矮壯素對改善芝麻機收農藝性狀的作用及其對光合生理的影響

摘要：為推動芝麻機械化種植技術體系的建立和完善，在田間以豫芝ND837為供試材料，研究不同矮壯素（CCC）濃度對芝麻農藝性狀、光合特性及產量的影響，集成芝麻機收的有效栽培措施。采用裂區(qū)試驗設計，噴施不同濃度矮壯素為主區(qū)：100 mg/L（A1）、200 mg/L（A2）、400 mg/L（A3），噴施不同次數(shù)為副區(qū)：1次（B1）、2次（B2）、3次（B3），以噴施清水為對照（CK），共10個處理。結果表明，噴施矮壯素可使芝麻株高降低2.7%～18.0%、結蒴部位高度下降 5.9%～23.7%、縮短空稍尖長度及果軸長度，使株型更緊湊；提高了芝麻葉綠素含量、葉面積指數(shù)、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導度（Gs）。與對照相比，噴施矮壯素還提高了芝麻單株蒴數(shù)和產量，增產幅度達1.0%～8.5%，籽粒粗蛋白含量提高了3.6%～17.6%、硬脂酸和亞油酸含量分別提高了2.2%～8.7%和0.7%～2.6%；降低了胞間CO2濃度（Ci）和籽粒粗脂肪含量。噴施濃度200 mg/L（A2）條件下，噴施2次（B2）、3次（B3）和400 mg/L（A3）條件下噴施2次（B2）處理的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、葉綠素含量、葉面積指數(shù)、單株蒴數(shù)和產量顯著高于對照處理，其中A3B2處理凈光合速率（Pn）、葉綠素含量、葉面積指數(shù)、單株蒴數(shù)、產量均高于其他處理，較對照增產8.5%。綜合所測指標，矮壯素濃度為400 mg/L連續(xù)噴施2次處理對改善芝麻機收農藝性狀、優(yōu)化芝麻光合生理、促進穩(wěn)產優(yōu)質較為理想。

關鍵詞：芝麻；矮壯素；農藝性狀；光合特性；產量品質

中圖分類號：S565.301；S565.304" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）05-0128-06

芝麻是我國重要的優(yōu)質油料作物［1］，距今已有2 000多年的栽培歷史，當前我國芝麻生產存在機械化程度較低，用工量較大，生產成本較高等問題，并已成為嚴重制約和影響芝麻產業(yè)發(fā)展的主要因素。近年來，國內外學者在芝麻聯(lián)合收獲機械和裝置方面的研究取得了較大的突破［2-4］，芝麻機械化收獲有逐步取代人工收獲的趨勢，與機收相配套的高產優(yōu)質栽培措施也已成為芝麻熱門研究方向之一［5-6］，如何克服芝麻植株高大、結蒴部位高、生育后期生長中心上移、重心較高、易倒伏或易彎等不利于機械化收獲的因素，值得深入研究［7-9］，探索植物生長調節(jié)物質在改善芝麻機收農藝性狀、塑造適宜于芝麻機收株型中的作用，進而配套出農機農藝融合的生產技術體系，對于生產意義重大。矮壯素（CCC）作為農業(yè)生產中較為常用的植物生長調節(jié)物質可以調節(jié)植株生長，使植株矮化、莖稈變矮，防止作物倒伏，是抑制作物頂尖生長的有效途徑之一，在糧食及瓜果蔬菜類作物上應用十分廣泛［10-14］。其在對小麥、玉米、棉花、高粱等作物的影響上，主要表現(xiàn)為顯著降低小麥株高及重心高度，提高植株抗倒伏能力及籽粒蛋白質含量并貯藏蛋白質，改善作物加工品質［15］；增加玉米產量、千粒重、穗粒數(shù)和葉面積指數(shù)，提高葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量［16］；降低棉花株高，緊湊株型［17］；高粱株高下降，抗倒性提升，灌漿期光合作用提高［18］。目前，有關矮壯素對芝麻生長發(fā)育影響的研究鮮有報道，少量研究表明芝麻進入盛花期以前，噴施矮壯素有明顯延緩主莖伸長的作用，可使芝麻莖粗加大，莖節(jié)間縮短，始蒴高度降低，株形矮化，有利于合理密植和防止倒伏［19］，還能有效降低芝麻株高、芝麻始蒴部位，縮短芝麻果軸長度［20］，然而已有研究均未涵蓋芝麻生理特性、品質特點等。基于上述研究結果，本試驗以矮壯素調控芝麻生長發(fā)育為切入點，研究噴施不同次數(shù)和不同濃度矮壯素在改善芝麻機收農藝性狀、光合生理特性、產量品質表現(xiàn)等方面的作用，探索其在降低芝麻株高、塑造理想株型、提升光合生理能力、協(xié)同提升產量品質等方面的作用，以期為進一步集成芝麻機械化生產的配套高效栽培技術，創(chuàng)建芝麻農機農藝深度融合技術體系提供技術支撐和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗地點設在河南省農業(yè)科學院現(xiàn)代農業(yè)科技試驗示范基地（113°96′E，35°05′N，海拔 84 m），土壤質地為沙壤土。耕層土壤pH值為7.2，有機質含量為1.13%，速效氮含量為21.3 mg/kg，速效磷含量為21.3 mg/kg，速效鉀含量為107.8 mg/kg。

供試芝麻品種為豫芝ND837，由河南省農業(yè)科學院芝麻研究中心提供。供試藥劑為 50%矮壯素水劑，由四川國光農化股份有限公司生產。

1.2 試驗設計

采用裂區(qū)試驗設計，設置3個噴施CCC濃度處理：100 mg/L（A1）、200 mg/L（A2）、400 mg/L（A3）；3個噴施 CCC 次數(shù)處理：B1（出苗后15 d噴施1次）、B2（出苗后15 d和25 d各噴施1次）、B3（出苗后15、25、35 d各噴施1次）；CK（15、25、35 d噴清水）為對照；共 10 個處理，每個處理設3 次重復。小區(qū)為12行區(qū)，行長5 m，行距0.4 m，小區(qū)面積24 m2。2022年6月10日播種，分別于出苗后1～2對真葉期間苗，3對真葉期定苗，留苗密度為 18萬株/hm2。收獲日期為2022年9月20日。供試肥料為氮磷鉀復合肥（N、P2O5、K2O含量均為16%），按525 kg/hm2的標準施入。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)（LAI）和SPAD值 取盛花期中期長勢一致的芝麻植株葉片，用直尺分別量取葉片的長和寬。LAI=葉長×最大葉寬×矯正系數(shù)/單位面積（矯正系數(shù)：卵形葉為 0.680、開裂葉為 0.605、披針形葉為 0.727）。使用葉綠素儀（SPAD 502，日本）測定芝麻葉片SPAD值。每個處理 3 次重復。

1.3.2 光合特性測定 盛花中期選擇晴朗無風的天氣，每個處理選取長勢一致的植株3株，采用 LC Pro+ 2000 全自動便攜式光合測定儀（ADC BioScientific公司，英國），測定同一部位葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。

1.3.3 農藝性狀及產量性狀 成熟期每個小區(qū)隨機連續(xù)選取10株芝麻，測量株高、空梢尖長度、始蒴高度、果軸長度、單株蒴數(shù)、單株產量；測量并計算每蒴粒數(shù)、千粒重，其余按小區(qū)單收，芝麻晾曬脫粒后稱量小區(qū)芝麻產量并折算成最終產量。

1.3.4 芝麻品質測試 每個處理稱取100 g芝麻籽粒，粗脂肪含量測定參照國標GB/T 5512—2008 《糧油檢驗 糧食中粗脂肪含量測定》進行；粗蛋白含量測定參照國標GB/T 14489.2—2008 《糧油檢驗 植物油料粗蛋白質的測定》進行；總糖含量測定參照國標GB/T 9695.31—2008《肉制品 總糖含量測定》進行；芝麻油中的脂肪酸組成測定，參照國標GB/T 17376—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯制備》進行。每份樣品重復3次。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)整理，使用 SPSS 13.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 矮壯素對芝麻農藝性狀的影響

矮壯素對芝麻農藝性狀具有顯著影響。由表1可知，隨著矮壯素噴施濃度和次數(shù)的增加，芝麻株高逐漸降低，除A1B1 外，其余處理株高顯著低于對照，其中A3B3處理最低，為152.4 cm，較CK降低 18.0%。隨著矮壯素噴施濃度和次數(shù)的增加，芝麻結蒴部位高度整體也逐漸降低，其中A3B2 和A3B3處理的結蒴部位高度顯著低于其他處理，較CK處理結蒴部位高度分別降低20.2%和23.7%，A3B3和A3B2處理差異不顯著。芝麻空稍尖長度隨著矮壯素噴施次數(shù)的增加逐漸降低，其中A1B3、A2B3和A3B3處理的空稍尖長度顯著低于CK，噴施濃度為400 mg/L的A3B3處理空稍尖長度最低。隨著噴施矮壯素次數(shù)的增加芝麻果軸長度逐漸降低，噴施次數(shù)越多，降低幅度越大，A2B3、A3B3顯著低于A1B1處理和CK處理。

2.2 矮壯素對芝麻光合特性的影響

由圖1可以看出，噴施矮壯素后芝麻盛花中期的光合特性變化趨勢因指標而異。其中，Pn、Tr和Gs不同程度地高于對照。A1和A2各處理較CK的Pn分別提高3.4%～5.8%和8.2%～17.8%，隨著噴施次數(shù)的增加Pn逐漸增加，A3條件下以噴施A3B2處理的Pn最高。從不同處理來看，A2B2、A2B3和A3B2的Pn顯著高于CK，分別較CK高出14.9%、17.8%和18.3%。從圖1還可以看出，各處理Tr的增幅為5.1%～17.9%，Gs的增幅為7.7%～23.1%，其中A1B3、A2B2、A2B3、A3B2處理Tr 和 Gs 顯著高于對照處理，而Ci則隨著矮壯素噴施濃度及次數(shù)的增加顯著下降，A3B3、A3B2和A2B3處理分別較CK 降低15.6%、14.8%、14.4%。

2.3 矮壯素對芝麻SPAD值及LAI的影響

進一步分析矮壯素不同噴施濃度和噴施次數(shù)對芝麻葉片SPAD值及LAI的影響。從圖2可以看出，矮壯素噴施濃度和噴施次數(shù)對芝麻葉綠素含量影響不同。本試驗條件下，芝麻葉片SPAD值在40.3～42.6之間。最高的為處理組A3B2（42.6），最低的為CK（40.3），且A3B2處理較對照葉綠素含量增加了5.7%。低濃度矮壯素（A1）處理的SPAD平均值為41.65，中濃度（A2）處理SPAD平均值為42.26，高濃度（A3）處理SPAD平均值為41.52。噴施矮壯素后LAI有不同程度的增加，其中A3B2處理的LAI最高，A2B3處理次之，再次為A2B2，分別顯著高于對照14.2%、10.7%、8.8%；而A3B3處理顯著低于A3B2、A2B3、A2B2、A1B3處理。說明矮壯素濃度過高反而不利于芝麻葉綠素的合成、積累和葉面積增加。

2.4 矮壯素對芝麻產量性狀的影響

噴施矮壯素可以提高芝麻產量，增產幅度為1.0%～8.5%。單株蒴數(shù)最多的為A3B2處理（120.7 個），較對照增加了15.9%，其次為A2B2處理（118.5 個），較對照增加了13.8%，再次為A2B3處理（118.3 個），較對照增加了13.6%。單蒴粒數(shù)最多的為A3B2處理（82.9 粒），較對照增加了8.5%，其次為A2B2處理（78.8 粒），較對照增加了3.1%，再次為A2B3處理（78.5粒），較對照增加了2.7%。千粒質量以A2B1處理最高，為2.986 g，較對照增加了10.1%，A3B2處理（2.906 g）較對照增加了7.2%。增產幅度最大的為A3B2處理（1 569.2 kg/hm2），較對照增產8.5%，其次為A2B2處理（1 528.5 kg/hm2），較對照增產 5.7%。結合矮壯素對芝麻株高、結蒴部位的調控效應，施用藥劑對環(huán)境的影響及芝麻簡化種植等，本研究認為處理A3B2 為最佳組合方案。

2.5 矮壯素對芝麻品質性狀的影響

芝麻油磷脂甲酯化后經氣相色譜分析，結果（表3）表明，噴施矮壯素可提高芝麻籽粒的粗蛋白、硬脂酸、亞油酸含量，而粗脂肪含量則降低。隨著矮壯素濃度和噴施次數(shù)的增加，總糖含量整體高于 CK 處理，A1濃度各處理和A2B1處理的亞麻酸含量高于對照。噴施矮壯素可提高籽粒粗蛋白含量，增幅為 3.6%～17.6%，A1B3、A3B2和A3B3處理增幅較大，分別較CK提高12.4%、11.9% 和17.6%，與CK差異達顯著水平，各處理粗蛋白含量均高于GB/T 11761—2006 《芝麻》中一等制油用芝麻蛋白質含量（≥19.00%）的標準。噴施矮壯素降低了芝麻籽粒的粗脂肪含量，降幅為0.4%～6.4%，以A1B3、A3B2 和A3B3處理降幅較大，與CK差異達到顯著水平，分別較CK降低3.6%、4.1%、6.4%，各處理粗脂肪含量均高于GB/T 11761—2006 《芝麻》中一等制油用芝麻粗脂肪含量（≥ 51.00%）的標準。噴施矮壯素還可增加籽粒硬脂酸和亞油酸含量，硬脂酸含量較CK提高2.2%～8.7%，亞油酸含量提高0.7%～2.6%。各處理芝麻籽粒花生酸和山崳酸含量與CK差異不顯著。

3 討論與結論

芝麻具有無限生長習性，在發(fā)育后期會形成一段空梢尖，消耗養(yǎng)分，限制芝麻的產量提高和品質改善［1］。傳統(tǒng)種植方式下芝麻大多株高較高，在8—9月（花期和成熟期）遇到大風或者雷雨等惡劣天氣，容易發(fā)生倒伏，收割機不易收割［7-8］。此外，株高較高的芝麻不易被聯(lián)合收割機的撥禾輪扶持引向切割器，收割時果軸和蒴果易掉落在割臺之外，造成產量損失［9，20］。本研究結果表明，隨著矮壯素噴施濃度的增加，芝麻的株高、結蒴部位、果軸長度呈降低趨勢。在成熟期不同處理下芝麻株高較噴施清水對照降低2.7%～18.0%，始蒴部位較噴施清水對照降低 5.9%～23.7%，單株蒴數(shù)、產量均較噴施清水對照增加，其中產量較噴施清水對照增加1.0%～8.5%，尤其當矮壯素濃度為400 mg/L噴施2次（A3B2）時產量達到1 569.2 kg/hm2，顯著高于噴施清水對照。通過矮壯素化控調節(jié)后，芝麻株高顯著降低，抗倒伏能力顯著增強，株型緊湊，有利于芝麻機械化收獲作業(yè)。

本試驗中，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和葉綠素含量在噴施矮壯素后均有不同程度的增加，這為提高芝麻葉面積指數(shù)和SPAD值奠定了基礎，在擴大芝麻“源”（葉片）供給能力的同時提高了“庫”（蒴果）的接收能力，優(yōu)化干物質積累和運轉，使光合產物更多地分配到生殖器官，避免植株過度營養(yǎng)生長，進而提高芝麻經濟系數(shù)，通過提高單株蒴數(shù)，進而提高芝麻產量，以矮壯素濃度400 mg/L連續(xù)噴施2次處理的產量提升效果最好。

芝麻作為重要的特色油料作物之一，籽粒含油量大約為55%，其中人體不能合成的不飽和脂肪酸含量在80%以上，具有“油料皇后”之稱［21-22］。油酸與亞油酸含量是評價芝麻品質好壞的重要指標，它們在膽固醇降解、血管硬化預防和心肌細胞及細胞膜活力增強等方面起著促進作用，同時亞油酸在甘油三酸酯的分解、心腦血管疾病預防、人類壽命延長中也起著積極作用［23］。本研究發(fā)現(xiàn)，噴施矮壯素可對芝麻種子中的粗脂肪含量、粗蛋白含量以及脂肪酸組成產生重大影響。與對照相比，噴施矮壯素可提高芝麻籽粒粗蛋白含量3.6%～17.6%、硬脂酸含量2.2%～8.7%，亞油酸含量0.7%～2.6%，粗脂肪含量則降低0.4%～6.4%，尤其是濃度為400 mg/L噴施2次（A3B2）時，可顯著提高芝麻籽粒粗蛋白、棕櫚酸和亞油酸含量。研究還表明，噴施矮壯素對芝麻籽粒花生酸和山崳酸含量影響較小，與對照相比差異不顯著。

綜上所述，在芝麻苗期噴施矮壯素，能有效控制株高，對芝麻葉綠素含量和光合指標的調控有差別。隨著濃度的增加，可提高盛花期葉面積指數(shù)和SPAD值，葉片的光合作用增強，進而提高產量，其中矮壯素濃度為400 mg/L連續(xù)噴施2 次（A3B2）處理的產量提高8.5%，且達到顯著水平；噴施不同濃度矮壯素處理的芝麻結蒴部位、果軸長度呈降低趨勢，這不僅可防止無效花序徒長，使株型緊湊，而且利于機械化收獲，還能有效提高芝麻籽粒中粗蛋白、油酸和亞油酸含量，協(xié)同提高芝麻的產量和品質。

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