高产小麦群体动态及干物质积累与转运特性分析

黄玲，赵凯，邵敏敏，王福玉，陈贵菊，孙雷明，张玉丹，杨本洲，闫璐，王霖

（济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272031）

小麦是我国三大粮食作物之一。近年来，全球大部分粮食主产区出现了单产停滞现象，同时，随着工业化进程，耕地面积不断减少，粮食安全问题迫在眉睫。因此，在节约资源的基础上，筛选及选育高产、高效型小麦品种具有重要意义。李瑞珂等［1］研究表明，不同基因型小麦花前干物质运转量差异显著，产量的提高要依靠花前干物质积累量高、运转率高的品种。不同小麦品种的光合产物积累、转运特性差异显著，干物质积累是小麦产量的形成基础［2-4］。小麦籽粒的形成主要来源于花后同化物的积累［5，6］。目前，对不同小麦品种干物质积累、转运、分配与产量之间关系研究较多，而对超高产品种造成产量差异的机理鲜见报道。本研究分析4个高产小麦品种的群体动态变化、干物质积累与转运特征的差异，以明确品种之间引起产量差异的机理，为高产高效小麦品种筛选和选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019、2019—2020年度在济宁市兖州区小孟镇河庄村进行。土壤为壤土，0～20 cm耕层土壤有机质含量12.41 g／kg、碱解氮112.08 mg／kg、有效磷35.92 mg／kg和速效钾102.56 mg／kg。

1.2 试验材料

试验选用4个当地主推小麦品种，分别为儒麦1号（鲁农审2014038号）［7］、太麦198（鲁审麦20160056）、山农28（国审麦20170018）、济麦22（鲁农审2006050、国审麦2006018）。

1.3 试验设计

采用单因素随机区组设计，重复3次。小区面积40 m2。选用大华宝来机械厂生产的小麦宽幅精播机播种，儒麦1号、太麦198、山农28、济麦22播量控制在每公顷基本苗分别为330万、330万、270万、225万株，播种条带宽8～9 cm，行距30 cm，播深3～5 cm。播种前玉米秸秆全部粉碎后深耕还田，翻耕前每公顷施入纯N 105 kg、P2O5105 kg、K2O 120 kg，拔节期每公顷追施纯N 105 kg。其他管理措施同一般高产田。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 群体动态调查 出苗期每小区选定长势均匀一致5个点，每个点调查4行×1 m区域，于越冬期、拔节期、孕穗期和成熟期分别调查定点位置的群体总茎数。茎蘖成穗率（%）＝成熟期总茎数／拔节期总茎数 ×100［8］。

1.4.2 干物质积累量 选取长势均匀的小麦植株，于越冬期、拔节期、孕穗期每处理分别取10株小麦地上部，开花期和成熟期每处理分别取地上部单茎50个。统计所取小麦植株的茎蘖数，并将样品于105℃杀青30 min，60℃烘干至恒重，测定单茎干物质重量，计算干物质积累量。

1.4.3 花前花后干物质积累与转运 开花期和成熟期，每处理分别取单茎30个，75℃烘干至恒重，称干重。计算公式如下：

营养器官干物质转移量（kg／hm2）＝开花期营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量；

营养器官干物质贡献率（%）＝营养器官干物质转移量／成熟期籽粒干物质积累量×100；

花后干物质积累量（kg／hm2）＝成熟期籽粒干物质积累量-营养器官干物质转移量；

花后干物质积累对籽粒贡献率（%）＝花后籽粒干物质积累量／成熟期籽粒干物质积累量×100。

1.4.4 产量及其构成因素 采用小型种子脱粒机脱粒，成熟期全区收获，风干后称重，并用谷物水分测定仪测定籽粒含水量，调整含水量至13%的籽粒产量，即：小区产量＝实测产量×（1-籽粒含水量）／（1-13%），根据小区产量折算公顷产量。

公顷穗数：小麦开花期在各小区内选取长势均匀一致区域划定1 m×6行的微区进行群体穗数调查（含1个边行），并根据行距折算公顷穗数。穗粒数：随机选取20个单穗，取平均值。

千粒重：于小区测产的风干籽粒中取样，数取两个500粒，称重（要求两次总量误差不超过0.2 g），相加得千粒重，并将数据折算为13%含水量标准的千粒重。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2007、DPS7.05软件进行数据分析及绘图，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 品种间群体发育动态及茎蘖成穗率的差异

各品种小麦群体总茎数随着生育期的推进，呈先增加后降低的趋势（表1）。2018—2019年度，越冬期、拔节期，太麦198每公顷总茎数低于其他3个品种，与儒麦1号、济麦22差异显著（P＜0.05）；孕穗期儒麦1号低于其他3个品种，仅与太麦198差异显著（P＜0.05），成熟期与其他3个品种差异均达显著水平。4个品种的茎蘖成穗率差异显著（P＜0.05）。2019—2020年度，越冬期、拔节期，太麦198显著低于其他3个品种（山农28越冬期除外，P＜0.05）；孕穗期、成熟期，儒麦1号显著低于其他3个品种（P＜0.05）；除济麦22外各品种茎蘖成穗率差异显著（P＜0.05），山农28最高，儒麦1号最低。

表1 4个小麦品种各生育期群体总茎数及茎蘖成穗率

2.2 不同品种各生育时期植株干物质积累量差异与分析

由表2看出，2018—2019年度，儒麦1号越冬期、孕穗期干物质积累量均显著高于其他3个品种（P＜0.05）；拔节期、成熟期4个品种间无显著差异。2019—2020年度，越冬期，太麦198、山农28及济麦22之间干物质积累量差异不显著；拔节期，太麦198干物质积累最多，与山农28差异不显著，显著高于其它两个品种；开花期及成熟期，儒麦1号显著低于其他品种（P＜0.05），其他品种间差异不显著。连续2年，儒麦1号在越冬期干物质积累量最大，与其他品种间差异显著。

表2 不同品种各生育期的植株干物质积累量 （kg／hm2）

2.3 不同品种花前干物质转运和花后干物质积累差异分析

由表3看出，两年度4个品种花前干物质转移量均表现为太麦198＞儒麦1号＞济麦22＞山农28，其中山农28与其他3个品种差异达显著水平，花前干物质转移量对籽粒的贡献率在18.98%～39.71%之间。4个品种的花后干物质积累量2018—2019年度表现为山农28＞儒麦1号＞太麦198＞济麦22，2019—2020年度表现为太麦198＞儒麦1号＞山农28＞济麦22，对籽粒贡献率在60.29%～81.02%之间。与济麦22相比，3个品种显著提高了花后干物质的积累量，表明不同品种籽粒中的干物质主要来源于花后干物质的积累。

表3 不同品种花前干物质转运和花后干物质积累的差异

2.4 不同品种小麦籽粒产量及其构成因素的差异分析

由表4可以看出，山农28有效穗数最高，儒麦1号最少，二者差异显著。儒麦1号穗粒数最多，山农28最少，两品种间差异显著，太麦198和济麦22之间差异不显著。2018—2019年度，4个品种的千粒重无显著差异；2019—2020年度，山农28千粒重与儒麦1号无显著差异，与太麦198和济麦22差异显著。两年度4个品种的产量无显著差异。

两年平均结果，与济麦22相比，儒麦1号有效穗数少14.03%，穗粒数多39.04%，增产5.86%；山农28有效穗数多17.91%，穗粒数少14.50%，产量高3.20%；太麦198有效穗数和千粒重与济麦22差异不大，穗粒数多14.14%。可见，儒麦1号和太麦198通过提高穗粒数、山农28通过提高有效穗数来实现高产，且以太麦198产量最高。所以，产量三因素协调发展是实现高产高效目标的首选途径。

表4 不同品种的产量及产量构成因素

3 讨论与结论

小麦产量形成的基础是干物质量的积累。于振文等［9］提出，黄淮麦区成熟期生物产量20 000 kg／hm2是实现9 000 kg／hm2产量的基础，本研究结果与该结论基本一致。本试验中，儒麦1号冬前干物质积累迅速，与其他品种差异显著。拔节后，太麦198干物质积累量加快。小麦籽粒产量来源于花前干物质转运量和花后干物质积累量。本研究结果表明，4个品种花前干物质转移量对籽粒的贡献率在18.98%～39.71%，花后干物质积累量对籽粒贡献率在60.29%～81.02%，可见，提高花后干物质积累量有利于增加产量。有研究指出，小麦干物质转运量、转运率和对籽粒的贡献率与小麦基因型的关系密切［10-12］。产量与花后干物质积累量呈显著正相关［13］。因此，获得高产的基础是提高花后干物质量的积累。

小麦获得高产的前提是拥有高质量的群体。唐兴旺等［14］研究表明，拔节前群体总茎数较少，减少不必要的无效分蘖，尽可能地提高茎蘖成穗率，可获得较高的单位面积有效穗数。协调产量三因素的发展，才能实现高产高效的目标。仝锦等［15］研究认为，单位面积穗数和穗粒数的增加对小麦产量的形成贡献最大。本研究中，山农28的穗粒数少，但单位面积有效穗数多；儒麦1号单位面积有效穗数少，但穗粒数增加；太麦198在越冬期、拔节期群体最少，后期茎蘖消减量少，穗粒数和公顷穗数相对较多，完美呈现产量三因素之间的协调发展。