硼鉬肥配施對紫花苜蓿生理生化指標及產量的影響

沈麗娜,朱進忠,李 科,艾爾肯,楊文英

(新疆農業大學草業與環境科學學院,新疆草地資源與生態重點實驗室,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揮出來。國內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量和品質的影響上,有關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的影響,旨在深入了解硼、鉬影響紫花苜蓿的生理生化機制,為平衡施肥及紫花苜蓿優質高產提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區自然概況

試驗區位于新疆呼圖壁種牛場的新疆農業大學草地生態試驗站。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,由新疆農業大學草業與環境科學學院提供。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 試驗設計

試驗采用兩因素四水平正交設計,共設硼、鉬2個因素。硼設 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 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3次,隨機排列。試驗共設48個小區,每小區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)進行葉面噴施,每7 d噴施1次,共噴施3次。

1.5 測定內容及方法

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量。分別于分枝期、現蕾期、初花期進行取樣和測產。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,并以其三出復葉的中間小葉作為該節位的代表葉片進行生理生化指標測定。SOD活性測定采用氮藍四唑(NBT),MDA含量測定采用文獻[3]的雙組分分光光度計測定,葉綠素含量測定采用文獻[4,5]的方法測定,可溶性糖含量參照文獻[6]蒽酮比色法測定。每小區除邊行以外隨機選取0.25 m2(0.5 m×0.5 m)紫花苜蓿齊地面刈割,重復3次。陰干并測定干草產量。

2 結果與分析

2.1 硼、鉬對紫花苜蓿SOD活性的影響

在保護酶系統中,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胞的危害[7],與植物的抗逆性密切相關[8]。

紫花苜蓿的SOD活性隨分枝期-現蕾期-初花期表現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,現蕾期和初花期繼續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,控制膜質氧化。現蕾期處理13的SOD活性小于對照,表明硼超過一定界限反而會促進膜質氧化,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

丙二醛是膜質過氧化分解的重要產物,能與蛋白質的氨基或核酸反應生成shiff堿,丙二醛的積累可對膜和細胞造成進一步的傷害,進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胞的膜質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蕾期,初花期所有處理的丙二醛含量大于現蕾期(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。

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[11]。具有光化學活性的葉綠素a可將光能轉化為電能,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植物保綠能力的強弱[13],紫花紫花苜蓿的葉綠素含量與其保水能力有極大關系[14]。紫花苜蓿從分枝期到初花期,葉綠素a、總葉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的總葉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和總葉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和總葉綠素含量皆高于對照;現蕾期處理 3、7、10和 14的葉綠素 a、葉綠素b和總葉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和總葉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葉綠素含量為處理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,總葉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。許多研究結果表明,可溶性糖含量變化與光合作用和產量密切相關[15]。它還是細胞內重要調節物質,能夠增加細胞內溶質濃度,使植物組織點下降;緩沖細胞過渡脫水,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效應,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,其他處理的干草產量皆高于對照,比對照增產0.18%～44.10%。現蕾期和初花期除處理11外,其他處理的干草產量均比對照增產23.22%～56.47%;初花期比對照增產2.17%～32.33%。與分枝期和初花期相比,現蕾期紫花苜蓿增產的幅度最大,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量的影響Table 2 Effect of boron and molybdenum on DM yields

當地紫花苜蓿的刈割期一般在初花期,初花期的產草量具有重要的生產價值。在試驗中,初花期處理12(B3MO4)、6(B2MO2)、9(B3MO1)的增產效果居于前3位,其中處理12的增產效果最為明顯,干草產量達到2 956.85 kg/hm2,高于對照 32.33%。分枝期、現蕾期、初花期處理11(B3MO3)的產量均低于對照,說明處理11(B3=2.5 kg/hm2,MO3=0.225 kg/hm2)的硼鉬比例不當,從而使紫花苜蓿減產。

2.6 紫花苜蓿產量與生理生化指標的多元回歸分析

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

根據表3中各生理生化指標與產量的相關系數分析表明,紫花苜蓿噴施硼、鉬后干草產量(Y)與可溶性糖(X1)、葉綠素(X2)顯著正相關,相關系數分別為:R1=0.711**、R2=0.698**。進行回歸分析時,可溶性糖和葉綠素被引入,其余變量均被剔除?？扇苄蕴呛腿~綠素兩變量的t測驗和偏回歸系數見表4。根據模型2,新牧1號紫花苜蓿干草產量的多元回歸方程為:Y=352.453+286.031X1+13.841X2。以上數據經過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,從而促進了產量形成。

表3 紫花苜蓿生理生化指標和產量的相關性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Table 4 Ttest and partial correlation of entered variable

3 小結

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膜質氧化,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,總葉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;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量。施用硼、鉬后,與分枝期和初花期相比,現蕾期紫花苜蓿增產的幅度最大。初花期處理12(B3=2.5 kg/hm2,MO4=0.375 kg/hm2)的增產效果最為明顯,處理11的硼鉬比例不當,使紫花苜蓿減產。

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

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