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CN107827520A - 一种提高小麦产量的化控制剂及化控方法 - Google Patents

一种提高小麦产量的化控制剂及化控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高小麦产量的化控制剂及化控方法。该制剂包括γ‑氨基丁酸、维生素B6和pH6.5～6.7的磷酸钾缓冲液，其中每1L磷酸钾缓冲液中加入γ‑氨基丁酸5‑10g、维生素B6 2‑5g。在小麦开花后5‑9d对小麦冠层整体、均匀喷施2次，间隔2‑3日。本发明利用γ‑氨基丁酸提高叶片叶绿素含量、光合效率，从而提高小麦籽粒千粒重的原理；利用维生素B6调节C、N代谢、维持逆境下膜系统的稳定性、清除活性氧等方面的生理作用；利用磷酸钾调节酸碱度的作用以及作为营养元素的作用。本发明制剂配制比较简单，方法易行可靠，是一种绿色环保型化控制剂。

Description

一种提高小麦产量的化控制剂及化控方法
技术领域
本发明属于调控谷类作物生育后期生理进程的技术领域，特别涉及一种提高小麦灌浆速率及籽粒产量的化控方法。
背景技术
小麦是世界上最重要的粮食作物。在我国，小麦的地位仅次于水稻。在过去50年里，小麦的产量持续升高。小麦籽粒产量受开花前碳水化合物、含氮化合物在营养器官中的积累量，开花后的同化产物、灌浆期根系对营养物质的吸收的影响，但更重要的是受灌浆期营养器官中的营养物质向籽粒转运效率的影响。籽粒中50-95％的含N化合物来自于开花前小麦营养器官中的贮藏物(Kong et al.,2016)。然而，小麦秸秆中的贮藏物也只是部分转移到籽粒中，其余部分仍留在秸秆中，造成营养物质的浪费与作物经济系数的降低。
关于小麦营养器官贮藏物转运率低，国内外作了大量研究，主要包括促进型激素含量、C/N代谢途径关键酶活性、相关基因表达量等较低以及生理代谢紊乱等内因。植物自身合成的激素，对植物的生长发育发挥重要的调控作用，调控作物C、N代谢。例如，细胞分裂素可诱导与籽粒蛋白质合成有关基因的表达，促进蛋白质的合成；小麦籽粒中玉米素核苷(ZR)含量与蛋白质含量呈显著正相关。另外，源库关系也会调节小麦叶片干物质转运，生育后期缩库处理对小麦各器官干物质转运的影响显著大于源库。同时，小麦灌浆速率与籽粒产量还受气象条件、土壤类型、土壤含水量、土壤地力等外因的影响。另一方面，还受栽培管理措施等人为因素的影响。例如，深松能够促进小麦对深层土壤贮水的吸收，有利于小麦旗叶在灌浆中后期保持较高的生理活性，提高小麦产量(褚鹏飞等,2012)。
灌浆期是小麦产量形成的关键时期，常受干旱、干热风、病虫害的危害。因此，提高小麦抗逆性与灌浆速率是提高产量的重要环节。目前，关于外源物质对小麦高产的机理以及通过化控措施提高产量的研究相对薄弱。虽然有研究表明用外源激素，如ABA、6-BA，或其他植物生长调节剂提高产量。但是这些化控物质不易进入细胞内部，况且溶液中一般要加入Tween-20等表面活性剂，对植物细胞膜系统有一定的伤害。一些微量元素，如Cu、Zn、Mn等也是化控应用物质，但是这些一般是重金属元素，浓度控制不好往往起到相反的效果。
为解决上述问题，探索适宜外源物质对小麦灌浆与籽粒产量的调控机制及其应用，对发展我国小麦高产高效、生态安全等具有重要的意义。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种提高小麦产量的化控制剂及化控方法。它利用实验室常规化学试剂，提高正常生长下(无严重干旱、干热风等自然逆境)的小麦灌浆速率与籽粒产量。
解决技术问题所采取的技术方案是：一种提高小麦产量的化控制剂，其特征是，它包括γ-氨基丁酸(GABA)、维生素B6和pH6.5～6.7的磷酸钾缓冲液，其中每1L磷酸钾缓冲液中加入GABA 5-10g、维生素B6 2-5g。
优选的磷酸钾缓冲液为：K2HPO4 129g/L、KH2PO4 170g/L，水余量，pH6.6。
上述制剂可以以固体(K2HPO4 129g、KH2PO4 170g、GABA 5-10g、维生素B6 2-5g)形式配制和贮存，用时溶解于水中，定容至1L。
本发明还公开了一种提高小麦产量的化控方法，其特征是，在小麦开花后5-9d(子房膨大期)，选择无风或微风的天气，下午4点以后对小麦冠层整体、均匀喷施2次，间隔2-3日；每次喷施用量为：按每亩地0.2±0.05L化控制剂(即共使用1-2g GABA、0.4-1g维生素B6)，加水稀释100倍后喷施。在上述时间内，如喷施后3小时内降雨，次日重新喷施。
γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种存在于许多生物体中的一类四碳非蛋白质氨基酸，其合成与代谢主要是通过三羧酸循环的一个旁路，即γ-氨基丁酸旁路(GABA-shunt)进行的，其生物学功能十分广泛。脊椎动物中，GABA通常是作为中枢神经和外围神经系统的抑制剂；而在植物中，天然状态下的GABA于1949年首次在土豆块茎中被发现，主要参与植物的生长发育、碳/氮源营养平衡、逆境胁迫响应和信号传递等一系列重要生命活动。例如，植物遇到生理胁迫和病虫害等多种逆境条件时，体内的GABA含量会迅速增加(Alan等，2006)。与其它非蛋白质氨基酸在高等植物体内的分布方式不同，GABA以高浓度广泛存在于各种植物中，其含量甚至超过了一些蛋白质氨基酸(Satynv和Mair,1986)。维生素B6为140多种细胞酶的辅酶，同时也是GABA合成所需的辅酶，参与多种代谢反应，尤其是和氨基酸代谢有密切关系。对植物生长的促进作用国内外均有报道，但单纯于灌浆期使用，促进小麦灌浆速率的角度来提高小麦产量还未见应用。本发明，首次利用这两种物质实现了通过环境友好、绿色高效方式来提高小麦产量，取得了显著效果。
本发明技术方案是建立在坚实的生物、化学基础之上，具有以下多种效果：
1、冠层整体喷施GABA能促进叶片叶绿素的生成，提高光合效率，延长净光合速率高值持续期，从而提高小麦籽粒千粒重。维生素B6能提高绿色器官的光合能力，促进植物获得较多的碳水化合物和能量；植株吸收维生素B6后能转运到灌浆中的籽粒中，促进氮的同化和蛋白质合成，提高小麦灌浆速率与产量。另一方面，维生素B6也是抗氧化剂，可有效淬灭单线态氧和超氧阴离子自由基，缓解逆境下脂质过氧化伤害；它作为细胞信号传导的调节分子，对细胞膜上的离子通道具有调节作用；同时维生素B6也是GABA合成所需的辅酶，可以刺激小麦本身的GABA合成，从而节省了GABA的喷施用量；
2、GABA与维生素B6本身能很好的进入植物细胞，不需要添加Tween-20等表面活性剂，是一种绿色环保型制剂；
3、本制剂用磷酸钾缓冲液配制，缓冲液呈弱酸性，有利于激活小麦灌浆期关键酶(例如酸性蛋白酶)活性，有利于保持叶绿体超微结构及光合特性；
4、缓冲液中的K+、PO4 3-是植物所需的大量营养元素，在小麦生长发育中起着关键作用；
5、本发明制剂组分为实验室常规试剂，与激素等试剂相比较价格低廉，同时制剂配制比较简单，方法易行可靠。
具体实施方式
实施例1
一种提高小麦灌浆速率与籽粒产量的化学制剂与化控方法，具体操作如下：
(1)小麦种植
于2015年10月8日播种、播种量为10kg/667m2。播种前，撒施复合肥于地表，667m2施纯N 7.5kg、K2O 9kg、P2O5 9kg，耕翻、耙平、播种、镇压。翌年，小麦起身期追施尿素，667m2施纯N 7.5kg。其余同常规管理。
(2)母液配制
磷酸钾缓冲液：称取K2HPO4 129g、KH2PO4 170g先后置入约900ml无菌蒸馏水中，搅拌溶解，最后定容至1000ml，pH6.6。
称取GABA 10g、维生素B6 3g，先后搅拌溶解于1000ml上述磷酸钾缓冲液(pH6.6)中。
(3)制剂稀释
喷施前，将(2)中的制剂母液用自来水稀释100倍，终浓度分别为100mg/L、30mg/L。
(4)大田喷施
2016年5月6日，下午4点将(3)中配制好的制剂均匀喷洒于小麦冠层，667m2地块喷施制剂20L(即含清水20L、GABA 2g、维生素B6 0.6g)。另外，只喷施清水作为对照，同时与只喷施GABA(4g/667m2)和只喷施维生素B6(0.6g/667m2)相比较。小麦冠层整体、均匀喷施。5月9日，第二次喷施。
(5)采集生长指标与产量指标
分别于5月9日、5月17日、5月25日和6月2日测定小麦单穗籽粒重量，结果如表1所示。5月19日、5月28日测定NDVI值，6月5日收获，晒场晾晒3天，8日测产，结果如表2所示。
表1制剂喷施对小麦单穗籽粒重量的影响
表2制剂喷施对小麦冠层NDVI以及产量的影响
从表1可以看出：利用本化控制剂处理，小麦单穗籽粒重量比对照明显增加，在6月2日达到最高为12.14％；相比维生素B6单剂喷施，其籽粒重量提高了8.51％(以对照作为参照，下同)；相比GABA单剂喷施，在节省一半GABA用量的前提下，其籽粒重量提高了3.01％，因此本发明的化控制剂增产效果明显。从表2可以看出：利用本化控制剂处理，灌浆中期与灌浆后期NDVI比对照分别增加7.31％、14.04％，产量增加12.19％。相比维生素B6单剂喷施，灌浆中期与灌浆后期NDVI比对照分别增加3.49％、8.25％，产量增加8.57％。相比GABA单剂喷施，在节省一半GABA用量的前提下，其灌浆中期与灌浆后期NDVI比对照分别增加2.63％、4.92％，产量增加2.91％。因此本发明的化控制剂增产效果明显。说明经本发明化控制剂处理后，提高了小麦灌浆速率，小麦衰老缓慢，籽粒产量增加。
实施例2
一种提高小麦灌浆速率与籽粒产量的化学制剂与化控方法，具体操作如下：
(1)小麦种植
于2016年10月10日播种、播种量为12kg/667m2。播种前，撒施复合肥于地表，667m2施纯N 7kg、K2O 10kg、P2O5 9kg，耕翻、耙平、播种、镇压。翌年，小麦拔节初期灌溉、追施尿素，667m2施纯N 8kg。其余同常规管理。
(2)母液配制
磷酸钾缓冲液：称取K2HPO4 129g、KH2PO4 170g先后置入约900ml无菌蒸馏水中，搅拌溶解，最后定容至1000ml，pH6.6。
称取GABA 8g、维生素B6 5g，先后搅拌溶解于1000ml上述磷酸钾缓冲液(pH6.6)中。
(3)制剂稀释
喷施前，将(2)中的制剂母液用自来水稀释100倍，GABA与维生素B6终浓度分别为80mg/L、50mg/L。
(4)大田喷施
2017年5月7日，下午4点将(3)中配制好的制剂均匀喷洒于小麦冠层。667m2地块喷施制剂20L(即最终喷施液含清水20L、GABA 1.6g、维生素B6 1g)。另外，只喷施清水作为对照，同时与只喷施GABA(4g/667m2)和只喷施维生素B6(1g/667m2)相比较。小麦冠层整体、均匀喷施。5月10日，进行第二次喷施。
(5)采集生长指标与产量指标
6月4日收获，晒场晾晒3天，6日测产、考种，结果如表3所示。从表3可以看出：采用本发明的化控制剂喷施小麦产量比对照提高12.1％。
表3制剂喷施对小麦产量及其构成的影响

Claims (4)

1.一种提高小麦产量的化控制剂，其特征是，它包括γ-氨基丁酸、维生素B6和pH6.5～6.7的磷酸钾缓冲液，其中每1L磷酸钾缓冲液中加入γ-氨基丁酸5-10g、维生素B6 2-5g。
2.如权利要求1所述的一种提高小麦产量的化控制剂，其特征是，所述磷酸钾缓冲液为：K2HPO4 129g/L、KH2PO4 170g/L，水余量，pH6.6。
3.一种提高小麦产量的化控方法，其特征是，在小麦开花后5-9d，下午4点以后对小麦冠层整体喷施权利要求1或2所述的化控制剂，喷施2次，间隔2-3日。
4.如权利要求3所述的一种提高小麦产量的化控方法，其特征是，每次喷施用量为：按每亩地0.2±0.05L化控制剂加水稀释后喷施。
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