不同施氮量對高粱生長·生物量和蜀黍氰苷積累的影響

李松柏 周韓玲 胡嬌 宋廷富 李楊華 安明哲 鄭佳

摘要以遼糯11高粱為供試材料，研究了5個不同施氮水平對其生長發(fā)育、生物量及蜀黍氰苷積累的影響。結(jié)果表明，不同施氮水平對株高的影響不顯著，隨著施氮量的增加，高粱的莖粗、葉長、葉寬及鮮質(zhì)量、干質(zhì)量等表現(xiàn)為先增大后穩(wěn)定，根、莖、葉等部位中的蜀黍氰苷含量隨著施氮量的增加先增加后降低。

關(guān)鍵詞高粱；氮肥；蜀黍氰苷；生長；生物量

中圖分類號S 514文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2023）24-0150-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.033

Effects of Different Nitrogen Rates on Sorghum Growth， Biomass and Cyanoside Accumulation

LI Songbai， ZHOU? Hanling， HU Jiao et al

（Wuliangye? Co.， Ltd.， Yibin， Sichuan 644000）

AbstractLiaonuo 11 sorghum was used as experimental material to study the effects of 5 different nitrogen application levels on its growth， biomass and cyanoside accumulation. The results showed that different nitrogen application levels had no significant effect on plant height. With the increase of nitrogen application rate， the stem diameter， leaf length， leaf width， fresh weight and dry weight of sorghum increased first and then stabilized. The content of zea cyanoside in roots， stems and leaves also increased first and then decreased with the increase of nitrogen application rate.

Key wordsSorghum;Nitrogenous fertilizer;Cyanoside;Growth;Biomass

高粱是禾本科高粱屬作物，因具有耐旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)、生長快、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，栽培范圍較廣，是重要的谷物和牧草作物。高粱籽?？晒┤祟愂秤?，也可用作白酒釀造和牲畜飼料，其秸稈在造紙、動物飼料等方面具有廣泛的應(yīng)用價值［1-4］。

高粱是一種含氰作物，所含生氰糖苷種類為蜀黍氰苷，當(dāng)植物組織遭到破壞時，蜀黍氰苷可被酶降解并釋放出有毒的氰化氫［5-6］。研究表明，在濕重基礎(chǔ)上，當(dāng)高粱中的HCN水平超過200 mg/kg時，則對牲畜有害［7-8］。高粱中蜀黍氰苷含量受內(nèi)源因素和外源因素的共同影響，其中，內(nèi)源因素有植物所處生長發(fā)育階段和參與蜀黍氰苷合成相關(guān)酶的數(shù)量等［9］，外源因素主要包括植株種類、種植地氣候特點(diǎn)和土壤肥力狀況等［10］。研究表明，施用氮肥可促進(jìn)高粱莖、葉的生長，提高生物量［4，11］，然而，較高的氮肥施用可能增加高粱組織中蜀黍氰苷含量，從而引起動物中毒［12-13］。

四川宜賓盛產(chǎn)釀酒專用糯高粱，是優(yōu)質(zhì)濃香型白酒主產(chǎn)區(qū)［14］，也是四川農(nóng)區(qū)肉牛生產(chǎn)區(qū)之一，近年來，在政府推動下，肉牛養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，飼料需求量較大［15］，宜賓地區(qū)種植的高粱籽粒多用來作為白酒釀造原料，秸稈則可用于制作青儲飼料，供肉牛食用。因此，研究和探討不同施氮量對高粱生長、生物量和蜀黍氰苷［16］積累的影響，可指導(dǎo)高粱種植并為牲畜提供優(yōu)質(zhì)安全飼料來源提供參考和科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

蜀黍氰苷（95%），Sigma-Aldrich公司；甲醇（LC-MS級），Merck公司；硫酸鉀（農(nóng)業(yè)用，K2O≥52.0%，S≥16%），山東青上化工有限公司；過磷酸鈣（農(nóng)業(yè)用，有效磷含量≥12%），江蘇美樂肥料有限公司；尿素（農(nóng)業(yè)用，總養(yǎng)分≥45%），云南云天化股份有限公司；遼糯11號高粱（雜交品種），遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育。

1.2儀器與設(shè)備

ExionLC-5500型三重四級桿液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國AB Sciex公司； Milli-Q型超純水儀，美國Millipore公司；ML1602型百分之一分析天平、AE200型萬分之一分析天平，梅特勒-托利多公司； FSJ-Ⅱ型錘片式糧食粉碎機(jī)，中儲糧成都糧食貯藏科學(xué)研究院；YM-060S型超聲波清洗機(jī)，深圳市雨盟超聲波清洗機(jī)設(shè)備廠；GT200型震動球磨儀，北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司；LDO-9246A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海龍躍儀器設(shè)備有限公司。

1.3試驗設(shè)計

試驗在宜賓市南溪區(qū)大觀鎮(zhèn)宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院大觀科研基地進(jìn)行。試驗地屬于中亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫約18 ℃，年平均降水量為1 050～1 618 mm，全年日照時間為1 000～1 130 h，無霜期為334～360 d。試驗地前茬作物為甘薯，土壤類型為紫色土，肥力均勻，pH 6.12。0～20 cm土壤養(yǎng)分狀況為有機(jī)質(zhì)28.7 g/kg，全氮1.67 g/kg，速效磷30.3 mg/kg，速效鉀69.0 mg/kg。

供試高粱品種為遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的遼糯11雜交糯高粱，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置3次重復(fù)，5個施氮（尿素）水平，空白組為0 kg/hm2，試驗組為120、240、360、480 kg/hm2，分別用N0、N1、N2、N3、N4表示（表1）。磷肥（過磷酸鈣）統(tǒng)一為300 kg/hm2，鉀肥（硫酸鉀）統(tǒng)一為100 kg/hm2。采用育苗盤對遼糯11高粱進(jìn)行育苗，4葉齡時進(jìn)行移栽種植，行距50 cm，株距35 cm，每穴2株，種植密度為112 500株/hm2，按高產(chǎn)田進(jìn)行田間管理。

1.4測定指標(biāo)

拔節(jié)期（第二次施肥前）、抽穗期和成熟期每小區(qū)取樣5株，計數(shù)葉片數(shù)，用標(biāo)尺測定株高，稱量鮮重，置于55 ℃培養(yǎng)箱中烘干后稱干質(zhì)量。

將烘干后植株的莖、各部位葉片分別剪下，剪成0.5 cm小段，以球磨儀粉碎，過120目篩，每種樣品稱取1.50 g，分別采用20 mL甲醇水溶液（95∶5，V/V）超聲提取1 h，8 000 r/min離心10 min，取上清液0.4 mL，用超純水稀釋3倍，經(jīng)0.2 μm濾膜過濾后進(jìn)三重四級桿液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，分析各生長期高粱莖、葉中蜀黍氰苷含量［17-18］。

1.5數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPASS 22.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同氮肥施用量對拔節(jié)期高粱生長、生物量和蜀黍氰苷積累的影響

于第二次施用氮肥前取樣，測定空白組和試驗組高粱生長參數(shù)和各部位蜀黍氰苷含量，結(jié)果見表2和表3。

從表2可以看出，空白組和試驗組高粱的單株葉片數(shù)、莖粗、單株鮮質(zhì)量和單株干質(zhì)量均無顯著差異（P>0.05），表明在返青期施用氮肥對高粱幼苗生長沒有影響，幼苗時期的高粱對氮肥的需求量較少，土壤中的氮肥可滿足植株生長要求。

從表3可以看出，試驗組和對照組高粱幼苗各部位蜀黍氰苷含量無顯著差異（P>0.05），研究發(fā)現(xiàn)蜀黍氰苷在幼苗中的積累量最高［19-20］，研究表明，高粱中蜀黍氰苷含量取決于植物的年齡和生長條件，高粱種子萌發(fā)后不久，植株中氰化物電位達(dá)到最高值，蜀黍氰苷含量較高，在此階段，氮肥的施用對蜀黍氰苷的積累沒有影響［21-23］。表明返青期施用氮肥對幼苗時期高粱中蜀黍氰苷積累沒有影響。

2.2不同氮肥施用量對抽穗期高粱生長、生物量和蜀黍氰苷積累的影響

測定各處理下抽穗期高粱生長參數(shù)和生物量，結(jié)果見表4，除去枯萎葉片，高粱各部位蜀黍氰苷含量見表5。

從表4可以看出，氮肥施用量對株高和單株葉片數(shù)沒有明顯影響，但隨著氮肥施用量的增加，莖粗、單株鮮質(zhì)量和單株干質(zhì)量有所增加。氮肥能促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用，促使葉片生長，提高植物對營養(yǎng)的吸收，從而提高植物的產(chǎn)量和質(zhì)量［24-25］。

從表5可以看出，隨著氮肥的增加，高粱各部位蜀黍氰苷含量總體呈上升趨勢，在高粱抽穗期，氮肥促進(jìn)植株生長，同時也促進(jìn)蜀黍氰苷含量的增加。

2.3不同氮肥施用量對成熟期高粱生長、生物量和蜀黍氰苷積累的影響

測定各處理下成熟期高粱生長參數(shù)和生物量，結(jié)果見表6，除去枯萎葉片，高粱各部位蜀黍氰苷含量見表7。

從表6可以看出，成熟期的高粱氮肥對株高、單株葉片數(shù)的影響無明顯規(guī)律，但其中莖粗、單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量受到施氮量的影響明顯。成熟期N2 、N3、N4施氮量的植株長勢明顯優(yōu)于N0 、N1，且相比之下，未施氮的植株N0明顯長勢不好。表明對于植株性狀而言，最適合的施氮量為N2。

從表7可以看出，不同施氮量顯著影響了成熟期葉片和根部的蜀黍氰苷含量；對于單株葉片而言，隨施氮量的增加，新長出的頂端葉片蜀黍氰苷含量最低，在生長過程中，蜀黍氰苷含量不斷積累，植株本身不能消化蜀黍氰苷。對于不同施氮量而言，N0～N2植株各部位蜀黍氰苷含量升高；N2～N4植株各部位蜀黍氰苷含量降低，其中N2施氮水平下，植株各部位的蜀黍氰苷含量最高。

3討論

該研究通過設(shè)置5個施氮梯度，對施氮量對遼糯11號品種高粱生長性狀和蜀黍氰苷含量的影響進(jìn)行研究。不同施氮量下，高粱的株高、莖粗、葉片數(shù)、單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的差異顯著。該研究結(jié)果表明，施氮顯著提高了高粱各部位的生長發(fā)育，但過低的施氮量會導(dǎo)致植株的氮素不足，限制植株的生長，過高的施氮量也會抑制植株的生長發(fā)育，導(dǎo)致植株不能到達(dá)最好的生長條件，其中N2生長狀態(tài)最好。對于植株蜀黍氰苷含量，拔節(jié)期施氮對其幾乎沒有影響；而在抽穗期，由于植株處于生長階段，施氮水平刺激植株生長水平產(chǎn)生差異，而施氮量越多，生長發(fā)育最快，蜀黍氰苷積累最快，所以各部位隨著施氮量的增加而增加；在成熟期，施氮量在N0～N2，植株生長水平隨著施氮量增加而增加，在N2～N4，生長水平基本不變；在成熟期，蜀黍氰苷在N0～N2施氮水平逐漸增加，在N2～N4逐漸降低，表明高施氮量有助于抑制植株蜀黍氰苷的積累。針對高粱用于飼料的生產(chǎn)，不考慮籽粒的產(chǎn)出，可以適當(dāng)采用高施氮量。

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