小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

高曉凱，郁飛燕，李鵬，張聯(lián)合

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

小麥灌漿期籽粒累積鉀特性研究

高曉凱，郁飛燕，李鵬，張聯(lián)合

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

以小麥品種Soissons為試驗(yàn)材料，探討灌漿期鉀在籽粒中的累積特性以及籽粒與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量的相關(guān)性。結(jié)果顯示，隨著灌漿時(shí)間延長，籽粒鉀含量逐漸降低。在灌漿16 d時(shí)，籽粒鉀累積速率達(dá)到最高，鉀總量接近最大值。葉片、葉鞘、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)。相關(guān)分析顯示，籽粒鉀含量與葉鞘、節(jié)、節(jié)間和穗軸的鉀含量呈負(fù)相關(guān)，與旗葉和穎殼鉀含量呈正相關(guān)。表明小麥籽粒鉀主要來自根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，并非旗葉鉀的再利用。

小麥；不同器官；鉀累積；動(dòng)態(tài)變化；相關(guān)性

AbstractUsing wheat variety Soissons as material, the characteristics of potassium (K) accumulation in wheat grains and K concentration correlation among grains, flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes, nodes, spike-stalks and glumes were explored in the study. The results showed that the K concentration in grains gradually decreased with the extension of filling time. At the 16th day of filling time, the grain K accumulation rate reached the highest and the total K accumulation in grains was close to the maximum value. The K concentrations in flag leaf blades, flag leaf sheaths, internodes， spike-stalks and glumes increased firstly and then showed a trend of decrease. Correlation analysis showed that K concentration in grains existed negative correlations with that in flag leaf sheaths, nodes, internodes and spike-stalks, but positive correlations with glumes and flag leaf blades. The results indicated that the K in grains mainly came from absorption and transport from roots rather than reutilization of K in the flag leaves.

KeywordsWheat; Different organs; Potassium accumulation; Dynamic changes; Correlation

鉀是植物生長發(fā)育必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、提高CO2同化率、促進(jìn)光合產(chǎn)物運(yùn)輸和蛋白質(zhì)合成等功能。此外，鉀也是植物的品質(zhì)元素，能提高小麥灌漿期籽粒中可溶性總糖和蔗糖的供應(yīng)，提高淀粉累積速率[1]；促進(jìn)氨基酸向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)并轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)[2]；有利于灌漿期在莖中積累果聚糖以及灌漿后期的分解和輸出[1]，而果聚糖的降解產(chǎn)物主要用于籽粒形成[4]。在小麥生育期間，鉀素積累呈現(xiàn)前期緩慢、中期達(dá)到高峰、后期下降的趨勢(shì)[5]。也有研究表明冬小麥對(duì)氮、磷的最大累積量均在成熟期，而鉀在挑旗期[6]。小麥成熟期葉片、莖鞘、穎殼和穗軸以及籽粒鉀素積累量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，花后莖鞘鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，穎殼與穗軸鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量和產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)[7]。另外，鉀也影響油菜中氮素分配、稻米品質(zhì)、大豆產(chǎn)量以及玉米抗倒性等[3，8-12]。盡管圍繞鉀在植物中的生理功能有大量研究，然而有關(guān)鉀在灌漿期小麥籽粒中的累積特性以及籽粒鉀含量與旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸和穎殼鉀含量的相關(guān)性卻鮮有報(bào)道。本研究旨在探討小麥灌漿期籽粒、旗葉葉片、旗葉葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸、籽粒和穎殼鉀含量的動(dòng)態(tài)變化及其相關(guān)性，明確籽粒鉀的累積特征及其來源，為通過調(diào)控鉀在籽粒中累積并進(jìn)一步提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)選用小麥品種Soissons。

1.2處理方法

試驗(yàn)于2016年在英國約翰英納斯中心試驗(yàn)田進(jìn)行。采用常規(guī)栽培管理。分別在灌漿期第4、16、23 d和30 d取旗葉葉片與葉鞘、穗下節(jié)和節(jié)間、穗軸、穎殼和籽粒，用硝酸和高氯酸(4∶1)消解，后用ICP-OES光譜儀測(cè)定鉀含量。鉀累積速率[mg/(100?！)]=百粒鉀累積總量/鉀累積時(shí)間。

1.3數(shù)據(jù)處理

利用GraphPad Prism 5進(jìn)行做圖和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1籽粒鉀含量和總量動(dòng)態(tài)變化

圖1顯示出小麥籽粒鉀含量和鉀總量隨灌漿進(jìn)程的動(dòng)態(tài)變化。灌漿4 d時(shí)籽粒鉀含量達(dá)到最高，灌漿16、23、30 d與其相比，籽粒鉀含量分別降低30.29%、44.64%和57.46%。與灌漿4 d籽粒鉀總量相比，灌漿16、23、30 d時(shí)，籽粒鉀總量分別為其4.27倍、5.23倍和5.63倍。表1顯示不同灌漿時(shí)間段的鉀累積情況，其中灌漿0～4 d和5～16 d鉀累積速率較高，此后隨著灌漿時(shí)間延長，鉀累積速率下降。

2.2旗葉鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

圖2顯示出小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動(dòng)態(tài)變化。與灌漿4 d時(shí)葉片和葉鞘鉀含量相比，灌漿16、23 d時(shí)，葉片鉀含量分別為其1.12倍和1.08倍，葉鞘鉀含量分別為其1.17倍和1.19倍。表明在灌漿23 d時(shí)，根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉(zhuǎn)運(yùn)。然而到灌漿30 d時(shí)，葉片和葉鞘鉀含量分別下降66%和7%。表明在灌漿后期，旗葉葉片中鉀易于向外轉(zhuǎn)運(yùn)，而葉鞘中鉀并不容易向外轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖1 小麥灌漿期籽粒鉀含量和百粒鉀總量動(dòng)態(tài)變化

表1小麥灌漿期籽粒鉀累積速率

2.3穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量動(dòng)態(tài)變化

圖3顯示小麥灌漿期穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量的動(dòng)態(tài)變化。與灌漿4 d時(shí)節(jié)和節(jié)間鉀含量相比，灌漿16、23 d時(shí)節(jié)中鉀含量沒有明顯變化，基本保持穩(wěn)定；節(jié)間鉀含量分別為其1.29倍和1.48倍。表明在灌漿16 d和23 d時(shí)，鉀以較高的轉(zhuǎn)運(yùn)速率向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。然而與灌漿23 d相比，灌漿30 d時(shí)節(jié)間鉀含量下降38.4%，表明向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)鉀的速率急劇降低。

圖2 小麥灌漿期旗葉葉片和葉鞘鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

圖3小麥灌漿期穗下節(jié)及其節(jié)間鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

2.4穗軸和穎殼鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

圖4顯示出小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動(dòng)態(tài)變化。與灌漿4 d時(shí)相比，灌漿23 d時(shí)穗軸鉀含量急劇升高，是其2.05倍；灌漿30 d時(shí)穗軸鉀含量則下降了10%。與灌漿4 d時(shí)相比，灌漿16 d和23 d時(shí)，穎殼鉀含量分別提高14%和9%，而灌漿30 d時(shí)穎殼鉀含量則降低了23%。表明在灌漿16 d和23 d時(shí)，鉀以較高的速率向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，但是在灌漿30 d時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)速率降低。

圖4小麥灌漿期穗軸和穎殼鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

2.5小麥不同器官鉀含量相關(guān)性分析

小麥不同器官間鉀含量的相關(guān)性結(jié)果顯示(表2)，籽粒鉀含量與葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穗軸的鉀含量呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平，與葉片、穎殼鉀含量呈正相關(guān)；穎殼鉀含量與葉片、葉鞘、節(jié)、節(jié)間和穗軸鉀含量呈正相關(guān)，其中與葉片達(dá)到顯著水平；穗軸鉀含量與葉片、葉鞘和節(jié)間鉀含量呈正相關(guān)，與節(jié)呈負(fù)相關(guān)；節(jié)間鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關(guān)，與節(jié)呈負(fù)相關(guān)，其中與葉鞘達(dá)顯著水平；節(jié)鉀含量與葉片和葉鞘鉀含量呈正相關(guān)。

表2小麥不同器官間鉀含量的相關(guān)性分析

器官葉片葉鞘節(jié)節(jié)間穗軸穎殼葉鞘0.81節(jié)0.020.06節(jié)間0.730.96*-0.18穗軸0.490.72-0.610.88穎殼0.99*0.880.070.780.50籽粒0.57-0.01-0.01-0.14-0.250.46

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，在小麥灌漿16 d時(shí)，籽粒累積鉀總量接近最大值。此后，隨著灌漿時(shí)間延長，小麥籽粒累積鉀總量較少?？梢娦←溩蚜＠鄯e鉀主要發(fā)生在灌漿前期。研究還發(fā)現(xiàn)，在灌漿16 d和23 d時(shí)，小麥旗葉鉀含量仍在不斷提高，表明根系吸收的鉀仍在不斷地向旗葉轉(zhuǎn)運(yùn)。在灌漿30 d時(shí)，旗葉鉀含量急劇降低，但是籽粒鉀總量提高較小。因此認(rèn)為，盡管鉀在植物中再轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，但是籽粒中累積的鉀主要來源于根系的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。相關(guān)性分析顯示，小麥籽粒鉀含量與葉片鉀含量呈正相關(guān)，而與葉鞘呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平，表明籽粒中累積的鉀大部分并非來源于旗葉。

研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒鉀含量隨著灌漿時(shí)間延長而逐漸降低，這與籽粒干物質(zhì)累積速率高于鉀累積速率有直接關(guān)系。籽粒中鉀主要在灌漿前期大量累積，因此，要提高籽粒鉀含量，主要通過在灌漿前期提高根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)鉀能力來實(shí)現(xiàn)。小麥籽粒在灌漿后期累積鉀總量較少，主要因?yàn)樵诠酀{后期大量根系衰老、根系活力下降，造成根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)鉀能力降低，最終導(dǎo)致根中的鉀向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)減少。

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StudyonPhysiologicalCharacteristicsofPotassiumAccumulationinWheatGrainsatFillingStage

Gao Xiaokai, Yu Feiyan, Li Peng, Zhang Lianhe

(CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.09.008

2017-04-19

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(112102110102)

高曉凱(1990—)，男，河南登封人，在讀碩士研究生，專業(yè)：植物營養(yǎng)學(xué)。E-mail：gxk9111@126.com

張聯(lián)合(1970—)，男，河南扶溝人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)生理。E-mail：lhzhang2007@126.com

S512.01

A

1001-4942(2017)09-0042-04