聚糠萘合剂对东北地区高粱不同密度群体叶片衰老及产量的影响
Effects of PASP-KT-NAA on Leaf Senescence and Yield of Sorghum Populations with Different Densities in Northeast China
通讯作者:
第一联系人: 王琦为共同第一作者,主要从事作物栽培生理与化学调控研究,E-mail:
收稿日期: 2023-05-11 修回日期: 2023-07-20 网络出版日期: 2023-11-30
基金资助: |
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Received: 2023-05-11 Revised: 2023-07-20 Online: 2023-11-30
作者简介 About authors
张薇,主要从事作物栽培生理与化学调控研究,E-mail:
为探讨聚糠萘合剂(PKN)对东北地区高粱不同密度群体叶片衰老与产量的影响,于2021-2022年在中国农业科学院公主岭试验站(124°48′43″ E,43°29′55″ N)以龙杂25号和吉杂127号为试验材料,设置聚糠萘合剂和密度梯度处理,研究密度梯度对东北地区高粱叶片衰老与产量的影响以及PKN的调控效应。结果表明,花期到成熟期,随着种植密度增加,2个高粱品种单株叶面积减小,旗叶叶绿素相对含量(SPAD值)降低,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性降低,丙二醛(MDA)含量增加,上述指标在2个品种间存在差异。PKN处理可显著提高各密度下2个高粱品种旗叶SOD、CAT和POD活性以及SPAD值,显著降低MDA含量;显著减小单株叶面积降幅,延缓植株衰老进程。PKN处理后,各密度条件下,龙杂25号和吉杂127号较各自对照分别增产1.86%~7.61%和5.39%~8.94%;2个高粱品种均在12.75万株/hm2密度下显著增产,增幅分别为7.61%和7.82%。因此,合理的种植密度配合喷施PKN可作为东北地区高粱高产稳产栽培的重要技术措施。
关键词:
In order to explore the effects of PASP-KT-NAA (PKN) on leaf senescence and yield of sorghum with different densities population, a field experiment was conducted using two varieties of Longza 25 and Jiza 127 with treatments of PKN and different planting densities in Gongzhuling Experimental Station of Chinese Academy of Agricultural Sciences (124º48′43″ E, 43º29′55″ N) in 2020 and 2021. The results showed that the increasing of planting density decreased the leaf area (LA) per plant and relative chlorophyll content (SPAD value), decreased the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD), and increased the content of malondialdehyde (MDA) of the two varieties of sorghum from flowering stage to maturity stage. The above indexes were different in two varieties. PKN treatment could significantly increase the activities of SOD, CAT and POD, and SPAD value, and significantly decrease the content of MDA. PKN treatment could significantly decrease the decline of leaf area per plant and delay the process of plant aging. Under PKN treatment, the yield of Longza 25 and Jiza 127 increased by 1.86%-7.61% and 5.39%-8.94% compared with their respective controls, respectively. Under 12.75×104 plant/ha density, the yield of the two varieties of sorghum increase significantly by 7.61% and 7.82%, respectively. Thus, adopting an appropriate planting density combined with PKN application could be an important technique for achieving high and stable yield in sorghum production in Northeast China Plain.
Keywords:
本文引用格式
张薇, 王琦, 闫鹏, 许艳丽, 严洪冬, 李桂英, 陈迪苏, 焦晓燕, 卢霖, 董志强.
Zhang Wei, Wang Qi, Yan Peng, Xu Yanli, Yan Hongdong, Li Guiying, Chen Disu, Jiao Xiaoyan, Lu Lin, Dong Zhiqiang.
作物高产与光合作用密切相关,合理的种植密度可以构建良好的群体结构,优化群体光合能力,获得适量的光合面积,降低漏光损失,充分发挥作物品种的增产潜力[7]。然而,增密会增加作物群体冠层郁闭率,加剧植株对有限养分的竞争程度,加速地上部叶片衰老,从而导致作物减产[8⇓-10]。增密将引起植株细胞内动态失衡,加速活性氧自由基对细胞膜的损伤,降低保护酶活性,进一步影响植株叶片的功能与衰老,最终影响作物产量[11⇓⇓-14]。崔凤娟等[15]研究表明,增大种植密度可增加高粱叶面积指数,但却加速叶绿素降解,加大叶面积降幅,引起叶片早衰,降低光合有效期;王海燕等[16]研究表明,过密会产生降低作物超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性、渗透物质含量及加快丙二醛(MDA)含量积累等一系列负效应。
适宜的行间距配置和合理的施肥方案在一定程度上可以缓解增密带来的负效应,达到增产目的。应用化学调控技术,可以使植物在特定外部环境条件下从植物内部调节生理生化反应及形态结构,提高抗逆能力,促进正常生长发育,显著提高产量[17⇓-19]。大量研究[20⇓⇓⇓⇓⇓-26]表明,在东北玉米大田生产中,聚糠萘合剂(PASP-KT-NAA,简称PKN,主成分细胞分裂素)抗逆增产效果显著,可显著提高功能叶抗氧化特性和叶绿素含量,延缓玉米衰老,提高叶片的光合效率,增强氮素代谢,促进根系生长,最终增加玉米的产量。研究[27⇓⇓⇓⇓-32]表明,合理施用细胞分裂素可以提高作物叶绿素相对含量(SPAD值)与抗氧化酶活性,降低MDA含量,减缓叶片衰老,延长绿叶的光合有效期,进而提高作物产量。目前,在东北高粱生产中,已示范应用PKN,增产效果显著,但关于PKN对东北地区高粱不同密度群体抗逆增产的调控机制亟需进一步明确。因此,本试验采用龙杂25号和吉杂127号为材料,设置聚糠萘合剂与密度梯度处理,研究密度梯度对高粱花粒期旗叶抗氧化特性的影响及PKN的调控效应,探讨PKN调控高粱叶片抗氧化特性、防止密植群体花粒期叶片早衰的生理机制,为建立东北地区高粱密植高产稳产栽培技术提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
于2021和2022年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站(124°48′43″ E,43°29′55″ N)开展大田试验。试验地土壤类型为黑土,0~20 cm土层含全氮1.4 g/kg、速效氮155.3 mg/kg、速效磷34.4 mg/kg、速效钾184.2 mg/kg、有机质26.7 g/kg,pH 5.8。
1.2 试验材料与设计
试验以龙杂25号(由黑龙江省农业科学院选育,简称LZ)和吉杂127号(由吉林省农业科学院选育,简称JZ)为材料,采用裂区试验设计,主区为化控处理(简称TR),于六展叶与倒二展叶时叶面喷施PKN,剂量为0.75 L/hm2,对照处理(简称CK)喷施等量清水;副区为密度处理,设置5个密度水平:8.25万、9.75万、11.25万、12.75万和14.25万株/hm2,分别用D1、D2、D3、D4、D5表示。试验小区为8行区,长6.0 m,宽4.8 m,每个处理设3次重复。基施复合肥493.81 kg/hm2(N:P:K为7.5:5:5),拔节期中耕前追施尿素146.7 kg/hm2。其他管理同当地大田一致。2021年5月14日播种,9月收获;2022年5月12日播种,9月收获。
PKN由中国农业科学院作物科学研究所研制。
1.3 测定项目与方法
自开花之日起,每10 d取一次样,时间为上午10:00。取样时选取长势一致的单株,每个小区剪取3片旗叶,去掉叶脉、叶缘、叶基和叶端,液氮速冻后储存于-20 ℃冰箱。
1.3.1 单株绿叶面积和叶面积降幅
从每个小区选择6株代表植株,于花后0、15、30、45和60 d采用长宽系数法测定绿叶面积,叶面积(LA,cm2)=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.75;按照Tollenaar等[33]的方法,以一段时间内前后2次测得的绿叶面积降幅表征叶片的衰老程度,叶面积降幅(%)= (LA2-LA1)/LA1×100。其中,LA1和LA2分别代表前、后2次测得的单株绿叶面积。
1.3.2 叶绿素相对含量
从每个小区选择6株代表植株,于花后0、10、20、30和40 d采用手持式SPAD-502型叶绿素计测定旗叶SPAD值。
1.3.3 抗氧化酶活性及丙二醛含量
参照王永军等[34]的方法测定SOD、CAT、过氧化物酶(POD)活性以及MDA含量。
1.3.4 产量及其构成因素
于收获期在各小区中部选择12 m2长势均匀的高粱植株收获用于测产,并选取10个均匀一致的高粱穗测定其穗部性状。自然风干后脱粒,称重,并折算成单位面积产量。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2016整理、计算数据及作图,采用IBM SPSS Statistics 22统计分析,以新复极差法(Duncan法)及成对法t检验(P<0.05)检验平均数间的差异显著性。2年试验结果基本一致,本文采用2022年的数据。
2 结果与分析
2.1 PKN对不同密度高粱叶片衰老进程的影响
如图1所示,开花期到成熟期,D1~D5密度条件下,2个品种花后每隔15 d叶面积呈降低趋势,LZ降幅分别为1.20%~3.23%、1.23%~3.47%、1.34%~4.10%、1.82%~4.78%和0.32%~4.93%,JZ降幅分别为2.75%~7.61%、3.28%~7.12%、3.42%~ 12.85%、3.93%~13.5%和5.05%~15.35%。JZ单株叶面积明显大于LZ,但JZ单株叶面积降幅随密度增加明显高于LZ。2个品种的单株叶面积降幅随生育进程呈先升后降趋势,均以花后30~45 d时降幅最大,其平均降幅分别为4.11%和11.26%。PKN处理后,2个品种高粱叶面积降低幅度显著降低,D1~D5密度条件下,LZ-TR花后每隔15 d降幅较LZ-CK分别平均减小47.60%、31.82%、35.51%、42.88%和31.92%;JZ-TR较JZ-CK分别平均减小30.87%、19.69%、19.79%、25.72%和17.27%。
图1
图1
PKN对不同密度高粱单株叶面积及其降幅的影响
“*”表示在P < 0.05水平下差异显著,下同。
Fig.1
Effects of PKN on leaf area per plant and leaf area reduction per plant of sorghum with different densities
“*”indicates significance differences at P < 0.05 level, the same below.
2.2 PKN对不同密度高粱旗叶SPAD值的影响
如图2所示,花后20~40 d,2个高粱品种旗叶SPAD值随密度增加显著降低;品种间差异不显著。PKN处理后,各密度下2个品种的SPAD值均有提高,中高密度(D3、D4和D5)花后20~40 d时较CK达显著水平。D1~D5密度下,LZ-TR较LZ-CK分别增加2.10%~5.34%、2.35%~4.47%、3.24%~ 12.52%、3.46%~11.25%和3.79%~11.63%;JZ-TR较JZ-CK分别增加3.18%~9.25%、2.86%~10.94%、7.59%~12.39%、8.08%~16.61%和5.51%~17.90%。
图2
图2
PKN对不同密度高粱旗叶SPAD值的影响
Fig.2
Effects of PKN on SPAD value in flag leaves of sorghum with different densities
2.3 PKN对不同密度高粱旗叶抗氧化酶活性的影响
2.3.1 对SOD活性的影响
如图3所示,各密度下,2个品种旗叶SOD活性随种植密度增加呈降低趋势,品种间LZ显著高于JZ。PKN处理后,各密度下2个品种的旗叶SOD活性显著提高,LZ-TR较LZ-CK分别平均增加15.17%、16.07%、22.80%、25.09%和25.87%,JZ-TR较JZ-CK分别平均增加14.03%、12.12%、12.32%、15.26%和15.96%。
图3
图3
PKN对不同密度高粱旗叶SOD活性的影响
Fig.3
Effects of PKN on SOD activity in flag leaves of sorghum with different densities
2.3.2 对POD活性的影响
如图4所示,各密度下,2个品种旗叶POD活性随种植密度的增加而降低;品种间LZ显著高于JZ,且LZ花后20~30 d增幅显著高于JZ。PKN处理后,各密度下2个品种的POD活性显著提高,LZ-TR较LZ-CK分别平均增加18.33%、19.48%、22.45%、22.75%和13.92%,JZ-TR较JZ-CK分别平均增加17.17%、12.35%、14.02%、11.64%和14.68%。
图4
图4
PKN对不同密度高粱旗叶POD活性的影响
Fig.4
Effects of PKN on POD activity in flag leaves of sorghum with different densities
2.3.3 对CAT活性的影响
如图5所示,随种植密度增加,2个高粱品种的旗叶CAT活性呈降低趋势;品种间峰值时期不同,LZ出现在花后20 d,JZ出现在花后30 d。PKN处理后,各密度下2个高粱品种的CAT活性均有提高,D3、D4、D5密度处理与CK达显著差异水平。D1~D5密度下,LZ-TR较LZ-CK分别平均增加19.45%、21.38%、21.43%、16.00%和17.17%;JZ-TR较JZ-CK分别增加4.39%~27.95%、5.66%~30.60%、7.17%~ 35.88%、6.90%~ 34.85%和8.19%~26.14%。
图5
图5
PKN对不同密度高粱旗叶CAT活性的影响
Fig.5
Effects of PKN on CAT activity in flag leaves of sorghum with different densities
2.4 PKN对不同密度高粱旗叶MDA含量的影响
如图6所示,各密度下,2个高粱品种的旗叶MDA含量随种植密度增加而升高;品种间,JZ高于LZ,且JZ花后10~30 d增幅明显高于LZ。PKN处理后,各种植密度下2个高粱品种的MDA含量显著降低,LZ-TR较LZ-CK分别平均减少12.79%、14.24%、14.71%、19.36%和17.43%,JZ-TR较JZ-CK分别平均减少16.51%、13.62%、14.08%、15.93%和16.51%。
图6
图6
PKN对不同密度高粱旗叶MDA含量的影响
Fig.6
Effects of PKN on MDA content in flag leaves of sorghum with different densities
2.5 不同密度高粱叶片衰老与抗氧化指标的相关性分析
单株绿叶面积及其降幅与叶片衰老进程密切相关,可作为评价叶片衰老程度的重要指标[35]。将2个品种不同密度下叶片衰老指标与抗氧化酶活性、MDA含量及SPAD值进行相关性分析,结果如表1所示。LZ-CK与LZ-TR结果一致,叶片衰老与SOD、POD、CAT活性及SPAD值呈负相关,与MDA含量呈正相关;MDA含量与SOD、POD、CAT活性呈显著或极显著负相关,与SPAD值呈负相关。JZ-CK叶片衰老与SOD、POD、CAT活性及SPAD值呈显著或极显著负相关,与MDA含量呈显著正相关;MDA含量与SOD、POD、CAT活性及SPAD值呈显著或极显著负相关。而JZ-TR叶片衰老与POD活性及SPAD值呈负相关,MDA含量与POD活性及SPAD值呈负相关;其他指标与JZ-CK结果一致。
表1 高粱不同密度叶片衰老与抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性、MDA含量及SPAD值的相关性
Table 1
处理 Treatment | 指标 Index | SOD x1 | POD x2 | CAT x3 | MDA x4 | SPAD x5 | 单株绿叶降幅Leaf area reduction per plant y |
---|---|---|---|---|---|---|---|
LZ-CK | x1 | 1.000 | |||||
x2 | 0.992** | 1.000 | |||||
x3 | 0.980** | 0.947* | 1.000 | ||||
x4 | -0.963** | -0.985** | -0.897* | 1.000 | |||
x5 | 0.945* | 0.931* | 0.937* | -0.857 | 1.000 | ||
y | -0.755 | -0.755 | -0.762 | 0.723 | -0.729 | 1.000 | |
LZ-TR | x1 | 1.000 | |||||
x2 | 0.981** | 1.000 | |||||
x3 | 0.968** | 0.947* | 1.000 | ||||
x4 | -0.973** | -0.993** | -0.916* | 1.000 | |||
x5 | 0.919* | 0.870 | 0.957* | -0.854 | 1.000 | ||
y | -0.608 | -0.543 | -0.720 | 0.525 | -0.870 | 1.000 | |
JZ-CK | x1 | 1.000 | |||||
x2 | 0.959** | 1.000 | |||||
x3 | 0.939* | 0.940* | 1.000 | ||||
x4 | -0.976** | -0.946* | -0.985** | 1.000 | |||
x5 | 0.991** | 0.987** | 0.953* | -0.976** | 1.000 | ||
y | -0.927* | -0.993** | -0.936* | 0.922* | -0.966** | 1.000 | |
JZ-TR | x1 | 1.000 | |||||
x2 | 0.347 | 1.000 | |||||
x3 | 0.996** | 0.369 | 1.000 | ||||
x4 | -0.975** | -0.511 | -0.968** | 1.000 | |||
x5 | 0.884* | -0.115 | 0.862 | -0.795 | 1.000 | ||
y | -0.966** | -0.323 | -0.959** | 0.919* | -0.838 | 1.000 |
“*”和“**”分别表示在5%和1%的显著水平;LZ-CK:龙杂25号对照;LZ-TR:龙杂25号化学调控处理;JZ-CK:吉杂127号对照;JZ-TR:吉杂127号化学调控处理。
“*”and“**”indicate significance at the 5% and 1% probability levels, respectively; LZ-CK: Longza 25 control; LZ-TR: Longza 25 chemical regulatory treatment; JZ-CK: Jiza 127 control; JZ-TR: Jiza 127 chemical regulatory treatment.
2.6 PKN对不同密度高粱产量及其构成因素的影响
如表2所示,LZ与JZ的产量随种植密度增加呈现先增后减趋势,D4密度下达到最大值;JZ产量明显高于LZ。LZ在D4密度下比D1、D2、D3和D5分别显著增产44.21%、26.55%、11.59%和2.49%;JZ在D4密度下比D1、D2、D3和D5分别增产19.18%、11.89%、7.14%和3.85%。PKN处理后,D1~D5密度下,LZ-TR较LZ-CK分别增产4.11%、1.86%、3.59%、7.61%和7.39%,JZ-TR较JZ-CK分别增产8.94%、8.42%、8.24%、7.82%和5.39%。
表2 PKN对不同密度高粱产量及其构成因素的影响
Table 2
品种 Variety | 密度 Density | 处理 Treatment | 千粒重 1000-grain weight (g) | 穗数 Ear number (×104/hm2) | 穗粒数 Kernels per ear | 产量 Yield (kg/hm2) |
---|---|---|---|---|---|---|
LZ | D1 | CK | 28.83c | 6.96i | 2155.87c | 4999.10g |
TR | 31.34a | 7.79hi | 2710.16a | 5204.50g | ||
D2 | CK | 25.74d | 8.49gh | 2115.03cd | 5696.51f | |
TR | 31.23ab | 9.13fg | 2577.91ab | 5802.37f | ||
D3 | CK | 25.53d | 9.93ef | 2083.77cd | 6460.34e | |
TR | 31.14ab | 10.57de | 2569.17ab | 6692.33de | ||
D4 | CK | 25.38d | 11.34cd | 1950.74de | 7209.16bc | |
TR | 30.68ab | 12.76ab | 2504.33b | 7757.56a | ||
D5 | CK | 25.30d | 11.97bc | 1833.52e | 7033.78cd | |
TR | 29.46bc | 13.50a | 2188.93c | 7553.44ab | ||
JZ | D1 | CK | 31.93b | 7.05g | 4018.53b | 9897.57h |
TR | 34.07a | 7.58g | 4389.55a | 10 782.21fg | ||
D2 | CK | 31.50b | 9.38f | 3643.91c | 10 541.87g | |
TR | 33.18a | 10.33d | 4072.83b | 11 429.52cd | ||
D3 | CK | 31.41b | 9.75de | 3477.21cd | 11 009.92ef | |
TR | 33.13a | 10.48d | 3676.92c | 11 917.49b | ||
D4 | CK | 30.05c | 12.35c | 3364.99d | 11 795.52bc | |
TR | 31.98b | 13.08ab | 3539.46cd | 12 717.48a | ||
D5 | CK | 30.24c | 12.82ab | 2785.35e | 11 358.31de | |
TR | 30.97bc | 13.60a | 2844.36e | 11 970.15b |
不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
Different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05).
D1~D5密度下,2个高粱品种千粒重随密度增加而降低,品种间表现为JZ明显高于LZ;PKN处理后,LZ-TR较LZ-CK显著提高8.71%~21.97%,JZ-TR较JZ-CK提高2.41%~6.70%。2个高粱品种有效穗数随密度增加而升高,JZ明显高于LZ;PKN处理后,2个高粱品种有效穗数较CK分别显著提高6.45%~12.78%和5.91%~10.13%。D1~D5密度水平下,2个高粱品种单穗粒数随密度增加而降低,JZ明显高于LZ;PKN处理后,LZ-TR较LZ-CK显著提高8.71%~21.97%,JZ-TR较JZ-CK提高2.41%~6.70%。
3 讨论
花粒期是影响作物籽粒灌浆与产量形成的关键时期,随着时间的推移,叶片叶绿素与无机物含量逐渐降低,光合效率与代谢速率逐渐减退,进入衰老失绿阶段。增密可以提高作物产量,同时也会加剧个体间养分竞争,导致植株叶片叶绿素含量下降,衰老加速[36⇓-38]。因此,延缓叶片衰老,保持较高的光合有效期,有利于促进籽粒灌浆,提高产量[15]。本研究结果表明,随着种植密度增加,2个高粱品种的单株叶面积呈降低趋势,花后30~45 d时降幅最高,且LZ降幅低于JZ;旗叶SPAD值随密度增加而减少,花后30~40 d时显著降低。PKN处理可减小2个高粱品种单株叶面积降幅,延缓叶片衰老,提高SPAD值,尤其在较高密度条件下(12.75万株/hm2和14.25万株/hm2)极显著。因此,合理的种植密度配合叶面喷施PKN可提高SPAD值,延迟叶片衰老进程。
植物受逆境胁迫时,自由基清除功能降低,MDA含量增加,活性氧大量积累,加剧细胞膜损伤[39-40]。叶片衰老与活性氧积累呈正相关[41],即叶片衰老是植株体内活性氧自由基代谢失调的积累过程[35],而SOD、POD、CAT等保护酶系统可以降低MDA含量,清除活性氧自由基,提高抗逆能力[42]。本研究结果显示,2个品种的MDA含量随密度增加而升高,SOD、POD、CAT活性随密度增加而降低,与前人[43]研究结果一致;PKN处理显著提高SOD、POD、CAT活性,显著降低MDA含量,中高密度(11.25万、12.75万和14.25万株/hm2)下2个品种尤为显著。因而,PKN处理可提高抗氧化酶活性,降低MDA含量,减少活性氧自由基的积累,增强抗逆能力,保障植株正常代谢活动。
增加群体数量的结构性增产与改善个体生理功能的功能性增产是提高高粱产量的重要途径[44]。研究[3]表明,增密提高作物产量主要是通过增加单位面积内有效穗数来弥补千粒重与穗粒数降低带来的差值;而超过最佳种植密度时,养分供应不足,千粒重与穗粒数的减少远远大于有效穗数的增加,导致产量相对降低。本研究结果表明,随着种植密度增加,千粒重与穗粒数呈降低趋势,单位面积内有效穗数呈升高趋势,作物产量呈先升后降趋势,在12.75万株/hm2时达到最高产量。PKN处理后,显著提高各密度下2个品种的千粒重、穗粒数及有效穗数,进一步提高作物产量。由此可见,PKN处理不仅缓解了种植密度增加带来的负效应,而且提高了作物抗逆能力,改善个体生理功能,在结构性与功能性上实现最终增产目的。
进一步分析,我们可以得到PKN处理增强高粱抗逆能力以及延缓植株衰老的原因。第一,PKN处理可提高SPAD值,减少绿叶面积降幅,延缓叶片衰老,维持植株正常的代谢活动。第二,PKN的主成分细胞分裂素可降低细胞膜酯化程度,保持细胞膜完整性,提高抗氧化酶活性,降低MDA含量,从而提高作物抗逆性。
4 结论
随密度增加,龙杂25号和吉杂127号花粒期单株叶面积呈降低趋势,花后30~45 d时的降幅最高;旗叶SPAD值和SOD、CAT、POD活性呈降低趋势,MDA含量则呈升高趋势;上述指标在2个品种间存在差异。PKN处理能显著提高各密度下2个品种旗叶SOD、CAT、POD活性和SPAD值,降低MDA含量,增加单株叶面积,减小叶面积降幅,提高产量。因此,在12.75万株/hm2密度水平下叶面喷施聚糠萘合剂可减缓叶片衰老,维持正常的代谢活动,改善产量构成因素,最终提高产量。
参考文献
外源一氧化氮对盐胁迫下高粱种子萌发及淀粉转化的影响
,DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.016 [本文引用: 1]
【目的】探讨外源一氧化氮(NO)对盐胁迫下高粱种子萌发过程的生理生化调节作用,为揭示甜高粱种子的萌发生理及其化学调控提供理论依据。【方法】 以晋甜08-1为试材,用NaCl浓度(mmol·L <sup>-1</sup>)为0、50、100、150、200、300和400 的溶液培养高粱种子,通过萌发率确定高粱种子萌发期的耐盐适宜浓度、半致死浓度和极限浓度。用0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L <sup>-1</sup>硝普钠(SNP,NO供体)在25℃黑暗条件下浸种12 h,以150 mmol·L <sup>-1</sup>的NaCl模拟盐胁迫,在培养36 h统计发芽势,72 h统计发芽率,在5 d时取样测定脯氨酸、丙二醛含量及淀粉转化相关指标。采用二硝基水杨酸法测定淀粉酶活性和还原性糖,蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量,茚三酮显色法测定脯氨酸含量,硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛含量。通过对高粱种子发芽率、发芽势及种子吸胀、淀粉酶活性、淀粉及糖含量、脯氨酸等指标进行测定分析,研究外源一氧化氮对盐胁迫下高粱种子萌发及淀粉转化的影响。 【结果】 NaCl胁迫下高粱种子的萌发受到明显抑制,NaCl浓度大于100 mmol·L <sup>-1</sup>时高粱种子的萌发率显著降低,150 mmol·L <sup>-1</sup> NaCl处理时高粱种子的萌发率为63.17%,400 mmol·L <sup>-1</sup> NaCl完全抑制高粱种子萌发。0.05 mmol·L <sup>-1</sup>的SNP处理能够缓解盐胁迫对种子萌发的抑制,种子发芽势、发芽率、发芽指数分别比对照高14.44%、12.22%和18.07%(PP
中国酿造高粱品质遗传改良研究进展
,DOI:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas18030019 [本文引用: 1]
高粱具有抗旱、耐涝、耐瘠、高产等特点,历来是中国北方的主要粮食作物。改革开放后,随着中国国民经济的增长,人民生活水平的提高,高粱的用途发生了重大的改变,逐步从粮食作物转变为轻工业原料,酿造高粱成为中国高粱生产的主体,特别是农业部关于“镰刀弯”地区玉米结构调整的指导意见提出后,酿造高粱成为“镰刀弯”地区优化种植结构的优势作物。为了进一步提高酿造高粱在优化种植结构中的作用,本文综述了高粱酿造品质遗传改良研究、品种选育和产业化开发进展,分析了存在问题和发展方向,认为酿造高粱育种应进一步加强与酿造企业的合作,深入开展高粱品质和酿造品质的关联研究,全面推进高粱产业发展。
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: 1]
【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。
玉米密植群体下部叶片衰老对植株碳氮分配与产量形成的影响
,DOI:10.3724/SP.J.1006.2018.01032 [本文引用: 1]
玉米密植会造成花后下部叶片早衰, 为探明其对植株根系性能、碳氮积累分配及产量形成的影响, 采用大田与土柱栽培相结合的方式, 以登海661和郑单958为试材, 分析了密植条件下两品种花后碳氮分配、根系性能和植株干物质积累量的变化。两年结果表明, 玉米密植群体下部叶片早衰导致两品种花后穗位叶叶绿素含量和净光合速率显著降低, 向根系转运的光合产物数量显著减少, 成熟期(R6)的根系生物量、根长密度和根系表面积较CK显著减少。根系性能的下降导致花后氮素吸收量显著降低, 叶片光合速率降低、整株叶片衰老进程加快, 单株籽粒产量显著下降, 登海661较CK低7.61%, 郑单958较CK低8.35%。郑单958的花后叶片衰老要早于登海661, 且叶面积和净光合速率比登海661低, 导致花后干物质积累量和产量较登海661显著降低。可见玉米密植群体花后下部叶片衰老加速了根系衰老, 降低了氮素吸收量, 影响整株绿叶面积和光合持续期, 最终导致花后干物质积累量和籽粒产量降低。
PAC对谷子花后土壤氮素供应和叶片抗氧化特性的影响
,DOI:10.11983/CBB22104 [本文引用: 1]
全基施肥方式会造成作物全生育期内营养供应失衡, 导致生育后期缺氮早衰。为探究聚天门冬氨酸和壳聚糖复配剂(PAC)保障谷子(Setaria italica)花后氮素供应和调控叶片抗氧化特性的机制, 建立全基施肥背景下东北春谷防衰增产的生产技术, 于2020-2021年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站开展大田试验, 以谷子品种张杂谷13号和华优谷9号为材料, 设置常规氮素(CN)和PAC配合氮素(PN) 6个氮素水平(0、75、112.5、150、225和337.5 kg·hm<sup>-2</sup>)播种前进行全基施肥处理。结果表明, 与常规氮肥处理相比, 相同施氮量下, PAC处理后, 两品种谷子花期和灌浆中期0-20 cm和20-40 cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量升高, 花后叶面积显著增大, 叶面积降幅减小; 花后0-40天旗叶超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶活性升高, 丙二醛含量降低。因此, PAC有效保障了谷子生育中、后期土壤氮素的供应, 提高了叶片抗氧化能力, 延缓了叶片衰老进程, 进而提高产量。2020年和2021年Z13的增产幅度分别为11.24%-21.55%和8.65%- 14.22%, H9的增产幅度分别为5.53%-15.75%和10.43%-16.17%。上述调控效应在低氮和中氮水平(75、112.5和150 kg·hm<sup>-2</sup>)下更为显著。综上, PAC配合氮肥全基施可作为一项防衰增产的栽培技术应用于我国东北春谷区。
聚天门冬氨酸和壳聚糖复配剂对东北春谷光合生产特征及产量的调控效应
,DOI:10.3724/SP.J.1006.2022.14224 [本文引用: 1]
为探究聚天门冬氨酸和壳聚糖复配剂(polyaspartic acid-chitosan, PAC)对东北春谷光合生产特征及产量的调控效应, 2020—2021年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站开展大田试验, 以张杂谷13号(Zhangzagu 13, Z13)和华优谷9号(Huayougu 9, H9)为材料, 设置常规氮素(CN)和PAC配合氮素(PN)的不同施氮量(0、75、112.5、150、225和337.5 kg hm<sup>-2</sup>)全基施处理。结果表明, 随氮素用量增加, 两品种谷子旗叶净光合速率、SPAD值、可溶性蛋白含量以及净同化速率、光合势、群体生长率等群体指标均呈先升高后降低趋势。同一氮素用量下, PN处理可提高谷子花后旗叶SPAD值及可溶性蛋白含量, 提高花期及灌浆中期旗叶净光合速率, 同时提高谷子净同化速率、光合势和群体生长率, 促进群体光合产物积累, 且上述各项指标在中、低氮水平(75、112.5及150 kg hm<sup>-2</sup>)下提高效果更为显著。PN处理后, Z13在2020年和2021年的增产幅度分别为11.24%~21.55%和8.65%~14.22%, H9两年的增产幅度分别为5.53%~15.75%和10.43%~16.17%。相关性分析表明, 谷子产量与净同化速率、光合势、群体生长率及净光合速率均呈显著或极显著正相关。综上, PAC配合氮肥全基施能提高东北春谷光合生产能力和产量, 可作为我国谷子生产中重要的增产增效技术措施。
聚糠萘合剂对黑龙江省不同积温带玉米籽粒灌浆的影响
,2010和2011年在黑龙江省3个积温带(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)上,以不同基因型玉米品种郑单958和丰单3号为试材,研究不同环境温度下外源植物激素复配剂聚糠萘水剂(PASP-KT-NAA,PKN)对玉米籽粒灌浆过程和产量的影响.结果表明: 从第Ⅰ积温带到第Ⅲ积温带,玉米灌浆期的温度呈降低趋势;平均最低气温分别为12.16、11.40和9.56 ℃,玉米籽粒灌浆中后期有效积温不足,平均最低气温低于16 ℃,严重影响玉米的灌浆过程.施用PKN处理提高了3个积温带玉米籽粒干物质积累和籽粒灌浆速率;延迟了丰单3号籽粒灌浆速率达峰值的时间(T<sub>max</sub>),提早了郑单958的T<sub>max</sub>;提高了两品种籽粒灌浆速率最大时的生长量和籽粒最大灌浆速率;缩短了籽粒的灌浆活跃期.PKN处理明显提高了3个积温带下两玉米品种的产量,第Ⅲ积温带的郑单958和丰单3号产量分别比第Ⅰ、Ⅱ积温带高82%、5.1%和3.4%、0.8%.施用外源PKN有助于玉米利用有限的积温,提高籽粒灌浆速率,降低籽粒含水量,最终增加产量.
细胞分裂素研究进展及其在作物生产中的应用
,DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.20170836 [本文引用: 1]
细胞分裂素是植物的生长调节因子,参与植物生长发育的各个过程,对植物的形态建成和农作物产量有着重要作用。随着对细胞分裂素合成、运输、降解、信号转导等过程研究的逐渐深入,其在农业生产中应用的研究也变得尤为重要。本文综述了细胞分裂素的代谢和运输过程,总结了其在作物生产过程中的作用,并对未来研究方向提出了展望,旨在为作物育种和激素的充分利用提供参考。
The interplay between light, plant growth regulators and elicitors on growth and secondary metabolism in cell cultures of Fagonia indica
,
The effect of leaf fertilizer and plant growth regulator toward the growth and yield of belut eggplant (Solanum melongena L)
,
Leaf senescence in short-season maize hybrids
,
超高产夏玉米花粒期不同部位叶片衰老与抗氧化酶特性
,DOI:10.3724/SP.J.1006.2013.02183 [本文引用: 1]
为探讨超高产玉米叶源衰老特征, 揭示其抗氧化关键酶及膜脂过氧化特性, 为玉米衰老调控和高产栽培提供依据, 本研究在大田条件下, 以我国创高产纪录的夏玉米为例, 从单株水平上对高产纪录试验(EHYR)和普通生产田(MCFF)玉米叶片衰老及抗氧化酶特性比较表明, EHYR产量达19 349 kg hm<sup>-2</sup>, 是MCFF的2.28倍。MCFF和EHYR叶片分别在开花后30 d和50 d进入速衰期, MCFF叶片衰老比EHYR提前20 d;速衰期EHYR叶面积降幅比MCFF低5.7%。EHYR在籽粒灌浆后期, 中上部叶片净光合速率较高, 可溶性蛋白含量明显高于MCFF, 而MDA含量则维持较低水平。在叶片衰老过程中, 自开花后20 d开始, EHYR上部和中部叶片SOD活性较高, 下部叶片则以SOD、POD和CAT三者活性较高;MCFF仅中部叶片POD和CAT活性较高。EHYR叶片衰老程度与CAT活性极显著负相关, MCFF叶片衰老与SOD和POD活性显著负相关, 且二者叶片衰老进程中SOD、POD、CAT的直接作用大于间接作用。与MCFF相比, EHYR叶片除具较高SOD和POD活性外, 在籽粒灌浆后期同时保持较高CAT活性和可溶性蛋白含量是降低膜脂过氧化程度, 延缓叶片衰老的重要原因。开花后20 d是EHYR与MCFF叶片衰老出现差异的生理临界点, 因而在此时期之前调控更有利于延缓衰老。
春玉米干物质积累及转运对种植模式和种植密度的响应
,DOI:10.7668/hbnxb.201751066 [本文引用: 1]
为了探索春玉米干物质积累及转运对种植模式和种植密度的响应,以农华101为供试材料,以常规等行距种植模式为对照(60 cm,CK),研究宽窄行种植模式(80 cm+40 cm,KZ)下春玉米的干物质积累,设3个种植密度水平,测定了不同生育时期干物质积累量,并计算干物质转运量及转运对籽粒的贡献率。结果表明:2个试验区的产量在3个密度下均表现为KZ>CK,且达到显著水平,增产幅度在2.5%~15.1%。叶面积指数均表现为KZ>CK,生育后期叶面积指数下降幅度CK>KZ,且密度越大,降幅越大;叶片SPAD值除吐丝期D1、D2密度下穗位上叶外,各层位SPAD值均表现为KZ>CK;冠层透光率各个密度各个层位上均表现为KZ>CK,达到显著水平。茎叶总干物质积累量、转运量均表现为KZ>CK,在3个种植密度下均达到显著水平;"茎鞘+叶片"转运对籽粒的贡献率在各个密度下也均表现为KZ>CK,其中大兴屯宽窄行在D3密度时最大。在西辽河平原及同类地区,宽窄行种植有利于延缓较高密度种植下生育后期的叶片衰老、干物质积累和转运,是增密增产提效的有效途径。
生物和非生物逆境胁迫下的植物系统信号
,DOI:10.11983/CBB18152 [本文引用: 1]
复杂多变的自然环境使植物进化出许多适应策略, 其中由局部胁迫引起的系统响应广泛存在, 精细调节植物的生长发育和环境适应能力。植物系统响应的诱导因素首先引起植物从局部到全株范围的信号转导, 这类信号称为系统信号。当受到外界刺激时, 植物首先在受刺激细胞内触发化学信号分子的变化, 如茉莉酸和水杨酸甲酯等在浓度和信号强度方面发生变化; 进而, 伴随着一系列复杂的信号转换, 多种信号组分共同完成系统响应的激活。植物激素、小分子肽和RNA等被认为是缓慢系统信号通路中的关键组分, 而目前也有大量研究阐释了由活性氧、钙信号和电信号相互偶联组成的快速系统信号通路。植物系统信号对其生存和繁衍至关重要, 其精确的转导机制仍值得深入研究。该文综述了植物响应环境的系统信号转导研究进展, 对关键的系统信号组分及其转导机制进行了总结, 同时对植物系统信号传递的研究方向进行了展望。
氮肥和种植密度对燕麦叶片衰老特性及细胞结构的影响
,DOI:10.11733/j.issn.1007-0435.2021.01.010 [本文引用: 1]
为探究不同施氮量和播种量对燕麦叶片衰老特性及细胞结构的影响,本研究以'青燕1号’燕麦为材料,采用随机区组设计,设置60,180和300 kg·hm<sup>-2</sup>3个播种量,每个播种量设0,90和180 kg·hm<sup>-2</sup>3个施氮量,研究不同氮肥和种植密度互作下叶片衰老特性及细胞结构的差异。结果表明:增加种植密度会引起超氧阴离子(Superoxide anion,O<sub>2</sub><sup>-</sup>)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量升高,加速燕麦叶片的衰老,增施氮肥可以适当缓解这一现象。施氮肥后低种植密度下叶片的抗氧化酶活性、可溶性蛋白(Soluble protein,SP)含量提升。氮肥因素对上、下表皮厚度影响更大,高密度种植下施氮量增加会使叶片厚度变薄。低氮密植有利于减小相邻维管束间距,增加单位面积的维管束数量。低种植密度下各施氮水平均保持较高的叶绿体数量。因此,低密度种植和适量施肥有利于增加叶片的光合效率、延缓衰老。
不同密度和生长调节剂对高粱产量及农艺性状影响的研究
,DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb16030120 [本文引用: 1]
旨在确定生长调节剂施用与高粱丰产种植密度的最佳耦合度。以高粱‘晋杂18 号’为材料,试验采用不同密度和化控试剂的双因子随机区组设计,3 次重复。化控试剂喷施浓度设置4 个梯度。结果表明,密度为150000 株/hm2 效果最佳。处理A1B2 光合速率分别比A2B2、A3B2 和CK 提高15.55%、22.22%和24.44%;处理A1B2 叶绿素含量分别比A2B2、A3B2 和CK提高7.01%、9.72%和17.06%;处理A1B2 高粱产量分别比A2B2、A3B2 和CK提高7.66%、9.10%和10.19%;处理A1B2 株高分别比A1B1、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3 和CK 降低了2.01%、2.76%、4.83%、6.45%、10.3%、6.21%、11.7%、13.78%、21.38%。低密度条件下,抗折力高于高密度种植条件。以处理A1B2 效果最佳。适宜浓度的乙烯利、矮壮素具有促进高粱多种生理代谢和提高光合性能的作用,最终使籽粒产量增加。确定生长调节剂施用与高粱丰产种植密度的最佳耦合度为乙烯利稀释200 倍喷施和高粱种植密度为150000株/hm2。
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