硫肥对强筋小麦产量和品质的调控效应

【作者】 刘志连； 王红光； 李东晓； 房琴； 何建宁； 吕晓康； 李浩然； 李瑞奇；

【机构】 河北农业大学/华北作物改良与调控省部共建国家重点实验室； 石家庄市藁城区农业科学研究所；

【摘要】 【研究背景】全球耕作系统中土壤普遍缺硫,我国土壤缺硫的耕地分布也很广泛。硫肥投入不足,化肥施用结构不合理,也造成了土壤有效硫含量逐渐下降。硫营养亏缺已成为制约我国农业生产的重要因素。立足我国耕地土壤普遍缺硫的现状和强筋小麦产量持续提升和品质稳定的双重需求,探索硫肥调控强筋小麦增产提质的生理机制和技术效应对丰富小麦丰产保优栽培技术体系,保障我国口粮安全具有重要意义。【材料与方法】在强筋小麦优势产区的河北省石家庄市藁城区采用田间蛭石盆栽的施硫量(60 kg·hm-2,S60和30kg·hm-2,CK)比较试验研究硫对不同筋力小麦品种的增产提质效应差异和开花期施硫60kg·hm-2(S60-a)的增产提质调控机理;采用大田施硫时期(底施、拔节期追施、开花期追施)和施硫量(60kg·hm-2,S60和0,CK)二因素裂区试验,探索硫对强筋小麦藁优2018的产量和品质的调控效应差异;并在田间通过7个强筋品种验证了开花期施硫对强筋小麦增产提质效应的普适性。【结果与分析】(1)施硫能显著提高强筋小麦品种的成熟期干物质积累量和籽粒产量,平均增幅分别达到20.51%和39.82%;能显著提高蛋白质含量和湿面筋含量,平均增幅均达到5%以上。而对非强筋小麦品种的产量和品质调控效应不明显。(2)底施60 kg/hm~2(S60-b)和花期追施60 kg/hm~2(S60-a)均能显著提高藁优2018的千粒重,平均增幅分别为6.23%和7.04%。2个施硫处理显著提高了灌浆中后期叶面积指数、旗叶叶绿素相对含量和籽粒灌浆速率,以及花后29～35d旗叶可溶性糖含量,花后22和29d旗叶可溶性蛋白含量和花后8、15和29d的籽粒游离氨基酸含量。提高了花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率,平均单产分别增加9.20%和5.71%。(3)与不施硫(CK)相比,3种施硫处理的面团形成时间和稳定时间均得到显著提高,且S60-a效应最优,增幅分别达到75.06%和48.85%。S60-a处理的籽粒湿面筋含量、Zeleny沉降值、蛋白质含量和谷醇比增幅最大,分别为5.13%、5.05%、6.13%和10.84%。(4)施硫诱导了10 694个差异表达基因(DEGs),其中花后13 d(籽粒建成期)最多,为8 437个;鉴定出11个参与调控含硫氨基酸和淀粉合成的关键DEGs,97个MYB类转录因子,其中MYB118可能调节硫代葡萄糖苷(GLS)的合成;鉴定出谷胱甘肽、葡萄糖等542个差异表达代谢物(DEMs),其中花后13 d最多,共331个。S60-a增强了半胱氨酸和甲硫氨酸、谷胱甘肽代谢、淀粉和蔗糖代谢。(5)开花期施硫的增产提质效应对强筋小麦品种具有普适性。S60-a显著提高了全部7个供试强筋小麦品种的产量和千粒重,平均增幅分别为7.07%和4.41%;同时显著提高了供试品种的蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间和稳定时间,平均增幅分别为5.77%、5.44%、9.43%和16.89%。【结论】施硫对强筋小麦品种的增产提质调控效应达到显著水平,且具有普适性,而对非强筋品种效应不显著。花期追硫可以延缓强筋小麦叶片的衰老,提高千粒重;提高旗叶叶片可溶性蛋白、籽粒游离氨基酸含量和成熟期籽粒谷醇比,为蛋白质合成提供更多氮源;促进半胱氨酸、甲硫氨酸和谷胱甘肽代谢以及淀粉和蔗糖代谢,为籽粒产量的提高和品质的改善提供更强的物质基础。更多还原