邱悦，徐婷，魏波，李春艳，李诚

(石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业国家重点实验室培育基地，新疆 石河子 832003)

小麦是人类的主要粮食作物之一。磷素是小麦生长过程中必需的营养元素，是影响小麦产量和品质的重要因素。磷矿是一种稀缺资源，世界的磷储量将在今后50～100年内耗竭。在小麦生产中追求产量、过量施磷现象普遍，且磷肥的当季利用率很低，因此，过量施磷对环境、资源和经济造成很大的压力。合理施用磷肥，既能促进作物增产，也可防止磷矿的过度开发、节约磷的施用，对环境的可持续发展以及作物的生长意义重大。

缺磷会影响植物细胞的生长和分裂，减慢作物叶片的生长和延伸，从而缩小作物的体积[1]。有关小麦的研究表明，适当的磷素水平可以提高小麦的叶面积，提高叶片的光合速率，促进营养生长和生殖生长[2]，增强干旱区冬小麦的抗逆能力并提高产量[3]；
过量施磷不但会降低小麦叶片光合速率和叶绿素含量，使光合产物的积累减少从而不利于提高产量[4]，还会影响环境[5]。小麦旗叶是重要的功能叶，对小麦籽粒产量有决定性作用。研究表明旗叶叶绿素含量随着施磷水平的增加而相应升高[6]，磷肥的施用对小麦旗叶的叶绿素a、b和碳水化合物代谢均有重要影响[7]。此外，小麦穗部的绿色器官(包括麦芒和颖壳)也是重要的光合器官，其同化产物直接运往所着生的籽粒，对籽粒充实起重要作用[8-9]。核酸是生物体重要的组成部分和生命的主要物质基础，核酸含量的高低是决定其保持生长能力的必要条件[10]。小麦籽粒灌浆过程中，旗叶和穗部的叶绿素含量以及DNA含量对籽粒产量和品质形成有关键作用[11-12]；
适当磷素水平可增加小麦旗叶和籽粒中的DNA含量[13]，高的核酸水平可以为淀粉和蛋白合成相关基因表达量提供物质基础，可以为小麦的正常生长发育提供良好的条件[14]。

目前，关于磷肥施用水平对小麦叶绿素含量影响的研究较多，但从灌浆期小麦旗叶、穗部、籽粒叶绿素含量和核酸含量变化的角度研究磷肥与粒重的关系的研究较少，因此，本研究以2个冬小麦为参试材料，设置3种施磷水平，分别模拟小麦生产中不施磷、常规施磷和过量施磷，研究小麦籽粒灌浆期旗叶、穗部和籽粒的叶绿素以及DNA含量，从而为小麦的高产、优质和磷素的高效利用提供理论基础，并对阐明施磷水平和粒重间、灌浆速率的关系以及磷肥在冬小麦上的精准施用提供科学依据。

1.1 试验材料

参试品种为新疆冬小麦主栽品种新冬20号和新冬23号。

1.2 试验设计

试验材料于2018年10月至2019年6月在石河子大学农学院试验站进行大田种植，该地块前茬作物为向日葵，土质为灰漠土，0～20 cm土层内含碱解氮63 mg/kg、速效磷15 mg/kg、速效钾208 mg/kg。播种时按75 kg/hm2施加尿素，灌溉方式为滴灌，冬前浇水3次，返青至成熟期每隔10～12 d浇水1次，共浇6次。在拔节期、抽穗期和扬花期分别按45、75和120 kg/hm2将尿素随水施入。

试验为随机区组设计，每个处理3个重复，小区面积为2.4 m×3 m，小区之间隔离带宽度为50 cm。按照生产100 kg小麦籽粒大约需磷素营养1～1.5 kg，设置不同的3个磷素供应水平，施磷量(以P2O5计)分别为0、105、210 kg/hm2，分别用P0(不施磷)CP(常规施磷)和HP(过量施磷)表示，以模拟农业生产上不施磷、传统施磷和过量施磷三种施肥方式。所用肥料为重过磷酸钙，施肥方式为条施，在播种后160 d(大约5%的植株已返青)施入。第1次取样与磷肥施入时间间隔为41 d。

1.3 采集样品

于小麦开花后，选择开花生长一致的主茎秆，用不同颜色毛线标记，于开花后7、14、21、28、35 d分别取样。分别摘取每个时期穗部20个，旗叶10片，将其中10个穗中部的籽粒剥出，用锡箔纸包裹放置液氮中，速冻5 min，再放入-80 ℃超低温冰箱中保存备用。

1.4 测定项目和方法

(1)SPAD值测定。从孕穗期开始测定旗叶SPAD值，在小麦旗叶的三个不同部位进行测定，取平均值，每个处理测定10片旗叶。开花后每隔7 d测定一次，直至35 d，具体参照Yue等的方法[15]。

(2)叶绿素含量的测定。取不同时期的小麦旗叶和穗部，去掉每片叶粗大的叶脉，剪成碎片。分别称取0.2 g，用95%乙醇，通过研磨法和浸泡法提取叶绿素，以95%乙醇提取的样品作为对照。于波长649 nm、665 nm的分光光度计中分别测定其吸光度值。然后计算叶绿素浓度，再换算成鲜重的叶绿素含量(mg/g)，具体参照Mamrutha等的方法[16]。

(3)DNA含量的测定参照文献[17]中方法。

(4)小麦籽粒重的测定采用烘干称重法。

1.5 数据的统计分析

试验数据采用SPSS 19.0、Excel进行方差分析、相关性分析及做图，多重比较采用Duncan法，显著水平为0.05。

2.1 不同磷素水平对灌浆期小麦旗叶SPAD值的影响

从图1看出：3个磷素水平处理下，2个小麦品种花后7～21 d的SPAD值变化不大，花后21～28 d逐渐下降；
花后14～21 d新冬20号小麦CP处理的SPAD值均显著高于P0和HP处理，花后28 d 3个处理下SPAD值差异不显著(图1a)。3个处理下花后21～28 d新冬20号的旗叶SPAD值下降率分别为14.37%、25.12%和19.34%，新冬23号三个处理下SPAD值同样呈现下降趋势，且P0处理下SPAD值在花后7～28 d均显著低于HP和CP处理(图1b)；
3个处理下花后21～28 d，新冬23号下旗叶SPAD下降率分别为15.68%、16.84%和25.31%。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图1 不同磷素水平对小麦旗叶SPAD值的影响

2.2 不同磷素水平对灌浆期小麦旗叶叶绿素含量的影响

从图2看出：3个处理下小麦品种新冬20号和新冬23号花后7～35 d旗叶叶绿素含量逐渐下降；
2个品种花后7～35 d均为CP处理的叶绿素含量显著高于HP和P0处理，HP处理的旗叶叶绿素含量显著高于P0处理；
籽粒灌浆末期(花后28～35 d)，新冬20号3个处理的旗叶叶绿素含量下降百分率分别为46.36%、44.78%和55.69%(图2a)，新冬23号的分别为44.09%、32.25%和59.80%(图2b)。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图2 不同磷素水平对小麦旗叶叶绿素含量的影响

2.3 不同磷素水平对灌浆期小麦穗部叶绿素含量的影响

从图3可知：3个处理下与旗叶叶绿素变化趋势相同，2个品种新冬20和新冬23小麦在花后7～35 d穗部叶绿素含量呈逐渐下降趋势，其中CP处理下含量最高，显著高于HP和P0处理，HP处理的叶绿素含量显著高于P0；
花后28～35 d穗部叶绿素含量下降最快，新冬20号HP、CP和P0的下降百分率分别为42.74%、46.26%和51.28%(图3a)，新冬23号分别为52.31%、50.44%和60.02%(图3b)。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图3 不同磷素水平对小麦穗部叶绿素含量的影响

2.4 不同磷素水平对各个时期小麦旗叶DNA含量变化的影响

从图4可知：灌浆期小麦旗叶DNA含量变化趋势和叶绿素含量变化趋势基本一致。3个处理下新冬20号和新冬23号小麦花后7～35 d旗叶DNA含量均逐渐下降，其中花后7～21 d下降缓慢，花后21～35 d随着籽粒逐渐成熟下降速度加快；
花后28～35 d下降趋势最为明显，新冬20号下降百分率分别为41.34%、39.87%和41.34%，新冬23号分别为44.82%、41.26%和46.94%。除花后21 d外，新冬20号HP和CP处理的旗叶DNA含量差异不显著，但整个生育期(花后7～35 d)CP处理下旗叶DNA含量显著高于P0(图4a)，而新冬23号花后14～35 d旗叶DNA含量均为CP处理显著高于P0(图4b)。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图4 不同磷素水平对小麦旗叶DNA含量的影响

2.5 不同磷素水平对灌浆期小麦穗部DNA含量变化的影响

从图5可知：3个处理下2个小麦品种新冬20和新冬23的穗部DNA含量均呈先升高后降低的趋势，均在花后21 d达到峰值；
花后21～28 d穗部DNA含量快速下降，新冬20号下降百分率分别为54.75%、50.97%和58.54%，新冬23号下降百分率分别为51.83%、47.08%和59.64%。新冬20号小麦穗部DNA含量在花后7～28 d均为CP处理显著高于HP和P0，HP处理显著高于P0，花后35 d时HP和P0差异不显著(图5a)；
新冬23号穗部DNA含量花后14～28 d均为CP处理显著高于HP和P0，HP显著高于P0处理，而花后7 d HP和CP差异不显著，花后35 d HP和P0差异也不显著(图5b)。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图5 不同磷素水平对小麦穗部DNA含量的影响

2.6 不同磷素水平对灌浆期小麦籽粒DNA含量的影响

从图6可知：灌浆期小麦籽粒DNA含量变化趋势和穗部DNA含量变化趋势一致。3个处理下2个小麦品种籽粒DNA含量均呈先升高后降低的趋势，均在花后21 d达到峰值，之后快速下降，其中，花后21～28 d下降最快，新冬20号下降百分率分别为44.84%、46.53%和50.58%，新冬23号下降百分率分别为44.41%、42.12%和46.37%。3个处理间2个小麦品种花后14～35 d均为CP处理的籽粒DNA含量显著高于HP和P0处理(图6)，籽粒灌浆后期(花后28～35 d)新冬20号HP和P0处理下籽粒DNA含量差异不显著(图6a)，而新冬23号籽粒灌浆初期(花后7 d)HP和CP处理籽粒DNA含量差异不显著(图6b)。

图中数据为3次重复的平均值±标准误，不同字母代表5%水平下差异显著。图6 不同磷素水平对小麦籽粒DNA含量的影响

2.7 不同品种和磷处理对小麦旗叶及穗部叶绿素和DNA含量的影响

以不同时期相关性状的平均值做方差分析，结果(表1)表明：

表1 品种和磷素处理对小麦相关生理性状的影响

2个小麦品种和3种磷素处理对旗叶SPAD值有显著影响；
2个品种间以新冬23号CP处理的旗叶SPAD值最高，但与新冬23号的HP和新冬20号的HP和CP差异不显著。

不同小麦品种和不同磷素处理对小麦旗叶叶绿素含量、穗部叶绿素含量、旗叶DNA含量、穗部DNA和籽粒DNA含量有明显影响。同一品种内比较，除旗叶SPAD值外，所测指标均为CP处理显著高于HP和P0，HP处理显著高于P0。2个品种间比较，旗叶叶绿素含量以新冬23号CP处理最高；
穗部叶绿素含量、旗叶DNA含量、穗部DNA含量和籽粒DNA含量均以新冬20号CP处理最高。

综上可知：品种、磷处理及其两因素互作效应均对小麦旗叶SPAD值、旗叶叶绿素含量和穗部叶绿素含量存在显著或极显著影响；
品种和磷处理对小麦旗叶DNA含量存在极显著影响，互作效应对旗叶DNA含量影响不显著；
磷处理对小麦穗部DNA含量和籽粒DNA含量存在极显著影响，品种和品种与磷处理互作效应对小麦穗部DNA含量和籽粒DNA含量影响不显著。

2.8 不同磷处理下小麦旗叶及穗部叶绿素和DNA含量与粒重的关系

通过分析不同磷素供应下新冬20号和新冬23号小麦的籽粒灌浆速率特征参数(表2)可知：籽粒最大积累速率出现在花后13.6 d～15.8 d，但是新冬23号早于新冬20号2 d左右。花后14 d新冬23号粒重明显高于新冬20号，成熟期新冬20号粒重明显高于新冬23号。

表2 不同磷素处理下小麦籽粒灌浆速率特征参数

由于籽粒最大积累速率出现在花后13.6 d～15.8 d，取花后14 d和成熟期单粒重与本研究所测指标进行相关分析，结果如表3所示，由表3可以看出：2个小麦品种新冬20号和新冬23号在3种磷处理下单粒重与旗叶叶绿素含量、穗部叶绿素含量均呈显著或极显著正相关。新冬20号小麦单粒重与P0处理下旗叶叶绿素含量的相关性最大，相关系数为0.997；
新冬23号小麦单粒重与CP处理下穗部绿素含量的相关性最大，相关系数为0.996。

表3 不同磷素处理下小麦旗叶、穗部叶绿素含量与单粒重的相关性分析

(1)磷素是小麦生长发育过程中必需的三大元素之一，增施磷肥可使小麦叶片中光合产物积累增加，为植株提供光合同化产物[2]。小麦旗叶对产量形成贡献最大的原因是由其特殊结构所致，即分细胞和多环细胞的比例升高，使得在有限的叶肉体积内大大增加细胞内表面面积，从而增加了光合面积，提高了光合速率[18]。因此，适宜的磷素供给将给予旗叶细胞分裂最适的环境，最大限度地维持旗叶细胞核酸的完整性，维持旗叶的功能期，并且在小麦生育后期采取有效的“养根护叶”措施，延长旗叶的功能期，对提高产量无疑是重要的[18]。除旗叶外，小麦穗部的绿色器官(包括麦芒和颖壳)也是重要的光合器官，对粒重有一定贡献率[19]。本研究结果表明2个小麦品种旗叶SPAD值、旗叶和穗部叶绿素含量随着施磷量的增加而增加，均在CP处理下最高，表明CP施磷水平有利于提高小麦叶绿素含量。然而，在个别取样时期，HP和P0处理之间(或HP和CP之间)旗叶/穗DNA含量差异不显著，可能和试验材料的倍性有关。在植物的生长发育过程中细胞分裂是一个动态的过程，植物激素和可利用性营养作为一种信号，对启动细胞周期及调节细胞周期进程起着重要作用[20]，有研究证明磷酸盐胁迫会对细胞周期产生影响，影响细胞的内多倍性进程，进而影响核酸含量[21]。因此，本研究表明供磷水平的不同会对小麦的生长发育产生系统性的影响。

(2)核酸含量的高低是决定生物体生长能力的必要条件[10]。本研究结果表明在旗叶、穗部和籽粒DNA含量的快速下降期，施磷处理(HP和CP)的下降百分率均小于不施磷(P0)，而CP处理的下降速率低于HP处理(花后21～28 d新冬20号籽粒DNA含量除外)，说明常规施磷可以减缓旗叶和籽粒中DNA含量下降的速度，有利于小麦的生长发育和籽粒核酸物质的积累，这与曾维军等的研究结果一致[22]，表明适宜的磷素供给是籽粒通过合成蛋白质增加粒重的重要途径。

小麦籽粒发育进程也是胚乳细胞程序性死亡的过程[23]。籽粒发育后期CP处理下籽粒DNA含量显著高于其他处理，说明CP处理可能会在一定程度上延缓胚乳PCD进程，进而延长籽粒灌浆期和增加粒重。此外，本课题组前期研究表明，CP处理下胚乳边缘酶基因表达量较高，说明胚乳外缘的分生组织细胞仍保持着较旺盛的代谢活性，此部位淀粉合成关键酶基因的转录水平更高[24]，对籽粒发育后期粒重增加有一定的积极作用。

(3)本研究结果表明2个小麦品种在不同磷处理下粒重最大积累速率出现的时间均在花后14 d左右，说明花后14 d左右是籽粒灌浆最旺盛阶段，这与胡阳阳等[25]研究结果一致。在旺盛生长阶段，与其他处理相比，CP处理保持最高的旗叶叶绿素和DNA含量以及穗部叶绿素和籽粒DNA含量，说明适宜的磷肥供应为粒重提供了物质保障。但是粒重最大积累速率出现的时间新冬23号早于新冬20号2 d左右，此时新冬23号粒重明显高于新冬20号，而成熟期新冬20号粒重明显高于新冬23号，特别是籽粒灌浆后期伴随着干热风的胁迫，表明新冬20号小麦籽粒的有效积累和抗逆性优于新冬23号。CP和HP处理下籽粒灌浆后期新冬20号旗叶和穗部叶绿素含量显著高于P0，同时本研究中相关分析表明粒重与旗叶叶绿素含量、穗部叶绿素含量均呈显著或极显著正相关，这也证明施磷对灌浆后期小麦植株的持绿性以及对粒重的贡献。

(1)2个小麦品种的旗叶SPAD值、旗叶和穗部的叶绿素含量均随着施磷量的增加而增加，其中常规施磷有利于提高小麦叶绿素含量和灌浆后期小麦植株的持绿性。

(2)常规施磷可以减缓旗叶和籽粒中DNA含量下降的速度，有利于小麦的生长发育和籽粒核酸物质的积累，且可能会在一定程度上延缓胚乳PCD进程，从而使籽粒灌浆期延长和小麦粒重增加。

(3)2个小麦品种在不同磷处理下，粒重最大积累速率出现的时间均在花后14 d左右，且新冬20号小麦籽粒的有效积累和抗逆性优于新冬23号。

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