硼鉬肥配施對紫花苜蓿生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

沈麗娜,朱進(jìn)忠,李 科,艾爾肯,楊文英

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室,新疆烏魯木齊 830052)

我國紫花苜蓿大多種植在貧瘠的鹽堿化土地上,基本不施肥或很少施肥,其巨大潛能未能充分發(fā)揮出來。國內(nèi)外研究人員近年來在紫花苜蓿施氮、磷、鉀上做了許多研究。硼、鉬是紫花苜蓿生長必需的元素[1],紫花苜蓿體內(nèi)硼、鉬含量過多或過少都會對其造成不利影響。硼、鉬對紫花苜蓿施肥效果的研究較少,并且這些研究主要集中在施肥對紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響上,有關(guān)生理生化特性方面的研究報道不多。試驗在氮磷鉀肥料作為底肥的基礎(chǔ)上,研究不同的硼、鉬配比對紫花苜蓿生長的一些生理生化指標(biāo)的影響,旨在深入了解硼、鉬影響紫花苜蓿的生理生化機(jī)制,為平衡施肥及紫花苜蓿優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗區(qū)位于新疆呼圖壁種牛場的新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草地生態(tài)試驗站。地處天山北坡中段山前洪積-沖積扇與沖積平原的過渡帶 ,E 86°7′,N 44°8′,海拔446 m 。年降水量161.3 mm,年蒸發(fā)量2 312.7 mm,生長季平均濕度54%。1月平均氣溫-16.9℃,7月平均氣溫25.6℃,年均溫16.7℃,極端最高溫43.1℃,無霜期173 d。土壤主要是鹽化草甸土、鹽土和鹽化灰漠土,土壤鹽份含量較高,大多數(shù)土壤表層(0～20 cm)總鹽含量在1.5%,主要為硫酸鹽-氯化物類型,有些地段有輕度的蘇打化,pH值8.5。

1.2 供試材料

供試材料為新牧1號紫花苜蓿,由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院提供。2008年9月播種,前茬作物為小麥。人工條播,行距為 30 cm,播量為 15 kg/hm2。以生長第1年的第1茬紫花苜蓿作為試驗材料。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用兩因素四水平正交設(shè)計,共設(shè)硼、鉬2個因素。硼設(shè) 4個水平,施用量為 B1(0)、B2(1.5 kg/hm2)、B3(2.5 kg/hm2)、B4(3.5 kg/hm2)。鉬設(shè) 4個水平,施用量為 MO1(0)、MO2(0.075 kg/hm2)、MO3(0.225 kg/hm2)、MO4(0.375 kg/hm2)。共設(shè)16個處理分別為:處理1(對照B1MO1)、2(B1MO2)、3(B1MO3)、4(B1MO4)、5(B2MO1)、6(B2MO2)、7(B2MO3)、8(B2MO4)、9(B3MO1)、10(B3MO2)、11(B3MO3)、12(B3MO4)、13(B4MO1)、14(B4MO2)、15(B4MO3)、16(B4MO4)。重復(fù)3次,隨機(jī)排列。試驗共設(shè)48個小區(qū),每小區(qū)15 m2(2.5 m×6.0 m),土壟隔離,埂寬0.6 m。

1.4 肥料種類及施肥方式

每小區(qū)播種前根施尿素(用量150 kg/hm2,含N 46%),紫花苜蓿苗期根施磷酸二氫鉀(60 kg/hm2,含P2O552%、K2O 34%)。

硼肥為硼砂(含硼11.32%),鉬肥為鉬酸銨(含鉬54.91%)。2009年紫花苜蓿返青時將硼、鉬元素按各處理用量配成溶液(1 125 kg/hm2兌水)進(jìn)行葉面噴施,每7 d噴施1次,共噴施3次。

1.5 測定內(nèi)容及方法

測定:超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、葉綠素含量、可溶性糖含量及干草產(chǎn)量。分別于分枝期、現(xiàn)蕾期、初花期進(jìn)行取樣和測產(chǎn)。取樣時選擇生長健康、長勢一致、無病斑、光照均一的同一葉位(從頂部向下第3片完全展開葉)的紫花苜蓿葉片作為測定對象,并以其三出復(fù)葉的中間小葉作為該節(jié)位的代表葉片進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。SOD活性測定采用氮藍(lán)四唑(NBT),MDA含量測定采用文獻(xiàn)[3]的雙組分分光光度計測定,葉綠素含量測定采用文獻(xiàn)[4,5]的方法測定,可溶性糖含量參照文獻(xiàn)[6]蒽酮比色法測定。每小區(qū)除邊行以外隨機(jī)選取0.25 m2(0.5 m×0.5 m)紫花苜蓿齊地面刈割,重復(fù)3次。陰干并測定干草產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 硼、鉬對紫花苜蓿SOD活性的影響

在保護(hù)酶系統(tǒng)中,SOD是最有效的抗氧化酶之一,可以清除有潛在危險的超氧陰離子和過氧化氫,從而減輕超氧自由基和過氧化氫對植物細(xì)胞的危害[7],與植物的抗逆性密切相關(guān)[8]。

紫花苜蓿的SOD活性隨分枝期-現(xiàn)蕾期-初花期表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(圖1)。施鉬肥處理1(對照)、處理2、處理 3和處理4中,紫花苜蓿的SOD活性分枝期為處理4＞3＞2＞對照,現(xiàn)蕾期和初花期為處理2＞1＞3＞4。分枝期時處理 3、處理 4的SOD活性大于對照,現(xiàn)蕾期和初花期小于對照。說明MO3(MO3=0.225 kg/hm2)水平、MO4(MO4=0.375 kg/hm2)水平在紫花苜蓿分枝期已滿足其提高抗超氧化酶活性的需要,現(xiàn)蕾期和初花期繼續(xù)噴施會造成鉬濃度過高,不利于紫花苜蓿生長。

圖1 硼、鉬對紫花苜蓿葉片超氧化物歧化酶活性的影響Fig.1 Effect of boron and molybdenum on S OD activity

施硼肥處理 1、處理5、處理9和處理13中,從分枝期到初花期處理9的SOD活性在這4個處理中皆最大,說明單施硼肥時B3水平能較大地提高紫花苜蓿的SOD活性,控制膜質(zhì)氧化。現(xiàn)蕾期處理13的SOD活性小于對照,表明硼超過一定界限反而會促進(jìn)膜質(zhì)氧化,SOD活性減弱。

單施硼比單施鉬SOD活性上升的幅度大,說明單獨考慮一種元素,硼提高紫花苜蓿SOD活性的效果大于鉬。

16個處理中,SOD活性分枝期以處理8最高,其次,為處理9,現(xiàn)蕾期和初花期以處理9最高。從分枝期到初花期處理11的SOD活性皆低于對照。

2.2 硼、鉬對紫花苜蓿MDA含量的影響

丙二醛是膜質(zhì)過氧化分解的重要產(chǎn)物,能與蛋白質(zhì)的氨基或核酸反應(yīng)生成shiff堿,丙二醛的積累可對膜和細(xì)胞造成進(jìn)一步的傷害,進(jìn)而引起一系列生理生化變化[9]。在一定程度上其含量的高低可以表示細(xì)胞的膜質(zhì)過氧化水平和生物膜損傷程度[10]。

分枝期所有處理的丙二醛含量大于現(xiàn)蕾期,初花期所有處理的丙二醛含量大于現(xiàn)蕾期(圖2)。

僅施鉬肥的處理 1、處理2、處理3和處理4中,從分枝期到初花期處理3的丙二醛含量在所有處理中皆最小,說明其抑制膜脂過氧化的程度最強(qiáng)。

僅施硼肥的處理1、5、9和13中,分枝期、初花期的丙二醛含量為處理1＞5＞9＞13,現(xiàn)蕾期為處理13＞1＞5＞9。處理1、5、9的丙二醛含量隨施硼量的增加而降低。說明單施硼肥,施硼量從B1(0 kg/hm2)增加到B3(2.5 kg/hm2)時,丙二醛含量隨施硼量的增加而降低。紫花苜蓿硼鉬同施的處理中,從分枝期到初花期處理6和處理16的丙二醛含量均低于對照,說明適宜的硼鉬配比可使紫花苜蓿丙二醛含量下降。在分枝期和現(xiàn)蕾期,單獨施鉬的處理3(B1MO3)丙二醛含量在所有處理中最低,說明與硼鉬同施相比,單施MO3(MO3=0.225 kg/hm2)水平的鉬肥可使丙二醛含量降低的幅度最大。

2.3 硼、鉬對紫花紫花苜蓿葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用的主要色素。以有研究報道和試驗證明,葉綠素含量與光合速率之間顯著正相關(guān)[11]。具有光化學(xué)活性的葉綠素a可將光能轉(zhuǎn)化為電能,葉綠素b和大部分的葉綠素a可收集和傳遞光能[12]。葉綠素含量與可反應(yīng)植物保綠能力的強(qiáng)弱[13],紫花紫花苜蓿的葉綠素含量與其保水能力有極大關(guān)系[14]。紫花苜蓿從分枝期到初花期,葉綠素a、總?cè)~綠素含量呈不斷上升趨勢(表1)。

圖2 硼、鉬對紫花苜蓿丙二醛含量的影響Fig.2 Effect of boron and molybdenum on MDA content

從分枝期到初花期,處理5、7、12和14的葉綠素 a含量皆高于對照,處理4、6和12的葉綠素b含量皆高于對照,處理11的葉綠素b含量皆低于對照,處理2、3、5、7、10、12、14和15的總?cè)~綠素含量皆高于對照 。

從分枝期到初花期處理,12的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量皆高于對照。除處理12外,分枝期處理5和處理7的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量皆高于對照;現(xiàn)蕾期處理 3、7、10和 14的葉綠素 a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量皆高于對照;初花期處理5和處理6的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量皆高于對照。僅施鉬肥的處理 1、2、3和 4中,從分枝期到初花期總?cè)~綠素含量為處理3＞2＞1。說明單施鉬肥時,施鉬量從MO1(0 kg/hm2)增加到MO3(0.225 kg/hm2)時,總?cè)~綠素含量隨施鉬量的增加而增大。

2.4 硼、鉬對紫花苜蓿可溶性糖含量的影響

可溶性糖是高等植物的主要光合產(chǎn)物,而且是碳水化合物代謝和暫時貯藏的主要形式,在植物代謝中占有重要位置。許多研究結(jié)果表明,可溶性糖含量變化與光合作用和產(chǎn)量密切相關(guān)[15]。它還是細(xì)胞內(nèi)重要調(diào)節(jié)物質(zhì),能夠增加細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度,使植物組織點下降;緩沖細(xì)胞過渡脫水,使保水能力增加,因此可溶性糖含量增加可提高植物的抗寒性及抗旱性[16]。

現(xiàn)蕾期所有處理的可溶性糖含量大于分枝期(圖3)。除處理11(B3MO3)在分枝期的可溶性糖含量低于對照外,其余處理可溶性糖含量皆高于對照。表明硼、鉬元素對可溶性糖含量有一定的促進(jìn)效應(yīng),能使紫花苜蓿合成更多的碳水化合物。分枝期處理3(B1MO3)、8(B2MO4)、12(B3MO4)、13(B4MO1)、14(B4MO2)和 16(B4MO4)的可溶性糖含量較高,其中處理13最高,為4.47%;現(xiàn)蕾期處理 3(B1MO3)、5(B2MO1)、6(B2MO2)和12(B3MO4)的可溶性糖含量較高,其中處理6最高,為 5.75%,初花期處理 4(B1MO4)、6(B2MO2)、10(B3 MO2)、13(B4MO1)、15(B4MO3)和 16(B4MO4)的可溶性糖含量較高,其中處理15最高,為5.64%。

2.5 硼、鉬對紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響

分枝期除處理11(B3MO3)和處理16(B4MO4)外,其他處理的干草產(chǎn)量皆高于對照,比對照增產(chǎn)0.18%～44.10%?，F(xiàn)蕾期和初花期除處理11外,其他處理的干草產(chǎn)量均比對照增產(chǎn)23.22%～56.47%;初花期比對照增產(chǎn)2.17%～32.33%。與分枝期和初花期相比,現(xiàn)蕾期紫花苜蓿增產(chǎn)的幅度最大,說明適宜的硼鉬配比可以提高紫花苜蓿的干草產(chǎn)量。

圖3 硼、鉬對紫花苜蓿葉片可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of boron and molybdenum on soluble sugar content

表1 硼、鉬對紫花苜蓿葉片葉綠素含量的影響Table 1 Effect of boron and molybdenum on chlorophyll content mg/dm2

表2 硼、鉬對紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of boron and molybdenum on DM yields

當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎５呢赘钇谝话阍诔趸ㄆ?初花期的產(chǎn)草量具有重要的生產(chǎn)價值。在試驗中,初花期處理12(B3MO4)、6(B2MO2)、9(B3MO1)的增產(chǎn)效果居于前3位,其中處理12的增產(chǎn)效果最為明顯,干草產(chǎn)量達(dá)到2 956.85 kg/hm2,高于對照 32.33%。分枝期、現(xiàn)蕾期、初花期處理11(B3MO3)的產(chǎn)量均低于對照,說明處理11(B3=2.5 kg/hm2,MO3=0.225 kg/hm2)的硼鉬比例不當(dāng),從而使紫花苜蓿減產(chǎn)。

2.6 紫花苜蓿產(chǎn)量與生理生化指標(biāo)的多元回歸分析

本試驗研究的生理生化因素有:可溶性糖(X1)、葉綠素(X2)、質(zhì)膜透性(X3)、SOD(X4)和丙二醛(X5)。紫花苜蓿產(chǎn)量(Y)及各變量的相關(guān)系數(shù)見表3。

根據(jù)表3中各生理生化指標(biāo)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分析表明,紫花苜蓿噴施硼、鉬后干草產(chǎn)量(Y)與可溶性糖(X1)、葉綠素(X2)顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為:R1=0.711**、R2=0.698**。進(jìn)行回歸分析時,可溶性糖和葉綠素被引入,其余變量均被剔除。可溶性糖和葉綠素兩變量的t測驗和偏回歸系數(shù)見表4。根據(jù)模型2,新牧1號紫花苜蓿干草產(chǎn)量的多元回歸方程為:Y=352.453+286.031X1+13.841X2。以上數(shù)據(jù)經(jīng)過t測驗表明,可溶性糖和葉綠素的P值均為0.000,在5%水平上有顯著性意義。說明噴施硼、鉬使紫花苜蓿葉綠素含量增大,可溶性糖積累增多,從而促進(jìn)了產(chǎn)量形成。

表3 紫花苜蓿生理生化指標(biāo)和產(chǎn)量的相關(guān)性Table 3 Correlations of yield and physiological and biochemical characteristic

表4 引入變量的t測驗和偏回歸系數(shù)Table 4 Ttest and partial correlation of entered variable

3 小結(jié)

單獨考慮一種元素,硼提高紫花苜蓿超氧化物歧化酶活性的作用大于鉬。硼、鉬的施用量超過一定界限會促進(jìn)膜質(zhì)氧化,SOD活性減弱。單施2.5 kg/hm2的硼肥能較大地提高紫花苜蓿的SOD活性,控制膜質(zhì)氧化。從分枝期到初花期處理11(B3=2.5 kg/hm2,MO3=0.225 kg/hm2)的SOD活性皆低于對照;單施鉬肥時,施鉬量從0增加到0.225 kg/hm2時,總?cè)~綠素含量隨施鉬量的增加而增大;單施硼肥時,施硼量從0增加到2.5 kg/hm2時,丙二醛含量隨施硼量的增加而降低。在分枝期和現(xiàn)蕾期,與硼鉬同施相比,單施0.225 kg/hm2的鉬肥可使丙二醛含量最大幅度地降低,從而抑制膜脂過氧化的程度最強(qiáng);所有處理中,除處理11在分枝期的可溶性糖含量低于對照外,其余處理可溶性糖含量皆高于對照。

適宜的施硼鉬配比可以提高紫花苜蓿的干草產(chǎn)量。施用硼、鉬后,與分枝期和初花期相比,現(xiàn)蕾期紫花苜蓿增產(chǎn)的幅度最大。初花期處理12(B3=2.5 kg/hm2,MO4=0.375 kg/hm2)的增產(chǎn)效果最為明顯,處理11的硼鉬比例不當(dāng),使紫花苜蓿減產(chǎn)。

紫花苜蓿噴施硼、鉬后干草產(chǎn)量與可溶性糖、葉綠素顯著正相關(guān)。劉克禮等[17-19]研究表明,在一定范圍內(nèi)葉綠素含量的高低直接影響葉片的光合作用能力,從而影響作物產(chǎn)量。本試驗關(guān)于葉綠素與產(chǎn)量關(guān)系的研究結(jié)果與其一致。

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