两种穗型冬小麦品种碳氮代谢与分蘖成穗关系的研究

摘要

2006-2008年度在河南农业大学科教示范园区，选用分蘖成穗率低的大穗型品种兰考矮早八和分蘖成穗率高的多穗型品种豫麦49-198为供试材料，采用大田试验与盆栽试验相结合的方式，结合密度试验，研究了拔节期之前两种穗型品种主茎与分蘖碳氮代谢差异及其对分蘖成穗率的影响。主要试验结论如下： 1、两种穗型冬小麦品种的单株分蘖发育动态存在较大差异。起身期之前兰考矮早八的单株分蘖数高于豫麦49-198，在起身期至拔节前期两品种的单株分蘖数差异不明显；从拔节中期（3月18日）开始，豫麦49-198的单株分蘖数下降较快，表明豫麦49-198春季小分蘖较少，无效分蘖集中衰亡，但其最终成穗数却远高于兰考矮早八。密度对两种穗型品种的单株分蘖数有显著的调控效应。随密度的增加，单株分蘖数呈下降趋势。豫麦49-198在每hm-2基本苗150万（D1）、262．5万（D2）和375万（D3）三种密度处理条件下的单株成穗数分别为4．3个、2．6个和1．85个；兰考矮早八分别为2．7个、1．8个和1．2个。 2、两种穗型冬小麦品种主茎与分蘖的叶片净光合速率、叶绿素初始荧光和PSⅡ最大光化学效率随生育时期变化存在较大差异。进入拔节期两品种不能成穗分蘖与主茎的差异逐渐增大，尤以兰考矮早八表现更加明显。兰考矮早八在潜在光合能力上存在较强的主茎优势，而豫麦49-198主茎和分蘖的潜在光合能力则差异较小。从分蘖与主茎叶片净光合速率的比值（蘖／茎）来看，成穗分蘖与不能成穗分蘖存在较大的差异。拔节后期（3月27日）两品种不能成穗分蘖的叶片净光合速率蘖/茎比均小于0．7；不能成穗分蘖的初始荧光值显著大于主茎，而PSⅡ最大光化学效率值却显著低于主茎。拔节中后期，种植密度对两种穗型小麦品种叶片净光合速率、叶绿素初始荧光和PSⅡ最大光化学效率的影响较大，随种植密度增加分蘖与主茎间的差异逐渐增大。 3、不同种植密度下两种穗型冬小麦品种主茎和分蘖干物质积累量均随生育时期推进呈逐渐增加的变化趋势，但主茎干物质随生育进程的增加量却远大于各分蘖。随着种植密度增大，两种穗型品种各生育期单株茎蘖干物质积累量均显著降低，其中主茎干物质积累降低幅度较小，尤以兰考矮早八的主茎优势更为明显。以不同蘖位分蘖与主茎干物重比值（蘖／茎）表示分蘖与主茎间差异相对大小，拔节中后期（3月23日和3月27日）各密度处理的蘖Ⅰ/主茎（Ⅰ/O）和蘖Ⅱ/主茎（Ⅱ/O）值发生较大变化，能够成穗的分蘖（兰考矮早八的D1-蘖Ⅰ、D1-蘖Ⅱ、D2-蘖Ⅰ；豫麦49-198的D1-蘖Ⅰ、D1-蘖Ⅱ、D2-蘖Ⅰ、D2-蘖Ⅱ、D3-蘖Ⅰ）的蘖/茎干物重比值增加，而不能成穗分蘖（兰考矮早八的D2-蘖Ⅱ、D3-蘖Ⅰ和D3-蘖Ⅱ，豫麦49-198的D3-蘖Ⅱ）的蘖/茎干物重比值均显著降低。拔节后期（3月27日）兰考矮早八成穗和不成穗分蘖的蘖／茎干物重比值分别为0．54和0．29，豫麦49-198分别为0．66和0．46。 4、两种穗型冬小麦品种分蘖节及茎鞘可溶性总糖含量存在较大差异。在拔节期之前，豫麦49-198分蘖节可溶性总糖含量远高于兰考矮早八，进入拔节中后期兰考矮早八分蘖节可溶性总糖含量迅速赶上甚至超过豫麦49-198，但此时不能成穗小分蘖与主茎的差距已经加大，较高的糖含量不能改变其衰亡的命运。拔节前中期（3月12日-3月23日）两种穗型小麦品种主茎茎鞘可溶性总糖含量有一个迅速上升或平稳下降期，并且在此阶段豫麦49-198主茎与各分蘖的差异较小。因此，拔节前中期（3月12日-3月23日）茎蘖茎鞘可溶性总糖的含量对其最终能否成穗影响较大，茎鞘可溶性总糖含量越高越利于成穗，反之亦然。种植密度对两品种分蘖节可溶性总糖含量也有较大影响，随种植密度增加两品种分蘖节可溶性总糖含量均下降，同一密度条件下多穗型品种豫麦49-198多数生育时期的分蘖节可溶性总糖含量高于兰考矮早八。 5、拔节期兰考矮早八主茎叶片磷酸蔗糖合成酶（SPS）的活性显著大于各分蘖，豫麦49-198也表现出类似的变化规律。但在拔节中后期，兰考矮早八SPS活性的上升速率较快，且主茎的上升速率远大于分蘖；豫麦49-198主茎与成穗分蘖的SPS活性均平稳上升，而不能成穗分蘖与主茎的差异则与兰考矮早八表现出类似变化特点。密度对茎蘖SPS的活性有较大的影响，随密度增加主茎与分蘖的SPS活性差距增大，尤其是在高密度条件下，不能成穗分蘖的叶片SPS活性从拔节期开始持续低于主茎，且差距逐渐加大。 6、起身和拔节期两种穗型小麦品种主茎与分蘖14C同化物的分配比例存在较大差异。起身期大穗型品种主茎光合同化物向分蘖的转运量显著小于多穗型品种。兰考矮早八第一分蘖的光合同化物，自身总占有率高出豫麦49-198约2％，但向2蘖的输出比例远小于豫麦49-198。兰考矮早八第二蘖的光合同化物，向主茎和第一分蘖的输出比例显著大于豫麦49-198。进入拔节期豫麦49-198主茎光合同化物向分蘖的输出比例显著加大；高位分蘖光合同化物向主茎和低位分蘖的输出比例显著加大；茎鞘的光合同化物占有比例显著大于叶片。 7、越冬至拔节期，两种穗型冬小麦品种分蘖节全氮含量呈“M”型变化趋势。越冬期分蘖节全氮含量较低，随生育进程推进略有上升，进入拔节期再次下降，然后又回升，至拔节中后期出现峰值，此后持续下降。兰考矮早八生育前期分蘖节全氮含量较低，随着生育进程的推进逐渐赶上并超过豫麦49-198。拔节中后期（3月18日以后）兰考矮早八分蘖节全氮含量较高且下降较为平缓。两种穗型冬小麦品种主茎和分蘖茎鞘全氮含量的整体趋势与分蘖节相似，主茎与分蘖间的差异显著，主茎茎鞘全氮含量显著低于不能成穗的分蘖。密度对茎蘖茎鞘全氮含量有较大的影响，增加种植密度加大了主茎与分蘖间茎鞘全氮含量的差异。 8、两种穗型冬小麦品种拔节期叶片谷氨酰胺合成酶活性（GS）呈先降后升的趋势，起身期活性最强，随生育进程推进，其酶活性降低，至3月18或者23日降至最低，然后又逐渐上升。兰考矮早八主茎与分蘖叶片的GS活性差异较大，进入拔节期主茎的GS活性增强，后期的上升速率也较快，说明兰考矮早八存在较强的主茎优势。豫麦49-198主茎与分蘖的GS活性差异较小。密度对叶片GS活性的影响较大，随着密度的增大，起身期各单茎叶片GS活性依次变小，主茎与分蘖的差异变大。两种穗型冬小麦品种15N同化物分配比例均存在较强的主茎优势，且兰考矮早八强于豫麦49-198；拔节期兰考矮早八第二蘖15N同化物的分配比例远小于豫麦49-198，这是其成穗率较低的原因之一。 9、对两种穗型冬小麦品种分蘖节可溶性总糖含量及糖氮比值与分蘖成穗率的相关分析可以看出，小麦的分蘖成穗率与其拔节前期分蘖节可溶性总糖含量及糖氮比值呈极显著正相关，因此，在保障小麦拔节期氮素营养的同时，适当改善茎蘖的光合性能，提高分蘖节可溶性总糖含量及其糖氮比值有利于提高分蘖成穗率。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 文献综述

1.1 小麦分蘖成穗率的主要影响因素

1.1.1 遗传因素对分蘖成穗率的影响

1.1.2 温度对分蘖成穗率的影响

1.1.3 种植密度对分蘖成穗率的影响

1.1.4 追肥时期对分蘖成穗率的影响

1.1.5 行距配置对分蘖成穗率的影响

1.2 碳、氮代谢对分蘖成穗率的影响

1.2.1 茎蘖光合特性的差异

1.2.2 茎蘖干物质积累的差异

1.2.3 茎蘖可溶性总糖含量的差异

1.2.4 茎蘖叶片磷酸蔗糖合成酶的差异

1.2.5 各蘖群14 C同化物分配的差异

1.2.6 茎蘖全氮含量的差异

1.2.7 茎蘖茎鞘游离氨基酸含量的差异

1.2.8 茎蘖氮代谢关键酶活性差异

1.2.9 15 N示踪研究

2 引言

3 材料与方法

3.1 供试材料与试验设计

3.2 测定项目和方法

3.2.1 分蘖动态及最终成穗率

3.2.2 净光合速率

3.2.3 叶绿素荧光参数

3.2.4 干物质积累动态

3.2.5 分蘖节和茎蘖茎鞘可溶性总糖及蔗糖含量

3.2.6 叶片磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性

3.2.7 茎蘖14 C同化物分配比例

3.2.8 分蘖节和茎鞘全氮含量

3.2.9 茎鞘游离氨基酸含量

3.2.10 谷氨酰胺合成酶(GS)活性含量

3.2.11 15 N同化物分配比例

3.3 数据分析

4 结果与分析

4.1 两种穗型冬小麦品种分蘖发育动态及成穗率

4.2 两种穗型冬小麦品种光合特性的差异

4.2.1 主茎与分蘖净光合速率的差异

4.2.2 主茎和分蘖叶绿素荧光参数的差异

4.3 两种穗型冬小麦品种碳代谢的差异

4.3.1 分蘖节可溶性总糖及蔗糖含量的差异

4.3.2 主茎与分蘖茎鞘可溶性总糖含量的差异

4.3.3 主茎与分蘖磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性的差异

4.4 两种穗型冬小麦品种全氮、游离氨基酸含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活性的差异

4.4.1 分蘖节全氮含量的差异

4.4.2 主茎与分蘖茎鞘全氮含量的差异

4.4.3 主茎与分蘖茎鞘游离氨基酸含量的差异

4.4.4 主茎与分蘖谷氨酰胺合成酶(GS)活性的差异

4.5 两种穗型冬小麦品种干物质积累动态和14 C及15 N同化物分配比例的差异

4.5.1 主茎与分蘖干物质积累动态的差异

4.5.2 茎蘖14 C同化物分配的差异

4.5.3 两种穗型小麦品种15 N同化物分配的差异

4.6 两种穗型小麦品种分蘖节可溶性总糖、蔗糖、全氮含量及糖/氮比值与单株成穗数的相关性

5 结语与讨论

5.1 主茎与分蘖光合性能及光合产物的积累和分配对成穗率的影响

5.2 主茎与分蘖氮素积累及转运对成穗率的影响

5.3 主茎与分蘖间碳氮代谢关键酶活性对成穗率的影响

5.4 冬小麦分蘖节可溶性总糖及糖／氮比值与分蘖成穗率的相关性

参考文献