機(jī)械化高粱芽苗形態(tài)建成及生理特性對保水劑的響應(yīng)

朱凱++張飛++柯福來++王艷秋++李志華++鄒劍秋

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.041

摘要：選取機(jī)械化高粱品種遼雜35號為試驗(yàn)材料，采用保水劑（SAP）和對照（NT）2種種子處理方式，在正常供水（100%）、75%供水、50%供水3種模式下對種子的萌發(fā)出苗情況、幼苗形態(tài)建成、保護(hù)酶（SOD、POD、MDA和CAT）活性、根系活力等生理指標(biāo)進(jìn)行了比較與分析。結(jié)果表明：（1）保水劑（SAP）可以顯著提高萌發(fā)率、出苗率和種子活力，縮短出苗時間；出苗率在正常供水（100%供水）、75%供水和50%供水下分別比未處理（NT）高出3.50%、26.50%和80.19%；（2）土壤水分（SWC）脅迫下，SAP促使根系伸長明顯；（3）水分脅迫13 d至26 d這一階段對葉綠素、根系活力及葉片和根系相對含水量的作用效果明顯，隨著脅迫時間的延長SAP的作用效果逐漸減弱而SWC作用效果逐漸增強(qiáng)；（4）SAP處理下MDA變化最為活躍（F=182.31**），按CAT、SOD、POD順序依次減弱，而在不同水分虧缺（SWC）條件下，CAT變化最為活躍（F=103.24**）。

關(guān)鍵詞：保水劑；機(jī)械化；高粱；芽苗期；形態(tài)建成；生理

中圖分類號： S514.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0161-04

收稿日期：2015-12-31

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計劃（編號：2014BAD07B02）；遼寧省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（編號：2014201008）；遼寧省農(nóng)業(yè)青年科技人才培養(yǎng)計劃（編號：2015022）；農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（編號：CARS-06）。

作者簡介：朱凱（1972—），男，遼寧葫蘆島人，碩士，研究員，主要從事高粱遺傳育種研究。E-mail：zhukai72@163.com。

通信作者：鄒劍秋，博士，研究員，主要從事高粱遺傳育種研究。Tel：（024）31023997；E-mail：jianqiuzou@126.com。干旱是制約我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素，隨著全球氣候條件的不斷變化，發(fā)展抗旱節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為我國面向未來持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[1-2]。發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，應(yīng)用保水劑是近年來發(fā)展迅速的化學(xué)節(jié)水技術(shù)，保水劑又稱土壤保墑劑、抗蒸騰劑、貯肥蓄藥劑或微型水庫，是一種獨(dú)具三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子聚合物。將其施入土壤后，不僅會改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，還可以快速吸收土壤中多余的水分并貯存起來，緩慢釋放，滿足農(nóng)作物生長過程中的需要。保水劑不僅有優(yōu)良的保肥性能，而且施用后對改良土壤及農(nóng)作物的生長十分有益，現(xiàn)已廣泛用于干旱、半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[3-5]。

高粱作為抗旱性較強(qiáng)的作物經(jīng)常被種植在干旱、半干旱地區(qū)的瘠薄土地上，同時也常因土壤水分虧缺導(dǎo)致出苗率低，在幼苗生長階段因土壤水分虧缺影響幼苗的形態(tài)建成，進(jìn)而使其抗旱潛力得不到充分發(fā)揮，影響產(chǎn)量。然而，雖然近年來很多學(xué)者對保水劑做了大量研究，在應(yīng)用保水劑抗旱方面取得了一些進(jìn)展[6-9]，但將保水丸劑應(yīng)用于高粱抗旱播種和形態(tài)建成（尤其是對不同干旱土壤條件的影響）方面的研究相對較少。因此，本研究采用保水丸劑處理，對不同土壤干旱水平下高粱種子的萌發(fā)、出苗以及幼苗的形態(tài)建成和生理特性進(jìn)行了比較與分析，旨在探明保水丸劑在不同土壤水分虧缺條件下的作用效果，為高粱抗旱栽培提供理論參考。

1材料與方法

1.1種子和丸衣劑制作

參試的高粱品種為遼雜35號，由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家高粱改良中心選育并提供，挑選大小一致、籽粒飽滿的種子進(jìn)行試驗(yàn)。丸衣材料采用石膏粉（粉碎細(xì)度>160目）；保水劑采用“白金子”顆粒型保水劑，河北省唐山博亞科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)；黏著劑采用甲基纖維素（有黏性，又具備水溶性），將甲基纖維素按一定的量加入熱水中，配制20%濃度的溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用；按配比（種子 ∶保水劑 ∶微肥 ∶丸衣材料 ∶黏著劑 ∶蒸餾水=50 ∶20 ∶5 ∶15 ∶15 ∶5）攪拌制作保水丸劑，其中水的用量可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

2.2試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地的風(fēng)干棚中進(jìn)行。種子設(shè)2個處理：（1）未經(jīng)過任何處理的種子，作為對照，以下簡稱NT；（2）保水丸劑包裹后的種子，以下簡稱SAP。采取盆栽方式，土壤為沙壤土，土壤水分設(shè)3個處理：（1）正常供水（100%供水）；（2）按正常供水量的75%供水；（3）按正常供水量的50%供水。2因素試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。

2.3測定項(xiàng)目與方法

種子自培養(yǎng)5 d開始每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，一直測到 15 d，發(fā)芽以種子胚根達(dá)種子長，胚芽達(dá)種子長的1/2為標(biāo)準(zhǔn)，出苗以出苗株數(shù)達(dá)到總播種數(shù)的50%及以上為標(biāo)準(zhǔn)，記錄從播種到出苗的時間。發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt），其中，Gt為第t天的發(fā)芽種子個數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；活力指數(shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)（GI）×胚根鮮質(zhì)量。

分別在播種后13 d和26 d對葉綠素、根系活力、形態(tài)學(xué)指標(biāo)（株高、根長、地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量）、保護(hù)酶活性（SOD、POD、MDA和CAT）進(jìn)行測定。其中葉綠素、根系活力、SOD、POD、MDA和CAT均按張憲政的方法[10]測定。

2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2003和DPS 7.05對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

2結(jié)果與分析

2.1種子萌發(fā)率、出苗率、活力指數(shù)及出苗時間對保水劑的響應(yīng)

3種水分條件對種子的萌發(fā)率、出苗率、活力指數(shù)和出苗時間有較大影響，差異均達(dá)顯著水平（表1）。其中，保水劑（SAP）處理對出苗率的影響效果最為明顯（F=103.28**），SAP處理在正常供水（100%供水）、75%供水和50%供水條件下分別比NT高出3.50%、26.50%和80.20%。萌發(fā)率、出苗率、活力指數(shù)和出苗時間均表現(xiàn)出隨著土壤水分虧缺的增加作用效果逐漸增大的趨勢。萌發(fā)率、出苗率和活力指數(shù)在75%供水下SAP處理下比NT高9.03%、26.50%和 27.58%，在50%供水下SAP處理下比NT高57.30%，80.20% 和62.87%；出苗時間SAP處理比NT在75%供水和50%供水下分別比正常供水（100供水）降低16.20%和 20.02%。說明保水劑（SAP）對種子萌發(fā)至出苗這一階段作用效果較大，尤其在干旱土壤條件下作用效果更為明顯。同時，品種處理（NT-SAP）和土壤水分（SWC）間的互作均達(dá)到了顯著水平。

2.2保水劑對不同水分條件下高粱苗形態(tài)學(xué)性狀的影響

由表2可以看出，保水劑（SAP）對不同土壤水分條件下高粱苗的形態(tài)指標(biāo)具有較大影響，脅迫13 d和26 d的變化趨勢基本一致，隨著土壤水分虧缺時間的延長，作用效果略有減弱。在株高、根長、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量4個指標(biāo)中，根長受品種處理（SAP）的影響程度最大（F值=103.24**），說明SAP處理對幼苗根長具有較大的影響，尤其在干旱條件下效果最為明顯，13 d時75%供水和50%供水條件下SAP分別比NT高出21.56%和34.89%，26 d時分別高12.89%和81.50%。說明在干旱條件下，SAP可以促進(jìn)根系的生長，進(jìn)而提高對土壤水分的利用效率。在不同土壤水分（SWC）處理下，根長和地下部干質(zhì)量受影響程度相對較大，均達(dá)到了極顯著水平。品種處理（NT-SAP）和土壤水分（SWC）間的互作根長達(dá)到了顯著水平，株高、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量差異不顯著。

2.3保水劑對不同水分條件下相對含水量的影響

保水劑（SAP）處理對不同土壤水分（SWC）條件下葉片和根系的相對含水量都具有顯著的作用效果，會明顯降低葉片和根系的相對含水量（表3）。脅迫13 d和26 d時的測定結(jié)果表明：除75%供水條件下SAP處理葉片相對含水量有小幅度增加外，其他處理下均表現(xiàn)為根系和葉片的相對含水量隨水分脅迫時間的延長而下降，同時在同一測定時期隨著干旱程度的增加根系和葉片的相對含水量呈下降趨勢，在50%供水條件下效應(yīng)最為明顯，下降幅度最大。SAP對根系的影響程度略大于葉片，在13 d和26 d時的趨勢基本一致。同時，土壤水分（SWC）處理對葉片和根系的相對含水量的影響程度大于保水劑（SAP）處理。除26 d的根系相對含水量互作顯著（F=13.24**）外，葉片和根系相對含水量在品種和土壤水分（NT-SAP×SWC）間的互作效應(yīng)均不顯著。

2.4保水劑對不同水分條件下幼苗根系活力和葉綠素含量的影響

在不同土壤水分條件下，SAP處理對葉綠素含量和根系活力均有較大影響，差異達(dá)極顯著水平（表4）。隨著干旱程度的增大，葉綠素和根系活力均呈下降趨勢，且變化趨勢基本一致。播種13 d時，在正常供水、75%供水和50%供水3種土壤水分條件下，SAP處理葉綠素含量和根系活力比NT增加的幅度依次增大，播種26 d時的變化趨勢與之基本一致，同時播種26 d時SWC處理對葉綠素和根系活力的影響程度大于播種13 d時的測定結(jié)果。種子處理（NT-SAP）對葉綠素含量的影響程度26 d（NT-SAP F值=27.54**）小于13 d（NT-SAP F值=33.28**），對根系活力的影響程度26 d（NT-SAP F值=53.21**）小于13 d（NT-SAP F值=65.27**）。說明隨著幼苗的生長，SAP的作用效果逐漸減弱，而SWC的作用效果逐漸增強(qiáng)，在播種13 d至26 d這一時間段變化活躍。

2.5保水劑對不同水分條件下高粱苗保護(hù)酶活性的影響

由表5可知，在土壤水分脅迫和SAP的作用下，幼苗的抗氧化保護(hù)酶活性均有較大變化。隨著干旱程度的增加，SOD、POD、CAT和MDA均有不同程度的增加。其中SAP 處理下MDA變化最為活躍（F=182.31**），其他3個因子依次為CAT、SOD、POD，而在不同水分虧缺（SWC）條件下，CAT變化最為活躍（F=103.24**），尤其是在干旱脅迫下，13 d時75%供水和50%供水條件下SAP分別比NT高出28.65%和19.63%（23.68%和4.15%，26天）。SAP 處理下CAT、SOD、POD增加，MDA降低。SOD、POD、CAT和MDA的變化受水分脅迫（SWC）的影響均小于種子處理（NT-SAP），進(jìn)一步說明了SAP對幼苗提高抗旱性的重要作用。同時隨著土壤水分脅迫時間的延長和幼苗的生長，SAP的作用效果逐漸減弱。MDA和CAT種子處理（NT-SAP×SWC）和土壤水分處理（SWC）間存在著顯著的互作效應(yīng)。

3結(jié)論與討論

水資源越來越成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要制約因素之一，實(shí)施高效節(jié)水農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[11-13]。本研究對保水劑（SAP）在正常供水（100%）、75%供水、50%供水3種土壤水分下的作用效果分析認(rèn)為：保水劑（SAP）可以顯著提高高粱種子萌發(fā)率、出苗率和種子活力，縮短出苗時間，尤其對于干旱、半干旱地區(qū)有著顯著的效果，可有效增加出苗率和保苗率。這與杜建軍等研究的結(jié)果[9，14]基本一致，同時，研究還發(fā)現(xiàn)：土壤水分（SWC）脅迫下，SAP促使根系伸長，在水分脅迫13 d至26 d這一階段對葉綠素、根系活力和葉片與根系的相對含水量變化影響明顯，且隨著脅迫時間的延長SAP的作用效果逐漸減弱，而SWC作用效果逐漸增強(qiáng)。這與李景生等研究的結(jié)果[15]基本一致，而與周開芳等研究的結(jié)果[2]存在差異，可能是保水劑種類的差異造成的，也可能是因?yàn)樽魑镱悇e不同所致。同時，本研究發(fā)現(xiàn)保護(hù)性酶活性在保水劑（SAP）和3種土壤水分（SWC）下變化明顯，SAP處理下MDA變化最為活躍，按CAT、SOD、POD順序依次減弱，而在不同水分虧缺（SWC）條件下，CAT變化最為活躍。通過這些抗氧化保護(hù)酶活性的變化來維持植物機(jī)體的平衡，進(jìn)而提高幼苗的抗逆境能力。

隨著全球氣候的不斷變化，我國水資源會更加短缺，對保水劑進(jìn)行深入性的應(yīng)用研究，開發(fā)研究出適宜高粱使用的價格低廉、實(shí)用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定的保水劑對于提高高粱的抗旱保苗能力、促進(jìn)高粱高效栽培技術(shù)的發(fā)展都具有廣闊的研究和開發(fā)前景。

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