氮肥后移對高溫脅迫下春小麥旗葉生理特性和產量的影響

李永飛，李戰魁，張戰勝，陳永偉，康建宏，吳宏亮

氮肥后移對高溫脅迫下春小麥旗葉生理特性和產量的影響

李永飛1，李戰魁1，張戰勝2，陳永偉3，康建宏1，吳宏亮1

1寧夏大學農學院，銀川 750021；2寧夏農業技術推廣總站，銀川 750000；3寧夏農墾農林牧技術推廣服務中心，銀川 750000

【目的】探究氮肥后移對高溫脅迫下春小麥（L.）旗葉膜脂過氧化作用、抗氧化酶活性、滲透調節物質含量和產量的影響，篩選緩解春小麥花后高溫早衰的科學施肥方法。【方法】2022年3月至2023年9月，以寧3015為試驗材料，在寧夏農墾平吉堡農六隊試驗基地進行試驗。采用裂區試驗設計，主區為溫度，設（25±2）℃（常溫RT）和（35±2）℃（高溫HT），副區為氮肥運籌。施氮總量一定（300 kg·N·km-2），2022年設G1（分蘗期30%）、G2（拔節期30%）、G3（孕穗期30%）、G4（抽穗期20%）和G5（灌漿期20%）共5種施肥方式，2023年由前一年試驗結果篩選出G1（分蘗期30%）、G3（孕穗期30%）和G5（灌漿期20%）共3個處理。于開花期開始取樣，每5天取樣一次，測定旗葉膜脂過氧化作用、抗氧化酶活性和滲透調節物質等指標。【結果】連續兩年氮肥運籌試驗中旗葉的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性、脯氨酸（Pro）含量和產量均在G5處理達到最高，丙二醛（MDA）和膜透性均在G5處理下最低，且與G1處理存在顯著性差異（＜0.01）。根據皮爾遜（Pearson）相關性分析可知，春小麥籽粒產量和SOD、POD、CAT活性和脯氨酸含量顯著正相關（＜0.05），與MDA含量和膜透性顯著負相關（＜0.05）。綜合評價表明，2022和2023年氮肥運籌的主成分得分排序為G5＞G3＞G4＞G2＞G1和G5＞G3＞G1，兩年試驗結果趨勢一致。【結論】適當的氮肥后移可以降低高溫脅迫下春小麥旗葉膜脂過氧化作用，增加抗氧化酶活性和滲透調節物質含量，進而增加產量，本試驗中灌漿期施氮總量20%的處理較為適宜。

春小麥；氮肥運籌；高溫脅迫；旗葉；生理特性；產量

0 引言

【研究意義】春小麥（L.）是全世界重要的糧食作物之一，在國家糧食安全和社會經濟發展中占有重要地位，然而近年來全球氣溫上升，極端天氣頻繁出現對小麥產量產生巨大影響[1]。小麥性喜涼，籽粒灌漿期適宜溫度為20—22 ℃，溫度過高會導致春小麥早衰，生理生化特性降低，灌漿期縮短，籽粒產量下降[2]。寧夏地處西北內陸，干熱風易形成，且集中在6月中旬和7月下旬[3-4]，正值春小麥灌漿期，溫度過高嚴重影響了當地小麥的產量和品質[5-6]。氮素是小麥生長的必需營養元素，對小麥的生理生化特性、產量和品質具有決定性作用[7]。以科學施肥、平衡施肥為主體，避免過度施肥造成作物營養元素不均衡和環境污染，合理運用氮肥緩解高溫脅迫對春小麥灌漿期造成的危害，提高其抵御逆境的能力，從而提高當地小麥產量和品質[8-9]。【前人研究進展】氮在耐熱應激中起著關鍵作用，氮肥的施入可以有效緩解高溫脅迫對保護性酶活性的抑制和對作物生長的破壞作用[10]。研究指出，高溫脅迫會加速活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生和大量積累，導致細胞膜透性增強，丙二醛（MDA）含量增加，造成植物細胞受損[11-12]。同時，高溫脅迫使超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等保護酶活性被抑制，活性氧自由基清除能力下降，導致植株發生早衰，產量和品質下降[13-14]。另外，氮肥的不合理施用，過量配施會導致水分、氮素利用效率和產量下降[15]。合理適量的氮肥運籌可以提高小麥抗氧化酶活性，減少活性氧的積累，延緩植物早衰[16]。氮素和高溫互作下，ROS產生誘導丁香酸的生成，丁香酸充當信號分子調控酶促抗氧化劑產生的基因表達[17]，SOD、POD、CAT等保護酶活性上升，滲透調節物質增多，從而增強植物對于逆境環境的抵御能力，進而提高作物的產量和品質[18-20]。研究發現施肥與晚施氮相結合，可促進冠層發育，提高營養期光合能力和碳水化合物積累，提高籽粒產量[21]。【本研究切入點】前人發現氮肥可以提高小麥抗逆能力，緩解非生物脅迫下的危害，且部分調控機理基本明確，然而在氮肥施用時間和用量方面還研究得不夠詳細，沒有闡明氮肥施用時間、比例和溫度之間的互作關系。【擬解決的關鍵問題】以化肥零增長為目標，努力實現減肥增效，結合當地農業生產實際情況，精細方案，采用水肥一體化模式提高水肥管理效率。通過測定不同氮肥運籌與溫度互作條件下膜脂過氧化指標、抗氧化酶活性、滲透調節物質含量和產量，以期明確連續兩年不同氮肥運籌試驗對春小麥寧3015旗葉生理指標的影響機制，進而闡明氮肥運籌對寧夏地區春小麥花后高溫脅迫的緩解作用和生理調控機制，為寧夏地區調控春小麥花后高溫脅迫提供參考。

1 材料與方法

試驗品種：寧3015（中強筋），該品種出苗至成熟期一般為107 d，屬中晚熟品種。

1.1 試驗地概況

試驗于2022年3月至2023年9月在寧夏農墾平吉堡農六隊試驗基地進行（106°01′E，38°24′N）。試驗地耕作層土壤特征如下：土壤有機質含量7.70 g·kg-1，全氮0.72 g·kg-1，堿解氮為54 mg·kg-1，速效磷為59.1 mg·kg-1，速效鉀為240.6 mg·kg-1，pH為8.01。2022—2023年小麥花后高溫處理期間同一時刻氣溫、日照強度變化的平均氣象數據見圖1。

圖1 高溫處理3 d氣溫、光照強度動態變化的平均氣象數據

1.2 試驗設計

兩年試驗采用裂區試驗設計，主區為溫度，設（25±2）℃（常溫RT）和（35±2）℃（高溫HT），副區為不同施肥比例，主副區隨機排列，具體施肥方式見表1。每個處理設3次重復，共30個小區，各小區面積為24 m2。2022年設G1、G2、G3、G4、G5共5種施肥處理；2023年從前一年試驗結果中篩選出兩個最優處理G3和G5，以及1個較差處理G1作為對照進行試驗，繼續篩選較優的施肥模式。播期在3月初，播量300 kg·hm-2，磷酸二銨（含N 18%）作基肥在播種前撒施旋耕入土壤。全生育期采用水肥一體化滴灌模式，總施氮量為300 kg·N·hm-2，施純氮、磷、鉀的比例按2﹕1﹕1.2進行配施，尿素（含N 46%）、磷酸一銨（245.85 kg·hm-2，含N 12%）和硫酸鉀（346.2 kg·hm-2）按比例追施。試驗地管理同當地高產大田管理，前期小麥自然生長，高溫處理時間選擇在花后15—18 d（具體高溫時間依據試驗地氣候變化確定），連續處理3 d。溫度處理在人工搭建的氣候室進行，氣候室長3.5 m，寬2.5 m，高1.8 m。溫度處理時間為每天9:00—17:00，其余時間為自然溫度，各氣候室內均放置3個干濕球溫度計監測溫度和濕度（當溫度高于設定值，采用揭棚膜和搭遮陽網的方式降溫）。溫度處理時氣候室內空氣相對濕度保持在（50±5）%，土壤水分保持在田間最大持水量的（70±5）%，高溫處理結束后將其轉入自然條件下生長至成熟，于7月10日左右收獲。

1.3 指標測定及方法

2022—2023年均于小麥開花期開始取樣，每5 d取樣一次，選擇長勢均勻一致的小麥植株完整旗葉，各處理每次取3個重復，每個重復30株小麥旗葉，于-20 ℃冰箱保存，測定SOD、POD、CAT活性及MDA、Pro含量。細胞膜透性在小麥旗葉取回后立即測定。

1.3.1 膜脂過氧化作用 細胞膜透性（電導儀法）、丙二醛（MDA）含量（雙組分分光光度法）。

1.3.2 抗氧化酶活性 SOD活性（NBT法）、POD活性（愈創木酚法）、CAT活性（紫外分光光度法）。

表1 氮肥施用方案

1.3.3 滲透調節物質 脯氨酸（Pro）含量（紫外分光光度法）。

說明：本題顯性目的是考查“相等向量”，隱性目的是提高分析問題解決問題的能力和分類討論思想的感悟.本題的解題過程是學生探究的過程.

1.3.4 產量測定 小麥成熟時，在田間各小區內分別取1 m2的小麥植株進行測產，重復3次。

1.4 數據處理

使用Excel2010、SPSS26.0和Origin2023軟件對試驗數據進行整理、分析和作圖。

2 結果

2.1 氮肥運籌對花后高溫脅迫下春小麥旗葉膜脂過氧化作用的影響

如表2方差分析所示，溫度和氮肥運籌對春小麥的SOD、POD、CAT、MDA和Pro存在顯著影響。連續兩年溫度和氮肥運籌分別對SOD、POD、CAT、MDA和Pro影響達極顯著水平（＜0.01），2022年兩因素的交互作用對SOD和CAT的影響達極顯著水平（＜0.01），對POD、MDA和Pro的影響達顯著水平（＜0.05）。2023年間兩因素的交互作用對CAT和MDA的影響達極顯著水平（＜0.01），對POD的影響達顯著水平（＜0.05），對SOD和Pro無顯著影響。

2.1.1 春小麥旗葉膜透性 如圖2所示，兩年試驗結果表明，春小麥旗葉膜透性隨花后時間推進逐漸增大。2022年間G1處理下旗葉膜透性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G2、G3、G4、G5存在顯著性差異。花后15 d，旗葉膜透性在常溫和高溫處理下均表現為G1＞G2＞G4＞G3＞G5，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后分別上升31.73%、40.29%、35.56%、35.29%和24.50%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下分別下降19.74%、39.83%、37.15%、47.02%和14.52%、38.08%、35.45%、49.93%。花后20 d，旗葉膜透性在常溫和高溫處理下均表現為G2＞G1＞G3＞G4＞G5，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后分別上升23.98%、25.66%、24.07%、20.96%和17.73%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下分別下降-3.09%、23.21%、27.32%、32.52%和-4.49%、23.15%、29.09%、35.92%。

表2 不同氮肥、溫度處理對各指標影響的方差分析

*表示達到顯著水平（＜0.05），**表示達到極顯著水平（＜0.01），NS表示無顯著差異

* denotes significant level (＜0.05), ** denotes highly significant level (＜0.01) and NS denotes no significant difference

柱上字母表示處理間差異顯著性。下同 Letters on columns indicate significant differences between treatments. The same as below

2023年間G1旗葉膜透性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G3和G5存在顯著性差異。花后20 d，旗葉膜透性在常溫和高溫下均表現為G1＞G3＞G5，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后旗葉膜透性分別上升31.71%、26.05%和18.81%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下旗葉膜透性分別下降17.00%、33.67%和13.28%、26.47%。

2.1.2 春小麥旗葉丙二醛含量 由表3可知，兩年實驗結果表明，丙二醛含量在花后10—20 d呈逐漸上升趨勢。2022年間G5處理下丙二醛含量在花后10—20 d均低于其他處理，且與G1、G2、G3、G4存在顯著性差異。花后15 d，常溫和高溫處理下丙二醛含量均表現為G1＞G2＞G4＞G3＞G5,與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后丙二醛含量分別上升17.24%、15.08%、13.62%、13.87%和10.26%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下丙二醛含量分別下降5.90%、14.63%、13.04%、22.74%和7.64%、17.26%、15.54%、27.34%。花后20 d，常溫和高溫處理下丙二醛含量均表現為G1＞G2＞G4＞G3＞G5，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后丙二醛含量分別上升19.35%、17.47%、14.89%、15.52%和11.97%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下丙二醛含量分別下降6.35%、15.74%、13.86%、25.07%和7.82%、18.89%、16.64%、20.70%。

2023年間G5處理下丙二醛含量在花后10—20 d均低于其他處理，與G1、G3存在顯著性差異。花后15 d，常溫和高溫處理下丙二醛含量均表現為G1＞G3＞G5，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后丙二醛含量分別上升16.60%、13.10%和10.80%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下丙二醛含量分別下降7.30%、11.60%和10.00%、16.00%。花后20 d，常溫和高溫處理下丙二醛含量均表現為G1＞G3＞G5，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后丙二醛含量分別上升9.00%、7.70%和6.10%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下丙二醛含量分別下降7.90%、15.10%和9.10%、17.40%。

2.2 氮肥運籌對花后高溫脅迫下春小麥旗葉抗氧化酶活性的影響

2.2.1 春小麥旗葉SOD的活性 如圖3所示，兩年試驗結果表明，SOD活性在花后10—20 d呈先上升后下降趨勢，且高溫脅迫后SOD活性下降更為明顯。2022年間G5處理下SOD活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1、G2、G3、G4存在顯著性差異。花后15 d，SOD活性在常溫和高溫處理后均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后SOD活性分別下降14.94%、13.49%、14.80%、16.73%和10.29%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下SOD活性分別上升3.00%、9.00%、7.00%、14.00%和5.00%、9.00%、5.00%、21.00%。花后20 d，SOD活性在常溫下表現為G5＞G4＞G3＞G2＞G1，高溫處理后表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后SOD活性分別下降16.59%、16.78%、13.41%、15.20%和12.20%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下SOD活性分別上升3.00%、8.00%、8.00%、16.00%和2.00%、12.00%、10.00%、22.00%。

表3 不同氮肥運籌下春小麥旗葉丙二醛含量動態變化

表中數據為平均值。同列數據不同小寫字母表示0.05水平上差異顯著

Data in the table are mean values. Different lowercase letters for data in the same column indicate significant differences at the 0.05 level

圖3 不同氮肥運籌下春小麥旗葉SOD活性動態變化

2023年間G5處理下SOD活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1和G3存在顯著性差異。花后15 d，SOD活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后SOD活性分別下降10.69%、8.73%和4.70%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下SOD活性分別上升4.85%、18.12%和2.60%、10.69%。花后20 d，SOD活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后SOD活性分別下降6.59%、7.72%和9.88%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下SOD活性分別上升6.69%、11.90%和7.99%、15.97%。

2.2.2 春小麥旗葉POD的活性 如圖4所示，連續兩年試驗結果表明，POD活性在花后10—20 d呈逐漸下降的趨勢，且高溫脅迫后POD活性下降更為明顯。2022年間G5處理下POD活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1、G2、G3、G4存在顯著性差異。花后15 d，POD活性在常溫下表現為G5＞G3＞G4＞G1＞G2，高溫處理后表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后POD活性分別下降7.50%、4.23%、7.14%、5.55%和5.14%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下POD活性分別上升-2.09%、6.53%、1.22%、9.07%和1.36%、6.94%、3.36%、11.85%。花后20 d，POD活性在常溫和高溫處理后均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后POD活性分別下降11.63%、9.72%、9.87%、9.26%和8.58%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下POD活性分別上升0.31%、6.25%、2.63%、10.77%和2.48%、8.36%、5.38%、14.60%。

2023年間G5處理下POD活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1和G3存在顯著性差異。花后15 d，POD活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后POD活性分別下降10.77%、9.79%和8.40%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下POD活性分別上升4.4%、15.15%和5.57%、18.21%。花后20 d，POD活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后POD活性分別下降14.63%、14.30%和11.34%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下POD活性分別上升2.29%、4.90%和2.68%、8.94%。

圖4 不同氮肥運籌下春小麥旗葉POD活性動態變化

2.2.3 春小麥旗葉CAT的活性 如圖5所示，兩年試驗結果表明，CAT活性在花后10—20 d呈逐漸下降的趨勢，且高溫脅迫后CAT活性下降更為明顯。2022年間G5處理下CAT活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1、G2、G3、G4存在顯著性差異。花后15 d，CAT活性在常溫和高溫處理后均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后CAT活性分別下降19.48%、17.86%、14.37%、16.52%和11.34%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下CAT活性分別上升3.77%、14.17%、13.62%、17.40%和5.86%、21.41%、17.80%、29.27%。花后20 d，CAT活性在常溫和高溫處理后表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后CAT活性分別下降24.47%、20.46%、16.80%、18.07%和14.22%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下CAT活性分別上升3.29%、15.24%、12.87%、35.91%和8.77%、26.94%、22.42%、54.34%。

2023年間G5處理下CAT活性在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1和G3存在顯著性差異。花后15 d，CAT活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后CAT活性分別下降23.58%、18.14%和14.72%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下CAT活性分別上升4.4%、15.15%和5.57%、18.21%。花后20 d，CAT活性在常溫和高溫下均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后CAT活性分別下降29.26%、25.82%和18.52%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下CAT活性分別上升23.89%、38.10%和29.91%、59.05%。

圖5 不同氮肥運籌下春小麥旗葉CAT活性動態變化

2.3 氮肥運籌對花后高溫脅迫下春小麥旗葉滲透調節物質脯氨酸含量的影響

圖6可知，兩年實驗結果表明，脯氨酸含量在花后10—20 d呈先上升后下降的趨勢。2022年間G5處理下脯氨酸含量在花后10—20 d均高于其他處理，且與G1、G2、G3、G4存在顯著性差異。花后15 d，常溫和高溫處理下脯氨酸含量均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后脯氨酸含量分別上升12.24%、15.17%、11.77%、11.84%和15.07%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下脯氨酸含量分別上升0.21%、0.81%、0.66%、1.49%和0.36%、0.97%、0.78%、1.95%。花后20 d，常溫和高溫處理下脯氨酸含量均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后脯氨酸含量分別下降18.17%、10.82%、12.47%、12.61%和8.86%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下脯氨酸含量分別上升0.08%、0.68%、0.48%、0.10%和0.34%、0.87%、0.67%、1.35%。

圖6 不同氮肥運籌下春小麥旗葉Pro含量動態變化

2023年間G5處理下脯氨酸含量在花后10—20 d均低于其他處理，與G1、G3處理存在顯著性差異。花后15 d，常溫和高溫處理下脯氨酸含量均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后脯氨酸含量分別上升10.29%、9.11%和11.15%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下脯氨酸含量分別上升23.21%、39.84%和21.88%、40.92%。花后20 d，常溫和高溫處理下脯氨酸含量均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后脯氨酸含量分別下降14.92%、7.78%和7.63%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下脯氨酸含量分別上升22.46%、45.59%和32.74%、58.05%。

2.4 氮肥運籌對花后高溫脅迫下春小麥籽粒產量的影響

兩年試驗結果顯示，春小麥灌漿期經過高溫脅迫后5種氮肥處理下的產量均會發生明顯的下降（圖7）。2022年間，G5處理下產量高于其他處理，常溫和高溫處理后的小麥產量均表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1，與常溫相比，G1、G2、G3、G4、G5經高溫處理后產量分別下降15.41%、12.05%、9.60%、10.12%和6.12%。與G1相比，G2、G3、G4、G5在常溫和高溫處理下產量分別上升2.07%、5.29%、4.50%、7.07%和6.14%、12.55%、11.06%、18.86%。

2023年間，G5處理下產量高于其他處理，且與G1和G3存在顯著性差異。常溫和高溫處理后的小麥產量均表現為G5＞G3＞G1，與常溫相比，G1、G3、G5經高溫處理后產量分別下降17.25%、13.83%和10.49%。與G1相比，G3、G5在常溫和高溫處理下產量分別上升3.16%、7.71%和7.42%、16.50%。

圖7 不同氮肥運籌下春小麥籽粒產量動態變化

2.5 高溫脅迫后春小麥旗葉生理特性和籽粒產量的相關性分析

為了進一步分析連續兩年采用氮肥運籌對春小麥生理特性和產量的影響，對兩年的膜脂過氧化指標、抗氧化酶活性和滲透調節物質進行皮爾遜（Pearson）相關性分析（圖8）。2022年間產量與SOD、POD、CAT、Pro呈顯著正相關（＜0.05）,相關性系數分別為0.9156、0.9429、0.9861及0.9706，而與膜透性和MDA呈顯著負相關（＜0.05），相關性系數分別為-0.8811和-0.9985。2023年間產量與POD和CAT呈顯著正相關（＜0.05），相關性系數分別為0.9992和0.9997，而與膜透性呈顯著負相關關系（＜0.05），相關性系數為-0.9790。

圖8 不同氮肥運籌下春小麥旗葉生理特性和籽粒產量相關性分析

2.6 氮肥運籌對高溫脅迫后春小麥旗葉生理特性和產量的綜合評價

對春小麥旗葉膜脂過氧化作用、抗氧化酶活性和滲透調節物質進行主成分分析，將7個相互關聯的單項指標轉化成2個獨立的綜合指標（圖9）。本試驗中，提取主成分特征值大于1，得到2個主成分，2022年間其主成分的貢獻率分別為84.9%和6.2%，累計貢獻率達到91.1%（圖9-A），且綜合得分中各處理由高到低表現為G5＞G3＞G4＞G2＞G1（圖9-B）。2023年間其主成分貢獻率分別為88.9%和6.6%，累計貢獻率達到95.5%（圖9-C），且綜合得分中各處理由高到低表現為G5＞G3＞G1（圖9-D）。

圖9 不同氮肥運籌下春小麥旗葉生理特性和產量的綜合評價

3 討論

3.1 氮肥運籌對高溫脅迫下春小麥旗葉膜脂過氧化作用的影響

膜脂過氧化通常與植物衰老和環境壓力有關，是細胞氧化損傷的主要原因，最終可能導致細胞死亡[22]。高溫脅迫使植物體內的活性氧積累，導致膜透性增大，丙二醛含量上升對植物體造成損傷[23]，而合理的氮肥施用可以緩解非生物脅迫造成的損傷，減少活性氧積累，提高植物在逆境下的生存能力[24]。氮肥后移可以提高酶促活性氧清除系統活性，對防止膜脂過氧化，減輕膜損傷和MDA含量的積累具有重要作用[25]。本試驗與前人研究結果一致，氮肥運籌調節了春小麥在高溫脅迫下的膜脂過氧化作用，降低了植株損傷，延緩了小麥的逆境早衰。本研究中，G5處理降低了春小麥旗葉膜透性和丙二醛含量，提高了小麥逆境中生存的能力。

3.2 氮肥運籌對高溫脅迫下春小麥抗氧化酶活性和滲透調節物質的影響

高溫使葉片中抗氧化酶和脯氨酸等與葉片衰老密切相關的指標活性下降，從而引起葉片的衰老[26]。有研究表明，氮肥運籌能提高SOD、POD、CAT等酶的活性，提升清除活性氧的能力，延緩衰老[27]。氮肥運籌還可以增加脯氨酸含量，提高植物的滲透調節能力，進而抵御逆境傷害[28]。氮肥后移能夠通過改善小麥旗葉的光保護機制增強小麥葉片的抗氧化能力，同時提高了灌漿前期的可溶性蛋白含量，可降低高溫對SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性的影響，減輕高溫危害[25]。本研究表明，氮肥運籌可以調節小麥的抗氧化酶活性和滲透調節物質含量，增加小麥在高溫脅迫下的抗逆性，與前人研究結果一致[29]。本研究中，G5處理在高溫脅迫下更能提高春小麥抗氧化酶活性和滲透調節物質含量，增加其抵御高溫脅迫的能力。

3.3 氮肥運籌對高溫脅迫下春小麥籽粒產量的影響

籽粒產量是春小麥生產最重要的指標，然而春小麥花后遭遇高溫脅迫會導致其植株早衰，且產量和品質下降[30-31]。高溫脅迫發生的時間和持續時間對于小麥產量具有關鍵影響，高溫脅迫發生在開花初期會導致籽粒敗育、皺縮甚至畸形[32]，會導致春小麥灌漿速率加快、灌漿持續期縮短，從而造成小麥減產[33-34]。有研究表明，適宜施氮肥可提高光合效率、抗氧化酶活性，促進上、劣小穗灌漿，提高粒重和最終產量[30]。本研究與前人結果研究一致，5種氮素運籌方式對籽粒最終產量具有顯著的調控作用。本研究表明，G5處理模式下施用氮肥能更好地提高小麥抵御高溫脅迫的能力，提高其產量。同時，皮爾遜（Pearson）相關性分析顯示春小麥產量的高低與抗氧化酶活性、膜脂過氧化作用和滲透調節物質密切相關。主成分分析表明，G5處理施肥模式下旗葉的生理特性和產量綜合得分最高。因此，合理施用氮肥可以提高春小麥在高溫脅迫下旗葉的功能特性，進而提高產量和品質。

4 結論

適當氮肥后移（灌漿期20%），增加灌漿期氮肥投入能夠降低春小麥旗葉膜脂過氧化作用，提高抗氧化酶活性和滲透調節物質含量，有效延緩春小麥早衰，降低高溫對春小麥植株的損傷，進而提高小麥產量。

[1] GIANNAKAKI P, CALANCA P. Russian winter and spring wheat productivity, heat stress and drought conditions at flowering, and the role of atmospheric blocking. Climate Research, 2019, 78(2): 135-147.

[2] LANDMAN W. Climate change 2007: the physical science basis. South African Geographical Journal, 2010, 92(1): 86-87.

[3] 霍治國, 尚瑩, 鄔定榮, 吳立, 范雨嫻, 王培娟, 楊建瑩, 王純枝. 中國小麥干熱風災害研究進展. 應用氣象學報, 2019, 30(2): 129-141.

HUO Z G, SHANG Y, WU D R, WU L, FAN Y X, WANG P J, YANG J Y, WANG C Z. Review on disaster of hot dry wind for wheat in China. Journal of Applied Meteorological Science, 2019, 30(2): 129-141. (in Chinese)

[4] 喇永昌, 李麗平, 張磊. 寧夏灌區春小麥干熱風災害的時空特征. 麥類作物學報, 2016, 36(4): 516-522.

LA Y C, LI L P, ZHANG L. Spatial and temporal characteristics of dry-hot wind disaster for spring wheat in the irrigated areas of Ningxia. Journal of Triticeae Crops, 2016, 36(4): 516-522. (in Chinese)

[5] MIROSAVLJEVI? M, MIKI? S, ?UPUNSKI V, KONDI? ?PIKA A, TRKULJA D, OTTOSEN C O, ZHOU R, ABDELHAKIM L. Effects of high temperature during anthesis and grain filling on physiological characteristics of winter wheat cultivars. Journal of Agronomy and Crop Science, 2021, 207(5): 823-832.

[6] YAN S C, WU Y, FAN J L, ZHANG F C, QIANG S C, ZHENG J, XIANG Y Z, GUO J J, ZOU H Y. Effects of water and fertilizer management on grain filling characteristics, grain weight and productivity of drip-fertigated winter wheat. Agricultural Water Management, 2019, 213: 983-995.

[7] 劉永環, 賀明榮, 王曉英, 張洪華. 不同氮肥基追比例對高溫脅迫下小麥籽粒產量和品質的影響. 生態學報, 2009, 29(11): 5930-5935.

LIU Y H，HE M R，WANG X Y，ZHANG H H. The effects of top-dressing to basal nitrogen ratios on grain yield and quality of winter wheat under heat stresses during grain filling. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(11): 5930-5935. (in Chinese)

[8] 堅天才, 吳宏亮, 康建宏, 李鑫, 劉根紅, 陳倬, 高娣. 氮素緩解春小麥花后高溫早衰的熒光特性研究. 中國農業科學, 2021, 54(15): 3355-3368. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.15.018.

JIAN T C，WU H L，KANG J H，LI X，LIU G H，CHEN Z，GAO D. Fluorescence characteristics study of nitrogen in alleviating premature senescence of spring wheat at high temperature after anthesis. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(15): 3355-3368. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.15.018. (in Chinese)

[9] MISHRA D, SHEKHAR S, CHAKRABORTY S, CHAKRABORTY N. High temperature stress responses and wheat: impacts and alleviation strategies. Environmental and Experimental Botany, 2021, 190: 104589.

[10] WARAICH E A, AHMAD R, HALIM A, AZIZ T. Alleviation of temperature stress by nutrient management in crop plants: a review. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2012, 12(2): 221-244.

[11] GILL S S, TUTEJA N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 2010, 48(12): 909-930.

[12] 陶榮榮, 陸鈺, 于琪, 馬泉, 丁永剛, 錢進, 丁錦峰, 李春燕, 朱新開, 郭文善, 朱敏. 鹽逆境對不同耐鹽性小麥花后生理特性及產量的影響. 中國生態農業學報(中英文), 2023, 31(3): 428-437.

TAO R R, LU Y, YU Q, MA Q, DING Y G, QIAN J, DING J F, LI C Y, ZHU X K, GUO W S, ZHU M. Effects of salt stress on physiological characteristics and yield of different salt-tolerant wheat varieties. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(3): 428-437. (in Chinese)

[13] 孫東岳, 許輝, 劉倩倩, 許波, 吳兆晨, 魏鳳珍, 陳翔, 李金才. 磷素后移對藥隔期倒春寒小麥旗葉光合及抗氧化系統的影響. 中國農業氣象, 2023, 44(2): 123-132.

SUN D Y, XU H, LIU Q Q, XU B, WU Z C, WEI F Z, CHEN X, LI J C. Effects of phosphorus fertilizer postpone on photosynthesis and antioxidant system of wheat flag leaves under late spring coldness at connectivum stage. Chinese Journal of Agrometeorology, 2023, 44(2): 123-132. (in Chinese)

[14] WANG C W, WEN D X, SUN A Q, HAN X Y, ZHANG J D, WANG Z L, YIN Y P. Differential activity and expression of antioxidant enzymes and alteration in osmolyte accumulation under high temperature stress in wheat seedlings. Journal of Cereal Science, 2014, 60(3): 653-659.

[15] RILEY W J, ORTIZ-MONASTERIO I, MATSON P A. Nitrogen leaching and soil nitrate, nitrite, and ammonium levels under irrigated wheat in Northern Mexico. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2001, 61(3): 223-236.

[16] 張向前, 徐云姬, 杜世州, 嚴文學, 袁立倫, 喬玉強, 陳歡, 趙竹, 李瑋, 曹承富. 氮肥運籌對稻茬麥區弱筋小麥生理特性、品質及產量的調控效應. 麥類作物學報, 2019, 39(7): 810-817.

ZHANG X Q, XU Y J, DU S Z, YAN W X, YUAN L L, QIAO Y Q, CHEN H, ZHAO Z, LI W, CAO C F. Regulation effect of nitrogen application on physiological characteristics, quality and yield of weak gluten wheat in rice-wheat cropping area. Journal of Triticeae Crops, 2019, 39(7): 810-817. (in Chinese)

[17] CAVERZAN A, CASASSOLA A, BRAMMER S P. Antioxidant responses of wheat plants under stress. Genetics and Molecular Biology, 2016, 39(1): 1-6.

[18] IBRAHIM M, ZHU X K, ZHOU G S, ALI A, AHMAD I, ALI FARAH G. Nitrogen fertilizer alleviated negative impacts of nacl on some physiological parameters of wheat. Pakistan Journal of Botany, 2018, 50(6): 2097-2104.

[19] ZHU G L, LU H T, SHI X X, WANG Y, ZHI W F, CHEN X B, LIU J W, REN Z, SHI Y, JI Z Y, JIAO X R, IBRAHIM M E H, NIMIR N E A, ZHOU G S. Nitrogen management enhanced plant growth, antioxidant ability, and grain yield of rice under salinity stress. Agronomy Journal, 2020, 112(1): 550-563.

[20] LI S D, LI Z X, BI X J, FENG B, WANG Z S, WANG F H, SI J S, SHI J P, LIU K C. Nitrogen fertilizer management on wheat yield and nitrogen utilization. Journal of Plant Nutrition, 2022, 45(13): 1953-1960.

[21] FUERTES-MENDIZáBAL T, SETIéN I, ESTAVILLO J M, BEGO?A GONZáLEZ-MORO, M. Late nitrogen fertilization affects carbohydrate mobilization in wheat. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2010, 173(6): 907-919.

[22] FARHOUDI R. Effect of salt stress on growth and lipid peroxidation of tomato () cultivars at vegetable stage. Acta Horticulturae, 2013(971): 127-135.

[23] 劉建芳, 周瑞蓮, 趙梅, 趙彥宏, 王艷芳. 氮肥、鈣肥和鹽處理在冬小麥融凍脅迫適應中的生理調控作用. 生態學報, 2011, 31(23): 176-184.

LIU J F, ZHOU R L, ZHAO M, ZHAO Y H, WANG Y F. The role of the fertilizing with nitrogen, calcium and sodium chloride in winter wheat leaves adaptation to freezing-thaw stress. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(23):176-184. (in Chinese)

[24] 曲超, 劉俊梅, 胡昌錄, 丁茂, 張樹蘭. 氮肥施用對旱地秸稈覆蓋冬小麥旗葉生理特性的影響. 麥類作物學報, 2015, 35(2): 207-214.

QU C, LIU J M, HU C L, DING M, ZHANG S L. Influence of nitrogen application on physiological traits of wheat flag leaf under straw mulching on dryland. Journal of Triticeae Crops, 2015, 35(2): 207-214. (in Chinese)

[25] 江文文, 尹燕枰, 王振林, 李勇, 楊衛兵, 彭佃亮, 楊東清, 崔正勇, 盧昆麗, 李艷霞. 花后高溫脅迫下氮肥追施后移對小麥產量及旗葉生理特性的影響. 作物學報, 2014, 40(5): 942-949.

JIANG W W, YIN Y P, WANG Z L, LI Y, YANG W B, PENG D L, YANG D Q, CUI Z Y, LU K L, LI Y X. Effects of postponed application of nitrogen fertilizer on yield and physiological characteristics of flag leaf in wheat under post-anthesis heat stress. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(5): 942-949. (in Chinese)

[26] 王月福, 于振文, 李尚霞, 余松烈. 氮素營養水平對小麥旗葉衰老過程中蛋白質和核酸代謝的影響. 植物營養與肥料學報, 2003, 9(2): 178-183.

WANG Y F, YU Z W, LI S X, YU S L. Effect of nitrogen nutrition on protein and nucleic acid metabolism during senescence of flag leaf. Journal of Plant Nutrition and Fertilizing Science, 2003, 9(2): 178-183. (in Chinese)

[27] WANG W X, SHEN C C, XU Q, ZAFAR S, DU B, XING D Y. Grain yield, nitrogen use efficiency and antioxidant enzymes of rice under different fertilizer N inputs and planting density. Agronomy, 2022, 12(2): 430.

[28] AHANGER M A, QI M D, HUANG Z G, XU X D, BEGUM N, QIN C, ZHANG C X, AHMAD N, MUSTAFA N S, ASHRAF M, ZHANG L X. Improving growth and photosynthetic performance of drought stressed tomato by application of nano-organic fertilizer involves up-regulation of nitrogen, antioxidant and osmolyte metabolism. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2021, 216: 112195.

[29] RU C, WANG K F, HU X T, CHEN D Y, WANG W E, YANG H S. Nitrogen modulates the effects of heat, drought, and combined stresses on photosynthesis, antioxidant capacity, cell osmoregulation, and grain yield in winter wheat. Journal of Plant Growth Regulation, 2023, 42(3): 1681-1703.

[30] ZHANG Y, WU X, HUANG X, HE P Y, CHEN Q F, HUANG K F. Effect of nitrogen fertilizer application on grain filling of superior and inferior spikelet and yield of tartary buckwheat. International Journal of Agriculture and Biology, 2020, 24(6): 1409-1416.

[31] WANG J, FU P X, LU W P, LU D L. Application of moderate nitrogen levels alleviates yield loss and grain quality deterioration caused by post-silking heat stress in fresh waxy maize. The Crop Journal, 2020, 8(6): 1081-1092.

[32] 馮波, 李升東, 李華偉, 王宗帥, 張賓, 王法宏, 孔令安. 灌漿初期高溫脅迫對不同耐熱性小麥品種形態和產量的影響. 中國生態農業學報(中英文), 2019, 27(3): 451-461.

FENG B, LI S D, LI H W, WANG Z S, ZHANG B, WANG F H, KONG L A. Effect of high temperature stress at early grain-filling stage on plant morphology and grain yield of different heat-resistant varieties of wheat. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(3): 451-461. (in Chinese)

[33] 敬海霞, 王晨陽, 左學玲, 胡吉幫, 王永華, 郭天財. 花后高溫脅迫對小麥籽粒產量和蛋白質含量的影響. 麥類作物學報, 2010, 30(3): 459-463.

JING H X, WANG C Y, ZUO X L, HU J B, WANG Y H, GUO T C. Effect of post-anthesis high temperature stress on grain yield and protein content of different wheat cultivars. Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(3): 459-463. (in Chinese)

[34] RU C, HU X T, CHEN D Y, SONG T Y, WANG W E, LV M W, HANSEN N C. Nitrogen modulates the effects of short-term heat, drought and combined stresses after anthesis on photosynthesis, nitrogen metabolism, yield, and water and nitrogen use efficiency of wheat. Water, 2022, 14(9): 1407.

Effects of Postponing Nitrogen Fertilizer Application on Flag Leaf Physiological Characteristics and Yield of Spring Wheat Under High Temperature Stress

LI YongFei1, LI ZhanKui1, ZHANG ZhanSheng2, CHEN YongWei3, KANG JianHong1, WU HongLiang1

1College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021;2Ningxia General Station of Agricultural Technology Extension, Yinchuan 750000;3Agricultural and Animal Husbandry Technology Extension and Service Center of Ningxia Agricultural Reclamation, Yinchuan 750000

【Objective】The effects of postponing nitrogen fertilizer on membrane lipid peroxidation, antioxidant enzyme activity, osmotic adjustment substance content in flag leaves and yield of spring wheat (L.) under high temperature stress were investigated, and the scientific fertilization methods to alleviate high temperature premature senescence of spring wheat after anthesis were screened.【Method】From 2022 to 2023, Ning 3015 was used as the test material, and the test was carried out in the test base of the sixth team of Pingjipu Agricultural Reclamation in Ningxia. The split-plot experiment design was adopted. The main plot was temperature, with (25±2)℃ (normal temperature, RT) and (35±2)℃ (high temperature, HT), and the sub-plot was nitrogen fertilizer operation. The total amount of nitrogen application was constant, with 300 kg·N·hm-2: in 2022, G1 (30% of nitrogen application at tillering stage), G2 (30%of nitrogen application at jointing stage), G3 (30% of nitrogen application at booting stage), G4 (20%of nitrogen application at heading stage) and G5 (20% of nitrogen application at filling stage) were set up; in 2023, a total of three fertilization methods, including G1, G3 and G5, were selected from the previous year 's test results. Samples were taken every 5 days from the flowering stage to determine the indexes of membrane lipid peroxidation, antioxidant enzyme activity and osmotic adjustment substances in flag leaves.【Result】Superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) activities, proline (Pro) content in flag leaves and yield in two consecutive years of Nitrogen Fertilizer Transportation Experiment (NFTO) reached the highest under the G5 treatment, while malondialdehyde (MDA) and membrane permeability were the lowest under the G5 treatment, which were significantly different from the G1 treatment (＜0.01). According to Pearson's (Pearson) correlation analysis, it was shown that spring wheat grain yield was significantly positively correlated (＜0.05) with SOD, POD, CAT activities and proline content, while it was significantly negatively correlated (＜0.05) with MDA content and membrane permeability. Comprehensive evaluation showed that the ordering of the principal component scores of nitrogen fertilizer transport in 2022 and 2023 was G5＞G3＞G4＞G2＞G1 and G5＞G3＞G1, respectively, and the trend of the results of the two-year test was consistent.【Conclusion】Appropriate nitrogen fertilizer postponing could reduce the membrane lipid peroxidation of spring wheat flag leaves under high temperature stress, increase the activity of antioxidant enzymes and the content of osmotic adjustment substances, and then increase the yield. In this experiment, the treatment of 20% total nitrogen application at filling stage was more suitable.

spring wheat; nitrogen fertilizer transport; high temperature stress; flag leaf; physiological characteristic; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2024.08.004

2023-11-08；

2023-12-19

國家自然科學基金（31860352）、寧夏糧食作物種質創制與生長調控科技創新團隊（2022BSB03109）

李永飛，E-mail：13948003162@163.com。通信作者吳宏亮，E-mail：nxuwu@163.com。通信作者康建宏，E-mail：kangjianhong@163.com

（責任編輯 李秋雨）