李英浩，劉景輝 ，朱珊珊，田 露，張志芬，戴云仙

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心/全國(guó)農(nóng)業(yè)科研杰出人才及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

干旱作為一種高發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，長(zhǎng)期困擾著世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1]。中國(guó)是旱災(zāi)頻發(fā)國(guó)家之一。近50年來(lái)在全球變暖和北方干旱化的背景下，中國(guó)受旱面積和受旱成災(zāi)面積呈上升趨勢(shì)，全國(guó)有77.4%的省區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加[2]，干旱脅迫在所有非生物脅迫危害中占首位[3]。燕麥糧飼兼用，喜冷涼、耐低溫，抗逆性強(qiáng)，在中國(guó)西北干旱地區(qū)被廣泛種植[4]，這些地區(qū)常常遭受到干旱的侵襲，是導(dǎo)致燕麥減產(chǎn)的主要原因之一。因此，燕麥被認(rèn)為是治理土地荒漠化的先鋒作物。

植物的光合作用是干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),較高的光合碳同化能力是獲得高產(chǎn)的前提。在干旱條件下，作物產(chǎn)量的損失在很大程度上是光能利用效率降低所致；干旱脅迫后，植物葉片的葉綠體片層結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞，光合色素含量降低，葉片發(fā)黃；在一定范圍內(nèi)，色素含量的高低會(huì)直接影響葉片的光合作用，進(jìn)而影響植物抗旱性的強(qiáng)弱[5]。Pn、Tr、Gs和Ci是植物光合生理生態(tài)研究常用的參數(shù)。研究表明，在輕度干旱脅迫下，大麥光合作用下降主要由氣孔限制所致，而在重度干旱脅迫下由非氣孔因素變化所致[6]。燕麥光合作用在干旱脅迫下也會(huì)被抑制[7]，但對(duì)其復(fù)雜的生理生化調(diào)節(jié)過(guò)程尚不明確。腐植酸是動(dòng)植物遺骸經(jīng)過(guò)微生物分解和轉(zhuǎn)化等一系列過(guò)程形成的一類有機(jī)物質(zhì)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸能刺激微型原甲藻的生長(zhǎng)發(fā)育和增加產(chǎn)量[9]。在干旱條件下，黃腐酸能夠抑制作物氣孔開(kāi)度，增加氣孔阻力，降低蒸騰作用，增強(qiáng)抗旱性[10]。腐植酸肥料能提高玉米、小麥、馬鈴薯、大豆、燕麥等作物的產(chǎn)量及抗旱性[19]。腐植酸水溶肥料能顯著改善小麥的光合特性，使葉綠素含量和光合速率顯著升高[19]。腐植酸可以提高水分脅迫下油菜葉綠素含量。腐植酸可以增加綠豆葉片的葉綠素含量，提高產(chǎn)量[11]。噴施腐植酸后水稻抽穗期旗葉的Pn、Ci、Gs、Tr和SPAD值提高[22]。前人的研究結(jié)果說(shuō)明，腐植酸在干旱脅迫條件下可以有效改善作物的光合性能并提高產(chǎn)量。但目前關(guān)于干旱脅迫后，腐植酸對(duì)燕麥光合色素含量、光合特性及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究以燕麥品種燕科二號(hào)為材料，分析了不同時(shí)期噴施腐植酸對(duì)干旱脅迫下燕麥葉片光合性能、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響，以期為燕麥抗旱栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年6月-9月在內(nèi)蒙古呼和浩特市內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)燕麥產(chǎn)業(yè)研究中心溫室進(jìn)行。供試燕麥品種為燕科二號(hào)，由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院提供。腐植酸水溶肥料由內(nèi)蒙古永業(yè)農(nóng)豐生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供，其水溶腐植酸含量≥50 g·L-1，N+P+K≥200 g·L-1，微量元素(錳、硼、鉬、鋅等)≥10 g·L-1。采用盆栽方法，土壤為蛭石與泥炭土按質(zhì)量比1∶1的比例混合而成。泥炭土中N+P+K>10 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量>50 g·kg-1，pH 5.5～8.5，土壤含水量為10%。塑料盆高25 cm，直徑20 cm，每盆裝混合土2.5 kg，播種前底施磷酸二銨(含N18%，P2O546%)2 g，在拔節(jié)期與抽穗期各追施尿素(含N46%)2 g。10月15日播種，每盆播30粒，在三葉期定苗，每盆20株。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置正常供水(75%田間持水量，W1)、中度干旱脅迫(60%田間持水量，W2)和重度干旱脅迫(40%田間持水量，W3)3個(gè)水分條件，不同水分條件下噴施500倍腐植酸水溶肥料(HA)和等量清水(CK)，共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)種植5盆，共90盆。水分脅迫在拔節(jié)期開(kāi)始，每天下午5點(diǎn)利用稱重法進(jìn)行補(bǔ)水以保持各處理土壤含水量穩(wěn)定，土壤田間持水量、永久萎蔫點(diǎn)及土壤質(zhì)量含水量按Ryan等[12]的方法分析測(cè)定。分別在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期噴施腐植酸，噴施后7 d進(jìn)行取樣和測(cè)定光合指標(biāo)。

1.2 取樣方法

取植株旗葉，液氮速凍并保存，每個(gè)重復(fù)取樣三次，共6片葉。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 光合指標(biāo)測(cè)定

采用CIRAS-3便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)于晴朗無(wú)風(fēng)天氣 9:00-11:00 測(cè)定燕麥旗葉中部?jī)艄夂纤俾?Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)，每個(gè)重復(fù)測(cè)定3片旗葉，取平均值。

1.3.2 光合色素含量測(cè)定

稱重0.2 g凍干的燕麥葉片，采用分光光度法[13]測(cè)定旗葉葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和類胡蘿卜素(Cx+c)含量。

1.3.3 地上部干物質(zhì)量測(cè)定

分別于拔節(jié)、抽穗、灌漿期取樣，每個(gè)重復(fù)取10株，放入紙袋，在105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干到恒重。計(jì)算每株地上部平均干重。

1.3.4 產(chǎn)量及構(gòu)成因素測(cè)定

成熟期收獲沒(méi)取樣的盆內(nèi)植株用于室內(nèi)考種，每個(gè)重復(fù)取3株，測(cè)定單株穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、小穗數(shù)、穗粒重、千粒重，并計(jì)算每盆產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行整理，用SAS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 HA噴施對(duì)干旱脅迫下燕麥葉片光合色素含量的影響

從拔節(jié)期到灌漿期，燕麥葉片Chla、Chlb和Cx+c含量均逐漸提高(圖1)。干旱脅迫導(dǎo)致燕麥葉片三種光合色素含量均下降，且降幅隨著干旱脅迫程度的加劇而增加。在正常供水條件下，噴施HA后各時(shí)期燕麥三種光合色素含量與CK差異均不顯著；在中度干旱脅迫下，噴施HA后葉片三種光合色素含量比CK分別平均增加 4.50%、10.02%和9.18%，但只有部分時(shí)期差異達(dá)到顯著水平；而重度干旱脅迫下分別增加 6.46%、27.61%和23.87%，在不同時(shí)期差異均顯著。以上結(jié)果說(shuō)明，干旱脅迫對(duì)燕麥葉片光合色素含量產(chǎn)生明顯的負(fù)效應(yīng)，噴施HA可不同程度地減少干旱脅迫的影響，尤其是在重度干旱脅迫下效果最顯著。

2.2 HA噴施對(duì)干旱脅迫下燕麥葉片光合指標(biāo)的影響

從拔節(jié)期到灌漿期，燕麥葉片的Pn逐漸提高，而Tr、Gs和Ci均先升后降(圖2)。干旱脅迫導(dǎo)致葉片Pn、Tr、Gs和Ci均降低，且降幅隨著干旱脅迫程度的加劇而增加。在正常供水條件下，噴施HA后各時(shí)期燕麥Pn、Tr、Gs和Ci與CK差異均不顯著；在中度干旱脅迫下，噴施HA后葉片Pn比CK平均增加23.45%，而Tr、Gs和Ci分別比CK平均減少5.39%、5.35%和0.6%，但只有部分時(shí)期差異達(dá)到顯著水平；而重度干旱脅迫下Pn平均增加32.04%,而Tr、Gs和Ci分別平均減少31.93%、34.91%和15.20%,在不同時(shí)期差異均顯著。以上結(jié)果說(shuō)明，干旱脅迫對(duì)燕麥葉片Pn、Tr、Gs和Ci產(chǎn)生明顯的負(fù)效應(yīng)，噴施HA可不同程度地減輕干旱脅迫的影響，尤其是在重度干旱脅迫下效果最顯著。

圖柱上不同字母表示相同時(shí)期的不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2同。

Different letters above the columns indicate significant differences among the treatments at same stages(P<0.05).The same in figure 2.

圖1 不同處理下燕麥葉片Chla、Chlb和Cx+c含量的變化

Fig.1 Changes of Chla,Chlb and Cx+c content in oats under different treatments

2.3 HA噴施對(duì)干旱脅迫下燕麥干物質(zhì)積累的影響

燕麥地上部干物質(zhì)量隨生育期的推進(jìn)而逐漸提高，干旱脅迫導(dǎo)致燕麥地上部干物質(zhì)量下降，且降幅隨著干旱脅迫程度的加劇而增加(表1)。正常供水條件下，噴施HA對(duì)干物質(zhì)量影響不顯著；中度干旱脅迫條件下噴施HA后干物質(zhì)量與CK相比雖有提升，但只在拔節(jié)期差異達(dá)到顯著水平；在重度干旱脅迫條件下，噴施HA后各時(shí)期干物質(zhì)量均較CK顯著增加。這說(shuō)明噴施HA可緩解干旱脅迫對(duì)燕麥地上部干物質(zhì)積累造成的抑制作用，且在重度干旱脅迫下效果最顯著。

圖2 不同處理下燕麥葉片Pn、Tr、Gs和Ci的變化

表1 不同處理對(duì)燕麥地上部干物質(zhì)量的影響

Table 1 Effect of different treatments on the shoot dry matter amount of oats g·plant-1

處理 Treatment生育時(shí)期 Growth stage拔節(jié)期Elongation stage抽穗期Heading stage灌漿期Filling stageW1HA0.43±0.010a2.1±0.015a4.15±0.010aW1CK0.42±0.010a2.08±0.012a4.14±0.006aW2HA0.38±0.010b1.82±0.006b3.99±0.012bW2CK0.33±0.020c1.85±0.021b3.97±0.010bW3HA0.27±0.015d1.81±0.064bc3.91±0.010cW3CK0.19±0.005e1.74±0.119c3.80±0.010d

同列數(shù)值后不同字母表示相同時(shí)期的不同處理間差異顯著(P<0.05)。表2同。

Different letters following the values in the same columns indicate significant differences among the treatments at same stages (P< 0.05).The same in table 2.

2.4 HA噴施對(duì)干旱脅迫下燕麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

燕麥產(chǎn)量隨干旱脅迫程度的加劇而逐漸降低(表2)。在正常供水條件下，噴施HA后燕麥產(chǎn)量與CK差異不顯著；在中度和重度干旱脅迫下，噴施HA后產(chǎn)量比CK均顯著增加，增幅分別為3.52%和8.43%。穗長(zhǎng)、穗數(shù)、單穗小穗數(shù)、穗粒重、穗粒數(shù)和千粒重均表現(xiàn)為正常供水>中度干旱>重度干旱；噴施HA處理高于CK，其中正常供水和中度干旱脅迫下，噴施HA處理與CK差異均不顯著，而在重度干旱脅迫下，噴施HA后穗長(zhǎng)、穗粒重及千粒重顯著增加，增幅分別為 29.51%、10.96%和12.70%。這說(shuō)明，干旱脅迫對(duì)燕麥的產(chǎn)量及穗部發(fā)育產(chǎn)生明顯的負(fù)效應(yīng)，噴施HA可不同程度地緩解干旱脅迫的影響，尤其是在重度干旱脅迫下效果最顯著。

表2 不同處理對(duì)燕麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3 討 論

光合色素在植物光合作用能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中擔(dān)負(fù)著光能吸收和傳遞的重任，光合色素含量的高低與植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)有一定聯(lián)系，含量越高，光合作用越強(qiáng)[14]。隨著干旱脅迫程度的加劇，植物葉片葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量均顯著下降[15-17]，這與本研究結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)中，隨著干旱脅迫程度的增加，燕麥葉片光合色素含量逐漸下降，說(shuō)明干旱脅迫能夠抑制燕麥葉片光合色素的合成,不利于作物的光合作用。研究表明，施用適量的腐植酸會(huì)增加小麥葉片葉綠素a、葉綠素b含量[18]。腐植酸浸種可提高小麥葉綠素 a/葉綠素 b的比值[19]。彭正萍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸能提高燕麥葉片葉綠素含量。本研究也結(jié)果顯示，3種脅迫條件下，噴施腐植酸后燕麥葉片葉綠素a、葉綠素b的含量均有所提高。劉 偉等[21]研究認(rèn)為，中度脅迫后噴施腐殖酸使小麥葉綠素含量增幅最大，與本研究結(jié)果不同。本研究結(jié)果顯示，與正常供水相比較，重度脅迫條件下噴施HA后燕麥葉片葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量與CK相比提高幅度最大，中度脅迫條件下其含量雖有提高，但幅度較小，說(shuō)明重度脅迫條件下腐植酸對(duì)于燕麥色素合成的促進(jìn)效果最佳，可能因?yàn)樗值倪^(guò)度缺失，腐植酸會(huì)在一定程度上更能加快燕麥葉片光合色素的合成，但具體原因還需進(jìn)一步探討。

光合作用是燕麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，產(chǎn)量的高低直接由光合作用決定。前人研究認(rèn)為，水分脅迫引起植物光合作用減弱是導(dǎo)致作物減產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵因素[22]。有研究表明，干旱脅迫下玉米葉片Pn和Tr顯著下降，Ci則先下降后上升，而Gs先上升后下降[23]，在本試驗(yàn)中，隨著干旱脅迫程度的加劇，燕麥葉片的Pn、Gs和Ci均逐漸降低，與上述研究結(jié)果不同，說(shuō)明不同干旱脅迫條件下，燕麥葉片的Pn、Gs、Ci變化受氣孔因素的影響較大。噴施腐植酸可增加水稻抽穗期旗葉的Pn、Ci、Gs和Tr[24]；在辣椒生長(zhǎng)初期，用腐殖質(zhì)處理后，Pn和Gs分別提高了48%和63%[25]；黃腐酸能夠降低紫花苜蓿葉片Tr，使植株和土壤保持較多的水分，提高作物抗旱能力[26]。李茂松等[27]研究表明，F(xiàn)A抗蒸騰劑可提高小麥光合速率，減小氣孔開(kāi)度、降低蒸騰強(qiáng)度，起到促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng)和減少水分散失的作用。HA可顯著提高小麥Pn，延緩光合速率下降，顯著降低小麥Gs和Tr，增強(qiáng)光合速率和光合產(chǎn)物積累，延緩植株衰老，小麥抗旱性增強(qiáng)[28]。施用HA抑制了干旱脅迫下烤煙幼苗葉綠素的降解，減緩了Pn和Tr[29]。本研究表明，在干旱脅迫程度下，噴施腐植酸后，燕麥葉片的Pn提高，而Gs、Tr和Ci均降低。以上結(jié)果說(shuō)明干旱脅迫下噴施腐植酸對(duì)光合特性的影響因作物種類的不同而異。前人研究表明，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母珊得{迫能促進(jìn)小麥花前莖、葉、葉鞘和穗穎等貯存物質(zhì)在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)籽粒灌漿和增加產(chǎn)量，對(duì)籽粒干物質(zhì)積累的貢獻(xiàn)率達(dá)10%～70%；隨著干旱脅迫程度的增加,噴施腐植酸后的燕麥單產(chǎn)增幅呈上升趨勢(shì)[30]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫會(huì)減少燕麥的千粒重，從而造成籽粒產(chǎn)量降低，而干旱脅迫時(shí)噴施腐植酸可以一定程度上提高千粒重，穩(wěn)定產(chǎn)量，且在重度干旱脅迫下腐植酸的增產(chǎn)效果最明顯，與前人研究結(jié)果一致。