魚冰星, 王宏富, 王振華, 張鵬, 成鍇,余愛麗, 閆海麗, 魚冰潔
(1.山西農業大學農學院, 山西 太谷 030801; 2.山西農業大學谷子研究所, 山西 長治 046011;3.山西省長治市潞州區農業農村局, 山西 長治 046011)
隨著功能農業的興起與發展,小雜糧越來越受到大眾的關注。小雜糧中以谷子為首,谷子不僅播種面積大、高產,而且以營養豐富、品質優良著稱[1]。谷子作為傳統的優勢糧食作物,不僅播種密度大,而且具有抗旱、耐瘠、水利用率高、地方適應性強等優點,在有機旱作農業中占據舉足輕重的地位,作為創新和發展我國北方干旱、半干旱地區“持續農業”的支柱作物,其需求量每年趨于上升[2-3]。除卻種子的選擇外,谷子播種密度同樣是影響產量的關鍵環節[4]。伴隨著種植規模擴大、種植密度增加,谷子生長過程中很容易出現莖生長緩慢、脆弱等問題,易造成倒伏,危害植物種群。結構上,葉葉之間相互避光遮陰,造成葉片光合速率下降[5-6];如若發生倒伏,植株內部運輸組織將受到嚴重破壞,抑制有機質和養分的運輸,干物質積累漸減,籽粒發育異常,大大降低了結實率,嚴重時會造成大量減產[7]。因此,有效提高谷子莖稈強度、防止谷子后期發生倒伏,是在選擇高質量種子、增加種植密度前提下亟待解決的重要課題。
多效唑是內源赤霉素合成的植物生長延緩劑[8],可以延緩植株生殖生長、縮短莖節,并對植株葉片中葉綠素有所影響,同時可提升其抗逆性能,提高作物的穗重、千粒重,使作物增產[9-10]。聶萌恩[11]通過葉面噴施多效唑研究發現,施用多效唑可明顯提高谷子葉片的葉綠素含量,提高作物光合效率;史關燕等[12]在不同時期噴施多效唑研究其對谷子性狀及品質的影響,結果表明,多效唑能顯著抑制莖稈徒長,使節間縮短、降低株高,考種發現谷子穗粗、穗重、穗粒重增加,并提高了產量。由于多效唑的施用效果受噴施時期、濃度、農作物種類及其他因素的影響,其施用效果的報道并不一致;其次多效唑針對抗倒伏的研究多集中在植物莖稈性狀研究,而對穗頸部位的抗倒性研究還不多。本研究通過在谷子拔節期前、拔節期和孕穗期葉面噴施多效唑,研究多效唑對谷子莖稈形態及穗頸性狀的抗倒性影響,旨在為谷子栽培與耕作提供理論依據。
供試藥劑為四川國光農化股份有限公司生產的15%多效唑粉劑。供試谷子品種為山西農業大學谷子課題組提供的常規品種農大8號和雜交品種張雜10號。
2017—2018年在山西農業大學申奉村試驗大田開展試驗。大田處于山西晉中盆地東北部,氣候屬于暖溫帶大陸性,受地勢地形、自然環境的影響,當地年降水量約為448.5 mm[13]。采用隨機區組設計,處理小區面積為16 m2(4 m×4 m),試驗共設4個處理,分別在拔節期前(A1)、拔節期(A2)以及孕穗期(A3)噴施多效唑(300 mg·L-1,前期預試驗篩選的最適濃度),以清水為對照(CK),每個處理3次重復。為防止在噴施過程中霧液飛移影響其他小區,可鋪用塑料布相隔離,大田按常規管理。
1.3.1形態指標及莖稈機械強度 株高(plant height,PH):每小區均勻選定10株谷子,用卷尺測量從莖基部到頂端最長尖端的長度。莖粗:每小區均勻選定10株谷子,在基部1~3個節點(分別用N1、N2、N3表示)之間用游標卡尺測量谷子主莖的直徑。葉面積:使用CI-203型手持式激光葉面積儀(美國CID公司)測量谷子旗葉面積。待谷子齊穗后30 d,測定其莖稈基部1~4節(分別用N1、N2、N3、N4表示)的節長、節間長、短軸直徑、節干重。重心高度(height of gravitational center,HGC):將谷子主莖的地上部分放在垂直于地面的支撐桿上,左右微慢調整谷子莖稈,找一個支點平衡谷子莖的兩邊,用卷尺測量從主莖底部到平衡點的長度,得到重心高度。
抗折力(N):使用FGJ-10測力計(日本SHIMPO公司)測量基部1~4節間的抗折力。
彎曲力矩(cm·g)=主莖基部至穗頂部的長度(cm)×主莖基部至穗頂部的鮮重(g)
(1)
倒伏指數(cm·g·N-1)=彎曲力矩(cm·g)/抗折力(N)×100
(2)
1.3.2穗頸指標 在灌漿期,每小區均勻選定10株谷子,使用卷尺測量谷子穗頸長度,用游標卡尺測量穗頸直徑。于室內稱量谷子穗頸的鮮重,然后將其放入烘箱內,調至105 ℃并殺青30 min,再在80 ℃溫度下持續干燥至恒量,稱量谷子穗頸干重,計算其水分含量。將穗頸同穗放置在垂直于地面的支撐桿上,調整以平衡穗頸的兩側,并用卷尺測量從穗頸底部到平衡點的長度,得到穗頸的重心高度。使用FGJ-10測力計測定穗頸抗折力。
穗頸彎曲力矩=穗頸下端到穗頂端的長度×穗頸下端到穗頂端的鮮重
(3)
1.3.3產量及產量構成指標 在成熟期,采用“三點取樣法”在每個小區內取3個有代表性的單位平方米調查成穗數,結果取平均值。同時,每小區隨機選取10穗,進行室內考種,測定穗長、穗重、穗粒重。
采用Excel 2010和SPSS 19.0對試驗數據進行統計分析[14],采用Duncan新復極差分法進行方差分析。
由圖1可以看出,葉面噴施多效唑后,植株生長速度減慢,表現為隨多效唑噴施時期的推移,株高降低幅度越小。隨施藥時期的推進,農大8號谷子株高分別比CK降低了3.87%、2.05%和1.22%,張雜10號株高分別比CK降低4.01%、2.32%和1.51%。這表明施用多效唑對谷子的生長發育有影響,施藥越早,作用越明顯,株高越低,同時株高的降低對增強抗倒伏性具有重要作用。
由表1可知,噴施多效唑對谷子莖稈各節間的粗度有一定促進作用。節間粗度隨施藥期的推移,增幅越小。進一步分析發現,節間粗度均呈N1>N2>N3的趨勢。與CK相比,A1處理下的農大8號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大13.55%、13.04%和12.38%,A2處理下的農大8號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大10.16%、8.69%和8.84%,A3處理下的農大8號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大5.93%、6.95%和7.96%。與CK相比,A1處理下的張雜10號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大13.27%、7.69%和8.42%,A2處理下的張雜10號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大10.62%、4.81%和4.21%,A3處理下的張雜10號植株N1、N2和N3各節間粗度分別增大8.85%、2.88%和3.16%。說明施用多效唑可增加作物基部節間粗度,增強莖稈對地上部分的支持,莖強度提高,抗倒性也隨之增加。
表1 多效唑對谷子莖粗的影響Table 1 Effect of paclobutrazol on stem diameter of millet
由圖2可以看出,在谷子不同生育時期葉面噴施多效唑后,植株葉面積有明顯變化。隨施藥時期的推移,農大8號葉面積分別比CK增大12.29%、7.25%和3.77%,張雜10號葉面積分別比CK增大12.81%、10.88%和10.38%。這說明多效唑處理下的谷子葉面積增長較快,且噴施時期越早,作用越明顯。
由表2可知,隨施藥期的推移,節間長降低幅度越小。而各處理莖稈的節長均呈N1 表2 多效唑對谷子莖稈節間長、節間干重及重心高度的影響Table 2 Effect of paclobutrazol on internode length, internode dry weight and HGC/PH of millet 谷子莖稈是除根系之外對谷子倒伏具有決定性影響的另一重要性狀,不同節的粗細對子倒伏具有重要影響,莖稈越粗越抗倒伏,莖稈越細越容易倒伏。因此,谷子莖稈節粗是谷子育種重要目標性狀,也是谷子高產栽培必需著力解決的問題。衡量谷子莖稈的粗細包括節長軸直徑和節短軸直徑兩項重要指標,反映了谷子生長狀況和抗倒伏潛力。由表3可知,2個品種的谷子莖稈各節間長軸直徑及短軸直徑均隨多效唑噴施時期的推移,增加幅度越小,進一步分析發現,節間的長軸直徑及短軸直徑均呈N1>N2>N3>N4的趨勢。其中,A1處理時的谷子莖稈各節間長軸直徑及短軸直徑增加幅度最大,與CK相比,農大8號莖稈的N1、N2、N3和N4各節間長軸直徑分別增加45.02%、40.16%、41.10%和39.19%,短軸直徑分別增加48.73%、45.23%、47.12%和42.21%;張雜10號莖稈的N1、N2、N3和N4各節間長軸直徑分別增加45.10%、41.10%、43.01%和42.36%,短軸直徑分別增加55.18%、50.90%、51.34%和40.08%。 表3 多效唑對谷子各節間長、短軸直徑的影響Table 3 Effect of paclobutrazol on millet internode of long and short axis diameter 由表4可知,谷子基部節間倒伏指數在不同處理下差異明顯,其中,A1處理下倒伏指數最小,CK處理下最大。隨施藥期的推移,各節間彎曲力矩和倒伏指數漸增,而抗折力漸減,抗倒伏性能逐漸減弱。同時節間抗折力和彎曲力矩均呈N1>N2>N3>N4的趨勢,因施藥時期的不同,節間的抗折力與彎曲力矩部分差異達顯著水平。與CK相比,農大8號莖稈的N1、N2、N3和N4各節間彎曲力矩分別減小24.81%、25.10%、25.41%和23.87%,抗折力分別增加43.15%、35.15%、34.20%和32.12%,倒伏指數分別減少28.06%、29.16%、29.00%和28.71%;張雜10號莖稈的N1、N2、N3和N4各節間彎曲力矩分別減小32.41%、29.31%、25.73%和21.53%,抗折力分別增加28.87%、33.20%、35.49%和36.19%,倒伏指數分別減少29.87%、31.64%、32.03%和32.27%,說明噴施多效唑有利于谷子的抗倒伏。 表4 多效唑對谷子基部各節間彎曲力矩、抗折力和倒伏指數的影響Table 4 Effect of paclobutrazol on bending moment, bending force and lodging index of millet 由表5可知,各處理的穗頸參數中,多效唑對農大8號穗頸含水量、彎曲力矩有調控作用。其中,穗頸彎曲力矩表現在A1處理最小,比CK減少13.90%,而穗頸含水量則在A2處理下最低,比CK下降21.59%。多效唑對張雜10號穗頸除彎曲力矩有影響外,其他指標無顯著變化,其中,穗頸彎曲力矩表現在A1處理時達到最小,比CK減少16.42%。 表5 多效唑對谷子穗頸參數的影響Table 5 Effect of paclobutrazol on panicle parameters of millet 表6結果表明,噴施多效唑對谷子產量的增加有促進作用,在不同時期處理下,2個品種的谷子產量隨噴施時期的推移呈先升高后降低的趨勢,在A2處理時達到最大,農大8號產量比對照增加7.10%,張雜10號產量比對照增加8.29%。隨著施藥時期的推進,谷子穗長降低幅度越小,農大8號各處理的穗長分別比對照減少了14.62%、14.49%、12.00%,張雜10號各處理的穗長分別比對照減少了10.05%、7.73%、4.41%。谷子穗重有明顯增加,在A2處理時達到最大,農大8號和張雜10號分別比對照提高了9.44%和11.17%。從穗粒重上看,不同時期多效唑處理的谷子均有所提高,隨著施藥時期的推進,谷子穗粒重先增大后減小,在A2處理下達最大值。其中,農大8號穗粒重比對照提高了7.10%,張雜10號穗粒重比對照提高了8.29%。 表6 多效唑對谷子產量及產量構成的影響Table 6 Effect of paclobutrazol on yield and yield components of millet 植物抗倒伏性與莖的形態因素如株高、莖粗和節長密切相關,是各因子相互作用的結果[15]。莖稈性狀決定了作物的抗倒伏性,是衡量其抗倒伏能力的綜合指數[16]。有研究表明,降低植株高度是提高植株抗倒伏能力的關鍵。然而,一些研究發現,植物抗倒伏性與其株高無關,而與構成株高的節間長度有較為密切的關系[17-18]。本研究結果表明,不同時期施用多效唑,2個品種的植株生長有明顯的抑制作用,表現為施用期越早,對植株抑制作用越明顯,株高越低,莖稈重心高度與株高比值降低,莖粗增大,節間直徑隨之增大,而節間長反之減少,均在A1處理時最好。節間干物質重則在A2處理時達到最大,有效提高了莖稈充實度。對莖稈抗倒性而言,節間的彎矩和倒伏指數漸減,抗折力隨之增大,均為A1處理效果最佳,這與禤維言等[19]、張忠旭等[20]研究結果一致。禤維言等[19]的研究中指出,在早期葉面噴施多效唑可以顯著抑制甜高粱株高的生長,縮短節長;其還對作物各節間的增厚、減少倒伏指數并增強抗倒伏能力有一定的作用。 穗頸方面,多效唑對農大8號穗頸含水量、彎曲力矩有調控作用,對張雜10號穗頸除彎曲力矩有影響外,其他指標無顯著變化。谷子穗頸的彎曲及折斷有時也會影響營養物質向穗部轉移,導致籽粒灌漿速率降低,易形成空殼和半秕粒,最終影響產量。本研究中施用多效唑可減少穗頸含水量,有效促進了穗頸干物質積累,這可能是由于多效唑有利于植株內部新陳代謝加快,增進同化物質向生殖器官運轉,促進了谷子光合產物的有效積累。 多效唑可使植株矮化,增強植物抗倒伏性,促進分蘗并防止落花坐果,促進植物葉片光合作用,增加植株抗逆性能,為后期穩產高產打下堅實基礎。研究結果表明,2品種谷子均在A2處理時增產顯著,谷子的穗重、穗粒重與其趨勢相一致,而穗長則在A1處理時最小,這與聶萌恩[11]、史關燕等[12]的研究結論相同。史關燕等[12]研究指出,多效唑能顯著抑制莖稈伸長,增強作物抗逆性能,增加谷子穗粗、穗重、穗粒重和產量。故可在谷子拔節期,將適量多效唑噴施于葉面上,以期獲得最大的經濟效益。2.5 多效唑對谷子各節間長、短軸直徑的影響
2.6 多效唑對谷子抗倒伏能力的影響
2.7 多效唑對谷子穗頸參數的影響
2.8 多效唑對谷子產量及產量構成的影響
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