CN107173392B - 一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂及其应用方法。它包括浸种型抗冷制剂和叶面喷施型抗冷制剂两种；所述浸种型抗冷制剂的组分为：磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、甜菜碱、硝基腐殖酸铵和硝普钠，播种前将小麦种子加入其中浸泡8‑12小时；所述叶面喷施型抗冷制剂的组分为：磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、蔗糖、尿素、甜菜碱、硝基腐殖酸铵、硝普钠和表面活性剂，待翌年春季小麦幼苗返青后和/或孕穗开始期叶面喷施型1‑2次，用以预防低温倒春寒的发生。本发明的抗冷制剂可有效地提高小麦对低温冷害的耐受能力，使小麦可以在较低的温度下具有较强的生长势，在早春遭遇低温冷害时保持较高光合同化性能，并获得较高的产量。

Description

一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及小麦抗低温冷害技术领域，特别是一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂及该抗冷制剂的应用方法。
背景技术
小麦属于耐低温作物，但温度低过了其不同生育期所能承受的温度的强度时，也会引起低温冷害。小麦幼苗在春化发育阶段有较强的抗寒力，但其抗寒力在完成春化发育以后下降，在完成光周期反应后，进一步下降；拔节后营养器官和生殖器官都处于含水量多、组织幼嫩时期，抵抗低温的能力更是大幅下降。近年来，由于全球气温普遍提高，我国也相应提出了“两晚技术”，由于前茬收获较晚，导致后茬小麦播期推迟。晚播小麦种子发芽及幼苗早期建成过程易受到冬前低温的影响。此外，我国小麦种植区纬度跨度大(45°S-67°N)，受寒潮等极端低温气候的影响大，在返青期及拔节期“低温倒春寒”频发，给小麦生产带来了极大影响。2004年12月下旬，受冷空气带来的低温影响，全国200多万公顷小麦发生不同程度的冻害，其中主茎和大分蘖冻死的麦田30多万公顷；2007年4月初，山东南部、江苏、河南部分地区经历了一天0℃以下的低温冻害，造成小麦抽穗后籽粒严重缺失的现象，产量锐减。提高小麦抗低温冷害的能力，已经成为现今迫切需要解决的重大问题。
对植物抗低温冷害机理的研究表明：低温冷害会严重影响植物生长，降低作物产量。低温冷害对小麦植株产生伤害的原因主要是导致植株体的热力学平衡失调，进而引起代谢调节紊乱；此外还将导致质膜扰动，引起膜上反应的异常；活性氧(ROS)积累，导致叶绿素合成速率的减慢或叶绿体降解，电子传递链遭到破坏，改变光合作用过程各个器官的结构和活性，导致光合作用途径受到阻碍或者损伤。通过合理的栽培管理可以使植物低温冷害得以部分缓解，但是操作复杂，成本较高。虽然育种学家通过培育并筛选抗低温冷害作物品种，取得了一定的成绩，但从目前的现状看仍不十分理想。因此，从调控植物生理活动机制角度，利用调控代谢物质，缓解小麦植株遭受的非生物胁迫，以提高小麦的抗低温冷害能力是提高小麦产量的有效途径之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，它包括以磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、甜菜碱、硝基腐殖酸铵和硝普钠为主要成分的小麦播种前浸种型抗冷制剂，和以磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、甜菜碱、硝基腐殖酸铵、蔗糖、尿素和硝普钠的小麦叶面喷施型抗冷制剂两种。采用该抗冷制剂用于浸种和在幼苗返青后、孕穗开始期喷施，可有效地提高小麦对低温冷害的耐受能力，使小麦可以在低温冷害天气(越冬期地温降至-5℃时；早春平均气温8℃以上，夜温降至-3℃；春季平均气温回升到15℃以上，夜温降至0-3℃)正常生长并获得较高的产量。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，其特征是，它包括浸种型抗冷制剂和/或叶面喷施型抗冷制剂；
所述的浸种型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成(使用时的最终浓度)为：磷酸氢二钠0.24～0.26g，磷酸二氢钾6.5～6.8g，甜菜碱100～120mg，硝基腐殖酸铵300～350mg，硝普钠(SNP)280～320mg，余量为水；
所述的叶面喷施型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成(使用时的最终浓度)为：磷酸氢二钠0.24～0.26g，磷酸二氢钾6.5～6.8g，蔗糖9～11g，尿素18～22g，甜菜碱100～120mg，硝基腐殖酸铵300～350mg，硝普钠(SNP)750～850mg，表面活性剂55～65g，余量为水。
优选的，所述的浸种型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠(SNP)300mg，余量为水；
优选的，所述的叶面喷施型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，蔗糖10g，尿素20g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠(SNP)800mg，表面活性剂60g，余量为水。
优选的，表面活性剂为农用有机硅表面活性剂，更优选为非离子型聚硅氧烷表面活性剂。
其中硝普钠(SNP)为SODIUM NITROPRUSSIDE DIHYDRATE，五氰亚硝酰合铁(2-)酸钠二水合物。
抗冷制剂可以以固体形式配制和避光贮存，用时再稀释成最终浓度。
上述抗冷制剂的应用方法是：
1、浸种：播种前浸泡种子，浸泡前将浸种型抗冷制剂加清水稀释到最终浓度，将小麦种子加入其中浸泡8-12小时，按每4000ml浸种型抗冷制剂投放10kg小麦种子的比例投放小麦种子；浸泡后在室温下晾干至适合播种湿度即可，如需较长时间保存，种子应晾干至水分在14％以下，并在15℃以下保存；
2、叶面喷施：翌年春季小麦幼苗返青后5-10天，叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天；和/或孕穗开始期叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天，用以预防低温倒春寒的发生；或根据天气预报在低温倒春寒来临之前(平均温度已经升到8℃以上，但夜晚又下降到0℃以下)的1-2天喷施；喷施前，将叶面喷施型抗冷制剂按一定比例用清水稀释到最终浓度，喷施量在每亩12.5L；喷施时间应选在傍晚，有利于制剂充分吸收。
本发明抗冷制剂选用的组分不是单纯作为营养元素，更主要的是：0.253g磷酸氢二钠和6.65g磷酸二氢钾加水稀释至1L后为1/15M pH6.4的磷酸缓冲液，为小麦生长最适宜的微酸环境，同时pH6.4磷酸缓冲液可以降低麦苗电解质渗出率，从而降低麦苗在低温条件下的破坏程度。磷素在植物体内生理代谢过程中，参与SOD的诱导与活化，可提高植株的SOD活性，降低超氧离子的产生速率和H2O2的生成量，缓解了活性氧升高对细胞膜的破坏程度，从而防止、中断或终止膜质过氧化对细胞膜系统的损伤，起到保护作用。喷施蔗糖可提高小麦营养组织内的可溶性糖含量，从而维持小麦细胞的渗透平衡，减少低温对细胞膜伤害。同时蔗糖可作为信号物质参与调控植物生长发育进程，足够的蔗糖浓度可降低植株本身对环境胁迫做出的相应程度，从而降低超氧离子的产生速率和H2O2的生成量，使SOD、POD和CAT等逆境酶活性保持较高水平，提高植株对低温逆境的抵抗力；同时蔗糖小麦生长发育最基本的物质，喷施蔗糖可补偿低温环境下小麦光合性能的下降，维持小麦正常生长所需的能量。另外，KH2PO4还可以促进植物细胞对K+的吸收，调节细胞中K+/Na+比，进而调节细胞中的离子平衡，维持环境胁迫下植物细胞胞间液的渗透势。叶面喷施尿素，可提高小麦叶片叶绿素合成，提高源器官的光合作用，延长叶片的光合时间，从而缓解低温冷害对小麦叶片的伤害，以及促进受伤害叶片修复。甜菜碱是一种烷基烃类含氮化合物，属于甘氨酸的季铵衍生物，它可以和多种氨基酸结合形成新的复合物，低温胁迫下，甜菜碱能够防止细胞膜的热变性，降低原生质膜从液晶相转变为凝胶相的温度，从而对低温胁迫下的细胞膜的完整性起到保护作用。腐植酸类物质是最主要的一种生物刺激素，腐植酸类物质对作物有直接的促进作用，而硝基腐殖酸铵中腐殖酸根较腐殖酸有更强的生物活性，在低温胁迫下施用硝基腐殖酸铵可提高小麦种子活性和叶片的光合性能，同时提高发芽种子或叶片内脯氨酸含量及脱落酸含量，提高其细胞内保护酶(SOD、CAT)活性，降低MDA含量。本发明中抗冷制剂中硝普纳(SNP)为NO供体，NO作为信号分子，能促进胁迫和非胁迫下种子萌发及淀粉酶活性，提高淀粉代谢水平，促进小麦种子的萌发，提高了环境胁迫下萌发的小麦种子以及幼苗线粒体内SOD、CAT活性，抑制了O2 –产生速率，同时降低了H2O2和MDA积累，保护细胞结构和生理活性，提高低温冷害下小麦幼苗叶片的光电子链传递，使低温环境下的小麦植株存活率提高，低温伤害后植株的康复能力也提高。活性剂为聚硅氧烷表面活性剂，具有特殊结构，能够极大的降低水的表面张力，能使药剂在叶面上达到最大的覆盖和附着，有效地促进抗冷剂的扩展和渗透，大大提高了药液的覆盖面积；促进药效。因此，本发明所选用的组分并不是简单的组合，而是通过其协同作用，从渗透调节、离子平衡、活性氧清除、细胞膜保护性酶激活、光合电子链传递、叶绿素提升、物质供应、光合修复、营养元素需求等角度，多水平提升小麦抗冷能力，使小麦植株的抗低温冷害能力达到最强状态。
本发明的有益效果是：本发明的抗冷制剂可有效地提高小麦对低温冷害的耐受能力，使小麦可以在较低的温度下具有较强的生长势，在早春遭遇低温冷害时保持较高光合同化性能，并获得较高的产量。经试验证明，采用本发明的抗冷剂浸种可以显著提高低温胁迫下小麦种子出苗率、幼苗生长速率、叶片光合速率，使小麦幼苗细胞膜相对透性降低，SOD活性提高49.4％，H2O2和丙二醛含量降低。采用本发明抗冷剂返青期喷施，使小麦植株根系呼吸提高7.6％，根系活力提高了14.3％，光合速率提高45.5％，产量提高14.9％。本发明的抗冷制剂成分简单，易于配制，成本低。
具体实施方式
实施例1：
本发明的抗冷制剂，包括浸种型抗冷制剂和叶面喷施型抗冷制剂，浸种型抗冷制剂以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠(SNP)300mg，余量为水。叶面喷施型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，蔗糖10g，尿素20g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠(SNP)800mg，表面活性剂60g，余量为水。
其中表面活性剂为聚硅氧烷表面活性剂。硝普钠(SNP)为SODIUM NITROPRUSSIDEDIHYDRATE，五氰亚硝酰合铁(2-)酸钠二水合物。
抗冷制剂可以以固体形式配制和避光贮存，用时再稀释成最终浓度。
应用方法是：
1、浸种：播种前浸泡种子，浸泡前将浸种型抗冷制剂加清水稀释到最终浓度，将小麦种子加入其中浸泡8-12小时，按每4000ml浸种型抗冷制剂投放10kg小麦种子的比例投放小麦种子；浸泡后在室温下晾干至适合播种湿度即可，如需较长时间保存，种子应晾干至水分在14％以下，并在15℃以下保存。
2、叶面喷施：翌年春季小麦幼苗返青后5-10天，叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天；孕穗开始期叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天，用以预防低温倒春寒的发生；或根据天气预报在低温倒春寒来临之前(平均温度已经升到8℃以上，但夜晚又下降到0℃以下)的1-2天喷施；喷施前，将叶面喷施型抗冷制剂按一定比例用清水稀释到最终浓度，喷施量在每亩12.5L；喷施时间应选在傍晚，有利于制剂充分吸收。
以下结合试验例1-2的室内低温处理实验和试验例3-4的大田实验来说明本发明抗冷制剂的效果。
试验例1：抗冷剂浸种，对幼苗低温处理的影响
2013年在山东省农业科学院作物研究所生理实验室进行，以济麦22为材料，选取籽粒饱满、大小一致的小麦种子，经2.5％次氯酸钠消毒15分钟，蒸馏水冲洗干净。然后将种子分成两份，分别在26±1℃黑暗条件下用蒸馏水或本发明所述浸种型抗冷剂进行浸种20h催芽。催芽后，挑选露白一致的种子，置于直径为9cm铺有1层滤纸的培养皿内。室内培养，将培养皿置于培养箱中进行培养，培养条件为：昼温(8:00-20:00)10℃，夜温(20:00-8:00)5℃，相对湿度约75％，CO2浓度约660mg/m3，光照12h/d(8:00-20:00)，光照强度300μmol/(m2·s)，每天定时喷蒸馏水一次。每个处理设3次重复，每重复为50粒种子。每天定时喷蒸馏水，待种子长至两叶一心，将昼温设置为(8:00-20:00)5℃，夜温设置为(20:00-8:00)-3℃，其它条件不变，对麦苗低温处理24h，之后恢复原来培养条件，在三叶一心期麦苗生长状况与对照比较数值如表1，数据采用三次重复试验平均值。
表1、抗冷剂处理与对照条件下小麦幼苗生长对比(昼夜温度5/-3℃)
从表1可以看出：在小麦两叶一心期经昼夜温度5/-3℃的低温处理，采用本发明的浸种型抗冷剂浸种相比采用整馏水浸种，可以显著促进幼苗生长速率和光合同化性能，使根系长度增加20.8％，幼苗株高增加41.6％；地上部干重提高15.6％，鲜重提高50.8％；根系干重提高10.8％，鲜重提高8.0％；总叶绿素含量提高10.7％，叶绿素a含量提高12.4％。
试验例2：抗冷剂返青期喷施对小麦低温处理的影响
2014年在山东省农业科学院作物研究所生理实验室进行，以济麦22为材料，试验用土属沙壤土，含有机质11.2g·kg-1、全氮1.25g·kg-1、速效氮82.4mg·kg-1、速效磷35.6mg·kg-1、速效钾120.3mg·kg-1。播种前将土与肥料充分混匀，称取8.0kg装入高22cm，直径25cm的聚乙烯塑料桶。每桶施用全N 1.2g，P2O5 0.36g和K2O 0.9g，其中全N基肥追肥比为3：1，追肥于拔节期施用。试验于10月12日播种，每盆播种14粒，于3叶一心间苗，留苗7株，置于室外培养。在返青后7天选择长势一致的盆，分成两份，一份喷施本发明中所述喷施型抗冷剂，一份喷施等量蒸馏水。24h后将处理后的盆放置于培养箱内低温处理24h，培养条件为：昼温(8:00-20:00)15℃，夜温(20:00-8:00)0℃，相对湿度约75％，CO2浓度约660mg/m3，光照12h/d(8:00-20:00)，光照强度300μmol/(m2·s)，每天定时喷蒸馏水一次。每个处理设3次重复，每重复10盆。之后放置室外培养。处理后15天，测定抗冷剂喷施与对照条件下小麦生长生物性状对比值表2，数据采用三次重复试验平均值。
表2抗冷剂喷施与对照条件下小麦生长生物性状对比(昼夜温度15/0℃)
从表2可以看出：在小麦返青期经昼夜温度15/0℃的低温处理，采用本发明叶面喷施型抗冷剂返青期喷施相比采用整馏水叶面喷施，可以显著提高小麦的根系活力和光合同化能力，使小麦植株根系呼吸提高7.6％，根系活力提高了14.3％，根系干重提高9.5％；光合速率提高29.6％，地上部物质积累增加了5.3％。
试验例3：抗冷剂浸种处理对小麦拔节期生理指标的影响
2014-2016年期间，在山东省淄博市农科院试验田用本发明所述浸种型抗冷剂进行浸种试验，供试品种为鲁原502，于每年10月6日播种，播种前10小时用浸种型抗冷剂浸种，以用清水浸种为对照，播种密度为15万基本苗/亩，试验分别于2015年6月12日，2016年6月10日收获，对两年小麦田间生长状况数据对比如表3所示。
表3、抗冷剂处理与对照条件下小麦拔节期生理指标对照(两年平均值)
从表3可以看出：采用本发明的浸种型抗冷剂浸种相比对照组，可以使小麦幼苗细胞膜相对透性降低，SOD活性提高49.4％，SPAD含量提高8.4％，幼苗净光合速率提高了2.71％，丙二醛含量降低27.2％，H2O2含量降低44.6％，从而提高了植株对低温逆境的抵抗力。
试验例4：抗冷剂返青期喷施对小麦生长状况的影响
2013年小麦返青期使用本发明所述叶面喷施型抗冷剂在山东省淄博市农科院试验田进行叶面喷施试验，供试品种为济麦22，小麦于2013年10月5日播种，翌年3月8日返青，3月13日和3月15日连续喷施两次，以喷施同量清水为对照，2013年4月20日正值小麦拔节期，全省范围内发生雨雪天气，淄博地区低温达到0℃，并持续10小时之上。低温过后5天试验区小麦叶片光合速率、SPAD、以及成熟期小麦产量及其组成与对照对比分析如表4。
表4、抗冷剂处理与对照条件下小麦生长状况对比
从表4可以看出：采用本发明叶面喷施型抗冷剂返青期喷施相比对照组，可以显著提高小麦的光合同化能力和产量，光合速率提高45.5％，穗粒数提高5.6％，穗数提高29.3％，产量提高14.9％。

Claims (9)

1.一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，其特征是，它包括浸种型抗冷制剂和/或叶面喷施型抗冷制剂；
所述的浸种型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.24～0.26g，磷酸二氢钾6.5～6.8g，甜菜碱100～120mg，硝基腐殖酸铵300～350mg，硝普钠280～320mg，余量为水；
所述的叶面喷施型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.24～0.26g，磷酸二氢钾6.5～6.8g，蔗糖9～11g，尿素18～22g，甜菜碱100～120mg，硝基腐殖酸铵300～350mg，硝普钠750～850mg，表面活性剂55～65g，余量为水。
2.如权利要求1所述的一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，其特征是，所述的浸种型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠300mg，余量为水。
3.如权利要求1所述的一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，其特征是，所述的叶面喷施型抗冷制剂，以总重量为1kg计，其组成为：磷酸氢二钠0.253g，磷酸二氢钾6.65g，蔗糖10g，尿素20g，甜菜碱117mg，硝基腐殖酸铵300mg，硝普钠800mg，表面活性剂60g，余量为水。
4.如权利要求1或3所述的一种提高小麦抗低温冷害的抗冷制剂，其特征是，所述表面活性剂为有机硅表面活性剂。
5.如权利要求1或2所述的抗冷制剂的应用方法，其特征是，将小麦种子加入浸种型抗冷制剂中浸泡8-12小时，浸泡后在室温下晾干至适合播种湿度。
6.如权利要求5所述的抗冷制剂的应用方法，其特征是，按每4000ml浸种型抗冷制剂投放10kg小麦种子的比例投放小麦种子。
7.如权利要求5所述的抗冷制剂的应用方法，其特征是，将浸泡后的小麦种子长时间保存，方法为：将小麦种子晾干至水分在14％以下，并在15℃以下保存。
8.如权利要求1或3所述的抗冷制剂的应用方法，其特征是，翌年春季小麦幼苗返青后5-10天，对叶面进行喷施叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天；
和/或孕穗开始期对叶面进行喷施叶面喷施型抗冷制剂1-2次，间隔2-3天。
9.如权利要求1或3所述的抗冷制剂的应用方法，其特征是，根据天气预报在低温倒春寒来临之前的1-2天喷施叶面喷施型抗冷制剂。
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