Effect of water deficit on mineral element absorption, distribution and water utilization by different wheat varieties
-
摘要: 在限制小麦灌溉面积的大背景下，为进一步稳产促优，本文探讨了华北地区水分亏缺对不同小麦品种矿质元素吸收、分布特性及其与植株水分利用和产量的关系。选用3个生态类型冬小麦品种（抗旱品种‘沧麦6001’、丰水高产品种‘邯麦9’和多抗超高产品种‘济麦22’），设置正常和水分亏缺两个水平的人工气候室箱体栽培试验，主要调查了小麦不同器官矿质元素含量、积累量变化、分配比以及矿质元素变化对水分利用效率和产量的影响。结果表明，矿质元素的含量和分配具有器官特异性，其中小麦叶片Ca、籽粒Cu和Zn、茎秆Na的含量、分配比最高；Fe含量、积累量及Fe分配比因品种、器官、水分差异而不同：正常水分下，‘沧麦6001’以茎秆、‘邯麦9’以叶片的Fe含量、分配比最高；‘济麦22’以茎秆和颖壳Fe含量较高，以叶片和颖壳Fe分配比较高。而水分亏缺下，‘沧麦6001’和‘邯麦9’Fe含量以籽粒最高，‘济麦22’以叶片最高；3品种Fe分配比均以籽粒最高。此外，水分亏缺增加了小麦籽粒Cu、Zn含量及分配比，籽粒Zn、Na和Ca积累量，显著增加‘沧麦6001’的水分利用效率和产量以及‘济麦22’的产量水分利用效率；而降低了‘沧麦6001’籽粒Mn、‘邯麦9’籽粒Cu和Mn、‘济麦22’籽粒Cu和Fe积累量以及‘邯麦9’水分利用效率、干物重、产量。综上，水分亏缺下，‘沧麦6001’更易高产高效，籽粒Fe含量增加，但需补充一定的Mn元素；‘济麦22’的水分利用效率增加，产量未显著下降，需补充一定Fe元素保证品质；‘邯麦9’产量和水分利用效率均显著下降，且籽粒中Cu和Mn积累下降明显。相关分析表明，Cu、Zn、Ca、Mn含量与干物重变化之间存在一定的相互调节作用，但未直接影响产量和水分利用效率，这可能与品种间差异及品种和水分互作影响有关。但矿质元素可能通过影响干物重间接调控水分利用效率的趋势是存在的，尚需进一步研究和验证。Abstract: In the context of limiting the area of wheat irrigation, it is necessary for promoting resources use efficiencies, increasing yield and improving quality of wheat to explore nutrients absorption and utilization, and water use efficiency of wheat under water deficit condition. Pot experiments were conducted in phytotrons with three wheat varieties under two water conditions (normal and drought). The three wheat varieties included 'Cangmai-6001' (drought resistant), 'Hanmai-9' (wet and high yield) and 'Jimai-22' (multi-resistance and super high yield). The content, accumulation and distribution of mineral elements in different organs of the plants were measured. Also the relationship between these indexes with water use efficiency and yield analyzed. The results showed that the contents and accumulation of mineral elements were specific to different plant organs. The highest content and distribution ratio of Ca were observed in leaf, those of Cu and Zn were in grain, Na was in stem. Fe accumulated in different organs of the plant was influenced by water and plant variety. Under normal water condition, the highest Fe content and distribution ratio were in the stem of 'Cangmai-6001', which was the same for the leaf for 'Hanmai-9'. The Fe content in stem and glume and Fe distribution ratio in leaf and glume were higher than in other organs of 'Jimai-22'. Under water deficit condition, Fe content was highest in grain for 'Cangmai-6001'and 'Hanmai-9', but it was highest in leaf for 'Jimai-22'. For all the investigated varieties, the highest Fe distribution was in grain. Water deficit increased with the distribution of Cu and Zn, accumulation of Zn, Na and Ca in grain, water use efficiency and yield for 'Cangmai-6001', and with WUEyield for 'Jimai-22'. However, water deficit decreased with the accumulation of Mn in the grain of 'Cangmai-6001', Cu and Mn in grain of 'Hanmai-9', Cu and Fe accumulation in 'Jimai-22' grain, water use efficiency, yield and dry matter weight of 'Hanmai-9'. Above all, 'Cangmai-6001' was more beneficial in terms of yield increase with higher WUE, higher Fe accumulation in grain and supplemented Mn element under water deficit condition. 'Jimai-22' had stable yield with increasing WUE and supplemented Fe element in grain under water deficit condition. For 'Hanmai-9' variety, the yield, WUE, Cu and Mn accumulation in grain decreased obviously under water deficit condition. Correlation analysis indicated that Cu, Zn, Ca and Mn had significant interaction with dry matter, with no direct effect on yield and WUE. This was related with the differences in variety and interaction effects of variety and water. There was still the tendency for mineral elements to regulate water utilization by influencing wheat dry matter formation, which needed further research and verification.
-
Keywords:
- Wheat /
- Ecological type /
- Water deficit /
- Mineral element /
- Yield /
- Distribution ratio of organ /
- Water use efficiency
-
水资源匮乏是限制华北地区小麦(Triticum aestivum L.)生产和产量提高的关键因素之一。土壤中的矿质元素需溶于水以离子状态被作物吸收, 以多种形式参与作物体内各种代谢和生理生化过程, 并且在参与作物的水分平衡方面有一定的调节作用[1-2]。探明不同营养元素在小麦植株体内的含量与不同器官的吸收利用和分配规律以及在不同水分条件下对植株水分利用的影响, 对进一步促进资源高效利用、保证小麦产量、改善小麦品质有十分重要的意义[3]。前人研究表明外界水分不足会导致土壤中的离子分布发生改变, 影响离子运输, 诱导作物积累大量的Na、Ca等离子来降低细胞内的水势[4-5]。因此补充一定量的矿质元素(K和Ca), 可缓解胁迫对植物生长造成的不利影响, 使植株耐受能力增强[6]。同样, 在植株遭受干旱胁迫时, 矿质元素的变化一定程度上影响了植株的水分平衡及抗旱性调节[7-9]。荒漠环境土壤中Na盐离子可提高植物的保水率, 提高水分利用率[9]。当然, 干旱程度不同, 植株受影响程度也不同:适度干旱可增加小麦幼苗Cu、Mn、Fe、Zn、Ca含量, 从而调节植株抗旱性; 但过度干旱各元素含量降低, 水分平衡遭到破坏[9-12]。目前, 针对华北麦区长期水分匮乏问题, 在限制小麦灌溉用水的大背景下, 为维持河北省小麦高生产力必须综合考虑提高水分利用效率, 走节水稳产优质的发展之路。而该地区不同生态类型小麦品种对矿质元素吸收、利用特点及其与水分利用效率之间的关系尚鲜见系统报道。本研究利用大型人工气候室模拟自然气候条件, 设置水分正常和水分亏缺两种条件, 试图了解3个不同类型小麦品种参与水分调节的主要矿质元素的区域化分布、积累, 并与干物重、产量和水分利用效率之间进行相关性分析, 为华北地区小麦节水栽培进一步调控营养元素配施, 提高对人体有益元素含量, 降低不利元素含量以及提高资源利用效率提供理论参考。
1. 材料与方法
1.1 试验设计
选用3个生态适应类型的冬小麦品种, 其中‘沧麦6001’(Cangmai-6001) 由河北省沧州市农业科学院选育, 于1998年经河北省品审会审定, 属于冬性、抗旱性品种。‘邯麦9’(Hanmai-9) 由河北省邯郸市农业科学院选育, 于2003年经河北省审定, 属于丰水高产品种。‘济麦22’(Jimai-22) 由山东省农业科学院选育, 于2007年通过国家黄淮北片审定, 属于超高产、多抗品种。
试验于2015年在河北农业大学进行。使用独立、自控, 能调节光、温、空气湿度、CO2浓度的人工气候室, 生长室环境数据均由电脑系统自动控制并记录。春化阶段设定昼/夜温度: 20 ℃/7 ℃, 12 h/12 h (6:00—18:00);返青及后期生长阶段设定昼/夜时长(14 h/10 h), 光照28 000~30 000 lx, 昼/夜温度为20 ℃/15 ℃, 相对湿度60%。
采用整理箱土培, 整理箱体积为(长×宽×高= 55 cm×41 cm×36 cm), 土壤取自农田表层0~20 cm, 风干后碾碎, 混匀并装箱, 每箱土壤干重为73.5 kg, 浇灌18 L自来水, 施基肥量为磷酸二铵5.86 g, 尿素7.5 g, 硫酸钾(50%)11.8 g。待相对含水量达75%, 使用小铲人工破碎、翻整土层15 cm。播种日期3月28日, 每箱播种3行, 行距10 cm。于小麦穗分化期开始至成熟收获设置正常水分(CK)和水分亏缺(D)2种处理, 水分控制采用称重法。正常水分处理将每个整理箱补水到91.5 kg, 补水下限为86.0 kg, 即相对含水量控制范围为60%~80%;亏缺处理则补水到86.0 kg(相对含水量为40%~60%), 亏缺灌溉量为24.39 mm。
每个处理设置3次重复。小麦生长期耗水量动态如图 1所示, 总耗水量(mm)和水分利用效率的计算公式参考刘月岩等[13]如下:
$$ \text{总耗水量}(\text{mm})=\sum{\text{补水量}+(\text{初始重量}-\text{最后重量})} $$ (1) $$ \text{产量的水分利用效率}({{\text{WUE}}_{\text{yiled}}}, \text{kg}\cdot {{\text{m}}^{-3}})=\text{产量}(\text{g}\cdot \text{m}^{-2})/总耗水量({\text{mm}}) $$ (2) $$\text{生物量的水分利用效率}({{\text{WUE}}_{\text{biomass}}}, \text{kg}\cdot {{\text{m}}^{-3}})=\text{地上总干重}(\text{g}\cdot \text{m}^{-2})/总耗水量({\text{mm}}) $$ (3) ![]()
图 1 不同水分条件下不同小麦品种生育期的耗水量Figure 1. Water consumption of different wheat varieties under normal (CK) and deficit (D) water conditions during growing seasons1.2 测定项目和方法
1.2.1 干物质和产量
在小麦成熟期, 每个处理收获10株, 晒干后脱粒, 根据箱体面积, 计算平均籽粒产量。随机另选约10株小麦, 剪断根系, 留取地上部, 105 ℃杀青30 min, 65 ℃烘干至恒重, 分为叶片、茎秆、颖壳、籽粒4部分, 称重后用小麦粉碎仪[莱驰MM400, 弗尔德(上海)仪器设备有限公司, 德国]磨细, 过100目筛后, 密封保存, 用于测定不同器官矿质元素含量。
1.2.2 矿质元素含量
采用硝酸-高氯酸消化法, 称取0.5 g样品于消煮管中, 加入5 mL HNO3-HCLO4(4：1体积比), 放置过夜, 在消煮炉上消煮至清凉, 冷却, 定容至50 mL, 用微膜滤纸过滤, 提取液用原子吸收分析仪(Z–5300, 日立, 日本)测定Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、Na含量。
1.2.3 矿质元素分配比
将小麦地上部分生物量分为颖壳、籽粒、茎秆和叶片4部分, 各器官矿质元素分配比为该器官元素积累量与地上部分该元素积累总量之比。
1.2.4 矿质元素积累量
$$ 某器官矿质元素积累量=该器官矿质元素含量\times 每株该器官干物重 $$ (4) 1.3 数据处理
本研究是2个水分水平和3个品种水平的交互作用设计, 采用完全随机区组排列, 不同水分、品种处理对不同器官的矿质元素含量、积累量、干物重、产量和水分利用效率的影响采用二因素方差分析; 水分、品种及器官因素之间各指标采用Duncan方法, 进行多重比较。
2. 结果与分析
2.1 不同水分条件下不同生态适应类型小麦品种各器官矿质元素含量变化
由表 1可见, 3个小麦品种各器官Mn含量存在显著差异。其中, 叶片Mn含量显著高于其他器官, 茎秆Mn含量显著低于其他器官, 且叶片与茎秆Mn含量的差异幅度为98.47~139.74 μg·g-1。水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’茎秆Mn含量以及‘邯麦9’叶片、茎秆和颖壳中的Mn含量分别降低31.70%、27.89%、9.12%、39.80%;而‘济麦22’各器官Mn含量变化不显著。3个小麦品种各器官Zn的含量也存在显著差异, 其中籽粒Zn含量显著高于其他器官。水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’茎秆Zn含量显著降低, 降幅为17.07%;但‘邯麦9’茎秆和‘济麦22’籽粒中的Zn含量显著增加82.20%和32.21%, 其他器官变化不明显。
表 1 水分亏缺下不同小麦品种各器官Mn、Zn、Cu、Ca、Na和Fe含量Table 1. Contents of Mn, Zn, Cu, Ca, Na and Fe in different organs of different wheat varieties under water deficit condition水分
Water condition品种
Variety器官
OrganMn
(μg·g-1)Zn
(μg·g-1)Cu
(μg·g-1)Ca
(mg·g-1)Na
(mg·g-1)Fe
(mg·g-1)正常
Normal沧麦6001
Cangmai-6001叶片Leaf 159.41±32.02c 72.47±5.94ghij 19.48±0.84cde 38.68±8.54cd 2.26±0.18cd 0.75±0.06def 茎秆Stem 35.77±4.06jkl 65.54±3.65hijk 14.46±3.34efgh 2.84±0.59fgh 5.06±0.69a 1.67±0.28a 籽粒Grain 80.05±9.87fgh 148.05±11.37a 17.39±2.51cdef 0.88±0.07gh 0.06±0.01g 0.38±0.09hijk 颖壳Glume 127.89±11.43d 122.30±17.01bc 17.25±2.10cdef 4.97±0.20fgh 1.67±0.01e 0.82±0.12d 邯麦9
Hanmai-9叶片Leaf 114.63±7.69de 51.90±6.31k 9.03±0.42hijk 43.37±4.43ab 1.04±0.06f 1.05±0.09c 茎秆Stem 16.16±0.34l 29.83±6.57l 11.96±2.21fghij 3.37±0.64fgh 3.23±0.21b 0.29±0.03ijk 籽粒Grain 69.95±1.29ghi 112.47±2.19cd 58.08±5.31a 0.68±0.05h 0.16±0.02g 0.30±0.09ijk 颖壳Glume 83.33±17.50fgh 85.04±14.11efgh 13.91±1.74efghi 5.59±1.10f 1.92±0.30de 0.63±0.11defg 济麦22
Jimai-22叶片Leaf 175.74±26.89bc 83.74±5.61efgh 15.58±3.77defg 45.50±3.28ab 1.04±0.14f 0.83±0.17d 茎秆Stem 36.00±7.50jkl 73.25±10.81fghij 4.85±1.25k 5.63±0.74f 2.4±0.10c 1.33±0.27b 籽粒Grain 76.30±2.60ghi 108.85±9.38cd 53.34±6.69a 0.74±0.02h 0.11±0.02g 0.48±0.07ghij 颖壳Glume 85.54±3.91fgh 93.08±10.99def 18.23±0.42cde 5.60±0.62f 1.73±0.35e 1.44±0.19b 亏缺
Drought沧麦6001
Cangmai-6001叶片Leaf 215.65±26.90a 86.10±13.28efg 11.12±0.84ghij 41.46±3.78bc 1.14±0.19f 0.47±0.05ghijk 茎秆Stem 24.43±2.77kl 54.35±4.80jk 15.02±3.77defg 2.42±0.50fgh 1.99±0.36de 0.28±0.06jk 籽粒Grain 50.45±17.37ijk 125.21±13.37bc 22.41±5.02c 0.92±0.12gh 0.08±0.00g 1.28±0.13b 颖壳Glume 108.39±7.49def 101.03±12.32de 10.47±2.02ghij 10.29±0.92e 1.91±0.17de 0.47±0.05ghijk 邯麦9
Hanmai-9叶片Leaf 82.65±12.17fgh 57.87±9.34ijk 10.28±0.84ghijk 35.62±0.39d 0.88±0.15f 0.57±0.12efgh 茎秆Stem 14.68±0.20l 54.34±9.77ik 6.94±2.21jk 4.45±0.63fgh 3.28±0.14b 0.29±0.06ijk 籽粒Grain 63.15±4.28ghij 132.22±12.88ab 20.32±1.25cd 0.93±0.12gh 0.18±0.03g 0.70±0.16defg 颖壳Glume 50.17±1.87hij 77.56±5.88fghi 7.22±1.28jk 5.00±1.61fgh 1.89±0.16de 0.53±0.10fghi 济麦22
Jimai-22叶片Leaf 187.87±39.87b 106.97±19.83cd 14.88±1.25defg 46.46±3.33a 1.02±0.11f 0.80±0.05de 茎秆Stem 30.22±4.92kl 73.69±6.80fghij 8.61±0.84ijk 5.51±0.66fg 1.80±0.29e 0.58±0.17efgh 籽粒Grain 72.34±1.99ghi 143.91±15.00a 27.84±5.43b 0.81±0.04h 0.10±0.00g 0.23±0.07k 颖壳Glume 89.00±10.29efg 110.03±8.43cd 10.56±1.93ghij 3.17±0.89fgh 1.86±0.25de 0.37±0.06hijk ANOVA 水分×品种Water × variety ns *** *** * *** *** 水分×器官Water × organ * ns *** ns *** *** 品种×器官Variety × organ *** ** *** *** *** *** 水分×品种×器官Water × variety × organ ** ** *** * *** *** CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种、不同器官间在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ***: 0.001水平因素间互作显著; ns:因素间互作不显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different organs of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05). *, ** and *** indicate significantly interactive effects at P < 0.05, P < 0.01 and P < 0.001, respectively. ns indicates not significantly interactive effect. 水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’叶片和颖壳Cu含量均显著降低, 降幅分别为42.92%和39.30%; ‘邯麦9’茎秆、籽粒和颖壳器官Cu含量显著降低, 分别降低31.47%、65.02%、48.11%; ‘济麦22’籽粒和颖壳Cu含量显著降低, 分别降低47.81%、42.05%; ‘济麦22’茎秆Cu含量显著增加, 增幅为77.59%;叶片无显著变化。不同水分条件下, 3个小麦品种均表现为叶片Ca含量显著高于其他器官。水分亏缺条件下, ‘济麦22’颖壳Ca含量显著降低, 降幅为43.43%;而‘沧麦6001’颖壳、‘邯麦9’和‘济麦22’籽粒中的Ca含量均显著增加, 增幅分别为107.00%、36.61%、9.70%。
3个品种不同器官的Na含量以籽粒最低, 显著低于其他器官。水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’叶片、茎秆以及‘济麦22’茎秆Na含量显著降低, 降幅分别为49.47%、60.76%、25.87%; ‘邯麦9’各器官Na含量变化不显著。各品种不同器官Fe含量变化幅度较大。水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’叶片、茎秆、颖壳中Fe含量显著降低, 降幅分别为36.50%、84.68%、43.61%; ‘邯麦9’叶片以及‘济麦22’茎秆、籽粒、颖壳中Fe含量显著降低, 降幅分别为45.68%、56.37%、52.27%、74.37%; ‘沧麦6001’和‘邯麦9’籽粒中Fe含量显著增加, 分别增加了239.00%和136.00%。以上结果说明水分条件变化的同时改变Fe元素在小麦各器官的吸收和利用。
此外, 水分和品种互作对Ca含量影响显著, 对Zn、Cu、Na、Fe含量影响极显著。水分和植株器官互作对Mn含量影响显著, 对Cu、Na、Fe含量影响极显著。品种和器官互作以及3种因素互作均对各元素含量影响显著或极显著。
2.2 不同水分条件下不同生态适应类型小麦品种地上部分矿质元素分配比
图 2显示不同矿质元素积累量在各小麦品种各器官的分配比。其中, Cu、Zn元素在3个小麦品种均以籽粒分配比最大; Na元素在茎秆中分配比最大; Ca元素在叶片中分配比最大; Mn在叶片和籽粒中分配比均较大; Fe元素在不同小麦品种和不同水分条件下的主要分配器官均不同。
![]()
图 2 水分亏缺对‘沧麦6001’(A)、‘邯麦9’(B)、‘济麦22’(C)植株不同器官矿质元素积累量分配比的影响Figure 2. Effect of water deficit on distribution ratios of mineral nutrient accumulation in different organs of 'Cangmai-6001' (A), 'Hanmai-9' (B), and 'Jimai-22' (C)与正常水分条件相比, 水分亏缺明显增加了‘沧麦6001’籽粒中Cu、Zn、Fe积累量分配比, 增加幅度分别为58.89%、16.05%、380.00%;同时叶片中Mn和颖壳中Na的分配比均明显增加, 分别增加了50.58%、80.96%。相应地, Fe元素分配比在叶片、茎秆和颖壳中分别下降了40.07%、81.23%和54.14%(图 2A)。水分亏缺条件下, ‘邯麦9’茎秆中的Cu、Zn、Ca分配比分别增加了46.64%、49.50%、44.98%;籽粒中Mn和Fe的分配比分别增加了15.48%和151.00%;叶片中Cu分配比增幅高达197.00%(图 2B)。同时, 水分亏缺使‘济麦22’籽粒中的Mn、Zn、Fe、Na、Ca分配比分别增加了20.18%、26.52%、35.17%、63.14%、72.59%;使茎秆Cu和Ca分配比分别增加了131.00%和13.09%(图 2C)。
2.3 不同水分条件下不同生态适应类型小麦品种矿质元素积累量变化
由表 2可见, 不同水分条件下, 3个小麦品种Cu、Mn、Zn主要积累在籽粒中, 除‘沧麦6001’外, 均显著高于其他器官; Na元素主要积累在茎秆中, Ca元素积累在叶片中, 均显著高于其他器官; 各品种不同器官Fe积累量变化幅度较大。水分亏缺下, 小麦籽粒的Zn、Na和Ca积累量增加, 而小麦籽粒Cu、Fe和Mn元素积累的影响存在基因型差异。其中, ‘沧麦6001’籽粒Cu的积累量提高了52.82%, 而‘邯麦9’号和‘济麦22’籽粒分别降低了70.85%和32.06%。对于Fe元素来说, 水分亏缺大幅度提高了‘沧麦6001’和‘邯麦9’籽粒中的积累量, 分别提高了314.00%和127.00%;而降低‘济麦22’籽粒的积累量, 降低了39.00%。水分亏缺对Mn的影响表现与Fe相反。
表 2 水分亏缺下不同小麦品种各器官矿质元素积累量Table 2. Mineral elements accumulation in different organs of different varieties of wheat under water deficit condition水分
Water condition品种
Variety器官
OrganCu
(μg·plant-1)Mn
(μg·plant-1)Zn
(μg·plant-1)Fe
(mg·plant-1)Na
(mg·plant-1)Ca
(mg·plant-1)正常 沧麦6001 叶片Leaf 9.86fgh 73.02cd 36.57de 0.38def 1.15d 18.22a Normal Cangmai-6001 茎秆Stem 10.35fg 25.77jk 47.51d 1.20b 3.64a 2.04ghijk 籽粒Grain 17.16e 78.64bc 146.53a 0.37defg 0.06k 0.87kl 颖壳Glume 10.22fg 75.52bcd 72.01c 0.49d 0.99d 2.95fghi 邯麦9 叶片Leaf 3.78j 47.98gh 21.72e 0.44de 0.44fghi 18.15a Hanmai-9 茎秆Stem 9.33fghi 12.65l 23.24e 0.23ghijk 2.53b 2.63fghi 籽粒Grain 75.54a 83.88ab 126.85b 0.33efghi 0.18ijk 0.76kl 颖壳Glume 7.74fghij 45.36gh 46.50d 0.35defghi 1.07d 3.05efghi 济麦22 叶片Leaf 4.23ij 48.04gh 23.06e 0.23ghijk 0.28hijk 12.54c Jimai-22 茎秆Stem 3.11j 23.09jk 47.13d 0.86c 1.56c 3.61ef 籽粒Grain 41.62b 60.06ef 85.19c 0.38def 0.08jk 0.58l 颖壳Glume 6.21fghij 29.05j 31.35de 0.49d 0.68ef 1.89hijkl 亏缺 沧麦6001 叶片Leaf 4.64ij 89.37a 35.55de 0.20jk 0.52fgh 17.26a Drought Cangmai-6001 茎秆Stem 10.59f 17.43kl 38.87de 0.20jk 1.45c 1.72ijkl 籽粒Grain 26.23cd 53.18fg 149.60a 1.53a 0.09jk 1.09jkl 颖壳Glume 4.32ij 45.61gh 42.21d 0.19jk 0.92de 4.33e 邯麦9 叶片Leaf 3.99j 31.63ij 22.14e 0.22hijk 0.34ghij 13.72b Hanmai-9 茎秆Stem 4.86hij 10.34l 38.14de 0.20ijk 2.31b 3.12efgh 籽粒Grain 22.02d 68.39de 142.83a 0.75c 0.20ijk 1.00jkl 颖壳Glume 3.39j 23.69jk 36.50de 0.25fghijk 0.90de 2.33fghij 济麦22 叶片Leaf 3.26j 40.30hi 22.95e 0.17k 0.22ijk 10.07d Jimai-22 茎秆Stem 5.28ghij 18.46kl 45.13d 0.35defgh 1.10d 3.37efg 籽粒Grain 28.28c 74.03cd 146.66a 0.23fghijk 0.11jk 0.82kl 颖壳Glume 3.73j 31.56ij 39.32de 0.13k 0.58fg 1.09jkl ANOVA 水分×品种Water × variety *** *** *** *** *** * 水分×器官Water × organ *** ** *** *** *** *** 品种×器官Variety × organ *** *** ** *** *** *** 水分×品种×器官Water × variety × organ *** *** ** *** *** * CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种、不同器官间在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ***: 0.001水平因素间互作显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different organs of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05). *, ** and *** indicate significantly interactive effects at P < 0.05, P < 0.01 and P < 0.001, respectively. 进一步比较不同品种叶片、茎秆和颖壳矿质元素积累量变化可以发现, 水分亏缺下, ‘沧麦6001’叶片和颖壳Cu积累量显著降低, 分别降低了53.00%和58.00%。3个品种叶片、茎秆和颖壳Fe积累量均下降, 除‘邯麦9’茎秆、颖壳以及‘济麦22’叶片外, 均呈显著性差异。‘沧麦6001’颖壳以及‘邯麦9’叶片和颖壳Mn积累量均显著下降, 分别下降40.00%、34.00%和48.00%。‘沧麦6001’颖壳Zn、叶片和茎秆Na积累量显著降低41.00%、55.00%、60.00%, 而颖壳Ca积累量显著增加了47.00%; ‘济麦22’茎秆Na和叶片Ca积累量均显著降低29.00%和20.00%; ‘邯麦9’叶片Ca积累量显著降低24.00%, 其他器官元素积累变化不显著。此外, 水分、品种、器官因素间互作均对各矿质元素积累量影响显著或极显著。
2.4 水分利用效率的变化
由表 3可见, 正常水分条件下, ‘邯麦9’的总耗水量、地上干物重、产量、生物量和产量水分利用效率(WUEbiomass和WUEyield)均显著高于其他两个品种。‘济麦22’的地上干物重、产量、WUEbiomass和WUEyield显著高于‘沧麦6001’。水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’总耗水量、地上干物重显著高于其他两品种; 产量和WUEbiomass显著高于‘邯麦9’。‘邯麦9’总耗水量显著高于‘济麦22’, 而WUEyield显著低于‘济麦22’。
表 3 水分亏缺对不同小麦品种干物重、产量和水分利用效率的影响Table 3. Effect of water deficit on dry matter weight, yield, and WUE of different wheat varieties水分
Water condition品种
Variety总耗水量
Total water consumption (mm)地上干物重
Dry matter weight
(kg∙m-2)产量
Yield(g∙m-2)WUEbiomass
(g∙m-2∙mm-1)WUEyield
(g∙m-2∙mm-1)正常
Normal沧麦6001 Cangmai-6001 385.50±5.76b 0.93±0.14e 234.80±27.63d 2.42±0.34c 0.61±0.07c 邯麦9 Hanmai-9 419.69±9.54a 1.88±0.20a 748.88±80.86a 4.49±0.44a 1.79±0.20a 济麦22 Jimai-22 354.39±12.19c 1.47±0.06bc 497.12±17.25bc 4.15±0.27ab 1.40±0.03b 亏缺
Drought沧麦6001 Cangmai-6001 374.50±7.79b 1.66±0.21ab 568.00±102.02b 4.43±0.48a 1.51±0.24ab 邯麦9 Hanmai-9 340.93±11.42c 1.25±0.06cd 453.65±55.47c 3.67±0.21b 1.33±0.16b 济麦22 Jimai-22 279.92±9.88d 1.14±0.04de 478.77±18.64bc 4.09±0.04ab 1.71±0.01a ANOVA 水分Water ** ns ns * ** 品种Variety ** ** ** ** ** 水分×品种Water × variety ** ** ** ** ** CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ns:因素间互作不显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05); * and ** indicate significantly interactive effects at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. ns: indicates not significantly interactive effect. 与正常水分相比, 水分亏缺条件下, ‘邯麦9’总耗水量、地上干物重、产量、WUEbiomass和WUEyield均显著下降, 分别为18.77%、33.51%、39.42%、18.26%和25.70%。‘济麦22’的耗水量和地上干物重显著降低21.01%和22.45%, 产量和WUEbiomass未显著改变; 而WUEyield显著增加了22.14%。值得注意的是, 水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’除耗水量无显著变化外, 地上干物重、产量、WUEbiomass和WUEyield显著增加, 分别为78.49%、142%、83.06%、148%。以上结果说明, 一定程度的水分亏缺大大提高了‘济麦22’和‘沧麦6001’的水分利用效率, 并利于‘沧麦6001’的显著增产。
此外, 水分因素对小麦总耗水量、WUEyield影响极显著; 对WUEbiomass影响显著。品种因素、品种和水分互作对总耗水量、地上干物重、产量、WUEyield和WUEbiomass均影响极显著。
2.5 矿质元素含量与小麦干物质量、产量和水分利用效率的相关性分析
由表 4可见, 不同的矿质元素含量与小麦干物重、产量以及水分利用效率之间呈一定的相关关系。其中, Cu和Zn之间呈显著正相关, Mn和Ca之间呈极显著正相关; 而Na和Cu、Zn之间分别呈显著和极显著负相关, 说明矿质元素之间存在一定的促进和拮抗。产量分别与WUEbiomass和WUEyield之间, 且WUEbiomass和WUEyield之间均呈极显著正相关, 这说明成熟期可通过进一步促进水分利用效率提高产量。此外, 干物重分别与Cu和Zn呈极显著和显著正相关, 与Mn和Ca呈极显著负相关, 但各矿质元素和干物重均与产量之间无显著的直接相关, 这可能与品种本身以及品种和水分互作影响有关。
表 4 矿质元素含量和小麦干物重、产量、水分利用效率的相关性Table 4. Pearson correlation coefficients between element content and wheat dry matter weight, yield and WUECu Mn Zn Fe Na Ca 干物重
Dry matter产量
Yield生物量水分利用效率
WUEbiomass产量水分利用效率
WUEyieldCu 1 Mn -0.003 1 Zn 0.447* 0.140 1 Fe -0.192 0.018 -0.100 1 Na -0.493* -0.303 -0.651** 0.334 1 Ca -0.258 0.786** -0.367 0.098 -0.095 1 干物重Dry matter 0.520** -0.527** 0.490* -0.128 -0.311 -0.646** 1 产量Yield 0.142 -0.110 -0.285 -0.241 -0.175 0.030 0.027 1 WUEbiomass 0.091 -0.054 -0.193 -0.227 -0.257 0.045 -0.067 0.903** 1 WUEyield 0.069 -0.088 -0.188 -0.319 -0.25 0.039 -0.070 0.882** 0.943** 1 *: 0.05水平相关性显著; **: 0.01水平相关性显著. *: significant correlation at P < 0.05. **: significant correlation at P < 0.01. 3. 结论和讨论
矿质元素是构成植物体内许多重要有机化合物的组成成分, 不同元素之间存在一定的相互抑制或相互促进, 同时也会被土壤中其他离子影响, 从而促进或抑制小麦的生长[14]。不同矿质元素的含量和积累量因水分胁迫程度以及时间长短而明显不同, 本研究结果表明, 水分亏缺下, ‘沧麦6001’和‘邯麦9’籽粒中Fe元素含量和积累量显著增加, 其余器官显著下降; ‘济麦22’籽粒Fe含量和积累量均显著下降, 而茎秆Fe积累量增加, 这可能是由于水分亏缺阻止了该品种Fe元素由茎秆向籽粒的运输。Zn在植株体内移动性较大, 小麦灌浆期籽粒Zn有36.64%来自营养器官Zn的转移, 其中茎秆贡献率最高[15]。本研究表明水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’籽粒Zn含量和Zn积累量变化不显著, 茎秆Zn含量和积累量显著降低; ‘邯麦9’籽粒和茎秆中Zn含量和积累量均显著增加; 而‘济麦22’籽粒Zn含量和积累量显著增加, 茎秆Zn含量和积累量均无显著变化, 这是由于籽粒Zn含量存在品种间差异[16]。戴媛等[10]指出小麦幼苗体内的铁、锌含量及吸收量随干旱程度增加而增加, 其分析是小麦幼苗失水时叶片蒸腾拉力增加和根系吸收能力增强的共同结果。此外, 还应考虑到品种本身的基因型差异[17]。
张凯等[18]报道了在一定缺水条件下, 一些小麦品系的籽粒中Mn含量高, Cu含量低。而其他器官Cu和Mn含量主要与参与调节光合作用和抗氧化酶活性有关[19-20]。谭晓荣等[11]指出小麦幼苗中Cu、Mn含量在适度干旱下可增加, 而过度干旱下则降低。本研究结果显示, 水分亏缺条件下, ‘邯麦9’和‘济麦22’籽粒Cu含量和积累量均显著下降, ‘沧麦6001’籽粒Cu含量变化不显著, 但Cu积累量大幅增加; 3个品种植株全株的Cu含量和Cu积累量均下降; 3品种籽粒Mn含量无显著变化, 而‘沧麦6001’和‘邯麦9’植株全株的Mn含量和积累量降低, ‘济麦22’植株Mn积累量增加。以上结果说明籽粒Cu、Mn含量差异除了受水分条件影响还可能与不同品种的染色体组类型有关[17]。
研究Na、Ca元素含量及积累有利于了解植物对渗透胁迫的调控[9, 21-22]。本研究结果显示, 3个品种均以籽粒Na、Ca含量最低; 叶片Ca含量最高, 茎秆Na含量最高。水分亏缺下, ‘邯麦9’和‘济麦22’籽粒Ca显著增加; 且3个品种Na和Ca积累量均增加, 说明一定程度的干旱会改善不同小麦品种的籽粒品质。干旱促进矿质元素含量增加可能是由于小麦失水促进蒸腾拉力增大, 使矿质元素在木质管中的运输速率增大, 所以植株体内元素含量增加[23]。本研究结果显示, 水分亏缺条件下, ‘沧麦6001’叶片、茎秆Na含量以及‘济麦22’茎秆Na含量、颖壳Ca含量均显著降低。孙岩[24]指出, 根部和叶部含Ca量随着干旱程度的加重而减少。而干旱降低矿质元素吸收可能是由于随着胁迫加重导致植物根系活力下降或者根系部分死亡, 使吸收离子的能力减弱或者吸收面积减少导致[23]。
干旱条件下, 施锰肥可使玉米叶片的净光合速率和短时水分利用效率明显提高[25]。李孟华等[26]指出叶面喷锌有使小麦增产的趋势, 但不会显著影响小麦产量。定额灌溉(120 mm)比传统灌溉(200 mm)更有利于矿物质元素的吸收和利用, 但产量显著下降[27]。本研究结果表明, 水分亏缺显著降低‘邯麦9’生物量、产量和水分利用效率; 显著降低‘济麦22’生物量, 但显著增加WUEyield, 而产量和WUEbiomass无显著变化。特别是‘沧麦6001’在水分亏缺下干物重、产量、WUEbiomass和WUEyield均显著增加。这可能是由于该品种本身属于抗旱节水型品种, 但抗倒伏性一般[28]所致。在本试验正常水分条件下该品种营养生长过旺, 周期较长, 抽穗迟; 且抽穗前发生一定程度倒伏, 导致群体荫蔽, 不利于光合制造物向籽粒转运, 无效穗增多, 产量较低。而适当的水分亏缺可以促进该品种由营养生长向生殖生长转变, 及时抽穗, 避免了因长时间营养生长带来的不利和损失。其次, 水分亏缺导致‘沧麦6001’籽粒Cu的积累量增加, 而‘邯麦9号’和‘济麦22’全株Cu积累量分别下降64.45%和26.49%, 可能影响了光合作用和抗氧化酶活性[20-21]。而水分胁迫下‘沧麦6001’全株Cu积累量下降了3.82%, 主要来自于叶片和颖壳的Cu积累量和含量下降, 而不是对土壤Cu的吸收, 说明‘沧麦6001’不同器官间Cu的分配比例协调平衡可能是改善干旱胁迫下‘沧麦6001’产量的另一重要原因。本研究还表明, 在水分亏缺下, ‘济麦22’叶片、籽粒、茎秆、颖壳中Fe含量和积累量和‘邯麦9’叶片、籽粒、茎秆、颖壳中Mn含量和积累量均显著下降, 从而影响了叶绿素调控光合作用和抗氧化酶活性[18], 这可能是水分亏缺分别降低这两个品种籽粒产量的又一因素。
相关分析表明, 干物重与Cu和Zn含量呈显著正相关, 与Mn和Ca含量呈极显著负相关, 但各元素含量和干物重均与产量和水分利用效率之间相关性不显著, 该结果可能由于干物质更多地受水分因素影响或者水分和品种互作影响。但矿质元素可能通过影响干物重间接调控水分利用效率的趋势是存在的, 由于矿质元素在水分亏缺下参与抵抗干旱胁迫, 间接影响植株水分平衡来影响干物质积累, 降低了向籽粒运转的效率, 从而未直接影响产量和水分利用效率, 该研究尚需进一步研究和验证。产量分别与WUEbiomass和WUEyield呈极显著正相关, 说明高产与高效用水的同步性[29]。土壤中Fe元素增加会减少小麦籽粒对Zn、Cu、Mn的吸收, Zn元素会促进Fe元素的吸收, 而Mn元素对其他阳离子微量元素的吸收无明显影响[30-31]。本研究结果表明小麦植株体内Cu和Zn之间、Mn和Ca之间均呈显著正相关, Na与Cu、Zn均呈显著负相关, Fe元素与其他元素间没有明显相关性, 这说明外界Fe、Zn、Cu、Mn等元素之间存在的相互促进或抑制关系可能随着植株吸收利用而改变, 从而在植株体内重新建立相互促进和相互拮抗的复杂关系, 以调节植株生长。
综上, 从节水增效促优角度分析, 水分亏缺下, ‘沧麦6001’更利于高产高效, 籽粒Fe含量增加, 但需补充一定的Mn元素, 该品种可适合在水资源缺乏地区种植; ‘济麦22’在保证不减产的情况下提高了水分利用效率, 并补充一定Fe元素保证品质, 该品种同样适合水分亏缺和正常地区种植; ‘邯麦9’在水分亏缺条件下产量和水分利用效率均显著下降, 且籽粒中Cu和Mn积累下降明显, 因此该品种更适合水分条件较好的地区种植。在实际生产中, 应该根据当地资源条件和人们饮食结构, 合理控制水分和微肥、选择利于高产优质的小麦品种。
-
![]()
图 1 不同水分条件下不同小麦品种生育期的耗水量
Figure 1. Water consumption of different wheat varieties under normal (CK) and deficit (D) water conditions during growing seasons
![]()
图 2 水分亏缺对‘沧麦6001’(A)、‘邯麦9’(B)、‘济麦22’(C)植株不同器官矿质元素积累量分配比的影响
Figure 2. Effect of water deficit on distribution ratios of mineral nutrient accumulation in different organs of 'Cangmai-6001' (A), 'Hanmai-9' (B), and 'Jimai-22' (C)
表 1 水分亏缺下不同小麦品种各器官Mn、Zn、Cu、Ca、Na和Fe含量
Table 1 Contents of Mn, Zn, Cu, Ca, Na and Fe in different organs of different wheat varieties under water deficit condition
水分
Water condition品种
Variety器官
OrganMn
(μg·g-1)Zn
(μg·g-1)Cu
(μg·g-1)Ca
(mg·g-1)Na
(mg·g-1)Fe
(mg·g-1)正常
Normal沧麦6001
Cangmai-6001叶片Leaf 159.41±32.02c 72.47±5.94ghij 19.48±0.84cde 38.68±8.54cd 2.26±0.18cd 0.75±0.06def 茎秆Stem 35.77±4.06jkl 65.54±3.65hijk 14.46±3.34efgh 2.84±0.59fgh 5.06±0.69a 1.67±0.28a 籽粒Grain 80.05±9.87fgh 148.05±11.37a 17.39±2.51cdef 0.88±0.07gh 0.06±0.01g 0.38±0.09hijk 颖壳Glume 127.89±11.43d 122.30±17.01bc 17.25±2.10cdef 4.97±0.20fgh 1.67±0.01e 0.82±0.12d 邯麦9
Hanmai-9叶片Leaf 114.63±7.69de 51.90±6.31k 9.03±0.42hijk 43.37±4.43ab 1.04±0.06f 1.05±0.09c 茎秆Stem 16.16±0.34l 29.83±6.57l 11.96±2.21fghij 3.37±0.64fgh 3.23±0.21b 0.29±0.03ijk 籽粒Grain 69.95±1.29ghi 112.47±2.19cd 58.08±5.31a 0.68±0.05h 0.16±0.02g 0.30±0.09ijk 颖壳Glume 83.33±17.50fgh 85.04±14.11efgh 13.91±1.74efghi 5.59±1.10f 1.92±0.30de 0.63±0.11defg 济麦22
Jimai-22叶片Leaf 175.74±26.89bc 83.74±5.61efgh 15.58±3.77defg 45.50±3.28ab 1.04±0.14f 0.83±0.17d 茎秆Stem 36.00±7.50jkl 73.25±10.81fghij 4.85±1.25k 5.63±0.74f 2.4±0.10c 1.33±0.27b 籽粒Grain 76.30±2.60ghi 108.85±9.38cd 53.34±6.69a 0.74±0.02h 0.11±0.02g 0.48±0.07ghij 颖壳Glume 85.54±3.91fgh 93.08±10.99def 18.23±0.42cde 5.60±0.62f 1.73±0.35e 1.44±0.19b 亏缺
Drought沧麦6001
Cangmai-6001叶片Leaf 215.65±26.90a 86.10±13.28efg 11.12±0.84ghij 41.46±3.78bc 1.14±0.19f 0.47±0.05ghijk 茎秆Stem 24.43±2.77kl 54.35±4.80jk 15.02±3.77defg 2.42±0.50fgh 1.99±0.36de 0.28±0.06jk 籽粒Grain 50.45±17.37ijk 125.21±13.37bc 22.41±5.02c 0.92±0.12gh 0.08±0.00g 1.28±0.13b 颖壳Glume 108.39±7.49def 101.03±12.32de 10.47±2.02ghij 10.29±0.92e 1.91±0.17de 0.47±0.05ghijk 邯麦9
Hanmai-9叶片Leaf 82.65±12.17fgh 57.87±9.34ijk 10.28±0.84ghijk 35.62±0.39d 0.88±0.15f 0.57±0.12efgh 茎秆Stem 14.68±0.20l 54.34±9.77ik 6.94±2.21jk 4.45±0.63fgh 3.28±0.14b 0.29±0.06ijk 籽粒Grain 63.15±4.28ghij 132.22±12.88ab 20.32±1.25cd 0.93±0.12gh 0.18±0.03g 0.70±0.16defg 颖壳Glume 50.17±1.87hij 77.56±5.88fghi 7.22±1.28jk 5.00±1.61fgh 1.89±0.16de 0.53±0.10fghi 济麦22
Jimai-22叶片Leaf 187.87±39.87b 106.97±19.83cd 14.88±1.25defg 46.46±3.33a 1.02±0.11f 0.80±0.05de 茎秆Stem 30.22±4.92kl 73.69±6.80fghij 8.61±0.84ijk 5.51±0.66fg 1.80±0.29e 0.58±0.17efgh 籽粒Grain 72.34±1.99ghi 143.91±15.00a 27.84±5.43b 0.81±0.04h 0.10±0.00g 0.23±0.07k 颖壳Glume 89.00±10.29efg 110.03±8.43cd 10.56±1.93ghij 3.17±0.89fgh 1.86±0.25de 0.37±0.06hijk ANOVA 水分×品种Water × variety ns *** *** * *** *** 水分×器官Water × organ * ns *** ns *** *** 品种×器官Variety × organ *** ** *** *** *** *** 水分×品种×器官Water × variety × organ ** ** *** * *** *** CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种、不同器官间在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ***: 0.001水平因素间互作显著; ns:因素间互作不显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different organs of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05). *, ** and *** indicate significantly interactive effects at P < 0.05, P < 0.01 and P < 0.001, respectively. ns indicates not significantly interactive effect. 
下载: 导出CSV
表 2 水分亏缺下不同小麦品种各器官矿质元素积累量
Table 2 Mineral elements accumulation in different organs of different varieties of wheat under water deficit condition
水分
Water condition品种
Variety器官
OrganCu
(μg·plant-1)Mn
(μg·plant-1)Zn
(μg·plant-1)Fe
(mg·plant-1)Na
(mg·plant-1)Ca
(mg·plant-1)正常 沧麦6001 叶片Leaf 9.86fgh 73.02cd 36.57de 0.38def 1.15d 18.22a Normal Cangmai-6001 茎秆Stem 10.35fg 25.77jk 47.51d 1.20b 3.64a 2.04ghijk 籽粒Grain 17.16e 78.64bc 146.53a 0.37defg 0.06k 0.87kl 颖壳Glume 10.22fg 75.52bcd 72.01c 0.49d 0.99d 2.95fghi 邯麦9 叶片Leaf 3.78j 47.98gh 21.72e 0.44de 0.44fghi 18.15a Hanmai-9 茎秆Stem 9.33fghi 12.65l 23.24e 0.23ghijk 2.53b 2.63fghi 籽粒Grain 75.54a 83.88ab 126.85b 0.33efghi 0.18ijk 0.76kl 颖壳Glume 7.74fghij 45.36gh 46.50d 0.35defghi 1.07d 3.05efghi 济麦22 叶片Leaf 4.23ij 48.04gh 23.06e 0.23ghijk 0.28hijk 12.54c Jimai-22 茎秆Stem 3.11j 23.09jk 47.13d 0.86c 1.56c 3.61ef 籽粒Grain 41.62b 60.06ef 85.19c 0.38def 0.08jk 0.58l 颖壳Glume 6.21fghij 29.05j 31.35de 0.49d 0.68ef 1.89hijkl 亏缺 沧麦6001 叶片Leaf 4.64ij 89.37a 35.55de 0.20jk 0.52fgh 17.26a Drought Cangmai-6001 茎秆Stem 10.59f 17.43kl 38.87de 0.20jk 1.45c 1.72ijkl 籽粒Grain 26.23cd 53.18fg 149.60a 1.53a 0.09jk 1.09jkl 颖壳Glume 4.32ij 45.61gh 42.21d 0.19jk 0.92de 4.33e 邯麦9 叶片Leaf 3.99j 31.63ij 22.14e 0.22hijk 0.34ghij 13.72b Hanmai-9 茎秆Stem 4.86hij 10.34l 38.14de 0.20ijk 2.31b 3.12efgh 籽粒Grain 22.02d 68.39de 142.83a 0.75c 0.20ijk 1.00jkl 颖壳Glume 3.39j 23.69jk 36.50de 0.25fghijk 0.90de 2.33fghij 济麦22 叶片Leaf 3.26j 40.30hi 22.95e 0.17k 0.22ijk 10.07d Jimai-22 茎秆Stem 5.28ghij 18.46kl 45.13d 0.35defgh 1.10d 3.37efg 籽粒Grain 28.28c 74.03cd 146.66a 0.23fghijk 0.11jk 0.82kl 颖壳Glume 3.73j 31.56ij 39.32de 0.13k 0.58fg 1.09jkl ANOVA 水分×品种Water × variety *** *** *** *** *** * 水分×器官Water × organ *** ** *** *** *** *** 品种×器官Variety × organ *** *** ** *** *** *** 水分×品种×器官Water × variety × organ *** *** ** *** *** * CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种、不同器官间在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ***: 0.001水平因素间互作显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different organs of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05). *, ** and *** indicate significantly interactive effects at P < 0.05, P < 0.01 and P < 0.001, respectively.
下载: 导出CSV
表 3 水分亏缺对不同小麦品种干物重、产量和水分利用效率的影响
Table 3 Effect of water deficit on dry matter weight, yield, and WUE of different wheat varieties
水分
Water condition品种
Variety总耗水量
Total water consumption (mm)地上干物重
Dry matter weight
(kg∙m-2)产量
Yield(g∙m-2)WUEbiomass
(g∙m-2∙mm-1)WUEyield
(g∙m-2∙mm-1)正常
Normal沧麦6001 Cangmai-6001 385.50±5.76b 0.93±0.14e 234.80±27.63d 2.42±0.34c 0.61±0.07c 邯麦9 Hanmai-9 419.69±9.54a 1.88±0.20a 748.88±80.86a 4.49±0.44a 1.79±0.20a 济麦22 Jimai-22 354.39±12.19c 1.47±0.06bc 497.12±17.25bc 4.15±0.27ab 1.40±0.03b 亏缺
Drought沧麦6001 Cangmai-6001 374.50±7.79b 1.66±0.21ab 568.00±102.02b 4.43±0.48a 1.51±0.24ab 邯麦9 Hanmai-9 340.93±11.42c 1.25±0.06cd 453.65±55.47c 3.67±0.21b 1.33±0.16b 济麦22 Jimai-22 279.92±9.88d 1.14±0.04de 478.77±18.64bc 4.09±0.04ab 1.71±0.01a ANOVA 水分Water ** ns ns * ** 品种Variety ** ** ** ** ** 水分×品种Water × variety ** ** ** ** ** CK:正常供水; D:水分亏缺。小写字母不同表示不同水分条件、不同品种在P < 0.05水平差异显著; *: 0.05水平因素间互作显著; **: 0.01水平因素间互作显著; ns:因素间互作不显著。CK: normal water supply; D: water deficit. Values of different varieties under different water conditions in a column followed by different lowercase letters are significantly different (P < 0.05); * and ** indicate significantly interactive effects at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. ns: indicates not significantly interactive effect.
下载: 导出CSV
表 4 矿质元素含量和小麦干物重、产量、水分利用效率的相关性
Table 4 Pearson correlation coefficients between element content and wheat dry matter weight, yield and WUE
Cu Mn Zn Fe Na Ca 干物重
Dry matter产量
Yield生物量水分利用效率
WUEbiomass产量水分利用效率
WUEyieldCu 1 Mn -0.003 1 Zn 0.447* 0.140 1 Fe -0.192 0.018 -0.100 1 Na -0.493* -0.303 -0.651** 0.334 1 Ca -0.258 0.786** -0.367 0.098 -0.095 1 干物重Dry matter 0.520** -0.527** 0.490* -0.128 -0.311 -0.646** 1 产量Yield 0.142 -0.110 -0.285 -0.241 -0.175 0.030 0.027 1 WUEbiomass 0.091 -0.054 -0.193 -0.227 -0.257 0.045 -0.067 0.903** 1 WUEyield 0.069 -0.088 -0.188 -0.319 -0.25 0.039 -0.070 0.882** 0.943** 1 *: 0.05水平相关性显著; **: 0.01水平相关性显著. *: significant correlation at P < 0.05. **: significant correlation at P < 0.01.
下载: 导出CSV
-
[1] 陆景陵.植物营养学[M].北京:中国农业大学出版社, 2003:82-87 Lu J L. Plant Nutrition Science[M]. Beijing:China Agricultural University Press, 2003:82-87
[2] Yuan Z J, Shen Y J. Estimation of agricultural water consumption from meteorological and yield data:A case study of Hebei, North China[J]. PLoS One, 2013, 8(3):e58685 doi: 10.1371/journal.pone.0058685
[3] Welch R M, Graham R D. Breeding for micronutrients in staple food crops from a human nutrition perspective[J]. Journal of Experimental Botany, 2004, 55(396):353-364 doi: 10.1093/jxb/erh064
[4] Chen W, Feng C, Guo W, et al. Comparative effects of osmotic-, salt-and alkali-stress on growth, photosynthesis, and osmotic adjustment of cotton plants[J]. Photosynthetica, 2011, 49(3):417-425 doi: 10.1007/s11099-011-0050-y
[5] 周晓阳, 赵楠, 张辉.水分胁迫下中东杨气孔运动与保卫细胞离子含量变化的关系[J].林业科学研究, 2000, 13(1):71-74 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LYKX200001011.htm Zhou X Y, Zhao N, Zhang H. Relation of stomatal movement and ion content change of guard cells in populus berolinensis under water stress[J]. Forest Research, 2000, 13(1):71-74 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LYKX200001011.htm
[6] Maathuis F J. Physiological functions of mineral macronutrients[J]. Current Opinion in Plant Biology, 2009, 12(3):250-258 doi: 10.1016/j.pbi.2009.04.003
[7] 白艳波, 李娇, 张宝龙, 等.干旱胁迫对植物矿质元素影响的研究进展[J].生物技术通报, 2013, (3):15-18 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWJT201303002.htm Bai Y B, Li J, Zhang B L, et al. Research advance on effect of drought stress on mineral elements of plant[J]. Biotechnology Bulletin, 2013, (3):15-18 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWJT201303002.htm
[8] 周芳. 小麦生长及养分吸收对局部根区水分胁迫的响应机制[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2014: 32-35 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-1014429849.htm Zhou F. Responses of growth and nutrient uptake in wheat seedlings to partial root-zone water stress and its mechanisms[D]. Yangling:Northwest A&F University, 2014:32-35 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-1014429849.htm
[9] 周瑞莲, 赵彦宏, 赵哈林, 等.钠盐对冬小麦抗旱性增效作用调控机理的生理生态学分析[J].中国沙漠, 2012, 32(3):784-792 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGSS201203032.htm Zhou R L, Zhao Y H, Zhao H L, et al. Ecological and physiological analysis of effect of different types of sodium salt treatment on winter wheat resistance to drought[J]. Journal of Desert Research, 2012, 32(3):784-792 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGSS201203032.htm
[10] 戴媛, 伏毅, 谭晓荣.干旱对小麦幼苗Fe、Zn含量的影响[J].麦类作物学报, 2009, 29(5):839-843 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MLZW200905020.htm Dai Y, Fu Y, Tan X R. Effect of different drought treatment on Fe and Zn content of wheat seedlings[J]. Journal of Triticeae Crops, 2009, 29(5):839-843 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MLZW200905020.htm
[11] 谭晓荣, 戴媛, 伏毅.干旱对小麦幼苗Cu、Mn含量的影响及其机理研究[J].干旱地区农业研究, 2010, 28(1):152-159 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201001030.htm Tan X R, Dai Y, Fu Y. Effect of drought on content of copper and manganese in wheat seedlings and related mechanism[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(1):152-159 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201001030.htm
[12] 王凤茹, 张晓红.干旱逆境下小麦幼苗细胞叶绿体内钙离子浓度变化的电镜细胞化学研究[J].电子显微学报, 2002, 21(2):106-109 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZXV200202002.htm Wang F R, Zhang X H. Cytochemistry of Ca2+ in the chloroplast of the wheat seedling under water stress[J]. Journal of Chinese Electron Microscopy Society, 2002, 21(2):106-109 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZXV200202002.htm
[13] 刘月岩, 刘会灵, 乔匀周, 等. CO2浓度升高对不同水分条件下冬小麦生长和水分利用的影响[J].中国生态农业学报, 2013, 21(11):1365-1370 http://www.ecoagri.ac.cn/zgstny/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20131108&flag=1 Liu Y Y, Liu H L, Qiao Y Z, et al. Effects of elevated CO2 concentration and different water conditions on winter wheat growth and water use[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(11):1365-1370 http://www.ecoagri.ac.cn/zgstny/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20131108&flag=1
[14] Zhang W, Liu D Y, Liu Y M, et al. Zinc uptake and accumulation in winter wheat relative to changes in root morphology and mycorrhizal colonization following varying phosphorus application on calcareous soil[J]. Field Crops Research, 2016, 197:74-82 doi: 10.1016/j.fcr.2016.08.010
[15] 姜丽娜, 张黛静, 蒿宝珍, 等. Zn在不同品种小麦植株地上部的积累和分配研究[J].华北农学报, 2010, 25(5):187-192 doi: 10.7668/hbnxb.2010.05.038 Jiang L N, Zhang D J, Hao B Z, et al. Study on Zn accumulation and distribution in aboveground plant of different wheat varieties[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2010, 25(5):187-192 doi: 10.7668/hbnxb.2010.05.038
[16] 郝志, 田纪春, 姜小苓.小麦主要亲缘种籽粒的Fe、Zn、Cu、Mn含量及其聚类分析[J].作物学报, 2007, 33(11):1834-1839 doi: 10.3321/j.issn:0496-3490.2007.11.015 Hao Z, Tian J C, Jiang X L. Analyses of Fe, Zn, Cu, and Mn contents in grains and grouping based on the contents for main kindred germplasm of common wheat (Triticum aestivum)[J]. Acta Agronomica Sinica, 2007, 33(11):1834-1839 doi: 10.3321/j.issn:0496-3490.2007.11.015
[17] 赵俊霞, 乔鲜花, 张萍萍, 等.不同基因型小麦籽粒铁含量的差异及其与农艺性状的关系[J].干旱地区农业研究, 2010, 28(3):114-118 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201003019.htm Zhao J X, Qiao X H, Zhang P P, et al. Difference of Fe content of wheat seed between high-Fe genotypes and low-Fe ones and its relation to agronomic characteristics[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(3):114-118 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201003019.htm
[18] 张凯, 崔玉亭, 周顺利, 等.两种水分条件下冬小麦籽粒部分微营养含量及其基因型差异研究[J].华北农学报, 2007, 22(5):19-23 doi: 10.7668/hbnxb.2007.05.004 Zhang K, Cui Y T, Zhou S L, et al. Study of part micronutrition contents of winter wheat grains and genotypes diversity under two kind irrigation conditions[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2007, 22(5):19-23 doi: 10.7668/hbnxb.2007.05.004
[19] 印莉萍, 黄勤妮, 吴平.植物营养分子生物学及信号转导[M].北京:科学出版社, 2006:294-300 Yin L P, Huang Q N, Wu P. Plant Nutrition Molecular Biology and Signal Transduction[M]. Beijing:Science Press, 2006:294-300
[20] 任立民, 刘鹏.锰毒及植物耐性机理研究进展[J].生态学报, 2007, 27(1):357-367 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB200701042.htm Ren L M, Liu P. Review of manganese toxicity & the mechanisms of plant tolerance[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(1):357-367 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB200701042.htm
[21] 肖磊, 刘博, 张彦波, 等.外源钙对逆境胁迫下小麦的保护效应[J].河南科技学院学报:自然科学版, 2016, 44(5):17-20 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZXB201605004.htm Xiao L, Liu B, Zhang Y B, et al. Protective effect of exogenous calcium on wheat under adversity stress[J]. Journal of Henan Institute of Science and Technology:Natural Sciences Edition, 2016, 44(5):17-20 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZXB201605004.htm
[22] 蔡建一. 小麦Na+吸收途径及Na+在霸王适应渗透胁迫中的生理作用[D]. 兰州: 兰州大学, 2010: 35-36 http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10730-2010130521.htm Cai J Y. Low-affinity Na+ uptake in wheat and the physiological role of Na+ in adapting to osmotic stress in Zygophyllum xanthoxylum[D]. Lanzhou:Lanzhou University, 2010:35-36 http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10730-2010130521.htm
[23] Gong J M, Lee D A, Schroeder J I. Long-distance root-to-shoot transport of phytochelatins and cadmium in Arabidopsis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003, 100(17):10118-10123 doi: 10.1073/pnas.1734072100
[24] 孙岩. 水分胁迫对冬小麦的生长发育、生理特征及其养分运输的影响[D]. 北京: 中国农业科学院, 2007: 39-41 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-2007156557.htm Sun Y. Influences of water stress on growth and development, physiological characteristics and nutrient distribution of winter wheat[D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2007:39-41 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-2007156557.htm
[25] 魏孝荣, 郝明德, 邱莉萍.土壤干旱条件下锰肥对夏玉米光合特性的影响[J].植物营养与肥料学报, 2004, 10(3):255-258 doi: 10.11674/zwyf.2004.0307 Wei X R, Hao M D, Qiu L P. Effect of manganese fertilizer on maize photosynthetic performance under soil drought condition[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(3):255-258 doi: 10.11674/zwyf.2004.0307
[26] 李孟华, 王朝辉, 王建伟, 等.低锌旱地施锌方式对小麦产量和锌利用的影响[J].植物营养与肥料学报, 2013, (6):1346-1355 doi: 10.11674/zwyf.2013.0608 Li M H, Wang Z H, Wang J W, et al. Effect of Zn application methods on wheat grain yield and Zn utilization in Zn-deficient soils of dryland[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, (6):1346-1355 doi: 10.11674/zwyf.2013.0608
[27] 吴娜, 卜洪震, 曾昭海, 等.灌溉定额对夏播裸燕麦产量和品质的影响[J].草业学报, 2010, 19(5):204-209 doi: 10.11686/cyxb20100527 Wu N, Bu H Z, Zeng Z H, et al. Effects of irrigation quota on yield and quality of summer-sown, naked oat[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2010, 19(5):204-209 doi: 10.11686/cyxb20100527
[28] 农业部小麦专家指导组.小麦高产创建示范技术[M].北京:中国农业出版社, 2008:128 Wheat Expert Pannel Appointed by Ministry of Agriculture. Demonstration Technology of High-yielding Establishment in Wheat[M]. Beijing:China Agriculture Press, 2008:128
[29] 张建军, 唐小明, 党翼.灌水量及其分配方式对冬小麦水分利用效率、光合特性和产量的影响[J].麦类作物学报, 2008, 28(1):85-90 doi: 10.7606/j.issn.1009-1041.2008.01.017 Zhang J J, Tang X M, Dang Y. Effects of irrigation quantity and irrigation ways on water use efficiency, photosynthetic characters and yield of winter wheat[J]. Journal of Triticeae Crops, 2008, 28(1):85-90 doi: 10.7606/j.issn.1009-1041.2008.01.017
[30] Ghasemi-Fasaei R, Ronaghi A. Interaction of iron with copper, zinc, and manganese in wheat as affected by iron and manganese in a calcareous soil[J]. Journal of Plant Nutrition, 2008, 31(5):839-848 doi: 10.1080/01904160802043148
[31] 杨习文, 田霄鸿, 陆欣春, 等.喷施锌肥对小麦籽粒锌铁铜锰营养的影响[J].干旱地区农业研究, 2010, 28(6):95-102 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201006020.htm Yang X W, Tian X H, Lu X C, et al. Effect of foliar zinc application on the micronutrients of wheat grain[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(6):95-102 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201006020.htm
-
期刊类型引用(11)
1. 刘思汝，石伟琦，马海洋，冼皑敏，徐明岗. 灌水量对金菠萝果实营养元素含量的影响. 中国农学通报. 2023(04): 52-58 . 
百度学术
2. 张继波，薛晓萍，张新刚，邱粲，谭方颖，李楠. 水分关键期干旱胁迫对冬小麦矿质元素积累、产量和品质的影响. 干旱气象. 2023(02): 223-232 . 百度学术
3. 项越，赵淑婷，吴昊，李政，张震宇，王欢. 虎尾草不同器官矿质元素含量对碱化环境的响应. 草业科学. 2022(03): 511-519 . 百度学术
4. 金宁，金莉，吕剑，郁继华，罗石磊，张国斌，武玥，刘泽慈. 不同灌水下限对基质栽培黄瓜矿质元素积累分配及水分利用的影响. 甘肃农业大学学报. 2022(02): 43-53 . 百度学术
5. 王小恒，李裕，张芳，赵晋，董开忠. 气候变暖与干旱复合胁迫对小麦幼苗亚细胞铜、锰动态积累和分布的影响. 应用与环境生物学报. 2022(05): 1239-1246 . 百度学术
6. 王云英，裴薇薇，辛莹，郭小伟，杜岩功. 放牧对中国北方草地生态系统水分利用效率的影响. 草原与草坪. 2021(04): 49-55 . 百度学术
7. 郝莎莎，吴燕，秦偲，王亚晶，侯智霞，苏淑钗. 2种内生细菌对文冠果幼苗矿质元素吸收的影响. 生态学杂志. 2020(01): 146-154 . 百度学术
8. 王文杰，刘玉秀，张正茂，姜宗昊. 灌水对黑小麦产量和籽粒微量元素含量的影响. 西北农业学报. 2020(10): 1510-1519 . 百度学术
9. 姜寒冰，张玉翠，任晓东，要家威，沈彦俊. 作物水分利用效率研究方法及尺度传递研究进展. 中国生态农业学报(中英文). 2019(01): 50-59 . 本站查看
10. 郭建茂，高云峰，李淑婷，白玛仁增，王阳阳，张一甲，刘荣花. 基于多角度高光谱遥感的冬小麦叶片含水率估算模型. 安徽农业大学学报. 2019(01): 124-132 . 百度学术
11. 张万恒，张恒嘉，李福强，王泽义，高佳，巴玉春. 不同生育期调亏滴灌对绿洲马铃薯产量、品质及水分利用效率的影响. 华北农学报. 2019(05): 145-152 . 百度学术
其他类型引用(16)
计量
- 文章访问数: 1199
- HTML全文浏览量: 142
- PDF下载量: 967
- 被引次数: 27
