本發明屬于農業應用生物技術領域,具體涉及一種能防御小麥春季凍害的復合調節劑及方法。
背景技術:
小麥是世界上最重要的糧食作物之一,在當前人口不斷增長、耕地面積逐年減少的嚴峻局面下,提高單產是保障小麥供給的最主要途徑。凍害是小麥生產上最嚴重的自然災害之一,在美國、韓國、澳大利亞等國家,嚴重凍害發生的頻率為2~4年1次,造成的產量損失達14%~85%。我國小麥種植區域廣,南北跨度大,地形多變,凍害發生頻率更為頻繁,給小麥產量造成的損失更大。小麥凍害類型主要分為冬季凍害和春季凍害,兩種凍害類型危害小麥的部位和機理不同,對產量的影響差異較大。冬季凍害主要危害營養器官-葉片,對單位面積小麥群體的數量(成穗數)影響較大,而春季凍害主要危害小麥生殖器官-幼穗,對每穗結實籽粒的數量(穗粒數)影響較大,對產量造成的危害更大。
在春季,小麥的春化作用一旦完成后,低溫響應基因的表達就會停止,在冬季鍛煉過程中形成的抗凍性將會逐漸消失,抗凍性顯著降低,極易遭受春季低溫的傷害。同時,小麥生長發育開始也由營養生長轉變到營養生長和生殖生長并進階段,幼穗由冬季的層層葉片包裹到春季逐漸外露,對溫度變化的反應更加敏感;此時小麥幼穗發育要求最適宜的日均氣溫為10℃~15℃,若最低氣溫低于4~6℃,就會對小麥植株的幼穗造成較大傷害。
近年來,我國小麥春季凍害呈加劇趨勢,主要原因在于,1.氣候變化因素:全球氣候變暖雖然造成平均氣溫不斷上升,但導致了年際間變幅增大,春季凍害寒潮頻繁出現,增加了小麥春季凍害的發生頻率;2.品種培育因素:由于小麥育種家在選育高產小麥品種時加大了對早熟性(能增加灌漿時間,有利于提高產量)的選擇,使得黃淮冬麥區上世紀五、六十年代生產上推廣種植的冬性小麥品種為主逐漸被現今偏春性、生長發育較快、開花期較早、豐產性較好而抗凍性較差的半冬性或弱春性小麥品種所替代;3.栽培種植因素:由于小麥種植效益較低,故導致農民對小麥種植與管理粗放,如播期提前、播量較大、整地質量差等,加大了小麥弱苗與旺苗的比例,也增加了小麥春季凍害發生的頻率。
但是,與小麥冬季凍害研究相比,目前有關小麥春季凍害的防護研究甚少,在小麥生產實踐中,尚無有效的能減輕或防護小麥春季凍害的技術措施。
技術實現要素:
針對上述問題,本發明提供一種能防御小麥春季凍害的復合調節劑及方法,施用該復合調節劑能顯著減輕小麥春季凍害,從而提高小麥產量。
通過顯微鏡觀察研究發現,可將小麥幼穗生長發育分為伸長期、單棱期、二棱期、護穎原基分化期、小花原基分化期、雌雄蕊原基分化期、藥隔形成期和四分體時期,而后開花結實。與幼穗發育階段相對應,經田間觀察研究發現,可將小麥生長和發育過程分為以下幾個階段:出苗期、越冬期、返青期、拔節期、孕穗期、開花期和灌漿期。小麥冬季凍害主要發生在返青期以前,此時小麥幼穗發育過程處于護穎原基分化期以前(包括護穎原基分化期);而春季凍害主要發生在拔節期以后,此時小麥幼穗處于小花原基分化期以后(包括小花原基分化期),小麥植株非常容易遭受凍害。
為解決上述小麥春季凍害技術問題,本發明所采用的技術方案如下:
本發明在充分了解掌握小麥春季凍害發生的時機及危害機理之后,有針對性地設計一種用于防御小麥春季凍害的復合調節劑,其為含水楊酸0.021~0.11g/l、表面活性劑0.5~1.0g/l的溶液。
上述復合調節劑可采用如下配制方法:
先取水楊酸與有機溶劑按1g:8~15ml的固液比進行溶解,再加入表面活性劑后用水定容成含水楊酸0.021~0.11g/l、表面活性劑0.5~1.0g/l的溶液。
所述表面活性劑優選為吐溫系列。
在所述吐溫系列中優選吐溫40,其濃度優選為0.8g/l。
以上述水楊酸也可用乙酰水楊酸替代,能起到同等的作用。
利用上述復合劑防御小麥春季凍害的方法,在春季凍害天氣來臨前1~2d前,對小麥葉面噴施以上所述復合調節劑,噴施用量以溶液自葉片自然即將流下為準。
本發明具有以下積極有益的技術效果:
1.本發明復合調節劑增強小麥植株對春季凍害抵抗力的生理機理主要在于,其有效成分被小麥植株吸收利用后,能顯著降低小麥葉片的電導率和丙二醛含量,顯著增加脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性和過氧化氫酶活性。
2.本發明復合調節劑組方是針對小麥春季凍害的危害機理而擬定,其各成分相互配合,在小麥上施用,能明顯降低其幼穗受凍的傷害程度,進而避免因受凍害而導致減產。
3.本發明組方簡單、原料廉價易得,施用操作方法簡單,易于推廣普及。
具體實施方式
以下實施例用來詳細說明本發明,但并不以任何方式限制本發明的范圍。
實施例1盆栽防凍試驗
在實驗室內選擇小麥品種矮抗58的種子,播種在小塑料盆(直徑18cm×高20cm,盆栽用土配比為土壤:腐殖質:有機肥=5:3:2),種子發芽后,幼苗移入在光照培養箱內,每天照光14h,生長溫度為25/15℃(光/黑暗),光照度為240μmolm–2s–1,相對濕度60~75%。在小麥植株生長至6葉一心時,進行幼穗觀察,發現此時小麥幼穗發育處于藥隔形成初期,對應于田間小麥植株處于孕穗初期,此發育階段小麥植株所遭受的凍害,屬于春季凍害。
將處于藥隔形成初期的小麥植株,一部分小麥植株噴施復合調節劑溶液(水楊酸濃度為0.069g/l、吐溫40濃度為0.8g/l),噴施標準以溶液自葉片自然即將流下為準,1d后移至低溫培養箱進行連續3d的–5°c春季凍害脅迫處理;另一部分小麥植株噴施蒸餾水(對照),1d后同樣移入低溫培養箱進行連續3d的–5°c春季凍害脅迫處理。在凍害脅迫3d后,通過測定小麥葉片的相對電導率、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、保護酶(超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶)活性等評價凍害的生理指標,來判斷復合調節劑溶液提高小麥春季凍害的效果。
測定結果表明,小麥植株遭受–5°c春季凍害脅迫3d后,復合調節劑溶液能顯著降低小麥葉片的電導率和丙二醛含量,但顯著增加了脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性和過氧化氫酶活性,表明本發明復合調節劑溶液能顯著增強小麥植株對春季凍害的抵抗力。
實施例2一種防御小麥春季凍害的方法,包括以下步驟:
(1)配制復合調節劑:取水楊酸先與少量無水乙醇進行溶解,然后與水進行定量混合,配制成水楊酸濃度為0.021~0.11g/l吐溫40濃度為0.5~1.0g/l的復合調節劑水溶液。
(2)施用復合調節劑:2010年4月河南省平均氣溫為13.3℃,較常年同期偏低1.9℃,其中4月中旬氣溫偏低4.0℃,4月13~15日河南出現大范圍降溫過程,大部分地區日最低氣溫降至2℃以下,其中豫北、豫西和豫東南等地最低氣溫下降到了0℃以下,河南三門峽和鶴壁部分地區氣溫分別降到–3.2℃和–2.7℃(河南氣象臺預報),出現晚霜凍害,個別山區還出現了4月降雪的罕見氣象。由于此時河南地區小麥已處于拔節-抽穗的春季凍害敏感階段,因此,這次降溫造成了河南省大部分地區小麥遭受春季凍害,導致許多已經拔節和孕穗的小麥植株死亡,造成嚴重的減產損失。
在春季凍害來臨前1d(2010年4月12日),發明人在河南農業大學科教園區試驗地(鄭州市惠濟區)田間在矮抗58小麥品種葉片背面上均勻噴施所述復合調節劑溶液,以溶液在葉片上即將流下為準,施用面積為2畝(1333.4m2),用量為40kg/666.7m2,即完成。對照試驗為噴施等量的蒸餾水(其它均相同)。此次春季凍害脅迫發生后15d,此時氣溫已經回升,與常年同期差異不大。測定結果表明,與對照相比,噴施所述溶液的小麥植株葉片受凍率降低21.4%,幼穗凍傷率降低36.5%;成熟時小麥穗粒數提高4~6粒,收獲時小麥籽粒產量提高了40kg/666.7m2。
實施例3一種防御小麥春季凍害的方法,包括以下步驟:
(1)配制復合調節劑:取水楊酸先與少量無水乙醇進行溶解,然后與蒸餾水進行定量混合,配制成水楊酸濃度為0.021~0.11g/l吐溫40濃度為0.5~1.0g/l的復合調節劑水溶液。
(2)施用復合調節劑:2013年春季(3和4月)河南氣候非常異常(河南氣象臺預報),3月上旬氣溫創紀錄高達32℃。3月中旬~4月中旬前后,低溫多次接近0℃。4月20日,高溫接近28℃,而最低溫度降至0℃,一天出現了四季。高溫和低溫天氣多次交替出現,呈“過山車”式狀態變化。3月上旬與中旬高溫促使小麥生長迅速、發育加快、抗寒力降低。但隨后突然降溫,致使處于凍害敏感期的小麥遭受春季凍害。抗凍能力強的小麥品種在穗子上部、中部或下部的部分籽粒受凍,而抗凍能力較差的小麥品種,如鄭麥7698、鄭麥366和花培8號,出現全穗或半截穗受凍,嚴重減少了穗粒數,造成收獲時籽粒產量明顯下降。
根據天氣預報,發明人在此次春季凍害來臨前1d(2013年4月19日),于河南省焦作市溫縣國家科技支撐計劃試驗地,田間在花培8號小麥品種葉片背面上均勻噴施所述復合調節劑溶液,以溶液自葉片上即將流下為準,施用面積為2.5畝(1667.8m2),用量為40kg/666.7m2,即完成。對照試驗為噴施等量的蒸餾水。此次春季凍害脅迫發生后10d測定的結果表明,與對照相比,噴施所述溶液的小麥植株葉片與幼穗受凍害程度明顯降低了18.6%~23.6%;成熟時小麥穗粒數提高3~5粒,收獲時小麥籽粒產量提高了30kg/666.7m2。
本發明并不局限于上述具體實施方式,本領域技術人員還可據此做出多種變化,但任何與本發明等同或者類似的變化都應涵蓋在本發明權利要求的范圍內。