不同肥密及硅肥对黑龙江春小麦产量与品质形成的调控效应

摘要

近年来，黑龙江省小麦生产中面积逐渐下降，全省不足600万亩，主要原因是品质较差、产量不高而导致的比较效益低，出现了播种量过大、施肥量过大等原因引起的倒伏、减产，以及小麦品质下降等问题。本研究为探讨位于高纬度的黑龙江省春小麦保优高产群体的调控途径，对比研究了生产上的不耐密（龙麦26）和耐密（克旱16）两个主栽春小麦品种，在施用化肥总量（纯量，N:P:K=1:1.1:0.5）105、180和225kg·hm-2三个水平下，采用300万株·hm-2~900万株·hm-2的不同群体密度，以及施用硅肥（纯量为15kg·hm-2~75kg·hm-2）对春小麦产量品质形成的影响。研究了不同施肥处理及不同肥密群体的光合特性和光合产物分配特点；器官水平的物质积累动态，以及氮磷钾大量元素的吸收和利用效率；从光合、衰老生理角度分析了产量和品质的形成过程及相互关系；最终进一步明晰了施肥和群体密度对黑龙江春小麦产量和加工品质的影响。结果表明：
　　1.随群体密度的增加，叶面积指数高峰提前，由非气孔限制增加而引起的净光合速率的先降后增，各器官光合分配指数和干重均降低，最终导致根冠比下降；而增加施肥量，可通过降低气孔限制，而提高净光合速率，提高光合茎叶分配指数，而促进物质积累；不同基因型品种表现不同：与不耐密品种相比，耐密品种具有更大的根、叶光合分配指数，能在生育前期快速建成光合组织，并减缓了生育后期茎叶的早衰。
　　2.群体密度的增加限制了小麦氮磷钾吸收与积累分配，降低了氮素农学效率，但提高了氮磷钾的生产效率和氮素收获指数；增加施肥量可通过提高钾的吸收与积累，而提高了茎叶的氮转移效率和氮素农学效率，并增加各器官的氮磷钾积累量，但施肥量的增加降低了氮素收获指数。
　　3.高密度群体保障了耐密品种的收获穗数，进而获得较高的产量，而不耐密品种在高密度群体下收获穗数减少，单株产量显著降低，造成减产；增加施肥量可改善植株碳氮比，延缓籽粒形成阶段的叶片衰老，提高光合产物分配效率，通过提高耐密品种的穗粒数和不耐密品种的千粒重而增加产量。
　　4.群体密度的增加，造成了叶片蒸腾速率的降低和可溶性糖的积累，叶片的衰老导致籽粒形成期的碳氮比失调，碳代谢加强，氮代谢减弱，千粒重增加，而穗粒数与籽粒的容重、面筋质量降低，直接导致面粉的粉质特性和面团拉伸特性变劣。而施肥量的增加可有效缓解高密度群体对籽粒品质和加工品质形成的不利影响
　　5.基施硅肥增加了群体光合面积，60kg·hm-2（SiO2）以下，可明显改善叶片非气孔限制因素，提高叶片的光合速率，尤其是增加了花期以前群体的光合速率，提高了营养器官的光合分配指数与物质积累，而超过60kg·hm-2叶片的气孔导度和水分利用效率降低，花期以后耐密品种的光合产物向产量器官的运输效率下降。通过上述研究，形成了以合理群体密度和施肥量为主要技术的黑龙江省小麦生产“早窄密”高产栽培模式，并在生产中应用，获得了良好成效。
　　6.基施硅肥促进了植株对氮磷钾元素的协同吸收与积累，不同程度的提高了氮磷钾元素的生产效率。但在不同类型品种上也存在器官水平的营养元素拮抗吸收与积累，尤其是降低了茎叶的氮素转移效率，而引起氮素收获指数的降低。
　　7.基施硅肥促进了开花后叶片的光合碳同化，提高结实率与穗粒重，增加了耐密品种的收获穗数；同步提高了不耐密品种的花后源器官的氮代谢效率，改善了籽粒面筋质量，增加了面粉吸水率与面团断裂时间，增大了拉伸阻力和拉伸比例，但对耐密品种的品质影响较小。
　　8.通过同源序列分析的方法在小麦全基因组上分离鉴定了4个与水稻硅转运基因高度同源蛋白所在家族成员，因其具有典型的Nod26-like内嵌蛋白保守结构域，该类具有6个螺旋状跨膜结构，分别命名为 TaNIP2;1,TaNIP2;2，TaNIP4;1和TaNIP1;1。系统进化分析表明，除小麦TaNIP1;1蛋白被划为第一亚组NIPⅠ外，其余3个TaNIP家族成员均被划归到第二亚组NIPⅡ。
　　通过小麦不同组织和器官的qPCR表达结合小麦ESTs表达序列分析，表明小麦 NIP基因按表达的部位可分成两类：其一为主要在花和花序中表达的，包括TaNIP1;1和TaNIP4;1；其二主要在根和茎中大量表达的，包括TaNIP2;1和TaNIP2;2。
　　通过分析外施不同浓度硅对小麦株高、地上干重、地下干重和叶片中硅含量的影响，表明硅影响小麦的株高和地上干重，叶片中硅的累积与表型无明显相关性，而且外源施用不同浓度硅对小麦根部TaNIP2;1和TaNIP2;2基因的表达影响不大，其表达与叶片中硅的累积无明显相关性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

插图与附表清单

缩 略 词 表

引言

1研究意义

2国内外研究现状

第一章 施肥量对各密度群体光合特性的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第二章 施肥量对各密度群体矿质元素吸收利用的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第三章 施肥量对各密度群体产量形成的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第四章 施肥量对各密度群体叶片衰老和品质形成的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第五章 硅肥施用量对叶片光合特性的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第六章 硅肥施用量对矿质元素吸收利用的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

4小结

第七章 硅肥施用量对产量、品质形成的调控效应

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第八章 硅肥施用量对小麦硅累积及其转运相关基因的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第九章 本研究主要结论与展望

1 本研究主要结论

2 本研究创新点

3 本研究展望

致谢

参考文献

作 者 简 介