魚冰星, 王宏富, 王振華, 張鵬, 成鍇,余愛麗, 閆海麗, 魚冰潔

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所, 山西 長(zhǎng)治 046011; 3.山西省長(zhǎng)治市潞州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 山西 長(zhǎng)治 046011)

隨著功能農(nóng)業(yè)的興起與發(fā)展，小雜糧越來(lái)越受到大眾的關(guān)注。小雜糧中以谷子為首，谷子不僅播種面積大、高產(chǎn)，而且以營(yíng)養(yǎng)豐富、品質(zhì)優(yōu)良著稱[1]。谷子作為傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)糧食作物，不僅播種密度大，而且具有抗旱、耐瘠、水利用率高、地方適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)中占據(jù)舉足輕重的地位，作為創(chuàng)新和發(fā)展我國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)“持續(xù)農(nóng)業(yè)”的支柱作物，其需求量每年趨于上升[2-3]。除卻種子的選擇外，谷子播種密度同樣是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。伴隨著種植規(guī)模擴(kuò)大、種植密度增加，谷子生長(zhǎng)過程中很容易出現(xiàn)莖生長(zhǎng)緩慢、脆弱等問題，易造成倒伏，危害植物種群。結(jié)構(gòu)上，葉葉之間相互避光遮陰，造成葉片光合速率下降[5-6]；如若發(fā)生倒伏，植株內(nèi)部運(yùn)輸組織將受到嚴(yán)重破壞，抑制有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的運(yùn)輸，干物質(zhì)積累漸減，籽粒發(fā)育異常，大大降低了結(jié)實(shí)率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大量減產(chǎn)[7]。因此，有效提高谷子莖稈強(qiáng)度、防止谷子后期發(fā)生倒伏，是在選擇高質(zhì)量種子、增加種植密度前提下亟待解決的重要課題。

多效唑是內(nèi)源赤霉素合成的植物生長(zhǎng)延緩劑[8]，可以延緩植株生殖生長(zhǎng)、縮短莖節(jié)，并對(duì)植株葉片中葉綠素有所影響，同時(shí)可提升其抗逆性能，提高作物的穗重、千粒重，使作物增產(chǎn)[9-10]。聶萌恩[11]通過葉面噴施多效唑研究發(fā)現(xiàn)，施用多效唑可明顯提高谷子葉片的葉綠素含量，提高作物光合效率；史關(guān)燕等[12]在不同時(shí)期噴施多效唑研究其對(duì)谷子性狀及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，多效唑能顯著抑制莖稈徒長(zhǎng)，使節(jié)間縮短、降低株高，考種發(fā)現(xiàn)谷子穗粗、穗重、穗粒重增加，并提高了產(chǎn)量。由于多效唑的施用效果受噴施時(shí)期、濃度、農(nóng)作物種類及其他因素的影響,其施用效果的報(bào)道并不一致；其次多效唑針對(duì)抗倒伏的研究多集中在植物莖稈性狀研究，而對(duì)穗頸部位的抗倒性研究還不多。本研究通過在谷子拔節(jié)期前、拔節(jié)期和孕穗期葉面噴施多效唑，研究多效唑?qū)茸忧o稈形態(tài)及穗頸性狀的抗倒性影響，旨在為谷子栽培與耕作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試藥劑為四川國(guó)光農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)的15%多效唑粉劑。供試谷子品種為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子課題組提供的常規(guī)品種農(nóng)大8號(hào)和雜交品種張雜10號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017—2018年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)申奉村試驗(yàn)大田開展試驗(yàn)。大田處于山西晉中盆地東北部，氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶裕艿貏?shì)地形、自然環(huán)境的影響，當(dāng)?shù)啬杲邓考s為448.5 mm[13]。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，處理小區(qū)面積為16 m2(4 m×4 m)，試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別在拔節(jié)期前(A1)、拔節(jié)期(A2)以及孕穗期(A3)噴施多效唑(300 mg·L-1，前期預(yù)試驗(yàn)篩選的最適濃度)，以清水為對(duì)照(CK)，每個(gè)處理3次重復(fù)。為防止在噴施過程中霧液飛移影響其他小區(qū)，可鋪用塑料布相隔離，大田按常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1形態(tài)指標(biāo)及莖稈機(jī)械強(qiáng)度 株高(plant height，PH)：每小區(qū)均勻選定10株谷子，用卷尺測(cè)量從莖基部到頂端最長(zhǎng)尖端的長(zhǎng)度。莖粗：每小區(qū)均勻選定10株谷子，在基部1～3個(gè)節(jié)點(diǎn)(分別用N1、N2、N3表示)之間用游標(biāo)卡尺測(cè)量谷子主莖的直徑。葉面積：使用CI-203型手持式激光葉面積儀(美國(guó)CID公司)測(cè)量谷子旗葉面積。待谷子齊穗后30 d，測(cè)定其莖稈基部1～4節(jié)(分別用N1、N2、N3、N4表示)的節(jié)長(zhǎng)、節(jié)間長(zhǎng)、短軸直徑、節(jié)干重。重心高度(height of gravitational center，HGC)：將谷子主莖的地上部分放在垂直于地面的支撐桿上，左右微慢調(diào)整谷子莖稈，找一個(gè)支點(diǎn)平衡谷子莖的兩邊，用卷尺測(cè)量從主莖底部到平衡點(diǎn)的長(zhǎng)度，得到重心高度。

抗折力(N)：使用FGJ-10測(cè)力計(jì)(日本SHIMPO公司)測(cè)量基部1～4節(jié)間的抗折力。

彎曲力矩(cm·g)=主莖基部至穗頂部的長(zhǎng)度(cm)×主莖基部至穗頂部的鮮重(g)

(1)

倒伏指數(shù)(cm·g·N-1)=彎曲力矩(cm·g)/抗折力(N)×100

(2)

1.3.2穗頸指標(biāo) 在灌漿期，每小區(qū)均勻選定10株谷子，使用卷尺測(cè)量谷子穗頸長(zhǎng)度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量穗頸直徑。于室內(nèi)稱量谷子穗頸的鮮重，然后將其放入烘箱內(nèi)，調(diào)至105 ℃并殺青30 min，再在80 ℃溫度下持續(xù)干燥至恒量，稱量谷子穗頸干重，計(jì)算其水分含量。將穗頸同穗放置在垂直于地面的支撐桿上，調(diào)整以平衡穗頸的兩側(cè)，并用卷尺測(cè)量從穗頸底部到平衡點(diǎn)的長(zhǎng)度，得到穗頸的重心高度。使用FGJ-10測(cè)力計(jì)測(cè)定穗頸抗折力。

穗頸彎曲力矩=穗頸下端到穗頂端的長(zhǎng)度×穗頸下端到穗頂端的鮮重

(3)

1.3.3產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo) 在成熟期，采用“三點(diǎn)取樣法”在每個(gè)小區(qū)內(nèi)取3個(gè)有代表性的單位平方米調(diào)查成穗數(shù)，結(jié)果取平均值。同時(shí)，每小區(qū)隨機(jī)選取10穗，進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗重、穗粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[14]，采用Duncan新復(fù)極差分法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 多效唑?qū)茸又旮叩挠绊?/h3>

由圖1可以看出，葉面噴施多效唑后，植株生長(zhǎng)速度減慢，表現(xiàn)為隨多效唑噴施時(shí)期的推移，株高降低幅度越小。隨施藥時(shí)期的推進(jìn)，農(nóng)大8號(hào)谷子株高分別比CK降低了3.87%、2.05%和1.22%，張雜10號(hào)株高分別比CK降低4.01%、2.32%和1.51%。這表明施用多效唑?qū)茸拥纳L(zhǎng)發(fā)育有影響，施藥越早，作用越明顯，株高越低，同時(shí)株高的降低對(duì)增強(qiáng)抗倒伏性具有重要作用。

注：同一品種不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters of the same variety indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 多效唑?qū)茸又旮叩挠绊慒ig.1 Effect of paclobutrazol on plant height of millet

2.2 多效唑?qū)茸忧o粗的影響

由表1可知，噴施多效唑?qū)茸忧o稈各節(jié)間的粗度有一定促進(jìn)作用。節(jié)間粗度隨施藥期的推移，增幅越小。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，節(jié)間粗度均呈N1>N2>N3的趨勢(shì)。與CK相比，A1處理下的農(nóng)大8號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大13.55%、13.04%和12.38%，A2處理下的農(nóng)大8號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大10.16%、8.69%和8.84%，A3處理下的農(nóng)大8號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大5.93%、6.95%和7.96%。與CK相比，A1處理下的張雜10號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大13.27%、7.69%和8.42%，A2處理下的張雜10號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大10.62%、4.81%和4.21%，A3處理下的張雜10號(hào)植株N1、N2和N3各節(jié)間粗度分別增大8.85%、2.88%和3.16%。說明施用多效唑可增加作物基部節(jié)間粗度，增強(qiáng)莖稈對(duì)地上部分的支持，莖強(qiáng)度提高，抗倒性也隨之增加。

表1 多效唑?qū)茸忧o粗的影響Table 1 Effect of paclobutrazol on stem diameter of millet

2.3 多效唑?qū)茸尤~面積的影響

由圖2可以看出，在谷子不同生育時(shí)期葉面噴施多效唑后，植株葉面積有明顯變化。隨施藥時(shí)期的推移，農(nóng)大8號(hào)葉面積分別比CK增大12.29%、7.25%和3.77%，張雜10號(hào)葉面積分別比CK增大12.81%、10.88%和10.38%。這說明多效唑處理下的谷子葉面積增長(zhǎng)較快，且噴施時(shí)期越早，作用越明顯。

注：同一品種不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters of the same variety indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 多效唑?qū)茸尤~面積的影響Fig.2 Effect of paclobutrazol on leaf area of millet

2.4 多效唑?qū)茸忧o稈節(jié)間長(zhǎng)、節(jié)間干重及重心高度/株高的影響

由表2可知，隨施藥期的推移，節(jié)間長(zhǎng)降低幅度越小。而各處理莖稈的節(jié)長(zhǎng)均呈N1

表2 多效唑?qū)茸忧o稈節(jié)間長(zhǎng)、節(jié)間干重及重心高度的影響Table 2 Effect of paclobutrazol on internode length, internode dry weight and HGC/PH of millet

2.5 多效唑?qū)茸痈鞴?jié)間長(zhǎng)、短軸直徑的影響

谷子莖稈是除根系之外對(duì)谷子倒伏具有決定性影響的另一重要性狀，不同節(jié)的粗細(xì)對(duì)子倒伏具有重要影響，莖稈越粗越抗倒伏，莖稈越細(xì)越容易倒伏。因此，谷子莖稈節(jié)粗是谷子育種重要目標(biāo)性狀，也是谷子高產(chǎn)栽培必需著力解決的問題。衡量谷子莖稈的粗細(xì)包括節(jié)長(zhǎng)軸直徑和節(jié)短軸直徑兩項(xiàng)重要指標(biāo)，反映了谷子生長(zhǎng)狀況和抗倒伏潛力。由表3可知，2個(gè)品種的谷子莖稈各節(jié)間長(zhǎng)軸直徑及短軸直徑均隨多效唑噴施時(shí)期的推移，增加幅度越小，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，節(jié)間的長(zhǎng)軸直徑及短軸直徑均呈N1>N2>N3>N4的趨勢(shì)。其中，A1處理時(shí)的谷子莖稈各節(jié)間長(zhǎng)軸直徑及短軸直徑增加幅度最大，與CK相比，農(nóng)大8號(hào)莖稈的N1、N2、N3和N4各節(jié)間長(zhǎng)軸直徑分別增加45.02%、40.16%、41.10%和39.19%，短軸直徑分別增加48.73%、45.23%、47.12%和42.21%；張雜10號(hào)莖稈的N1、N2、N3和N4各節(jié)間長(zhǎng)軸直徑分別增加45.10%、41.10%、43.01%和42.36%，短軸直徑分別增加55.18%、50.90%、51.34%和40.08%。

表3 多效唑?qū)茸痈鞴?jié)間長(zhǎng)、短軸直徑的影響Table 3 Effect of paclobutrazol on millet internode of long and short axis diameter

2.6 多效唑?qū)茸涌沟狗芰Φ挠绊?/h3>

由表4可知，谷子基部節(jié)間倒伏指數(shù)在不同處理下差異明顯，其中，A1處理下倒伏指數(shù)最小，CK處理下最大。隨施藥期的推移，各節(jié)間彎曲力矩和倒伏指數(shù)漸增，而抗折力漸減，抗倒伏性能逐漸減弱。同時(shí)節(jié)間抗折力和彎曲力矩均呈N1>N2>N3>N4的趨勢(shì)，因施藥時(shí)期的不同，節(jié)間的抗折力與彎曲力矩部分差異達(dá)顯著水平。與CK相比，農(nóng)大8號(hào)莖稈的N1、N2、N3和N4各節(jié)間彎曲力矩分別減小24.81%、25.10%、25.41%和23.87%，抗折力分別增加43.15%、35.15%、34.20%和32.12%，倒伏指數(shù)分別減少28.06%、29.16%、29.00%和28.71%；張雜10號(hào)莖稈的N1、N2、N3和N4各節(jié)間彎曲力矩分別減小32.41%、29.31%、25.73%和21.53%，抗折力分別增加28.87%、33.20%、35.49%和36.19%，倒伏指數(shù)分別減少29.87%、31.64%、32.03%和32.27%，說明噴施多效唑有利于谷子的抗倒伏。

表4 多效唑?qū)茸踊扛鞴?jié)間彎曲力矩、抗折力和倒伏指數(shù)的影響Table 4 Effect of paclobutrazol on bending moment, bending force and lodging index of millet

2.7 多效唑?qū)茸铀腩i參數(shù)的影響

由表5可知，各處理的穗頸參數(shù)中，多效唑?qū)r(nóng)大8號(hào)穗頸含水量、彎曲力矩有調(diào)控作用。其中，穗頸彎曲力矩表現(xiàn)在A1處理最小，比CK減少13.90%，而穗頸含水量則在A2處理下最低，比CK下降21.59%。多效唑?qū)堧s10號(hào)穗頸除彎曲力矩有影響外，其他指標(biāo)無(wú)顯著變化，其中，穗頸彎曲力矩表現(xiàn)在A1處理時(shí)達(dá)到最小，比CK減少16.42%。

表5 多效唑?qū)茸铀腩i參數(shù)的影響Table 5 Effect of paclobutrazol on panicle parameters of millet

2.8 多效唑?qū)茸赢a(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表6結(jié)果表明，噴施多效唑?qū)茸赢a(chǎn)量的增加有促進(jìn)作用，在不同時(shí)期處理下，2個(gè)品種的谷子產(chǎn)量隨噴施時(shí)期的推移呈先升高后降低的趨勢(shì)，在A2處理時(shí)達(dá)到最大，農(nóng)大8號(hào)產(chǎn)量比對(duì)照增加7.10%，張雜10號(hào)產(chǎn)量比對(duì)照增加8.29%。隨著施藥時(shí)期的推進(jìn)，谷子穗長(zhǎng)降低幅度越小，農(nóng)大8號(hào)各處理的穗長(zhǎng)分別比對(duì)照減少了14.62%、14.49%、12.00%，張雜10號(hào)各處理的穗長(zhǎng)分別比對(duì)照減少了10.05%、7.73%、4.41%。谷子穗重有明顯增加，在A2處理時(shí)達(dá)到最大，農(nóng)大8號(hào)和張雜10號(hào)分別比對(duì)照提高了9.44%和11.17%。從穗粒重上看，不同時(shí)期多效唑處理的谷子均有所提高，隨著施藥時(shí)期的推進(jìn)，谷子穗粒重先增大后減小，在A2處理下達(dá)最大值。其中，農(nóng)大8號(hào)穗粒重比對(duì)照提高了7.10%，張雜10號(hào)穗粒重比對(duì)照提高了8.29%。

表6 多效唑?qū)茸赢a(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 6 Effect of paclobutrazol on yield and yield components of millet

3 討論

植物抗倒伏性與莖的形態(tài)因素如株高、莖粗和節(jié)長(zhǎng)密切相關(guān)，是各因子相互作用的結(jié)果[15]。莖稈性狀決定了作物的抗倒伏性，是衡量其抗倒伏能力的綜合指數(shù)[16]。有研究表明，降低植株高度是提高植株抗倒伏能力的關(guān)鍵。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)，植物抗倒伏性與其株高無(wú)關(guān)，而與構(gòu)成株高的節(jié)間長(zhǎng)度有較為密切的關(guān)系[17-18]。本研究結(jié)果表明，不同時(shí)期施用多效唑，2個(gè)品種的植株生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，表現(xiàn)為施用期越早，對(duì)植株抑制作用越明顯，株高越低，莖稈重心高度與株高比值降低，莖粗增大，節(jié)間直徑隨之增大，而節(jié)間長(zhǎng)反之減少，均在A1處理時(shí)最好。節(jié)間干物質(zhì)重則在A2處理時(shí)達(dá)到最大，有效提高了莖稈充實(shí)度。對(duì)莖稈抗倒性而言，節(jié)間的彎矩和倒伏指數(shù)漸減，抗折力隨之增大，均為A1處理效果最佳，這與禤維言等[19]、張忠旭等[20]研究結(jié)果一致。禤維言等[19]的研究中指出，在早期葉面噴施多效唑可以顯著抑制甜高粱株高的生長(zhǎng)，縮短節(jié)長(zhǎng)；其還對(duì)作物各節(jié)間的增厚、減少倒伏指數(shù)并增強(qiáng)抗倒伏能力有一定的作用。

穗頸方面，多效唑?qū)r(nóng)大8號(hào)穗頸含水量、彎曲力矩有調(diào)控作用，對(duì)張雜10號(hào)穗頸除彎曲力矩有影響外，其他指標(biāo)無(wú)顯著變化。谷子穗頸的彎曲及折斷有時(shí)也會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致籽粒灌漿速率降低，易形成空殼和半秕粒，最終影響產(chǎn)量。本研究中施用多效唑可減少穗頸含水量，有效促進(jìn)了穗頸干物質(zhì)積累，這可能是由于多效唑有利于植株內(nèi)部新陳代謝加快，增進(jìn)同化物質(zhì)向生殖器官運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)了谷子光合產(chǎn)物的有效積累。

多效唑可使植株矮化，增強(qiáng)植物抗倒伏性，促進(jìn)分蘗并防止落花坐果，促進(jìn)植物葉片光合作用，增加植株抗逆性能，為后期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明，2品種谷子均在A2處理時(shí)增產(chǎn)顯著，谷子的穗重、穗粒重與其趨勢(shì)相一致，而穗長(zhǎng)則在A1處理時(shí)最小，這與聶萌恩[11]、史關(guān)燕等[12]的研究結(jié)論相同。史關(guān)燕等[12]研究指出，多效唑能顯著抑制莖稈伸長(zhǎng)，增強(qiáng)作物抗逆性能，增加谷子穗粗、穗重、穗粒重和產(chǎn)量。故可在谷子拔節(jié)期，將適量多效唑噴施于葉面上，以期獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。