不同秸秆还田技术模式对冬小麦强弱势粒灌浆特性的影响

为揭示砂姜黑土区不同秸秆还田技术模式对冬小麦籽粒灌浆进程的影响,该研究基于农业农村部华东地区作物栽培科学观测站15a的长期定位试验,设置单季小麦秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)、单季玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)和小麦玉米秸秆全年不还田(CK)4种不同秸秆还田技术模式,采用Richards方程模拟冬小麦籽粒灌浆过程,研究不同秸秆还田技术模式对冬小麦强弱势粒灌浆特征参数的调控效应。结果表明:1)相较于秸秆不还田,秸秆还田处理能提升冬小麦强、弱势粒的籽粒体积、千粒质量和产量,T1、T2、T3处理下强势粒千粒质量和籽粒产量较CK分别显著提升11.02%、10.63%、13.75%和16.28%、14.29%、13.94%,弱势粒千粒质量和籽粒产量较CK分别显著提升9.73%、6.64%、7.57%和19.24%、23.25%、11.50%。Richards方程能极显著模拟不同秸秆还田技术模式下冬小麦籽粒灌浆过程,拟合方程决定系数(R^(2))均在0.997以上。2)对冬小麦强势粒,秸秆还田可延长小麦强势粒灌浆时间,主要通过缩短灌浆渐增期持续时间和提高其灌浆速率,延长灌浆缓增期的持续时间来提升强势粒千粒质量。其中T1、T3处理下冬小麦强势粒灌浆持续时间较CK分别延长2.137 d和4.443 d,T1、T2处理下强势粒单粒最大灌浆速率较CK分别显著提高了7.81%和12.26%。3)对冬小麦弱势粒,T1处理下弱势粒灌浆持续时间较CK延长1.477 d,T1、T2、T3弱势粒单粒最大灌浆速率较CK分别显著提升16.46%、22.69%和17.13%。该研究表明秸秆全量还田可提升砂姜黑土区冬小麦籽粒库容和籽粒灌浆速率,最终增加粒质量。研究可为砂姜黑土区秸秆资源的高效利用提供理论指导和技术支撑。

药隔期倒春寒对小麦根际细菌群落结构的影响

以抗倒春寒性强的小麦品种烟农19(YN)和抗倒春寒性弱的小麦品种新麦26(XM)为实验材料,于小麦幼穗分化的药隔形成期利用智能超低温培养箱进行4℃(T1)和-4℃(T2)低温胁迫处理,以15℃作为对照(CK),利用高通量测序技术对开花期小麦根际土壤细菌群落进行测定,研究药隔期倒春寒对小麦根际细菌多样性和群落结构的影响。结果表明:(1)倒春寒危害后两品种小麦根际土壤细菌的ACE指数较CK均有所降低,且对抗倒春寒性弱的品种XM影响显著(P<0.05)。(2)两品种小麦根际土壤细菌群落主要由变形菌门(53.20%~57.55%)、放线菌门(13.34%~21.69%)、拟杆菌门(10.56%~12.37%)和芽单胞菌门(6.17%~9.19%)等33个门及819个属的细菌组成,且不同程度倒春寒处理间各菌门相对丰度表现出差异性,其中放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在YN中升高9.79%~19.11%,在XM中降低26.43%~38.47%。(3)根际土壤细菌功能预测分析显示,药隔期倒春寒提高了膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、复制与修复功能基因在YN根际土壤中的相对丰度,降低了其在XM根际土壤中的相对丰度。综上所述,药隔期倒春寒降低了小麦根际土壤细菌群落的丰富度,改变了细菌群落结构,影响了细菌群落的膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢和复制与修复功能。

喷施KH_(2)PO_(4)提高倒春寒胁迫小麦功能叶片和根系的生理活性

【目的】倒春寒是影响黄淮麦区小麦产量形成的主要灾害,喷施磷酸二氢钾(KH_(2)PO_(4))被广泛应用于减轻倒春寒对小麦的伤害。研究喷施磷酸二氢钾对低温胁迫下小麦花后功能叶与根系生理活性的调控效应,为小麦生产中的防灾减灾提供理论支撑。【方法】盆栽试验在田间条件下进行,选用抗倒春寒性强的小麦品种烟农19(YN)和抗倒春寒性弱的小麦品种新麦26(XM)为试验材料,设置常温对照+喷施清水(CK)、倒春寒处理+喷施清水(T1)、倒春寒处理+喷施KH_(2)PO_(4)(T2)3个处理。在小麦幼穗分化到四分体期,将T1和T2处理的盆栽移入人工气候室内(−4℃)处理4 h,然后移出,24 h后进行喷施处理。于小麦花后7、14、21、28天测定旗叶SPAD值、根系活力、旗叶与根系的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量。通过主成分分析(PCA),综合评价倒春寒对小麦花后28天地上部与地下部生理活性指标的影响。【结果】与CK处理相比,两小麦品种T1处理的旗叶SPAD值和抗氧化酶活性分别显著降低了13.94%~35.03%、16.09%~32.84%(SOD)、18.16%~50.10%(POD)和19.21%~75.40%(CAT),MDA含量显著增加了29.55%~124.56%;T1处理的根系活力显著降低了44.00%~75.63%,SOD和POD活性分别显著降低了42.42%~86.11%和31.00%~66.67%,MDA含量增加了61.54%~330.11%。与T1相比,两品种T2处理的旗叶SPAD值显著增加了7.90%~23.38%,SOD、POD和CAT活性分别显著增加了10.63%~32.28%、14.20%~57.20%和10.75%~115.56%,MDA含量显著降低了6.66%~36.08%;根系活力上升了44.71%~139.75%,根系SOD、POD活性分别显著增加了12.13%~102.01%和21.05%~146.61%,根系MDA含量显著降低了12.01%~51.23%。选定的花后28天地上部与地下部9个生理活性指标之间关系密切,一个主成分其可解释9个变量82.82%的变化,其综合生理活性指数的排序为:YNCK>XMCK>YNT2>XMT2>YNT1>XMT1。【结论】受倒春寒影响后,施用KH_(2)PO_(4)可提高小麦花后旗叶SPAD值、根系活力和抗氧化酶活性,降低旗叶和根系的MDA含量,从而延缓旗叶和根系的衰老,减轻倒春寒对小麦花后旗叶和根系生理活性的不利影响。

小麦抗低温逆境化控技术研究进展

全球气候变化背景下,极端低温气候灾害事件频发重发已成为影响小麦生产高质高效发展的重要限制因素。为提高小麦的抗低温能力、保障全球粮食安全,前人开展了大量关于外源化控剂缓解小麦低温逆境胁迫的研究。本研究根据2000年1月1日至2022年12月31日公开发表的与小麦抗低温化控技术有关的文献,依据外源化控调控剂的作用机理,将其分为改善光合系统、诱导合成渗透调节物质、提高抗氧化酶活性、激素调节以及影响抗寒基因表达,共5大类,并总结了这5类作用机理相关的产品开发现状。今后应加强外源化控调控剂缓解低温逆境的机理研究,细化调控剂的施用时期、剂量范围及施用方法,不断优化化控产品生产工艺,以期充分发挥小麦化控抗低温技术在防灾减灾和提质增效中的作用。

不同季秸秆全量还田对夏玉米根系分泌物的影响

为探究长期不同季秸秆全量还田对淮北平原砂姜黑土区夏玉米花期根系分泌物的影响,采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)对秸秆不还田(CK)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)和玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)的玉米根系分泌物进行非靶向代谢组学分析。结果表明,T1与T2处理的玉米根长、根表面积、根干物质重、根系活力较CK分别显著提高9.8%、21.2%、20.9%、16.4%与12.4%、23.9%、29.2%、21.3%。相较于CK,T1、T2与T3处理分别筛选出60、38与39种差异代谢物;差异代谢物包含9大类,秸秆还田主要影响根系分泌物中的碳水化合物类与氨基酸类;T1、T2、T3分别富集到45、56和39条显著差异代谢通路,秸秆还田主要影响碳水化合物代谢途径与氨基酸类代谢途径。与CK相比,T2处理下根系分泌物中甘油、蜜二糖上调使半乳糖代谢途径上调;L-酪氨酸、L-谷氨酰胺等氨基酸的上调,使丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、酪氨酸代谢等通路显著上调;5-氨基水杨酸、丁二酸、氨乙基磷酸等有机酸上调。可见,小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田通过增加玉米根系分泌物中糖类、氨基酸类、有机酸类的相对含量,促进玉米根系生长,增加地上部与地下部干物质积累,协调地上部与地下部关系,使根冠协同生长。本研究为淮北平原砂姜黑土区秸秆资源的高效利用和夏玉米高产高质高效发展提供了理论依据。

药隔期倒春寒对小麦主茎穗不同穗粒位结实数与粒重的影响

在大田盆栽条件下利用智能超低温光照培养箱,对烟农19(YN19,抗倒春寒性强)和新麦26(XM26,抗倒春寒性弱)两个小麦品种于幼穗分化的药隔形成期进行4h·d-1的倒春寒模拟试验。设置2℃和-2℃两个低温胁迫水平,对照(CK)为10℃,以明确不同程度倒春寒胁迫对不同抗倒春寒性品种小麦主茎穗各穗粒位结实粒数及粒重的影响。结果表明:(1)各处理主茎穗不同小穗位的结实粒数和粒重均呈先升后降的二次曲线变化。(2)倒春寒胁迫导致小麦主茎穗不同穗粒位结实粒数显著降低,且降幅随胁迫程度的加重而增大。2℃和-2℃胁迫处理下YN19主茎穗的下、中、上部小穗总粒数分别显著降低40.74%、18.75%、35.00%和70.37%、32.50%、15.00%(P<0.05);XM26分别显著降低62.50%、7.87%、20.00%和100%、42.22%、100%(P<0.05)。(3)轻度倒春寒胁迫(2℃)导致小麦主茎穗粒重降低,重度倒春寒胁迫(-2℃)下粒重反而会因穗粒数的大幅降低而有所上升。与对照相比,2℃胁迫处理下YN19主茎穗各小穗粒重降幅在2.93%~47.53%,XM26降幅为19.72%~49.96%(P<0.05);-2℃胁迫处理下YN19主茎穗各小穗粒重增幅在20.57%~60.84%,XM26增幅为1.20%~42.78%(P<0.05)。(4)倒春寒胁迫导致两品种小麦主茎穗不同小穗位总粒重较CK降低。YN19在2℃和-2℃胁迫处理下,下部和中部小穗总粒重较CK分别显著降低49.49%、28.99%和65.76%、29.47%,上部小穗在-2℃胁迫处理下总粒重较CK显著降低23.09%(P<0.05);XM26下、中、上部小穗总粒重较CK分别显著降低69.76%、28.61%、20.02%和100%、42.33%、100%(P<0.05)。综上所述,倒春寒对小麦主茎穗不同穗粒位结实粒数和粒重均会产生不利影响,对小麦穗位的危害表现为下部>上部>中部,对小麦粒位的危害表现为第3粒位>第1粒位>第2粒位。本试验分析认为,倒春寒对小麦主茎穗结实粒数的影响大于对粒重的影响,影响程度随倒春寒胁迫程度的加重而增大。无论是结实粒数还是粒重均表现为下部小穗受害程度最大,即弱势小穗和弱势粒受倒春寒影响更大。药隔期倒春寒主要通过减少主茎穗上部小穗和下部小穗的穗粒数,降低弱势粒粒重,最终导致小麦减产。综合比较,品种YN19的受害程度轻于XM26,YN19抗倒春寒能力更强,所以选用抗倒春寒性强的小麦品种是生产中降低倒春寒危害的重要措施。

药隔期低温胁迫对小麦功能叶超微结构及光合特性的影响

以抗倒春寒能力不同的两个小麦品种烟农19 (YN19)和新麦26 (XM26)为供试材料,于小麦幼穗分化的药隔期利用超低温人工气候培养箱进行4℃和-4℃两个温度处理,以低温处理期间大田环境平均温度10℃为对照(CK),观测不同程度低温处理下小麦功能叶超微结构及光合特性的变化。结果表明:(1)药隔期低温胁迫显著增加供试两品种小麦功能叶SOD、POD、CAT酶活性和MDA含量,其中CAT酶活性增幅最大,XM26在4℃、-4℃处理下功能叶CAT活性较CK分别增加了48.68%和87.55%,YN19则分别增加了76.59%和110.39%,总体来看YN19的抗氧化酶活性增幅均大于XM26,具有较强的活性氧清除能力。(2)低温胁迫破坏小麦功能叶叶绿体结构。XM26在4℃、-4℃处理功能叶叶绿体数和叶绿体面积较CK分别下降12.43%、24.97%和57.68%、5.88%,YN19分别下降14.56%、16.69%和25.88%、61.90%。随着温度的降低(4℃→-4℃),供试两品种小麦叶片的基粒片层数量和厚度大幅下降,细胞膜受到不同程度的损伤,基粒片层开始解体。(3)随着低温胁迫程度加深,供试两品种小麦叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和Chla+Chlb含量下降,XM26在-4℃低温胁迫下较CK分别降低26.97%、27.39%、31.78%,YN19则分别降低34.36%、23.81%、26.91%,表明低温胁迫使叶片内部结构破坏,导致叶绿素含量下降。(4)与CK相比,低温胁迫下小麦功能叶片净光合速率(Pn)随着低温胁迫程度加深呈降低趋势,胞间CO_(2)浓度(Ci)呈逐升趋势,XM26在4℃和-4℃低温胁迫当天其Pn分别下降31.84%、92.04%,YN19则分别下降17.42%、89.62%,表明小麦叶片Pn下降主要是由非气孔限制因素导致。因此,药隔期低温胁迫会使小麦叶片功能受损,导致其光合能力下降,大田生产中可选用抗倒春寒能力强的品种,加强栽培技术管理,提高小麦抗寒性,减轻倒春寒对小麦造成的危害。

冬小麦抗倒春寒性能鉴定方法和指标的比较

倒春寒是限制黄淮冬麦区小麦稳产和丰产的主要因素之一,选育抗倒春寒小麦新品种是降低倒春寒危害的重要手段,建立简单易行、易推广且全面系统的小麦抗倒春寒性能鉴定方法和指标体系对保障粮食安全有着重要意义。本文系统总结了冬小麦抗倒春寒鉴定的方法和指标,进行了比较和评价,并提出鉴定原则和程序。(1)鉴定方法方面,主要包括直接鉴定法、间接鉴定法和综合鉴定法等,直接鉴定法有田间自然鉴定法(引种栽培应用最广,但周期长、工作量大)、人工模拟气候室法(周期短、可重复性强,但对设备与技术要求较高)和生长恢复法(冬前冻害鉴定较多,抗倒春寒鉴定方面较少,一般与其它鉴定方法配合使用)等;间接鉴定法有助倒春寒危害温度阈值的研究,但目前指标与抗寒性关系还未有明确定论,应用受到限制;综合鉴定法鉴定结果全面而准确,但对技术、成本要求较高且工作量较大。因此,在鉴定过程中要结合实际情况合理搭配、综合运用。(2)鉴定指标方面,主要包括形态与农艺、生理生化、气象与生态指标等,形态与农艺指标一般用于田间自然鉴定法,常以数量、质量、颜色和形态变化等作为参考项;生理生化指标一般用于间接鉴定法,包括活性氧、渗透调节物质、内源激素含量、抗氧化酶活性以及光合与呼吸特性等;气象与生态指标常应用于各种鉴定方法,气温、地温、冠层温度、半致死温度和恢复生长最低温度常作为鉴定指标,而光照、CO2、湿度和肥力等因素会影响结果准确性。(3)关于鉴定原则与程序,本文提出了鉴定结果的地域性、指标选用的针对性、鉴定方法与指标的综合性和实用性等鉴定原则,并以易灾期、品种敏感期、敏感器官、鉴定方法和指标、低温程度、田间/盆栽试验、数学分析方法、抗寒性能评价与分级为主要流程的鉴定程序。最后,从抗寒生理研究、新兴技术鉴定研究与应用和鉴定产品的研发等方面做了展望。

磷素后移对药隔期倒春寒小麦旗叶光合及抗氧化系统的影响

以抗倒春寒能力强的小麦品种“烟农19”(YN19)和抗倒春寒能力弱的小麦品种“新麦26”(XM26)为供试材料,利用人工气候箱开展盆栽低温模拟实验。实验设置对照(日均气温15℃,夜间最低温度11℃,CK)和低温(-4℃,LT)两个温度处理,设置常规施磷(基肥:拔节肥为10:0,R1)和磷肥后移(基肥:拔节肥为5:5,R2)两种施磷肥模式,低温处理时长为4h·d-1。测定小麦开花期和灌浆期旗叶光合、抗氧化生理指标及成熟期产量并进行分析,以探明磷素后移对药隔期倒春寒下小麦旗叶生长的缓解机理。结果表明:(1)LT处理较CK处理,供试两品种旗叶叶绿素相对含量(SPAD值)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均显著下降(P<0.05),胞间CO_(2)浓度(Ci)显著上升。(2)LT处理与CK比较,供试两品种旗叶抗氧化酶(SOD、CAT)活性显著下降,丙二醛(MDA)含量显著增加。(3)本实验条件下,LT处理使供试两品种穗粒数、千粒重及单茎产量较CK显著降低。(4)LTR2与LTR1比较,XM26开花期和YN19灌浆期旗叶SPAD值分别显著提高了7.3%和10.1%;XM26和YN19旗叶开花期的Pn显著提高8.5%和16.2%,灌浆期显著提高8.0%和8.7%,Gs、Tr和Ci影响差异不显著。(5)LTR2与LTR1比较,XM26旗叶开花期和灌浆期SOD活性显著提高9.0%和5.7%,CAT活性显著提高12.4%和30.9%,MDA含量显著降低7.9%和7.3%;YN19旗叶开花期和灌浆期SOD活性显著提高7.7%和8.2%,CAT活性显著提高20.8%和25.5%,MDA含量显著降低6.8%和7.0%。(6)R2较R1显著提高LT处理XM26的穗粒数8.4%,对两品种千粒重无显著影响,XM26和YN19单茎产量挽回率可达8.9%和9.9%。综上所述,磷素后移可有效增强小麦旗叶细胞抗氧化能力,降低细胞膜脂过氧化程度,提高小麦旗叶的光合能力。通过抗氧化及光合能力两方面协同缓解药隔期倒春寒下小麦生育中后期旗叶生长状况,增加主茎穗粒数和千粒重,保“源”增“库”,达到无灾稳产增产、有灾减损止损的效果。