施氮對花生冠層溫度和生理特性的影響及其相互關(guān)系

劉一佳　任學(xué)敏　朱雅　張乃群

摘要：以花生品種大白沙為試驗材料，于結(jié)莢到收獲期，用紅外測溫儀對不同施氮處理的花生冠層溫度進行連續(xù)觀測，測定花生主莖功能葉片中葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）含量及硝酸還原酶（NR）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性，并進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，高氮（952 kg/hm2）處理的花生冠層溫度明顯低于不施氮肥（CK）的，而中氮（543 kg/hm2）和低氮（222 kg/hm2）處理的花生冠層溫度在結(jié)莢至飽果中期均高于CK，飽果后期低于CK；葉綠素、可溶性蛋白含量及NR、POD、CAT活性均表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮>CK，而MDA含量表現(xiàn)為高氮<中氮<低氮

關(guān)鍵詞：氮肥；冠層溫度；生理特性；花生；葉綠素；可溶性糖；還原酶

中圖分類號： S565.206 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0112-04

全球氣候變暖已是不爭的事實，到21世紀末，氣溫將升高1.4～5.8 ℃[1]。全球氣溫的持續(xù)升高及極端高溫天氣的頻繁出現(xiàn)造成農(nóng)作物損失重大、品質(zhì)嚴重下降[2]，開展必要的技術(shù)研究以應(yīng)對高溫對作物的危害十分必要而迫切[3]。應(yīng)對高溫危害，實現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培通常有2種途徑，一是提高品種的耐熱性，培育耐熱性強的農(nóng)作物新品種，二是改善農(nóng)作物生長的環(huán)境，結(jié)合生態(tài)學(xué)和栽培學(xué)方法降低高溫危害。培育高耐熱性農(nóng)作物品種應(yīng)對高溫危害具有十分重要的意義，但新品種培育周期較長，且新品種大面積推廣以替換當(dāng)前主栽品種需要走很長的路。肥料應(yīng)用是農(nóng)作物栽培管理的一項重要措施，有研究表明，通過合理的肥料管理能夠在一定程度上降低作物的冠層溫度[4-6]，從而減輕或避免高溫對作物的危害。對小麥研究表明，同一基因型小麥品種在一定范圍內(nèi)，施氮水平越高，冠層溫度越低[6]。Seligman等研究表明，小麥開花前后及灌漿結(jié)實期，高氮處理的硬質(zhì)小麥較低氮處理的硬質(zhì)小麥冠層溫度相對低些[7]；Girma等研究也表明，冬小麥拔節(jié)期和孕穗后期，施氮處理的冠層溫度較低，而不施氮處理的冠層溫度較高[5]。施氮使小麥冠層溫度降低這一結(jié)論在Badaruddin等的研究報道[8-10]中也曾出現(xiàn)，施氮水平與作物冠層溫度的負相關(guān)性在水稻、玉米和洋蔥等[11-15]作物上也有所體現(xiàn)。Blad等早期曾鼓勵開展施氮對小麥冠層溫度產(chǎn)生影響的機理研究[16]，但到目前為止，無論是小麥還是其他作物，施肥對冠層溫度產(chǎn)生影響的原因僅有少量報道。周春菊等研究認為，施肥條件下，小麥具有更優(yōu)良的生物學(xué)性狀，如葉片葉綠素和可溶性蛋白含量增加等，這些優(yōu)良的生物學(xué)性狀促使作物出現(xiàn)較低的冠層溫度[6]。目前為止，國內(nèi)外學(xué)者開展了施肥對作物冠層溫度影響的研究，但尚未涉及我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要農(nóng)作物之一—花生。在全球氣候變暖不斷加劇的形勢下，研究施氮對花生冠層溫度和生理特性的影響，分析其相關(guān)性，探索施氮對花生冠層溫度影響的機理，可為花生抗高溫、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培實踐提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

供試花生（Arachis hypogaea L.）品種為大白沙，采用平地開溝種植法，于2014年4月30日人工開溝帶尺點播，行距03 m，株距0.13 m，每穴1粒。按照我國北方大花生生產(chǎn)區(qū)常規(guī)水分、病蟲害防控措施進行管理。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地位于河南南陽盆地南陽師范學(xué)院科技農(nóng)場，為北方大花生生產(chǎn)區(qū)，前茬為空茬。該區(qū)域?qū)俚湫偷陌霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，年降水量800～1 000 mm，年均溫為14.4～15.7 ℃。試驗以含氮46%的尿素作為氮肥，設(shè)低氮、中氮和高氮3個水平，施氮量分別為222、543、952 kg/hm2，以不施氮肥為對照（CK），整地時，將肥料作為基肥一次性施入。試驗每小區(qū)長寬為3.0 m×2.1 m，面積為6.3 m2，采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次。

1.3 冠層溫度測定

自花生結(jié)莢開始，選擇各小區(qū)群體生長均勻一致且有代表性的部位作為測點，用中國雷泰（深圳）儀器儀表有限公司產(chǎn)ST20型紅外測溫儀對各處理群體冠層溫度進行連續(xù)觀測，觀測時間為13：00—15：00。觀測時，感應(yīng)頭距花生冠層約 50 cm，傾角約30°，避免紅外線照射裸露地面。對每個處理進行往返觀測，取平均值作為當(dāng)日的冠層溫度值。

1.4 生理指標的測定

自花生結(jié)莢開始到收獲，每隔8～9 d取花生功能葉片，即主莖頂3葉[17] ，放入冰壺帶回實驗室，待測。葉綠素、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛（MDA）含量分別采用80%丙酮低溫浸提法、考馬斯（G-250）亮藍法、蒽酮法、硫代巴比妥酸法測定[18]，硝酸還原酶（NR）活性參照Botrel等的離體方法[19]測定，過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性分別采用愈創(chuàng)木酚法、紫外吸收法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncans新復(fù)極差法對不同處理的各生理指標進行多重比較，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析冠層溫度與生理指標間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理花生冠層溫度的差異

由圖1可見，從結(jié)莢到收獲期，不同施氮處理的花生冠層溫度存在明顯差異；高氮處理的花生冠層溫度與CK相比，差值多數(shù)點位于或低于0 ℃刻度線，尤其是生育后期，差異更為明顯，最大值達0.98 ℃；低氮和中氮處理的花生冠層溫度除生育后期低于CK外，其他時期大多高于CK，低值相差最大為0.57 ℃，高值相差最大為0.87 ℃；施氮處理花生冠層溫度由高到低的相對次序為低氮>中氮>高氮。

2.2 不同施氮處理花生生理特性的變化

2.2.1 葉綠素含量的變化 由圖2可見，從結(jié)莢到收獲，不同施氮處理花生功能葉片的葉綠素含量均呈下降趨勢；高氮、中氮和低氮處理的葉綠素含量均始終高于CK，分別高6772%～125.86%、41.50%～113.19%、19.42%～50.13%。多重比較結(jié)果表明（表1），不同施氮處理的花生葉綠素含量差異達顯著水平（P<0.05）。

2.2.2 不同施氮處理花生葉中可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化 由圖3可見，從結(jié)莢開始，各施氮處理的花生功能葉片可溶性糖含量基本處于下降趨勢，到飽果初期（8月10日）達最低值，后有一定程度升高，收獲時又出現(xiàn)下降；花生可溶性糖含量在結(jié)莢期基本為CK>低氮>高氮>中氮，進入飽果中后期，可溶性糖含量依次為中氮>高氮>低氮>CK。各施氮處理花生不同生育時期的可溶性糖含量雖然表現(xiàn)不一致，但相互間總體差異不顯著（P>0.05） （表1）。

由圖4可見，在結(jié)莢初期，不同施氮處理的花生葉片可溶性蛋白含量較高，后降低再升高，至飽果前期達到峰值，后再有所下降；除結(jié)莢前中期不同施氮處理間葉片的可溶性蛋白含量有高有低、規(guī)律不明顯外，其余生育時期表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮>CK。多重比較結(jié)果（表1）表明，高氮處理的花生葉片可溶性蛋白含量顯著高于CK（P0.05）。

2.2.3 不同施氮處理花生葉中MDA含量的變化 由圖5可知，從結(jié)莢到收獲期，不同施氮處理花生葉片的MDA含量總體表現(xiàn)為不斷升高的變化趨勢；結(jié)莢后期，除8月10日低氮處

理花生葉片MDA含量低于CK外，其他生育時期均表現(xiàn)為高氮<中氮<低氮0.05）。

2.2.4 不同施氮量條件下花生葉中NR、POD和CAT活性的變化 由圖6可見，從結(jié)莢到收獲期，不同施氮處理花生葉中

NR活性變化總體上呈現(xiàn)2個峰值，結(jié)莢中期（7月20日）的峰值較小，飽果前期（8月10日）的峰值較大；除7月10日低氮處理的NR活性高于高氮、中氮和CK外，其他生育時期NR活性均表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮>CK。多重比較結(jié)果表明（表1），高氮處理的NR活性與低氮、CK差異達顯著水平（P0.05）。

由圖7可見，花生結(jié)莢期至收獲POD活性的變化趨勢與NR相似，除CK外，分別在7月20日和8月10日各有1個峰值；不同施氮處理間花生的POD活性差異明顯，除7月10日外，其他生育時期均表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮>CK，高氮、中氮和低氮處理的POD活性分別比CK高7.22%～123.62%、11.12%～99.34%、0.28%～63.49%。多重比較結(jié)果顯示（表1），施氮處理花生的POD活性均顯著高于CK（P<005）。

由圖8可見，結(jié)莢后不同施氮處理的花生，其葉片CAT活性均呈先降低后略微升高再快速降低的變化趨勢；結(jié)莢至收獲期，雖然高氮、中氮和低氮處理的CAT活性比CK分別高24.56%～133.85%、11.15%～116.10%和269%～74.29%，但各處理間的差異并不顯著（P>0.05） （表1）。

2.3 不同施氮處理花生冠層溫度與生理特性的關(guān)系

相關(guān)分析表明（表2），高氮處理的花生葉片葉綠素含量、各施氮處理的可溶性糖含量與冠層溫度呈極顯著正相關(guān)（P<001），低氮處理的花生葉片葉綠素含量與冠層溫度呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；各施氮處理的可溶性蛋白含量、POD活性及中氮和低氮處理的NR活性與冠層溫度呈顯著（P<005）或極顯著（P<0.01）負相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

前人對小麥、水稻、玉米和洋蔥等作物的研究表明，在一定范圍內(nèi)，施氮水平與作物冠層溫度存在負相關(guān)關(guān)系[9-12，14-15]，但也有一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，施氮對作物冠層溫度的影響在同一作物不同品種間的表現(xiàn)不同[20-21]，甚至試驗地點的不同也會使冠層溫度表現(xiàn)出一定差異[16]。本試驗結(jié)果顯示，只有高氮處理的花生冠層溫度低于CK，而中氮和低氮處理的花生冠層溫度只在生育后期低于CK，其他時期高于CK，這些結(jié)論的不一致說明施氮對作物冠層溫度影響具有復(fù)雜性。

周春菊等研究認為，施肥使小麥葉片葉綠素和可溶性蛋白含量等生物學(xué)性狀變得更為優(yōu)良，從而促使作物較低冠層溫度的出現(xiàn)[6，20]。然而本研究結(jié)果表明，盡管施氮條件下花生葉綠素、可溶性蛋白含量及NR、POD、CAT活性均表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮>CK，MDA含量表現(xiàn)為高氮<中氮<低氮

施氮能夠改變花生的冠層溫度和生理特性，但其作用機理十分復(fù)雜，可能涉及到施氮條件下花生生理、農(nóng)藝和田間微氣候的變化[22，26 ]，本研究僅從花生施氮的生理效應(yīng)這個角度探索冠層溫度改變的機理，不可避免帶有一定的片面性，但本研究得出高氮處理能夠明顯降低花生冠層溫度的結(jié)果，對應(yīng)用肥料管理進行花生的抗高溫栽培具有重要的指導(dǎo)意義；而不同施氮處理花生可溶性蛋白含量及NR、POD活性越高則冠層溫度越低的結(jié)論，也為解釋施氮條件下花生冠層溫度的差異機理提供了理論依據(jù)。

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