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作物杂志,2024, 第1期: 148–156 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.01.020

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

有机肥与粉垄互作对甘蔗光合生理性及组织细胞结构的影响

杨丽佩1(), 韩世健1, 韦本辉2, 李志刚1, 黎瑞玲1, 朱水芳1, 肖纪铭1, 李素丽1()   

  1. 1广西大学农学院/广西甘蔗生物学重点实验室/广西高校作物栽培学与生理重点实验室，530004，广西南宁
    2广西农业科学院经济作物研究所，530007，广西南宁
  • 收稿日期:2022-11-07 修回日期:2023-01-02 出版日期:2024-02-15 发布日期:2024-02-20
  • 通讯作者: 李素丽，主要从事甘蔗高产高质栽培研究，E-mail：lisuli88@163.com
  • 作者简介:杨丽佩，主要从事作物栽培生理生态研究，E-mail：14777230115@163.com
  • 基金资助:
    广西创新驱动发展专项(AA20302020-3);广西创新驱动发展专项(AA17204037-4);国家自然科学基金(31871689);国家自然科学基金(31860159);崇左市科技计划(FA2020006)

Effects of Interaction between Organic Fertilizer and Fenlong on Photosynthetic Physiological Characteristics and Tissue and Cell Structure of Sugarcane

Yang Lipei1(), Han Shijian1, Wei Benhui2, Li Zhigang1, Li Ruiling1, Zhu Shuifang1, Xiao Jiming1, Li Suli1()   

  1. 1College of Agriculture, Guangxi University / Key Laboratory of Sugarcane Biology in Guangxi / Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology, Education Department of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530004, Guangxi, China
    2Cash Crops Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China
  • Received:2022-11-07 Revised:2023-01-02 Online:2024-02-15 Published:2024-02-20
  • Contact: Li Suli

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2

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摘要：

为探明有机肥与粉垄互作模式下甘蔗光合生理特性的响应，以桂糖42号为供试材料，进行2年田间试验，设置蚯蚓粪+复合肥（F1）、猪粪+复合肥（F2）和复合肥（CK）3种施肥方式，利用生理学和组织细胞学技术研究有机肥与粉垄互作对甘蔗光合生理特性及组织细胞结构的影响。结果表明，有机肥处理的叶片气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率高于CK，在宿根蔗伸长期，叶片苹果酸脱氢酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和核酮糖1,5-二磷酸羧化酶活性均显著高于CK；有机肥处理的叶片厚度、叶肉细胞大小、维管束面积均大于CK；宿根蔗F2处理下的发株率和分蘖率均显著大于CK；有机肥处理的产量均显著高于CK。综上所述，有机肥与粉垄互作有利于提高光合酶活性和气孔导度等相关指标，改善甘蔗叶肉细胞和维管组织结构，有利干物质的积累和运转，提高甘蔗的产量。

关键词: 甘蔗, 粉垄, 有机肥, 光合生理

Abstract:

By exploring the response of the photosynthetic physiological characteristics of sugarcane under the interaction mode of organic fertilizer and fenlong tillage, the ?Guitang 42? was used as the tested sugarcane variety, through a two-year field experiment, the wormcast+compound fertilizer (F1), pig manure+compound fertilizer (F2), and compound fertilizer (CK) were carried out to investigate on the photosynthetic physiological characteristics and tissue cell structure of sugarcane. The results showed that, the stomatal conductance, intercellular CO2 concentration and transpiration rate of leaves treated with organic fertilizer were higher than those with CK. Especially in the elongation period of perennial sugarcane, the activities of malic dehydrogenase, phosphoenolpyruvate carboxylase and ribose 1,5-diphosphate carboxylase in leaves were significantly higher than those of CK. The leaf thickness, mesophyll cell size and vascular bundle area of the organic fertilizer treatment were greater than those of CK. The plant emergence rate and tillering rate of perennial sugarcane of F2 treatment were significantly higher than those of CK. The yield of organic fertilizer treatment was significantly higher than that of CK. To sum up, the interaction model of organic fertilizer and fenlong tillage is beneficial to increase the photosynthetic enzyme activities, stomatal conductance and other related indicators. Additionally, it can improve the sugarcane?s mesophyll cell and vascular tissue structure, which would ultimately improve the yield by facilitating the accumulation and functioning of dry matter.

Key words: Sugarcane, Fenlong, Organic fertilizer, Photosynthetic physiology

表1

不同处理的施肥方式

处理
Treatment		 基肥Base fertilizer 攻茎肥Stalk tapping fertilizer
复合肥
Compound fertilizer		 蚯蚓粪
Wormcast		 猪粪
Pig manure		 复合肥
Compound fertilizer		 尿素
Urea		 氯化钾
Potassium chloride
CK 1 200 0 0 1 500 675 675
F1 1 200 3 000 0 1 500 675 675
F2 1 200 0 3 000 1 500 675 675

表2

不同施肥处理下甘蔗的农艺性状

作物季
Crop season		 处理
Treatment		 出苗率
Emergence
rate (%)		 发株率
Plant emergence
rate (%)		 分蘖率
Tillering
rate (%)
新植蔗
Newly planted
cane
 CK 44.37±5.10a － 86.25±2.27a
F1 46.67±2.12a － 80.87±5.46a
F2 43.33±1.92a － 88.50±7.45a
宿根蔗
Perennial cane
 CK － 58.73±3.92b 61.05±1.49b
F1 － 64.05±0.50a 60.84±2.61b
F2 － 67.86±2.36a 72.30±2.25a

图1

不同施肥处理下的成熟期甘蔗 a：粉垄+有机肥，A表示F1处理；b：粉垄+有机肥，B表示F2处理；c：粉垄表示对照CK。

图2

不同施肥处理下的甘蔗叶片SPAD值 相同小写字母表示差异不显著（P≥0.05），下同。

图3

不同施肥处理下的甘蔗光合参数 不同小写字母表示差异达显著水平（P < 0.05），下同。

图4

不同施肥处理下的甘蔗光合相关酶活性

表3

不同施肥处理下的甘蔗叶片组织细胞结构

作物季
Crop
season		 处理
Treatment		 叶片厚度
Leaf
thickness
(μm)		 叶肉细胞大小
（横径）
Mesophyll cell (MC)
size (transverse
diameter) (μm)		 维管束面积
Vascular bundle (VB) area
(μm2)
新植蔗
Newly
planted cane
 CK 243±4a 32±2b 7880±930b
F1 245±5a 33±2b 7959±763b
F2 245±7a 39±2a 9545±976a
宿根蔗
Perennial
cane
 CK 223±4b 29±2c 6380±330c
F1 261±3a 34±2b 7249±263b
F2 255±5a 41±2a 8545±576a

图5

不同施肥处理下的甘蔗叶片组织细胞结构 MC指代叶肉细胞，VB指代维管束。

表4

不同施肥处理下的甘蔗产量和品质

作物季
Crop season		 处理
Treatment		 产量
Yield
(t/hm2)		 糖分
Sugar
content (%)
新植蔗Newly planted cane CK 130.56±1.18b 13.50±0.19a
F1 167.22±2.04a 13.69±0.10a
F2 173.39±3.26a 13.99±0.23a
宿根蔗Perennial cane CK 132.07±1.52b 15.78±0.14a
F1 143.22±1.61a 15.72±0.31a
F2 140.69±2.31a 13.99±0.23a

表5

Total economic benefits of sugarcane production under different fertilization treatments in two years 元/hm2 yuan/hm2

项目
Item		 CK F1 F2
次数
Number
of times		 金额
Amount of
money		 次数
Number
of times		 金额
Amount of
money		 次数
Number
of times		 金额
Amount of
money
地租Land rent 2 － 21 000.00 2 － 21 000.00 2 － 21 000.00
整地和开行Soil preparation and ditching 1 － 1950.00 1 － 1950.00 1 － 1950.00
蔗种Seed of cane 1 － 5250.00 1 － 5250.00 1 － 5250.00
人工种植Artificial planting 1 － 2250.00 1 － 2250.00 1 － 2250.00
人工施有机肥Applying organic fertilizer by labor 0 － 0.00 2 － 300.00 2 － 300.00
化肥Chemical fertilizer 2 － 38 610.00 2 － 38 610.00 2 － 38 610.00
有机肥Organic fertilizer 0 － 0.00 2 － 13 200.00 2 － 15 000.00
封闭除草Pre-emergence 2 － 450.00 2 － 450.00 2 － 450.00
中耕培土Cultivator and earthing-up 2 － 1500.00 2 － 1500.00 2 － 1500.00
松蔸Pine stump 1 － 1500.00 1 － 1500.00 1 － 1500.00
杀虫Insect disinfestation 4 － 600.00 4 － 600.00 4 － 600.00
化学除草Chemical weeding 4 － 1200.00 4 － 1200.00 4 － 1200.00
机收Harvest with machine 2 － 24 949.85 2 － 29 491.80 2 － 29 837.60
总产量Total output 2 262.63 2 310.44 2 314.08
总成本Total cost － － 99 259.85 － － 117 301.80 － － 119 447.60
总产值Total output value － － 136 567.60 － － 161 428.80 － － 163 321.60
总利润Total profit － － 37 307.75 － － 44 127.00 － － 43 874.00

表6

不同施肥处理下光合相关生理性状与苗期甘蔗农艺性状的相关性

项目
Item		 产量
Cane
yield		 糖分
Sugar
content		 出苗率
Emergence
rate		 发株率
Plant
emergence
rate		 叶片
厚度
Leaf
thickness		 叶肉细胞大
小（横径）
MC size
(transverse
diameter)		 维管束
面积
VB area		 NADP-
MDH		 PEPC RuBPC SPAD Pn Gs Ci Tr
产量Cane yield 1.000
糖分Sugar content -0.335 1.000
出苗率Emergence rate -0.445 0.592** 1.000
发株率
Plant emergence rate		 0.517* -0.807** -0.719** 1.000
叶片厚度Leaf thickness 0.221 -0.111 0.347 0.122 1.000
叶肉细胞大小（横径）
MC size (transverse
diameter)		 0.323 -0.242 0.294 0.332 0.639** 1.000
维管束面积VB area 0.803** -0.616** -0.251 0.644** 0.620** 0.674** 1.000
NADP-MDH 0.803** -0.616** -0.251 0.644** 0.620** 0.674** 1.000** 1.000
PEPC 0.903** -0.477* -0.258 0.547* 0.534* 0.625** 0.968** 0.968** 1.000
RuBPC 0.841** -0.502* -0.792** 0.738** -0.010 -0.008 0.617** 0.617** 0.658** 1.000
SPAD -0.275 0.699** 0.918** -0.754** 0.404 0.143 -0.207 -0.207 -0.174 -0.626** 1.000
Pn -0.547* 0.660** 0.979** -0.750** 0.310 0.210 -0.364 -0.364 -0.377 -0.835** 0.914** 1.000
Gs -0.506* 0.634** 0.957** -0.773** 0.130 0.222 -0.386 -0.386 -0.366 -0.861** 0.857** 0.945** 1.000
Ci 0.818** -0.582* -0.784** 0.854** -0.053 0.191 0.651** 0.651** 0.680** 0.943** -0.709** -0.838** -0.809** 1.000
Tr -0.525* 0.691** 0.960** -0.752** 0.176 0.260 -0.400 -0.400 -0.380 -0.855** 0.850** 0.964** 0.982** -0.798** 1.000

表7

不同施肥处理下光合相关生理性状与伸长期甘蔗农艺性状的相关性

项目
Item		 产量
Cane
yield		 糖分
Sugar
content		 出苗率
Emergence
rate		 发株率
Plant
emergence
rate		 叶片
厚度
Leaf
thickness		 叶肉细胞大
小（横径）
MC size
(transverse
diameter)		 维管束
面积
VB area		 NADP-
MDH		 PEPC RuBPC SPAD Pn Gs Ci Tr
产量Cane yield 1.000
糖分Sugar content -0.335 1.000
出苗率Emergence rate -0.445 0.592** 1.000
发株率
Plant emergence rate		 0.517* -0.807** -0.719** 1.000
叶片厚度Leaf thickness 0.221 -0.111 0.347 0.122 1.000
叶肉细胞大小（横径）
MC size (transverse
diameter)		 0.323 -0.242 0.294 0.332 0.639** 1.000
维管束面积VB area 0.571* -0.489* -0.187 0.748** 0.495* 0.832** 1.000
NADP-MDH 0.928** -0.499* -0.312 0.619** 0.450 0.603** 0.771** 1.000
PEPC 0.946** -0.606** -0.587* 0.698** 0.253 0.303 0.611** 0.931** 1.000
RuBPC -0.076 0.112 0.816** -0.299 0.639** 0.691** 0.251 0.183 -0.132 1.000
SPAD 0.178 -0.658** -0.296 0.755** 0.573* 0.574* 0.747** 0.440 0.385 0.092 1.000
Pn -0.565* 0.324 0.809** -0.462 0.354 0.088 -0.212 -0.399 -0.565* 0.653** -0.089 1.000
Gs 0.837** -0.723** -0.585* 0.817** 0.117 0.361 0.691** 0.881** 0.928** -0.110 0.443 -0.481* 1.000
Ci 0.826** -0.079 -0.168 0.357 0.609** 0.482* 0.609** 0.827** 0.744** 0.125 0.368 -0.325 0.552* 1.000
Tr 0.876** -0.667** -0.706** 0.810** 0.042 0.213 0.611** 0.847** 0.955** -0.292 0.388 -0.603** 0.971** 0.592** 1.000

表8

不同施肥处理下光合相关生理性状与成熟期甘蔗农艺性状的相关性

项目
Item		 产量
Cane
yield		 糖分
Sugar
content		 出苗率
Emergence
rate		 发株率
Plant
emergence
rate		 叶片
厚度
Leaf
thickness		 叶肉细胞大
小（横径）
MC size
(transverse
diameter)		 维管束
面积
VB area		 NADP-
MDH		 PEPC RuBPC SPAD Pn Gs Ci Tr
产量Cane yield 1.000
糖分Sugar content -0.335 1.000
出苗率Emergence rate -0.445 0.592** 1.000
发株率
Plant emergence rate		 0.517* -0.807** -0.719** 1.000
叶片厚度Leaf thickness 0.221 -0.111 0.347 0.122 1.000
叶肉细胞大小（横径）
MC size (transverse
diameter)		 0.323 -0.242 0.294 0.332 0.639** 1.000
维管束面积VB area 0.803** -0.616** -0.251 0.644** 0.620** 0.674** 1.000
NADP-MDH 0.930** -0.535* -0.479* 0.725** 0.324 0.530* 0.904** 1.000
PEPC 0.431 0.015 0.439 -0.087 0.863** 0.655** 0.667** 0.414 1.000
RuBPC 0.421 -0.023 0.435 0.099 0.664** 0.934** 0.654** 0.510* 0.813** 1.000
SPAD -0.510* 0.769** 0.943** -0.844** 0.132 0.117 -0.458 -0.611** 0.274 0.292 1.000
Pn 0.328 -0.739** -0.734** 0.805** 0.081 -0.141 0.419 0.446 -0.211 -0.333 -0.863** 1.000
Gs 0.902** -0.016 -0.108 0.179 0.219 0.269 0.643** 0.733** 0.527* 0.477* -0.144 0.056 1.000
Ci 0.854** -0.139 0.002 0.303 0.476* 0.625** 0.816** 0.819** 0.701** 0.743** -0.110 0.040 0.893** 1.000
Tr 0.817** -0.495* -0.168 0.479* 0.671** 0.563* 0.966** 0.841** 0.766** 0.620** -0.368 0.357 0.720** 0.835** 1.000
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