外源丁酸對干旱脅迫下大麥產量及品質的影響

向 莉,王 仙,董裕生, 郭小玲,方伏榮,陳智軍,馬艷明,苗 雨

(1. 新疆農業科學院奇臺麥類試驗站,新疆奇臺 831800;2. 新疆農業科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆農業科學院農作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱脅迫對作物產量影響因素較復雜[1]。新疆屬于溫帶大陸性氣候,氣溫溫差較大,日照時間充足,降雨量少,對大麥籽粒碳水化合物積累有利,是我國生產優質大麥的主要產區。大麥是麥芽啤酒工業的重要原料,開展生長調節劑輔助大麥生長發育的研究,對發展新疆大麥生產具有重要意義。【前人研究進展】在小麥生育后期施用植物激素,對小麥的保水力、葉綠素含量、蒸騰速率等有積極作用[2]。丁酸(C4H8O2)是一種重要的短鏈飽和脂肪酸,在植物生長中與生物體的新陳代謝有著密切的聯系,作為重要的介質參與到生物體的能量轉化和代謝過程中,還與植物體的氣孔開放、離子運輸及逆境生理有密切的聯系。拌種或噴施丁酸可以改善植株生長狀況、增強作物抗逆性,有著高效、顯著的調節效應[3]。 干旱脅迫對大麥籽粒產量和品質的穩產性影響較大[4]。小麥在灌漿期如果遇到干旱脅迫,光合速率將會受到嚴重抑制、最終導致籽粒產量下降[5]。干旱脅迫使灌漿期水稻的籽粒產量下降[6],下降的程度與受脅迫的輕重和持續時間密切相關,籽粒產量隨著灌漿速率的降低而減少。【本研究切入點】各種農作物的灌漿成熟期如果遇到干旱脅迫將嚴重影響作物產量,如何應用化學物質調控和提高作物的抗逆性已成為熱點研究問題。新疆因氣候干旱少雨,大麥產量不穩、品質有待提高。需研究外源丁酸對干旱脅迫下大麥農藝性狀和產量、品質的影響,以提高干旱區大麥產量、品質和抗旱性。【擬解決的關鍵問題】研究播前拌種和花期噴施外源丁酸對不同程度干旱脅迫處理下啤酒大麥生育期、農藝性狀、產量及品質的影響,確定丁酸的最佳施用方式,為外源丁酸輔助提高大麥抗旱性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆農業科學院奇臺麥類試驗站進行,海拔823 m, E 89°12 ′,N 44°13′,前茬作物為春小麥,土質為壤土,肥力水平中等,供試大麥品種為新啤4號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用兩因素裂區試驗設計,水分處理(W)設5個梯度,全生育期正常灌水(全水)W1,輕度干旱(拔節期、抽穗期、灌漿期)W2,中度干旱(拔節期、抽穗期)W3,重度干旱(拔節期)W4,極重度干旱(不灌水)W0;γ-氨基丁酸設4個處理,N為無丁酸處理;B為丁酸拌種(5 mol/L);P為噴施丁酸(0.5 mol/L);BP為丁酸拌種+噴施丁酸(5 mol/L +0.5 mol/L),在大麥播種前進行丁酸拌種處理,開花期進行丁酸噴施處理,噴施標準是噴施均勻不下滴。

小區長2 m,寬2 m,面積4 m2,行距為0.2 m,密度為375×104粒/hm2,設3次重復。試驗于4月2日小區播種機開溝,人工播種,播種深度3～5 cm;開溝時帶磷酸二銨225 kg/hm2,4月18日于大麥2葉1心期施入尿素120 kg/hm2;滴灌灌水;5月9日用有效成分75%的苯磺隆33 g/hm2、有效成分含量5%的唑啉草酯1.2 L/hm2,對水30 kg混合噴霧防除雜草。4月18日用阿立卡225 mL/hm2防治金針蟲、負泥蟲危害。

1.2.2 測定指標

播種后隨機取1行觀測,記載大麥生育期(播種期、出苗期、抽穗期、成熟期),小區定點一行調查基本苗、最高總莖數,成穗數。收獲前將定點取樣進行室內考種,測定株高、主穗粒數、主穗長度、結實小穗數和千粒重等,小區收獲后脫粒、稱重、測產。各試驗小區分別取樣100 g 用近紅外分析儀測定蛋白質含量。

1.3 數據處理

采用Excel作圖、制表和SPSS數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 丁酸處理對大麥生育期的影響

研究表明,所有處理小區的出苗期均為4月20日,抽穗期5月30日至6月8日,成熟期6月23日至7月16日。灌水處理W1、W2、W3、W4、W0的抽穗期分別為6月8日,6月7日,6月4日,6月1日,5月30日,成熟期分別為7月14～16日、7月12～15日、7月9～11日、7月12日和6月23日。隨著干旱程度加重,大麥的抽穗期和成熟期都有不同程度的縮短。

在同等水分條件下,丁酸拌種(B)、丁酸噴灑(P)和拌種+噴灑(BP)3個處理的抽穗期與無丁酸(N)的對照相同,因此拌種和噴灑丁酸不影響抽穗期;噴灑丁酸(P)可延長輕度受旱大麥的成熟期,完全灌水(W1)時從7月14～16日延長了2 d,輕度干旱(W2)時從7月12～15日延長了3 d,中度干旱(W3)時從7月9～11日延長了2 d;但受旱嚴重(W4和W0)時噴灑丁酸對大麥的成熟期沒有影響;丁酸拌種加噴灑處理(BP)與單獨噴灑(P)的延長天數一致。

丁酸拌種不影響生育期;花期噴灑丁酸可延長中度受旱大麥的成熟期(2 d),但對嚴重受旱大麥的生育期無影響。圖1

圖1 不同干旱脅迫和外源丁酸處理下大麥抽穗期、成熟期變化

2.2 丁酸處理對大麥分蘗成穗和株高的影響

研究表明,丁酸拌種(B)后可顯著增加基本苗、最高總莖數、成穗數、分蘗成穗率:拌種后4種水分處理的平均基本苗為357.2株/m2,較對照(N)的335.7株/m2增加 6.4%;平均最高總莖數1 014.0株/m2,比對照的950.4株/m2提高6.7%; 成穗數784.4穗/m2,比對照的684.5穗/m2提高14.6%;分蘗成穗率77.2%,比對照71.9%,提高7.5%;株高82.9 cm,比對照的82.2 cm提高了0.9%,未達到顯著水平。丁酸花期噴灑(P),與對照相比,成穗數和分蘗成穗率分別提高了10.1%和7.0%。丁酸拌種+噴灑(BP),與對照相比,分蘗成穗數顯著提高了11.1%,成穗數顯著提高了21.9%。

丁酸拌種主要促進最高總莖數和總穗數,丁酸噴灑則提高了分蘗成穗率,拌種加噴灑(BP)的效果要優于拌種(B)和噴灑(P)。圖2,表1

表1 不同灌水次數和丁酸處理下分蘗成穗和株高變化

圖2 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥株高和成穗的效應變化

2.3 丁酸拌種和噴灑對大麥產量要素的影響

研究表明,丁酸拌種和噴灑后對主穗粒數、千粒重和產量有促進作用。丁酸拌種后,主穗粒數較對照極顯著增加了6.4%,主穗長度極顯著增加了7.9%;千粒重顯著增加了4.2%。

丁酸噴灑后,主穗粒數極顯著增加了6.3%,主穗長度極顯著增加了11.2%,千粒重極顯著增加了7.3%。

拌種+噴灑(BP)的產量為4 463.6 kg/hm2,較對照產量3 759.9 kg/hm2極顯著增加18.7%。只拌種或只噴灑的增產幅度分別為9.2%和9.1%,拌種+噴灑(BP)在主穗長度、主穗粒數和千粒重方面促進作用大于拌種(B)和噴灑(P)。丁酸拌種可增加主穗粒數,丁酸噴灑可增加主穗長度和千粒重,拌種和噴灑可較大幅度地提高大麥產量。圖3,表2

表2 不同灌水次數和丁酸處理下大麥產量要素變化

圖3 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥產量要素的效應

2.4 丁酸拌種和噴灑對大麥品質的影響

研究表明,丁酸拌種有增加直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉比例的趨勢,但未達到顯著水平。噴灑丁酸后,直鏈淀粉29.9%較對照28.5%提高了4.9%,拌種和噴灑丁酸對β-葡聚糖含量和蛋白質含量的影響不顯著。噴灑丁酸有提高直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉的效果。圖4,表3

表3 不同灌水次數和丁酸處理后的大麥成分變化

圖4 丁酸拌種(B)和花期噴灑(P)下大麥產量要素的效應

2.5 丁酸拌種和噴灑對大麥抗旱性的影響

研究表明,丁酸拌種(B)、丁酸噴灑(P)和丁酸拌種+噴灑(BP)的產量,與對照(W1,N)相比,分別增加了2.5%、5.2%和8.2%。正常灌水條件下拌種和噴灑丁酸有可增產2.5%～8.2%。大麥灌水3次、2次、1次和0次,與充分灌水W1相比,產量受旱減少百分數分別為20.0、34.3、38.1和70.9%,平均減產40.8%。

同等水分條件下,丁酸拌種(B)后減產率分別下降至6.7、26.0、38.1和64.2%,平均減產33.8%。丁酸噴灑(P)后減產率分別下降至10.4、29.7、35.1、62.7%,平均減產34.5%。丁酸拌種+噴灑(BP) 后減產率分別為8.2、3.7、20.4、57.5%,平均減產22.5%。

相對于無丁酸的對照減產率40.8%,丁酸拌種、丁酸噴灑、丁酸拌種+噴灑3種處理分別少減產7.0%、6.3%和18.3%的產量受旱損失。

在各種水分條件下(W1、W2、W3、W4、W0),丁酸拌種和丁酸噴灑能促進最高總莖數、成穗數、主穗長度、主穗粒數、千粒重這是丁酸提高受旱大麥產量的原因。

總莖數和成穗數方面丁酸拌種效果要優于丁酸噴灑;而在促進主穗長和千粒重方面丁酸噴灑優于丁酸拌種,穗粒數方面,拌種和噴灑效果基本一致。拌種作用于大麥生長發育的早期而噴灑作用于后期。圖4,圖5

3 討 論

干旱脅迫使大麥生育期縮短,分蘗數、株高、穗長、單株穗數、穗粒數、成穗數、千粒重降低,對成穗數的影響最大,對千粒重的影響最小[7-8]。γ-氨基丁酸作為一種植物生長調節劑,可以控制各種植物的生長發育,楊娜等[9]得出結論,通過用γ-氨基丁酸對小麥進行葉噴處理,可以增加小麥穗粒數和產量。于力堯等[10]對干旱脅迫下的甜瓜通過噴施不同濃度的γ-氨基丁酸來研究幼苗生長,研究結果表明,γ-氨基丁酸能夠緩解干旱脅迫對幼苗造成的抑制和傷害,能夠有效地促進干旱脅迫下幼苗的生長。谷海濤等[11]研究發現,在孕穗期干旱脅迫下,施用不同濃度γ-氨基丁酸能夠提高籽粒產量、產量構成因素以及籽粒干物質積累量等,噴施γ-氨基丁酸濃度的增加會使籽粒產量、產量構成因素、籽粒干物質量積累先升高后降低。小麥在灌漿期如果遇到干旱脅迫,光合速率將會受到嚴重抑制、最終導致籽粒產量下降。干旱脅迫使灌漿期水稻的籽粒產量下降,下降的程度與受脅迫的輕重和持續時間密切相關,籽粒產量隨著謹漿速率的降低而減少[6]。各種農作物的灌漿成熟期都是需水量最大的時期,此期如果遇到干旱脅迫將嚴重影響作物產量。在干旱脅迫下,大麥的成穗數隨著干旱程度的增強,成穗數的波動較大,而基本苗和最高總莖數基本沒有變化,大麥的株高、穗長、主穗數、千粒重在干旱脅迫下逐漸降低,經過γ-氨基丁酸處理能夠緩解干旱脅迫帶來的影響。 干旱脅迫對大麥籽粒產量和品質的穩產性影響是巨大的。研究表明,外源丁酸拌種處理對出苗期、抽穗期沒有影響,開花期噴施對成熟期有一定的影響,成熟期略有推遲。干旱脅迫處理下對出苗期沒有影響,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸對干旱脅迫下大麥基本苗顯著不差異,對最高總莖數、成穗數、分蘗成穗率差異顯著;株高、穗長、穗粒數、千粒重均隨著外源丁酸處理而不斷增加;外源丁酸處理能提高干旱脅迫下大麥的產量。

4 結 論

外源丁酸拌種處理對出苗期、抽穗期沒有影響,開花期噴施對成熟期有一定的影響,成熟期略有推遲。干旱脅迫處理下對出苗期沒有影響,抽穗期和成熟期均提前。外源丁酸對干旱脅迫下大麥基本苗顯著不差異,對最高總莖數、成穗數、分蘗成穗率差異顯著;株高、穗長、穗粒數、千粒重均隨著外源丁酸處理而不斷增加;外源丁酸處理能提高干旱脅迫下大麥的產量,拌種、花期噴灑、拌種+花期噴灑3種丁酸施用技術,可分別減少大麥受旱損失的7.0%、6.3%和18.3%。外源丁酸可提高直鏈淀粉淀粉的比例,但對蛋白質含量無顯著影響。正常灌水條件下拌種和噴灑丁酸有可增產2.5%～8.2%,外源丁酸對正常灌水的大麥也有一定的增產作用,噴施丁酸也有提高直鏈淀粉比例而降低支鏈淀粉比例的作用。