高粱是世界第五大粮食作物，也是我国第五大谷类作物[1]。高粱具有良好的抗旱耐盐性，可在环境恶劣的地方种植[2-3]，因此成为辽西地区主栽杂粮作物之一，约占辽宁高粱播种面积的80%。辽西地区位于科尔沁沙地南缘，属于典型易旱易风蚀地区[4]，存在水土流失较重、土壤抗风蚀水蚀能力较低、耕层土壤变薄和养分含量降低等问题[5]。耕层变薄、土壤养分含量降低会导致土壤中氮素供应不足，降低高粱对氮素的吸收[6]，导致叶片发黄，叶片光合速率下降，进而影响产量形成[7]。色氨酸作为植物体内一种重要的氨基酸，是植物合成生长素（IAA）的生理前提[8]，能够显著提高植物抗胁迫能力[9]，色氨酸可以通过增强植物根系对水和养分的吸收，进而增强植物抗胁迫能力[10⇓⇓-13]。李邦等[14]研究表明，低氮胁迫下，外源色氨酸在高粱幼苗根部通过合成IAA促进根系伸长，提高高粱抗胁迫能力；有学者[15]认为，外源色氨酸通过刺激藜麦根部合成IAA，改善植株生长势，进而提高藜麦抗胁迫能力；周宇飞等[16]认为，喷施外源IAA可以抑制高粱分蘖发生，提高产量；有学者[17-18]认为，在草莓和番茄叶面喷施IAA或色氨酸，能够增强植株生长势，有效增加产量，提高果实品质和经济效益。因此，结合辽西地区农业生产环境，本研究通过减氮处理模拟低氮环境，以辽西地区具有代表性的高粱品种为试验材料，研究其在不同肥力条件下对外源色氨酸的响应，为辽西地区推广高粱绿色高效栽培技术提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2022年在辽宁省旱地农林研究所下甸试验基地内进行，试验地前茬作物为谷子，供试土壤为砂壤质褐土，肥力中等，地势平坦。试验地0~40 cm土壤含有机质12.19 g/kg、全氮0.82 g/kg、有效磷18.07 mg/kg、速效钾124.43 mg/kg、pH 7.71。试验期间的气象情况见图1。
图1
1.2 供试材料
试验材料为生产上广泛种植的优质糯高粱品种冀酿3号。
L-色氨酸（L-TRP）产自北京索莱宝科技有限公司，棕色瓶装，规格为25 g/瓶，纯度98%。
1.3 试验设计
采用裂区试验设计，主处理为常规施用氮肥的1/3用量（N1）和常规氮肥用量（N2）。副处理为叶面喷施清水（Y1）和50 mg/L色氨酸（Y2），Y1和Y2处理均于高粱拔节期进行喷施。小区面积60 m2（5 m×12 m），3次重复。播种方式为条播，行距60 cm，株距16 cm，基本苗10.5 万株/hm2。播种时期5月21日，收获日期9月17日。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 产量及农艺性状指标
于高粱成熟期，在各处理随机选取长势相同且具有代表性的5株植株，测定株高和茎粗，计算茎粗系数和全小区收获产量，并进行考种。
1.4.2 干物质积累量
于高粱成熟期，每小区随机选取长势一致且具有代表性的5株植株，置于烘箱中，在105 ℃下杀青30 min后，在80 ℃下烘干至样品恒重，测定干物质积累量。
1.4.3 叶片形态指标
于高粱灌浆期，用直尺测定高粱冠层上部（倒数第2片叶，以下简称二叶）叶片的长和宽，计算叶片叶面积。
1.4.4 光合特性参数
从开花至成熟期，每隔7 d测定一次光合特性参数。在晴天9:00-11:00，采用LI-6400便携式光合测定系统，于各处理随机选取长势一致且具有代表性的5株植株，测定高粱二叶叶片中部的光合特性参数，每片叶重复测量3次，取平均值。
1.4.5 叶片叶绿素相对含量（SPAD值
） 从开花至成熟期，每隔7 d测定一次SPAD值，选择在晴天10:00-12:00，采用浙江托普公司生产的SPAD- 502叶绿素仪，于各处理随机选取长势一致且具有代表性的5株植株，测定高粱二叶叶片中部的SPAD值，每片叶重复测量3次，取平均值。
1.4.6 相关计算公式
收获指数=籽粒产量（kg/hm2）/成熟期干物质积累量（kg/hm2）；
茎粗系数=茎粗（cm）/株高（cm）×100[19]；
叶面积=叶长（cm）×叶宽（cm）×0.75[19]。
1.5 数据处理
采用Excel软件整理数据和作图，采用DPS软件进行方差分析和相关性分析。
2 结果与分析
2.1 低氮条件下L-色氨酸对高粱二叶净光合速率的影响
如图2所示，各处理在测定期内净光合速率（Pn）变化规律基本一致，均随生育进程呈下降趋势，并在开花期达到最大值，N1Y2、N2Y1和N2Y2处理高粱二叶Pn均高于N1Y1处理，以N2Y2处理Pn最高，但在7~14 d后N1Y2处理Pn明显高于N2Y1处理，而在14 d后可以明显看出N1Y2处理Pn下降速率明显高于N2Y1处理，但在开花后14~ 21 d时N2Y2处理Pn高于其他3个施氮水平。试验表明在低氮条件下，喷施色氨酸有利于高粱二叶在测定期内维持较高的Pn，减缓测定期Pn下降，但受低氮胁迫影响，在灌浆末期Pn明显下降。
图2
图2
低氮条件下L-色氨酸对高粱二叶Pn的影响
Fig.2
Effects of L-tryptophan on Pn of two leaves of sorghum under low nitrogen condition
2.2 低氮条件下L-色氨酸对高粱二叶SPAD值的影响
由图3可以看出，各处理间SPAD值变化趋势基本相同，均呈现随生育进程推移而下降的趋势，在整个生育进程中N2Y2处理SPAD值在整个测定期内明显高于其他处理，NIY1处理SPAD值明显低于其他处理，在生育进程内N1Y1、N1Y2、N2Y1和N2Y2处理SPAD均值分别为53.86、55.92、56.24和56.99，N2Y2处理最高，N2Y1处理次之；N1Y2处理相较于N1Y1处理SPAD值提高3.82%，N2Y2处理相较于N2Y1处理SPAD值提高1.33%。结果表明，在低氮条件下喷施色氨酸更有利于增加高粱叶片SPAD值，延长叶片功能期，将营养物质从“源”向“库”转移，从而增加籽粒重量，提高产量。
图3
图3
低氮条件下L-色氨酸对高粱二叶SPAD值的影响
Fig.3
Effects of L-tryptophan on SPAD value of two leaves of sorghum under low nitrogen condition
2.3 低氮条件下L-色氨酸对高粱生长的影响
根据试验结果（表1）可知，不同施氮量间株高、茎粗、茎粗系数和穗长差异不显著，叶面积差异显著。其中N2处理株高和穗长均高于N1处理，相较N1处理分别增加6.18%和1.21%；而N1处理茎粗和茎粗系数均高于N2处理，茎粗相较N2处理增加9.17%，茎粗系数增加17.89%；受施氮量影响，N2处理叶面积显著高于N1处理，相较N1处理增加6.55%。受喷施外源色氨酸的影响，Y1处理株高显著高于Y2处理，相较Y2处理增加6.38%；而Y2处理茎粗系数显著高于Y1处理，相较Y1处理增加12.8%；其中二者茎粗、穗长和叶面积差异不显著，但Y2处理均高于Y1处理。
表1 施氮量及外源色氨酸对高粱生长的影响
Table 1
| 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 茎粗 Stem diameter (mm) | 茎粗系数 Stem diameter coefficient (%) | 穗长 Panicle length (cm) | 叶面积 Leaf area (cm2) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 施氮量N amount | N1 | 156.26a | 22.15a | 1.43a | 32.11a | 372.27b |
| N2 | 165.92a | 20.29a | 1.23a | 32.50a | 396.66a | |
| 色氨酸Tryptophan | Y1 | 166.07a | 20.51a | 1.25b | 32.03a | 383.27a |
| Y2 | 156.11b | 21.93a | 1.41a | 32.58a | 385.67a | |
不同小写字母表示差异达到显著水平（P < 0.05），下同。
The different lowercase letters in the same column mean significant differences (P < 0.05), the same below.
由表2可知，不同处理间株高、茎粗、茎粗系数、穗长和叶面积差异不显著。其中株高以N2Y1处理最高，N1Y2处理最低，茎粗则表现不同，N1Y2处理最高，N2Y1处理最低；而4个处理茎粗系数表现与茎粗相同；穗长排序为N2Y2>N1Y2>N2Y1>N1Y1；叶面积则以N2Y2处理最高，相较N1Y1处理增加12.03%。由此可以看出，增施氮肥可以增加株高和穗长，增大叶面积，但会降低茎粗和茎粗系数，增加倒伏风险；而喷施色氨酸会降低高粱株高，增加茎粗，可以有效降低倒伏风险。
表2 低氮条件下L-色氨酸对高粱生长的影响
Table 2
| 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 茎粗 Stem diameter (mm) | 茎粗系数 Stem diameter coefficient (%) | 穗长 Panicle length (cm) | 叶面积 Leaf area (cm2) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| N1 | Y1 | 158.90a | 21.74a | 1.38a | 31.61a | 361.52a |
| Y2 | 153.62a | 22.56a | 1.47a | 32.55a | 383.02a | |
| N2 | Y1 | 173.23a | 19.27a | 1.11a | 32.45a | 388.31a |
| Y2 | 158.60a | 21.30a | 1.35a | 32.61a | 405.01a | |
2.4 低氮条件下L-色氨酸对高粱产量及其构成因素的影响
根据表3可知，受施氮量影响，N2处理产量显著高于N1处理，相较N1处理增加7.70%，且N2处理千粒重、穗粒数和干物质积累量均高于N1处理，但差异不显著；而N1处理收获指数略高于N2处理，二者差异不显著；受喷施外源色氨酸影响，Y2处理产量和穗粒数显著高于Y1处理，其产量和穗粒数相较Y1处理分别增加1.91%和3.73%；Y2处理千粒重和干物质积累量均高于Y1处理，二者差异不显著，而Y1处理收获指数略高于Y2处理，二者差异不显著。
表3 施氮量及外源色氨酸对高粱产量及其构成因素的影响
Table 3
| 处理 Treatment | 产量 Yield (kg/hm2) | 千粒重 1000-grain weight (g) | 穗粒数 Kernels per panicle | 干物质积累量 Dry matter accumulation (kg/hm2) | 收获指数 Harvest index (%) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 施氮量N amount | N1 | 9758.36b | 22.38a | 3.81a | 21 439.19a | 0.46a |
| N2 | 10 510.21a | 23.47a | 4.08a | 23 556.75a | 0.45a | |
| 色氨酸Tryptophan | Y1 | 9666.00b | 21.87a | 3.75b | 21 758.74a | 0.46a |
| Y2 | 9850.71a | 22.89a | 3.89a | 23 237.20a | 0.45a | |
由表4可知，不同处理间产量和千粒重差异显著，而穗粒数、干物质积累量和收获指数差异不显著。其中产量和千粒重均以N2Y2处理最高，相比N1Y1处理，分别增加12.26%和7.68%；但4个处理穗粒数、干物质积累量和收获指数差异不显著，穗粒数和干物质积累量均以N2Y2处理最高，而收获指数则以N1Y1处理最高，这可能是由于其产量较低，而干物质量与其他3个处理差异不显著有关。
表4 低氮条件下L-色氨酸对高粱产量及其构成因素的影响
Table 4
| 处理 Treatment | 产量 Yield (kg/hm2) | 千粒重 1000-grain weight (g) | 穗粒数 Kernels per panicle | 干物质积累量 Dry matter accumulation (kg/hm2) | 收获指数 HI (%) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| N1 | Y1 | 9666.00b | 21.87b | 3.75a | 20 612.55a | 0.47a |
| Y2 | 9850.71b | 22.89ab | 3.89a | 22 265.83a | 0.44a | |
| N2 | Y1 | 10 169.37b | 23.39a | 3.96a | 22 904.93a | 0.44a |
| Y2 | 10 851.05a | 23.55a | 4.19a | 24 208.57a | 0.45a | |
2.5 冀酿3号高梁主要农艺性状的相关性分析
利用DPS软件对施氮量与外源色氨酸处理下冀酿3号的主要农艺性状进行相关性分析。由表5可知，除茎粗外，其他性状均与产量呈不同程度的正相关，其中穗粒数与产量呈显著正相关（R= 0.985），其次为干物质积累量和千粒重（R=0.937、R= 0.818）；株高与穗长均与产量呈正相关；千粒重与穗粒数、干物质积累量、株高和穗长均呈正相关，与茎粗呈负相关，其中干物质积累量与千粒重呈显著正相关（R=0.959）；穗粒数与干物质积累量、株高和穗长均呈正相关，其中干物质积累量与穗粒数呈显著正相关（R=0.978），而穗粒数与茎粗呈负相关；干物质积累量与茎粗呈负相关，与株高和穗长呈正相关；株高与茎粗呈显著负相关（R= -0.987），与穗长呈正相关；茎粗与穗长呈负相关（R=-0.148）。
表5 冀酿3号高梁主要生长及生理性状的相关性分析
Table 5
| 性状 Trait | 产量 Yield | 千粒重 1000-grain weight | 穗粒数 Kernels per panicle | 干物质积累量 Dry matter accumulation | 株高 Plant height | 茎粗 Stem diameter | 穗长 Panicle length |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 产量Yield | 1.000 | 0.818 | 0.985* | 0.937 | 0.135 | -0.29 | 0.656 |
| 千粒重1000-grain weight | 1.000 | 0.881 | 0.959* | 0.347 | -0.457 | 0.924 | |
| 穗粒数Kernels per panicle | 1.000 | 0.978* | 0.088 | -0.239 | 0.771 | ||
| 干物质积累量 Dry matter accumulation | 1.000 | 0.173 | -0.311 | 0.874 | |||
| 株高Plant height | 1.000 | -0.987* | 0.058 | ||||
| 茎粗Stem diameter | 1.000 | -0.148 | |||||
| 穗长Panicle length | 1.000 |
“*”表示在0.05水平显著相关，“**”表示在0.01水平显著相关。
“*”indicates a significant correlation at the 0.05 level,“**”indicates a significant correlation at the 0.01 level.
3 讨论
3.1 低氮条件下L-色氨酸对高粱叶片Pn和SPAD值的影响
氮素是叶绿素的主要组成成分，也是作物生长发育和产量形成过程中的关键因素[20⇓-22]。曾辉等[23]认为，外源色氨酸可以增加核桃叶片Pn。本试验结果表明，各处理在测定期内Pn均随生育进程呈下降趋势，各处理Pn均显著高于N1Y1处理，但在开花后7~14 d间N1Y2处理Pn显著高于N2Y1处理，结合本试验高粱叶片SPAD值的趋势来看，可能是喷施外源色氨酸提高了叶片叶绿素含量，进而提高其Pn；而在14 d后N1Y2处理Pn下降速率明显高于N2Y1处理，这可能是受低氮胁迫影响，氮素供应不足，导致叶绿素含量降低，进而导致其Pn降低。曹翠玲等[24]认为，零氮处理小麦叶片内叶绿素a、b和总叶绿素含量显著降低，而在供氮情况下，叶片内叶绿素总含量随供氮水平的提高而增加；宁倩等[25]认为，喷施适宜浓度IAA能提高水稻叶片叶绿素含量，提高光合效率；前人[26]研究表明，喷施外源L-色氨酸可以增加小麦叶片SPAD值。这与本试验结果相一致，在测定期内，N1Y2和N2Y2处理SPAD值均高于N1Y1和N2Y1处理，相较于未喷施色氨酸处理，N1Y2处理SPAD值增幅大于N2Y2处理。说明低氮条件下，喷施色氨酸有利于提高高粱叶片SAPD值。
3.2 低氮条件下L-色氨酸对高粱产量及农艺性状的影响
施用氮肥够增强作物对光能的利用，进而积累更多光合产物，增加籽粒产量[27-28]。本试验结果表明，施氮处理相较减氮处理籽粒产量增加7.70%，并且施氮处理下千粒重、穗粒数和干物质积累量均高于减氮处理。这与曹晓燕等[29]研究结果一致。前人[30]研究表明，喷施外源色氨酸会降低籽粒产量和千粒重，增加穗粒数，这与本试验研究结果不一致，本研究结果表明，喷施外源色氨酸处理后产量和穗粒数显著高于喷施清水处理，产量增加1.91%，且千粒重、干物质积累量和收获指数均高于喷施清水处理。有研究表明，增施氮肥[29,31-32]和施用外源色氨酸[17-18,33-34]均可增加作物产量，提高作物品质。本试验结果表明，相较于N1Y1处理，N2Y2、N2Y1和N1Y2处理产量分别增加12.26%、5.21%和1.91%；千粒重以N1Y1处理最低，相较N1Y2处理降低4.46%，4个处理间穗粒数、干物质积累量和收获指数差异不显著，说明在同一氮素水平下，喷施外源色氨酸能显著增加高粱产量和千粒重，但对穗粒数、干物质积累量和收获指数影响不显著。
有学者[25]认为，喷施适宜浓度外源IAA可增加水稻株高，促进地上部生长；外源IAA浓度过高会抑制水稻地上部生长，但会增加其根冠比；李方豪等[35]认为，高粱株高随氮肥施用量增加而增加，而茎粗和穗长均随氮肥施用量增加呈先增后减的趋势。本试验结果表明，施氮量增加可以增加株高、穗长和叶面积，但会降低其茎粗及茎粗系数，增加倒伏风险；喷施外源色氨酸会降低高粱株高，增加茎粗、茎粗系数、穗长和叶面积，降低倒伏风险。这与陈明昌等[36]研究结果不尽相同，他们认为外源色氨酸能够增加玉米株高，促进地上部和地下部生长，增加干重；蒋佳等[37]认为，喷施适当浓度外源色氨酸可以促进油菜合成IAA，加速油菜生长发育，增大地上部叶面积。这与本试验结果相符，在N1和N2氮素水平下，喷施外源色氨酸处理茎粗、茎粗系数、穗长和叶面积均高于喷施清水处理，其中茎粗分别增加3.77%和10.53%，叶面积分别增加5.95%和4.30%，同时喷施外源色氨酸处理株高比喷施清水处理分别降低3.44%和9.22%。由此可以看出，增施氮肥可以增加株高和穗长，增大叶面积，但会降低茎粗和茎粗系数，增加倒伏风险；而喷施色氨酸会降低高粱株高，增加茎粗，可以有效降低倒伏风险。
4 结论
综合本试验Pn和SPAD值的变化规律及产量等结果，在低氮条件下，于高粱拔节期喷施色氨酸有利于提高产量、千粒重、穗粒重、茎粗和穗长，降低株高，降低倒伏风险，有利于提高高粱SPAD值和Pn，从而延长叶片功能期，增加籽粒重，促进增产增收。
参考文献
中晚熟区主要高粱品种耐瘠性综合评价
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.23.003
[本文引用: 1]
【目的】土壤肥力是影响作物生长发育和产量的重要因素。中国人均耕地资源缺乏,全国约有21.95%的耕地生产障碍问题突出,保障中国未来粮食安全不仅要兼顾现有耕地产能提升,同时要高度重视后备耕地资源合理开发利用,因此,在贫瘠的土地上种植耐瘠作物,避免与主要粮食作物生产竞争,对满足粮食需求至关重要。为利用边际土地发展高粱生产,2019年在山西省榆次区比较研究中晚熟区高粱品种耐瘠性差异,筛选耐瘠性强的高粱品种和高粱耐瘠性评价指标,为边际土壤高粱种植品种筛选提供依据。【方法】以23个高粱品种为试验材料,采用大田试验,设置高土壤肥力（对照处理）和低土壤肥力（瘠薄胁迫）2个处理,调查其对高粱产量性状、干物质积累、养分吸收等15个指标影响,计算各指标的耐瘠指数,采用基于主成分分析的隶属函数法与聚类分析评价参试高粱的耐瘠能力,筛选耐瘠品种;利用耐瘠指数和耐瘠综合评价值（D值）,通过回归分析与相关性分析确定高粱耐瘠性鉴定的适宜指标。【结果】瘠薄胁迫下,高粱产量、穗粒数、收获指数（HI）、干物质积累量、抽穗后干物质积累量、抽穗时叶面积指数（LAI）、穗长和穗宽有不同程度降低,降低幅度依次为抽穗后干物质积累量>产量>穗粒数>干物质积累量>LAI>穗宽>HI;籽粒氮、磷、钾累积量和植株氮、磷、钾累积量有不同程度下降,其中,氮累积量对瘠薄胁迫最为敏感。通过主成分分析将15个指标转化成5个综合指标（累计贡献率为89.28%）,计算各参试品种D值,聚类分析后,将23个高粱品种划分为4种类型,其中,耐瘠性强6个（0.633≤D≤0.755）、耐瘠性较强7个（0.467≤D≤0.592）、耐瘠性较弱7个（0.310≤D≤0.421）和耐瘠性弱3个（0.166≤D≤0.246）。不同高粱品种中,冀酿2号、辽杂19、晋杂18、晋杂22、金丰301和晋杂28的D值最高。利用逐步回归分析建立高粱耐瘠评价的最优回归方程,筛选出产量、干物质累积量、植株氮累积量、籽粒磷累积量、籽粒钾累积量和穗宽6个指标对高粱耐瘠能力有显著影响。相关性分析表明,干物质积累量、产量、植株氮累积量、植株磷累积量、籽粒氮累积量和籽粒磷累积量的耐瘠指数与D值的相关性较高,其相关系数分别达到0.845、0.836、0.766、0.778、0.761和0.757。【结论】在瘠薄胁迫条件下,不同高粱品种耐瘠性存在遗传差异,冀酿2号、辽杂19、晋杂18、晋杂22、金丰301和晋杂28为耐瘠性强的品种。产量、干物质累积量、植株氮累积量和籽粒磷累积量可用于高粱耐瘠能力的快速评价。
Tryptophan-dependent indole-3-acetic acid biosynthesis by ‘IAA-synthase’ proceeds via indole-3-acetamide
Physiological responses of wheat to salinity alleviation by nicotinamide and tryptophan
Growth and yield of wheat as affected by compost enriched with chemical fertilizer, L-tryptophan and rhizobacteria
Precursor (L- tryptophan)- inoculum (Azotobacter) interaction for improving yields and nitrogen uptake of maize
Effect of L-tryptophan on plant weight and pod weight in chickpea under rainfed conditions
Isolation and characterization of indole acetic acid (IAA) producing bacteria from rhizospheric soil and its effect on plant growth
低氮胁迫下外源色氨酸对高粱幼苗根系伸长的调控作用
DOI:10.3724/SP.J.1006.2023.24133
[本文引用: 1]
低氮胁迫促进高粱根系伸长, 但其具体的生理机制仍不清晰。为解析高粱根系在低氮胁迫下伸长的生理机制, 本试验选用高粱耐低氮自交系(398B)和氮敏感自交系(CS-3541)为材料, 研究低氮胁迫下高粱根系伸长的物质和能量代谢基础。结果表明, 与正常氮相比, 低氮胁迫显著促进了398B和CS-3541根长及根尖细胞长度, 398B表现出更长的根长; 低氮胁迫后1、5和10 d, 398B和CS-3541根系中内源色氨酸含量显著增加; 应用RNA-seq技术对2个高粱自交系低氮胁迫后根系样品进行差异表达基因鉴定, 结果发现色氨酸代谢途径的有关基因参与了低氮下高粱根系的伸长。进一步利用外源色氨酸处理发现, 外源色氨酸通过增加生长素含量, 激活了质膜H<sup>+</sup>-ATPase的活性, 促进质膜酸化, 提高了能量代谢相关酶活性及ATP含量, 从而诱导了根系的能量代谢, 促进了低氮胁迫下高粱根系的伸长。而且, 外源色氨酸对低氮胁迫下398B的作用效果更好。综上所述, 低氮胁迫处理激活了内源色氨酸在高粱根系伸长中的关键作用, 依赖色氨酸途径合成的生长素及协同提高的能量代谢是促进低氮下高粱根系伸长的生理机制。
Effect of banana peel extract or tryptophan on growth, yield and some biochemical aspects of quinoa plants under water deficit
种植方式和密度对高粱群体结构和产量的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.005
[本文引用: 2]
【目的】种植方式结合种植密度是提高旱作区作物光能利用率、增加作物产量的有效途径之一,在旱作农业生产中具有重要意义。通过研究不同种植密度和种植方式对高粱冠层结构的影响,为进一步挖掘辽西半干旱区高粱产量潜力提供理论依据。【方法】2016—2017年以酿造型高粱品种辽杂19号为试验材料,采用二因素裂区试验设计,主区为种植方式,设60 cm等行距种植（P1）和80 cm+40 cm宽窄行种植（P2）,裂区为种植密度,分别为75 000株/hm <sup>2</sup>（D1）、105 000株/hm <sup>2</sup>（D2）、135 000株/hm <sup>2</sup>（D3）、165 000株/hm <sup>2</sup>（D4）,3次重复。通过测定分析高粱群体植株形态指标、光合生理指标、地上部生物量,探究不同处理组合对高粱群体光合特性和产量形成的影响。 【结果】2年间同一种植方式下,高粱籽粒产量由大到小依次为D3>D2>D4>D1。2年平均产量,P2D2处理较P1D2处理增产5.02%,P2D3处理较P1D3处理增产6.96%,P2D1处理较P1D1处理减产0.27%,2017年P2D4处理较P1D4处理减产2.55%,所有处理组合中以P2D3处理产量最高,2年平均产量为10 267.14 kg·hm <sup>-2</sup>。随种植密度的增加,株高、群体叶面积指数和叶向值呈增大趋势,茎粗、茎粗系数、单株叶面积、茎叶夹角、透光率、叶绿素相对含量（SPAD值）、净光合速率呈减小趋势。在D2和D3处理下,P2处理较P1处理在茎粗系数、群体叶面积指数、透光率、SPAD值、净光合速率等方面表现出一定的优势。2年平均茎粗系数,P2D2处理较P1D2处理增加2.80%,P2D3处理较P1D3处理增加9.29%。。2年平均群体叶面积指数和平均净光合速率,P2D2处理较P1D2处理分别增加3.17%和16.33%,P2D3处理较P1D3处理分别增加7.27%和17.57%。开花期和乳熟期,2年平均冠层底部透光率,P2D2处理较P1D2处理分别增加22.55%和15.81%,P2D3处理较P1D3处理分别增加37.45%和102.09%,冠层中部透光率P2D2处理较P1D2处理分别增加38.72%和8.16%,P2D3处理较P1D3处理分别增加56.59%和93.60%。开花期和乳熟期,2年平均SPAD值,P2D2处理较P1D2处理分别增加6.46%和5.41%,P2D3处理较P1D3处理分别增加8.75%和5.46%。在D2和D3处理下,2年间P2处理上层叶片相对挺直,叶面积较小,可以改善中下层叶片受光条件,下层叶片相对平展,叶面积较大,可以减少漏光损失,提高光能利用率。 【结论】适当提高种植密度是提升高粱产量的关键。适宜种植密度下,宽窄行种植较等行距种植可有效改善冠层透光率,增加群体叶面积指数,扩大光合面积,提高叶片尤其是中下层叶片光合性能,是实现作物群体结构和植株个体功能协同增益和产量提高的重要途径。
玉米耐高密品种冠层光氮分布及匹配特征研究
DOI:10.3724/SP.J.1006.2022.13073
[本文引用: 1]
在有限氮投入下通过增密种植实现玉米增产增效, 需要进一步挖掘耐密品种的光氮匹配利用潜力。揭示不同耐密品种冠层光氮空间分布和匹配特征差异, 及其与玉米产量形成及氮效率的关系, 对探索玉米产量效率层次差异消减途径具有指导意义。本试验以常规品种KH8和耐高密品种MC670为试验材料, 在减氮增密条件下, 系统分析了常规和耐密型玉米品种冠层光氮分布及匹配特征的差异。结果表明, 耐高密品种MC670穗位以上透光率较常规品种KH8高20.6%。两品种的比叶氮(specific leaf nitrogen, SLN)均表现为上层叶片、中层叶片显著高于下层叶片; MC670上层、中层叶片SLN显著高于KH8, 但下层叶片差异不显著。KH8和MC670的光氮匹配系数分别为1.28和0.86, MC670的光氮匹配系数与理想值差异较小, 说明MC670的光氮匹配程度优于KH8。综上所述, 与常规品种KH8相比, 耐高密品种MC670冠层具有较低的消光系数和较高的氮消减系数, 使耐高密品种冠层具有较优的光氮匹配程度, 同时使其中上部冠层具有更高的光合氮比例、光合氮效率和光合生产力, 这是其实现较高的氮肥生理效率、氮肥利用效率及获得高产的重要生理内因。
不同肥力条件下施肥对粒用高粱产量、品质及养分吸收利用的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.020
[本文引用: 1]
【目的】研究土壤肥力、施肥及其互作对高粱产量、品质及养分利用的影响,为不同肥力条件下高粱施肥提供理论依据。【方法】 从连续6年长期定位试验的不施肥、氮磷钾配施、氮磷钾结合有机肥和秸秆还田3个处理采集土壤,分别代表低肥力（LSF）、中肥力（MSF）和高肥力（HSF）,每个肥力水平设不施肥（NF）和施肥（CF）2个处理,在温室进行盆栽试验。籽粒成熟后每盆单独收获测产,测定并计算地上部及籽粒的氮磷钾养分含量、土壤氮磷钾养分依存率及氮磷钾肥养分利用效率,分析各处理对籽粒中淀粉、单宁及蛋白质含量的影响。【结果】 土壤基础肥力显著影响高粱地上部生物量和籽粒产量,但施肥后LSF、MSF和HSF 3个处理具有相同的生物量和产量。土壤基础肥力对籽粒淀粉含量没有显著影响,不施肥时LSF、MSF及HSF籽粒淀粉含量为67.99%—69.33%;但施肥降低高粱籽粒淀粉含量,随土壤基础肥力的升高,影响更为明显,HSF的CF处理淀粉含量仅为60.75%,比NF处理降低了九个百分点;土壤基础肥力对直链淀粉和支链淀粉比值没有影响。不施肥时LSF籽粒单宁含量最高,达13.69 g·kg <sup>-1</sup>,MSF和HSF的籽粒单宁含量分别为10.67和10.78 g·kg <sup>-1</sup>;施肥降低了LSF和HSF处理籽粒单宁含量,降幅达30%;尽管随土壤基础肥力提升籽粒蛋白质含量增加,但不施肥处理蛋白质含量较低,为50.98—68.54 g·kg <sup>-1</sup>;施肥显著提高了籽粒蛋白质含量,施肥后LSF、MSF和HSF处理的籽粒蛋白质含量分别为108.13、118.13和117.19 g·kg <sup>-1</sup>。土壤基础肥力显著影响了土壤地力和肥料对籽粒产量贡献率,LSF、MSF和HSF肥力下施肥对产量的贡献率分别为90.2%、51.7%和8.5%。不施肥时随土壤基础肥力提升,籽粒和秸秆中氮磷钾含量增加;与对应土壤基础肥力比较,施肥提高了籽粒和秸秆中氮磷钾养分吸收量,以HSF为例籽粒和秸秆中氮的吸收量分别由319.42和481.63 mg/盆增至597.11和924.92 mg/盆,造成了养分的奢侈吸收,降低了氮磷钾的收获指数,而在LSF和MSF情况下施肥提高了氮磷钾的收获指数。 【结论】 施肥能使低肥力土壤获得最大产量潜力;土壤基础肥力影响籽粒产量,但对籽粒淀粉、单宁和蛋白质含量的影响远远小于施肥;低肥力不施肥籽粒淀粉和单宁含量最高,高肥力施肥明显降低籽粒淀粉和单宁含量;施肥对籽粒蛋白质含量的影响远大于土壤肥力。施肥提高低土壤肥力植株氮磷钾收获指数,降低了高肥力养分收获指数,低肥力土壤合理施肥能实现籽粒高粱产量和品质的协同提高。
The stimulatory effects of L-tryptophan and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) on soil health and physiology of wheat
小林喜男,赵金林. 粒用高粱生产性能的研究Ⅲ.萎蔫处理和叶面喷洒萘乙酸(NAA)、吲哚乙酸(IAA)和色氨酸(TTP)对粒用高粱籽粒和饲料产量影响的比较研究
土施L-蛋氨酸、L-苯基丙氨酸、L-色氨酸对玉米生长和养分吸收的影响
通过盆栽试验,研究了3种植物生长调节剂前体物质对玉米生长发育和养分吸收的影响,并确定了其适宜用量.结果表明,土施L蛋氨酸(L-MET)、L-苯基丙氨酸(L-PHE)和L-色氨酸(L-TRP)能不同程度地增加玉米株高、地上部和地下部干重,提高玉米根系活力、体内硝酸还原酶和过氧化氢酶的活性,促进玉米对氮、磷、钾、锌养分的吸收.在所有供试浓度中,以土施L-MET0.0185～0.185mg·kg<sup>-1</sup>、L-PHE0.2mg·kg<sup>-1</sup>和L-TRP0.03～0.3mg·kg<sup>-1</sup>效果最佳,而且L-PHE和L-TRP对玉米生长的促进作用和提高养分的吸收能力均优于L-MET.
