郝伯为，赵玉娟
（内蒙古乌兰察布职业学院，内蒙古 乌兰察布 ０１２０００）
摘要：通过盆栽试验，探讨返青期人工断根处理对土壤水分亏缺状态下冬小麦光合特性及产量的影响，拔节期与花期对各处理冬小麦旗叶进行叶绿素荧光诱导动力学参数测定及收获期产量测定，并进行数据统计分析。结果表明，在土壤水分亏缺状态下，与对照相比，单侧断根处理明显提高了ＰＳⅡ实际光化学量子产量、光电子传递速率与光化学淬灭系数，使冬小麦总体光合活性增强，促进了能量向地上部的运转，同化物合成增加，因而有利于子粒灌浆和粒重提高，增加了冬小麦产量。而双侧断根处理冬小麦因其根系受抑制程度大，根系补偿作用不足以弥补地上部分的消耗，导致其产量降低。因此可见，返青期单侧断根处理是干旱环境下冬小麦获得高产的有效措施。
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关键词 ：断根；冬小麦；光合特性；产量
中图分类号：Ｓ５１２．１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０４－０７９５－０３
ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０４．００７
收稿日期：２０１４－１２－１６
作者简介：郝伯为（１９７６－），男，河北遵化人，讲师，硕士，主要从事植物生理与栽培研究，（电话）１５８４９４０４０３６（电子信箱）ｚｙｊｈｂｗ＠１２６．ｃｏｍ；
通信作者，赵玉娟（１９７８－），女，新疆伊犁人，讲师，硕士，主要从事农业生态与蔬菜栽培研究。
叶绿素荧光分析技术是一种以光合作用理论为依托，利用体内叶绿素作为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种外界因子对其细微影响的新型植物活体测定和诊断技术，在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面具有独特的作用，与“表观性”的气体交换指标相比，叶绿素荧光参数更具有反映“内在性”的特点。在农业生产实践中，对作物根系进行人为的伤害，能够改善作物生长状况，调节作物对有限土壤水分的利用效率，提高作物产量。自２０世纪６０年代初，就开始了这方面的研究［１－３］。本研究通过盆栽试验，运用叶绿素荧光分析技术检验在土壤水分亏缺的状态下，返青期人工断根处理对冬小麦光合特性及产量的影响，以期为旱地节水农业的持续发展提供理论及实践依据。
１ 材料与方法
１．１ 供试材料与试验设计
２０１２年１０月至２０１３年６月，试验于中国科学院水利部水土保持研究所防雨棚内进行。供试小麦品种为长武１３５，盆直径２８ ｃｍ，高３０ ｃｍ。供试土壤为耕层土，其田间最大持水量为２８．１％，取自西安市杨凌区付家庄附近农田，土壤全氮０．６２ ｇ／ｋｇ，全磷１．４５ ｇ／ｋｇ，有机质１．４７ ｇ／ｋｇ，速效氮５４．６０ ｍｇ／ｋｇ，速效磷８．９０ ｍｇ／ｋｇ。将土壤风干碾碎并过筛，每盆装土１０．０ ｋｇ，播种前施氮（尿素）０．３６ ｇ／（ｋｇ·干土），施磷 （过磷酸钙） １．５９ ｇ／（ｋｇ·干土），一次性均匀拌入盆土中。２０１２年１０月１５日播种，于三叶期定苗，每盆留基本苗１６株，完全随机排列。于播后２０１３年春季返青期（３月７日）进行断根处理，用长２５ ｃｍ特制弧形带刻度单面刀进行，分单侧断根（Ａ１）与双侧断根（Ａ２）两种，未断根（CK）为对照，共３个处理，每处理设１０次重复。单侧断根为单面刀在距小麦主茎一侧２ ｃｍ处垂直切下，深度为１０ ｃｍ，去掉部分侧生根，双侧断根为单面刀在距小麦主茎两侧２ ｃｍ处垂直切下，深度为１０ ｃｍ。设置土壤水分为低水分状态（Ｌ），即土壤水分含量为田间持水量的５０％，从去根后开始控水，采用称重法控制土壤水分含量。开花期、成熟期每处理各取样５盆，测定穗数、穗粒重、产量并计算收获指数（子粒产量／地上部总生物量）。
１．２ 测定方法
于拔节期和开花期晴朗日的９：００～１１：００按３次重复随机选取各处理小麦经暗适应３０ ｍｉｎ后，利用叶绿素荧光成像系统和荧光图像分析软件，测定小麦完全展开叶（功能叶）叶绿素荧光诱导动力学参数［４-6］。
ＰＳⅡ实际光化学量子产量Ｙｉｅｌｄ＝（Ｆｍ′－Ｆ）／Ｆｍ′
光化学淬灭ｑＰ＝（Ｆｍ′－Ｆｍ）／（Ｆｍ′－Ｆ０′）
表观光合电子传递速率ＥＴＲ＝△Ｆ／Ｆｍ′×ＰＦＤ×０．５０×０．８４
上述公式中，Ｆｍ′为作用光打开时的最大荧光产量；Ｆ为任意时间实际荧光产量；Ｆｍ为最大荧光产量；Ｆ０′为作用光关闭时的原初荧光产量；△Ｆ=Ｆｍ′-Ｆ；PFD为光子通量密度。
１．３ 数据分析
运用Ｅｘｃｅｌ软件和ＤＰＳ统计软件对试验数据进行作图与显著性检验。
２ 结果与分析
２．１ 断根对冬小麦Ｙｉｅｌｄ与ＥＴＲ的影响
由图１可知，土壤水分亏缺状态下，拔节期Ａ１处理产量最低，CK处理产量最高，且两者间差异达显著水平（Ｐ＜０．０５），而开花期Ａ１处理显著高于CK处理，Ａ２处理略高于CK处理；两个生育期比较结果为，开花期Ａ１处理Ｙｉｅｌｄ值明显高于拔节期，CK处理明显低于拔节期，Ａ２处理两者无差异。各处理ＥＴＲ的变化同Ｙｉｅｌｄ（图２）。Ｙｉｅｌｄ为ＰＳⅡ实际光化学量子产量，代表ＰＳⅡ反应中心在部分关闭的情况下实际原初光能捕获效率，ＥＴＲ表示ＰＳⅡ中心光电子传递速率。上述分析表明，在土壤水分亏缺情况下，未断根小麦受干旱胁迫影响，开花期较拔节期Ｙｉｅｌｄ和ＥＴＲ均明显降低，断根小麦在干旱和伤害的胁迫下，Ｙｉｅｌｄ和ＥＴＲ提高，有助于光合作用的进行。单侧断根处理提升幅度最大，而双侧断根处理变化不明显，说明土壤水分胁迫对双侧断根处理影响较小，而对单侧断根处理和不断根影响较大，但影响向相反的方向进行。
2．２ 断根对冬小麦ｑＰ的影响
光化学淬灭系数ｑＰ反映了ＰＳⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额以及ＰＳⅡ反应中心的开放程度。由图３可知，在土壤水分亏缺状态下，拔节期ｑＰ值Ａ１处理明显低于Ａ２和CK处理，而开花期Ａ１处理明显高于Ａ２和CK处理。两生育期比较，Ａ１处理ｑＰ增幅最大，CK处理明显降低，Ａ２处理基本无变化。上述分析表明，在土壤水分亏缺状态下，断根加大了小麦ＰＳⅡ反应中心开放程度，能将捕获的光能更有效地用于光合作用，而单侧断根处理较双侧断根能更多地将光能用于光化学反应。
2．３ 断根对冬小麦穗数、穗粒重、产量与收获指数的影响
由表１可知，土壤水分亏缺状态下，CK和Ａ１处理的穗数均显著高于Ａ２，CK处理与Ａ１处理间差异不显著。Ａ１处理的穗粒重和收获指数均显著高于CK和Ａ２处理，CK处理与Ａ２处理差异不显著。Ａ１、CK及Ａ２处理产量依次降低，且差异显著（P<0.05），结果表明，在土壤水分亏缺时，单侧断根可以显著提高冬小麦的产量，而双侧断根对冬小麦伤害较大，根系补偿作用相对较小，因此其产量显著降低。
3 讨论
断根是作物节水增产研究的一项栽培管理措施，为我国农民行之已久且具有极其丰富经验的中耕即断根栽培管理的代表。断根对作物地上部、地下部生长状况及产量的影响与断根时间和程度直接相关，适时适度的断根能够改善光合特性，提高叶片的光合速率，具有抗干旱、防倒伏、合理分配利用灌溉用水、提高水分利用效率、提高作物产量的作用［２，４］。
本研究通过叶绿素荧光技术探讨了返青期不同断根程度对冬小麦荧光特性及产量的影响。结果表明，在长时间的土壤水分亏缺状态下，单侧断根处理较对照可提高ＰＳⅡ实际光化学量子产量、光电子传递速率与光化学淬灭系数。而双侧断根的冬小麦其光化学淬灭系数始终保持在较高水平，说明双侧断根使小麦吸收的总光能有所增加，是小麦对严重根损伤自我修复的结果。产量分析表明，在干旱状况下，单侧断根处理使冬小麦总体光合活性增强，促进了能量向地上部运转，同化物合成增加，因而有利于子粒灌浆和粒重提高，增加了产量。而双侧断根冬小麦虽解决了根系生长冗余的问题，但因其根系受抑制程度大，花后根系衰老快［４］，其根系补偿作用不足以弥补地上部的消耗，导致其成穗太少，产量降低。综上所述可知，返青期单侧断根（小断根）处理是干旱环境下冬小麦获得高产的有效措施。
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参考文献：
［１］ 余松烈，亓新华，刘希运．冬小麦深耘断根增产作用的研究［Ｊ］．中国农业科学，１９８５（４）：３０－３５．
［２］ 余松烈，亓新华，金留福．冬小麦返青期中耕对植株的抑制和促进作用的研究［Ｊ］．作物学报，１９６５，４（２）：１２７－１３４．
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［４］ 董桂菊，刘文兆．春小麦伤根节水增产效应的试验研究［Ｊ］．干旱地区农业研究，２００２，２０（４）：２６－２９．
［５］ 柴世伟，刘文兆，李秧秧．伤根对玉米光合作用和水分利用效率的影响［Ｊ］．应用生态学报，２００２，１３（１２）：１７１６－１７１８．
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（责任编辑 韩 雪）