施氮量对裸燕麦源库生理特性和茎鞘NSC积累与转运的影响

为探究施氮量对燕麦源库生理特性和茎鞘间非结构性碳水化合物(NSC)积累和转运的影响,2021年和2022年选取穗粒数差异大的两个裸燕麦品种坝莜1号(穗粒数多)和定莜8号(穗粒数少)为试验材料,设置0、100和200 kg·hm^(-2)3个施氮水平,测定和分析了不同氮素供应条件下燕麦叶片光合指标、粒叶比、茎鞘NSC积累量(TMNSC)、NSC表观转运量(ATMNSC)及其对籽粒产量表观贡献率(ACNSC)的差异。结果表明,施氮对2个燕麦品种的籽粒产量具有增加效应,其中在施氮100 kg·hm^(-2)时产量最高。在100 kg·hm^(-2)施氮处理下,坝莜1号的旗叶面积、SPAD值、Pn和籽粒产量两年平均值较不施氮处理分别提高57.57%、80.70%、101.68%和40.15%,定莜8号分别提高43.70%、44.33%、69.49%和37.36%;坝莜1号的ATMNSC、ACNSC和粒叶比两年平均值较不施氮处理分别增加767.25 g、1.96倍和54.55%,定莜8号分别增加859.52 g、8.26倍和43.25%。综合以上结果,增施氮肥对两品种均有显著正向影响,坝莜1号表现出更优的源、库活性,从而获得更高的穗粒数,达到增产目的;定莜8号则表现出更优的源-库关系,增大库器官对源物质的“拉力”,促进NSC由茎鞘向籽粒的转运,弥补生育前期光合能力较弱导致的同化物质生产的不足,从而促进源库协调,提高籽粒产量。

不同燕麦基因型源库关系对穗粒数形成过程的影响

为了解燕麦穗粒数形成过程与源、库特征之间的关系,连续两年以10个不同来源、熟期、穗型、株型、小穗数的燕麦品种为试验材料,测定三叶期至拔节期的幼穗分化阶段及抽穗期源库特征,采用方差分析、聚类分析、逐步回归分析等方法,分析不同燕麦基因型源库特征及对穗粒数形成过程的影响。结果表明,燕麦穗粒数形成过程存在基因型差异,幼穗分化较好品种的穗粒数较全部品种平均值高11.22%~65.43%;幼穗分化较好品种的光合势、干物质量、粒数叶比、收获指数显著高于幼穗分化较差品种,其中粒数叶比和收获指数是影响穗粒数形成的主要因素,粒数叶比和收获指数较全部品种平均值分别高0.99%~68.74%和0.85%~13.80%。综上所述,源库协调是燕麦幼穗分化良好的生理基础,可通过提高光合势和干物质量达到增源的目的,进而提高穗粒数。

不同基因型燕麦产量差异与叶片生理特性的关系

为了解燕麦穗花形成过程中叶片生理特性对产量的影响,本试验于2020年和2021年,以9个不同来源、熟期、穗型、株型、小穗数的品种为试验材料,采用方差分析、主成分分析、聚类分析等方法,对不同基因型燕麦产量差异与叶片生理特性的关系进行分析。结果表明:不同品种间,抽穗期各生理指标存在显著差异,通过聚类分析,将供试的9个品种分为高产和低产品种两类,其中高产品种较低产品种的籽粒产量显著高73.61%~4.78%;高产品种的GA_(3)、ZR、IAA含量、SPS、SS活性、净光合速率、叶片蔗糖含量、干物质积累量、穗部蔗糖同化效率的整体水平均优于低产品种;其中,GA_(3)含量、SPS活性和净光合速率较低产品种显著高49.17%~13.70%、33.29%~4.43%、87.88%~5.72%。结果表明,结实小穗数、穗粒数、叶片赤霉素含量、蔗糖磷酸合成酶活性和净光合速率对高产品种的产量形成影响最为显著。说明可将增加结实小穗数、穗粒数作为提高产量的突破口,适当开“源”、延缓叶片衰老以保证酶和激素的活性,对燕麦获得高产有积极影响。

水分和腐植酸对燕麦籽粒产量和β-葡聚糖含量的协同提升效应

为明确水分和腐植酸协同作用对燕麦的增产提质效应,本试验以蒙农大燕1号和内燕5号燕麦品种为研究对象,分别设置旱作和有限灌溉2个水分处理,分析喷施腐植酸对燕麦叶片光合特性、籽粒产量和β-葡聚糖含量的影响。结果表明:孕穗和开花期喷施腐植酸后可以显著提高燕麦叶片的光合特性,与灌水条件下相比,蒙农大燕1号叶片的光合速率在旱作条件下的提高幅度更大,提高了31.78%~123.72%,而内燕5号在旱作和灌水条件下增幅基本一致;在旱作条件下喷施腐植酸后两品种籽粒产量和β-葡聚糖含量均显著提高,尤其以内燕5号的提高幅度更大,分别提高了5.60%~74.68%和11.24%~19.56%;与旱作处理相比,在灌水条件下喷施HA,两品种籽粒β-葡聚糖含量提高幅度更大,分别提高了11.30%~33.29%和7.76%~43.81%。通过各指标之间的相关性分析,蒙农大燕1号品种叶片的光合速率与籽粒β-葡聚糖含量、穗长、单穗小穗数、单穗粒重、千粒重及籽粒产量呈显著正相关关系,籽粒产量与穗长、单穗小穗数、单穗粒重、千粒重呈显著正相关关系,籽粒β-葡聚糖与单穗小穗数、千粒重和籽粒产量呈显著正相关关系(P<0.05),而内燕5号品种籽粒β-葡聚糖含量与各产量构成因子正相关,但未达到显著水平。综上说明,水分和腐植酸协同作用可有效改善燕麦叶片的光合性能,并且协同提高籽粒产量和β-葡聚糖含量。

不同基因型燕麦内源激素与灌浆期生理特性之间的关系

为探究内源激素含量对燕麦灌浆过程的影响,分别于2020和2021年,以9个不同基因型的燕麦品种为试验材料,设置大田试验,测定灌浆粒重、灌浆期光合特性、旗叶碳代谢酶(蔗糖磷酸合成酶SPS、蔗糖合酶SS)活性、生长素(IAA)、赤霉素(GA_(3))、玉米素核苷(ZR)、脱落酸(ABA)含量及成熟期粒重,通过方差分析和聚类分析,探究不同基因型燕麦灌浆期生理特性、内源激素差异。结果表明:不同品种间,内源激素含量及其他生理特性差异均达显著水平(P<0.05),按照灌浆粒重,将供试的9个品种分为灌浆较强和较弱两类,其中灌浆较强品种到达灌浆盛期的时间较早,灌浆启动时间也早于其他品种;灌浆粒重拟合程度较好,灌浆过程中的净光合速率、碳代谢酶活性较高,粒重优于其他品种;灌浆较强品种单穗粒重较灌浆较弱品种高11.8%~176.5%;灌浆较强品种旗叶IAA、GA_(3)、ZR含量较灌浆较弱品种高12.6%~118.2%、7.2%~98.0%、21.4%~72.2%,(GA_(3)+ZR+IAA)/ABA较灌浆较弱品种高39.3%~311.9%。在各内源激素水平协调的前提下,IAA、GA_(3)含量与灌浆粒重拟合程度均呈极显著正相关,直接影响灌浆粒重,且间接影响Pn和SPS活性,调控灌浆过程中蔗糖的合成,进而影响粒重。综上,在燕麦灌浆过程中,旗叶IAA、GA_(3)含量较高对粒重有积极的影响。

水分和腐植酸对燕麦果聚糖代谢的影响

探讨水分和腐植酸(HA)对燕麦不同器官非结构性碳水化合物(NSC)积累与分配的影响,进一步明确水分和HA对燕麦糖代谢和粒重形成的作用机制,可为旱作地区燕麦的推广种植提供理论指导和技术支撑。试验以‘蒙农大燕1号’和‘内燕5号’两个燕麦品种为材料,分别在旱作(无灌溉)和有限灌溉(拔节期和抽穗期每次灌水60 mm)两个水分条件下喷施HA与清水(CK),研究燕麦开花后不同时期NSC组分在茎、叶、穗中的动态变化以及叶片中碳代谢相关酶活性的变化。结果表明:两个燕麦品种茎、叶、穗中的NSC组分含量均随开花后时间的延长先升高后降低,且两品种各器官中的NSC组分含量大致相同;与CK相比,在灌水条件下喷施HA后蒙农大燕1号穗部的果聚糖含量提升幅度明显大于旱作条件;喷施HA后蒙农大燕1号叶片中果聚糖外水解酶和转化酶活性分别显著提高了27.1%和30.6%,单穗粒重显著提高了55.9%,且与旱作条件下相比提高幅度更大;蒙农大燕1号籽粒千粒重和单穗粒重与叶片果聚糖含量呈显著正相关关系。综上,水分和腐植酸协同作用可以有效调节燕麦果聚糖的积累及主要代谢酶活性,从而提高千粒重和单穗粒重,促进产量形成。