2017-2018年度，各VDAL處理的穗粒數(shù)與CK間無顯著差異，只有S3處理的千粒重顯著高于CK。

表5 VDAL對小麥穗部性狀的影響Table 5 Effect of VDAL on the spike traits of wheat

3 討 論

3.1 VDAL對小麥花后旗葉面積和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

旗葉對籽粒產(chǎn)量的形成發(fā)揮著重要的作用。趙雙寧等[18]研究發(fā)現(xiàn)，旗葉面積對穗粒重、穗粒數(shù)和產(chǎn)量的正相關(guān)效應(yīng)達到極顯著水平。旗葉面積越大，植株通過光合作用同化的CO2越多，在小麥中后期生長發(fā)育過程中葉片向穗部輸送的養(yǎng)料越多，從而有利于形成大穗，增加每穗粒數(shù)[19-20]。本試驗結(jié)果表明，VDAL種子包衣且在春生4～5葉齡噴施,顯著增加了旗葉的長和葉面積，且顯著提高了結(jié)實小穗數(shù)和小穗結(jié)實率，為提高光合性能和產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。VDAL種子包衣的各處理與空白對照相比，顯著增加了穗粒數(shù)和千粒重，達到了提高籽粒產(chǎn)量的目標。這與杜 茜等[21]的研究結(jié)果基本一致。原因可能是春生 4～5葉齡噴施VDAL能有效促進旗葉葉片生長，增強光合作用，促進作物體內(nèi)一些生理生化變化[22-24]，延緩旗葉衰老，提高千粒重。春生3葉齡處理的千粒重顯著增加的原因可能是，穗粒數(shù)較少條件下，千粒重對產(chǎn)量的補償效應(yīng)，但穗數(shù)和穗粒數(shù)增幅變化較小，增產(chǎn)不明顯。

表6 VDAL對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 6 Effect of VDAL activator protein on the grain yield and its components

3.2 VDAL對小麥花后旗葉光合特性的影響

激活蛋白本身具有生長調(diào)節(jié)的功能，能夠誘導(dǎo)并影響細胞內(nèi)的激素平衡，從而調(diào)節(jié)生長代謝，并在一定程度上延緩葉片的衰老和光合功能衰退，延長葉片的光合功能期[25-26]。在本研究中，葉面噴施VDAL均可以提高花后旗葉Pn，對花后16 d的旗葉Pn效果最為顯著。尤其是在花后23 d，春生5葉齡噴施VDAL處理的旗葉Pn仍處于較高水平，這也證明了上述觀點。隨著生育時期的后移，冬小麥的花后Pn呈先上升后下降的趨勢，Ci大致呈先下降后上升的趨勢。這可能是由于當Pn提高時，葉肉細胞固定的CO2增多，從而造成Ci降低[27-28]。花后7 d，春6葉齡噴施處理的Gs最小，光合作用也較強，從而Ci也最低；春生4葉齡噴施VDAL后Pn較高，且其Gs也較高，然而Ci也高，這可能與VDAL噴施后引起的生理反應(yīng)或持續(xù)時間有關(guān)，但還有待進一步研究。

綜上，用VDAL進行小麥種子包衣、且在春生4～5葉齡葉面噴施該制劑，能夠顯著促進旗葉長或?qū)挼纳L，增大葉面積，延緩旗葉衰老，提高小麥凈光合速率，增加結(jié)實小穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒重，從而提高小麥的產(chǎn)量，是一種促進小麥增產(chǎn)的有效措施。