陳 昭，楊瀟壘，吳 倩，唐洪奎，陳怡嫻，羅 凱，雍太文

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/四川省作物帶狀復(fù)合種植工程技術(shù)研究中心，成都 611130）

大豆是我國重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，是植物蛋白的重要來源，在中國居民膳食結(jié)構(gòu)中占有重要地位[1]。但我國的大豆產(chǎn)量目前還有巨大缺口，供給能力不足，每年仍需要從國外大量進(jìn)口大豆，提高我國大豆產(chǎn)量迫在眉睫[2-3]。玉米大豆間套作可以提高資源利用效率，對提高大豆產(chǎn)量具有重要作用[4-6]。但該模式中，高位作物玉米對大豆的蔭蔽作用，限制了大豆光合能力，降低了大豆單產(chǎn)[7-8]。

已有研究表明，大豆的莢數(shù)、種子粒數(shù)和百粒重決定了大豆的產(chǎn)量，與大豆的收獲情況呈極明顯的正相關(guān)[9]。大豆對光敏感，其產(chǎn)量很大程度上取決于光照，光既可以作為大豆生長發(fā)育的信號，也可以作為能量信號影響碳代謝[10]，間套作模式下玉米收獲前后帶來的光環(huán)境變化會引起大豆產(chǎn)量的波動[11]。光調(diào)控了大豆花芽的數(shù)量，花芽決定了大豆的結(jié)莢數(shù)，而結(jié)莢數(shù)就是大豆產(chǎn)量和質(zhì)量的決定性因素[12-13]。在受到弱光脅迫時，蔗糖通過作為代謝底物或信號起間接或直接作用[14]。不同生育期遮陰下，大豆葉面積，葉綠素含量均有不同程度的降低[15]，在不同遮陰模式中，噴施外源蔗糖可以通過提高大豆葉面積、光合能力等來緩解弱光脅迫，進(jìn)而起到增產(chǎn)的效果[16]。根據(jù)前人研究，光環(huán)境變化中，蔗糖供應(yīng)水平的變化是影響大豆花芽發(fā)育及莢果形成的重要因素[17-19]。因此，探究光環(huán)境下大豆體內(nèi)蔗糖供應(yīng)水平對大豆光合生理的影響，是保證大豆結(jié)莢數(shù)充足的關(guān)鍵，是大豆增產(chǎn)增效的必要條件。

本試驗(yàn)以玉米-大豆帶狀間套作兩種模式作為研究對象，以在玉米-大豆間套作模式下大豆的不同花期內(nèi)噴施蔗糖為切入點(diǎn)，探究光環(huán)境變化對花芽發(fā)育進(jìn)程的影響，研究大豆花期中蔗糖對大豆花芽發(fā)育及莢果的調(diào)控，為大豆增產(chǎn)增效提供新思路。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與試驗(yàn)材料

選用緊湊型玉米品種“登海605”和耐蔭型大豆品種“南豆25”為試驗(yàn)材料，兩材料分別由山東登海種業(yè)股份有限公司和四川省南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。試驗(yàn)于2022年4月至2022年12月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地進(jìn)行(30°56'N， 103°64'E)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)因素為玉豆種植模式，副區(qū)因素為外源蔗糖濃度，設(shè)置3次重復(fù)，共27個小區(qū)。3個生長模式分別為大豆單作(SS)、帶狀間作模式(MS)和帶狀套作模式(IS)。以單作大豆為對照。外源蔗糖噴施濃度為0%（CK）、1.0%（T1）和1.5%（T2）。第1次噴施時間選擇在播種后40～43 d的晴天無云的下午16:00—18:00，施水量為450 L/hm2,每隔1 d噴施1次，持續(xù)2周。

帶狀間作、帶狀套作與單作大豆均采用寬窄行種植模式。采用2米帶寬，玉米、大豆2∶2種植。玉米-大豆寬行160 cm，窄行40 cm；玉米窄行種植2行玉米，寬行內(nèi)種2行大豆；玉米穴距19 cm，穴留1 株，密度為5.85 萬株/hm2；大豆穴距8.5 cm，穴留1 株，密度為11.7 萬株/hm2。大豆單作采用40～60 cm 寬窄行種植，大豆穴距17，穴留1 株，密度為11.7萬株/hm2。小區(qū)帶寬6 m（種植3帶），帶長6 m，面積36 m2。帶狀套作玉米和帶狀間作玉米分別于2022年4月8日、2022年5月14日播種，收獲時間分別為2022 年8 月6 日、2022 年9 月10 日。大豆于2022年6月10日播種，2022年10月27日收獲。

大豆氮肥與底肥一次性施用，大豆施肥量為純N 60 kg/hm2、P2O563 kg/hm2和K2O 52.5 kg/hm2。玉米氮肥分2次施用，即底肥（純N 120 kg/hm2）和大喇叭口期追肥（純N 90 kg/hm2）；玉米磷鉀肥以隨底肥施用，施用量為P2O5105 kg/hm2、K2O 112.5 kg/hm2。使用氮肥為尿素（N 含量46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量12%），鉀肥為氯化鉀（K2O含量60%）。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 大豆葉面積和干物質(zhì)重量測定

于大豆生長的七節(jié)期(V7)、盛花期（R2）、結(jié)莢期（R4）在各處理小區(qū)非調(diào)查帶內(nèi)隨機(jī)選取4 株代表性大豆植株，每株取全部葉片，根據(jù)植株高度分為上、中和下3 層，對不同部位進(jìn)行拍照，使用Image Pro Plus分析計(jì)算葉面積。

于大豆生長的盛花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6）在各處理小區(qū)非調(diào)查帶內(nèi)隨機(jī)選取4 株代表性大豆植株，于烘箱中105 ℃下快速殺青1 h 后，80 ℃烘至恒重，用百分之一電子天平分上、中和下3個冠層進(jìn)行莖、葉和莢果干重的測定。

1.3.2 大豆葉片葉綠素和光合速率測定

于大豆生長的七節(jié)期（V7）、盛花期（R2）、結(jié)莢期（R4）和鼓粒期（R6），在各處理小區(qū)內(nèi)選取有代表性的5株大豆；根據(jù)植株高度將冠層等分成上、中和下3 層，取各個冠層的中間部位葉片。采用便攜式葉綠素測定儀SPAD-502 測定葉片葉綠素含量；使用便攜式光合系統(tǒng)測定儀LI-6400測定大豆各冠層上完全展開三出復(fù)葉片的中間葉片，得到凈光合速率（Pn），同時得到氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）等光合參數(shù)。測定時間選于晴天上午9:00—11:00。測定時葉室光強(qiáng)按照上、中、下層設(shè)定為1 200、1 000 和800 μmol/(m2·s)，溫度為環(huán)境溫度，按照田間種植順序進(jìn)行往返測定。

1.3.4 大豆葉片可溶性糖和淀粉含量測定

于大豆生長的七節(jié)期(V7)、結(jié)莢期(R4)、鼓粒期(R6)各小區(qū)隨機(jī)選取長勢一致植株3 株，取各個冠層的中間葉片，清洗干凈去除葉脈，用液氮處理后，分上、中和下3個部位，裝入Ep管后放在-80 ℃超低溫中保存?？扇苄蕴呛偷矸酆康臏y定采用蒽酮比色法[20]。

1.3.5 產(chǎn)量相關(guān)參數(shù)測定

在成熟期記錄測產(chǎn)帶有效株數(shù)、單株有效莢數(shù)和每莢粒數(shù)，脫粒曬干至籽粒水分含量為13.5%時測定籽粒百粒重并進(jìn)行產(chǎn)量計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究所列結(jié)果為3 次重復(fù)測定值的平均值，使用Microsoft Excel 2016處理和分析數(shù)據(jù)，利用Origin Pro2023 進(jìn)行方差分析并利用最小顯著性差異法（P＜0.05）進(jìn)行多重比較和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源噴施蔗糖對大豆葉面積的影響

如圖1所示，隨著生育期推進(jìn)，大豆葉面積呈現(xiàn)先增加后下降趨勢。V7時期，T1和T2處理下，上層和下層多表現(xiàn)為抑制現(xiàn)象。其中，T2處理降低了IS和MS 上層葉面積大小，較CK 分別降低了14.14%和12.34%。SS 模式下層同樣表現(xiàn)抑制，T1 處理較CK降低了48.72%。在R2時期，IS、MS和SS模式在T1處理和T2處理下，上中下3個冠層葉面積大小均呈現(xiàn)增加趨勢。IS 模式，T1 處理較CK 分別增加28.55%、22.97%和70.22%；MS 模式，T1 處理較CK分別增加了25.07%、26.09%和16.42%；SS 模式中，T1 處理較CK 分別增加了12.51%、12.55% 和35.65%。R4時期，在T2處理下，MS模式的上、中層葉面積顯著增加，分別較CK 增加了4.63% 和4.51%。SS 模式，T1 和T2 處理下，中層葉面積顯著降低，分別較CK降低了3.37%和7.01%。

圖1 外源噴施蔗糖對大豆不同時期冠層葉面積的影響Figure 1 Effects of exogenous spraying of sucrose on canopy leaf area of soybean at different times

2.2 外源噴施蔗糖對大豆葉片SPAD值的影響

V7 時期中，T1 處理和T2 處理后，大豆葉片SPAD 值總體呈現(xiàn)上升趨勢（圖2）。MS 模式3 個冠層，T1處理較CK分別顯著增加了5.46%、10.84%和9.15%。下層中，IS、MS 和SS 模式在T1 和T2 處理后，較CK 分別顯著增加了14.58%、9.15%、18.35%和8.46%、7.30%、6.60%。R2 時期中，T1 處理提高SS 模式中、下層大豆SPAD 值，較CK 分別顯著增加了11.24%和5.61%，在上層中，IS、MS 和SS 模式在T1 處理后，較CK 分別降低了2.26%、10.31%和3.85%。R4 時期，T1 處理和T2 處理能提高SS 模式中、下層大豆SPAD 值，中層較CK 分別增加了2.98%、11.89%；下層分別較CK 增加了10.92%、10.12%。IS 模式中，T1 處理顯著降低大豆SPAD值，較CK 分別降低了9.13%、20.91%和11.45%。R6 時期中，IS 模式中，T1 處理顯著降低了大豆SPAD值，上中下3個冠層較CK分別降低了6.46%、15.55%和18.30%。MS 模式中，T2處理顯著增加了中、下層大豆SPAD值，較CK分別增加了11.84%和10.11%。

圖2 外源噴施蔗糖對大豆不同時期冠層葉片SPAD值的影響Figure 2 Effects of exogenous spraying of sucrose on SPAD values of canopy leaves at different times of soybean

2.3 外源噴施蔗糖對大豆葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的影響

由圖3 可知，大豆冠層Pn總體趨勢為上層＞中層＞下層，在R2 時期SS 模式的中、下兩個冠層中，T2 處理對葉片Pn均有顯著抑制作用，分別較CK 降低了13.20%和18.66%，與T1處理差異不顯著。MS模式的3 個冠層中，T1 處理和T2 處理均對葉片Pn有促進(jìn)作用，上層中，T1處理較CK 增加了18.47%，與T2 處理差異不顯著；在中層中，T1 處理和T2 處理較CK 分別增加了33.87%和45.02%；下層中，T2處理較CK 增加了39.12%，與T1 處理差異不顯著。IS 模式葉片Pn對T1 處理和T2 處理不敏感，但均呈現(xiàn)增加趨勢。

圖3 外源噴施蔗糖對大豆不同冠層葉片光合速率的影響Figure 3 Effect of exogenously sprayed sucrose on photosynthetic rate of soybean leaves in different canopy layers

IS 模式上、中和下3 個冠層，Ci對T1 和T2 處理均不敏感。MS 模式中層和下層，Ci在T1 和T2 處理下，均顯著增加。中層分別較CK 增加了43.39%、41.13%，下層分別較CK 增加了49.76%、92.62%。SS模式的中層，T2處理下，Ci顯著增加，較CK增加了36.89%。SS模式下層中，Ci在T1和T2處理下均顯著增加，分別CK 增加了26.88%和29.75%，T1 處理和T2處理間差異不顯著。

IS 模式，Gs在T1 和T2 處理下與CK 差異不顯著。MS模式的上層和中層，在T1處理下，Gs均顯著增加，分別較CK顯著增加了20.90%和78.18%。T2處理下，SS 模式的上層和中層均顯著增加，分別較CK增加了21.59%和31.88%。

IS模式，T1和T2處理對Tr有促進(jìn)作用，上層中，分別較CK 顯著增加了29.55%和32.73%；中層中，分別較CK 顯著增加了44.37%和48.88%；下層中，分別較CK顯著增加了43.91%和101.61%。T1處理顯著增加MS 模式的上層和下層Tr，分別較CK 增加了22.92%和44.81%。T1處理下，MS模式中層Tr較CK 顯著增加了53.05%。SS 模式，T1 和T2 處理后，表現(xiàn)為一定的抑制現(xiàn)象，其中在SS 模式下層的T2處理下，Tr較CK顯著降低了17.14%。

2.4 外源噴施蔗糖對大豆葉片可溶性糖含量和淀粉含量的影響

大豆葉片可溶性糖含量隨著生育時期呈先降低后增加趨勢（圖4）。V7 時期，T1 處理和T2 處理降低了大豆葉片可溶性糖含量，其中在MS 模式的上層，T2 處理較CK 顯著降低了53.14%，在SS 模式的下層，T1 處理和T2 處理較CK 分別顯著降低了59.03%和29.31%。R2 時期，T2 處理降低了IS、MS和SS 這3 個模式上、中和下3 個冠層的大豆葉片可溶性糖含量，與T1處理差異不顯著。R4時期，大豆植株上層中，T1 處理下，IS、MS 和SS 這3 個模式大豆葉片可溶性糖含量低于CK，SS 模式最低，較CK降低了55.15%。

圖4 外源噴施蔗糖對大豆不同時期冠層可溶性糖含量的影響Figure 4 Effects of exogenous spraying of sucrose on canopy soluble sugar content in soybean at different times

大豆葉片淀粉含量隨著生育時期呈先增后減趨勢（圖5）。V7時期的3個模式中，T1處理，使中層較CK 分別降低了39.40%、17.36%和58.62%，使下層較CK分別增加了65.97%、45.94%和30.52%。R2時期，T1處理降低了MS模式上、中和下3個冠層的大豆葉片淀粉含量，較CK分別顯著降低了28.62%、31.27%和25.03%。SS 模式中，T1 處理顯著增加上層和中層大豆葉片淀粉含量，較CK 分別增加了29.02%和29.14%。R4時期，T1處理和T2處理對大豆葉片淀粉含量有抑制的作用，T1 處理下，IS 模式和MS模式中層大豆葉片淀粉含量顯著降低，較CK分別顯著降低了41.98%和31.47%。

圖5 外源噴施蔗糖對大豆不同時期冠層淀粉含量的影響Figure 5 Effects of exogenous spraying of sucrose on canopy starch content in soybean at different times

2.5 外源噴施蔗糖對大豆不同時期各器官干物質(zhì)積累的影響

從圖6可知，R2到R4時期，大豆各部位器官干物質(zhì)量占比變化發(fā)生了較大程度的改變，不同處理下差異顯著。具體表現(xiàn)為R2時期葉片干物質(zhì)量所占比例較大，莖稈次之，莢尚未發(fā)育，隨著生育時期的推進(jìn)，干物質(zhì)占比表現(xiàn)為莖稈＞葉片＞莢果，與R2時期相比，R4時期莖的干物質(zhì)占比有了很大程度的提升，整個生育期間，大豆莢果不斷上升，最終在R6時期達(dá)到干物質(zhì)含量最大。R2時期，T1處理下，葉片占比較CK 有所提升，在SS 模式中，T1 處理下的葉片占比顯著高于CK。R4 時期，MS 和SS 模式下，T2 處理后的莢果干物質(zhì)含量顯著低于CK。與R4時期相比，R6時期莖稈干物質(zhì)占比降低，莢果上升，葉片變化趨勢不明顯。

圖6 外源噴施蔗糖對大豆不同時期各器官干物質(zhì)積累的影響Figure 6 Effects of exogenous spraying of sucrose on dry matter accumulation in various organs at different times of soybean

2.6 外源噴施蔗糖對大豆產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量的影響

由表1 可知，不同種植模式之間單株莢數(shù)和單株粒數(shù)差異顯著，同一種植模式內(nèi)，T1、T2處理可以提高大豆單株有效莢數(shù)、單株有效粒數(shù)和產(chǎn)量。如IS模式，在T1處理下，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和產(chǎn)量較CK 分別顯著增加了42.50%、31.35%和28.34%；在T2 處理下，較CK 分別顯著增加了43.78%、38.50%和33.79%。MS模式中，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和產(chǎn)量在T1處理下較CK分別顯著增加了60.65%、54.52%和52.80%；在T2 處理下較CK 分別顯著增加了52.80%、58.47%和71.45%。SS 模式，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和產(chǎn)量在T1處理下，分別較CK 顯著降低了19.06%、15.79%和11.50%；T2 處理下顯著降低了21.20%、19.46%和11.63%。

表1 外源蔗糖對大豆產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of exogenous sucrose on yield characters and yield of soybean

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

大豆是豆科作物，具備全冠層的光合作用能力。冠層結(jié)構(gòu)是產(chǎn)量形成的重要性決定因素[21-23]，增加葉面積有助于更有效利用光能[24-25]。大豆作為一種光敏感的開花結(jié)實(shí)作物，花芽發(fā)育及莢果形成兩個過程是大豆產(chǎn)量形成的重要階段[26]。而這兩個階段主要受到光環(huán)境的調(diào)控，特別是在由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化過程中，光環(huán)境的變化嚴(yán)格調(diào)控大豆產(chǎn)量形成過程。這個過程中葉片的葉綠素含量，葉面積大小，光合速率與大豆產(chǎn)量形成具有顯著正相關(guān)關(guān)系[27]。宋苗影等[15]發(fā)現(xiàn)弱光脅迫下，葉面噴施蔗糖處理后的南瓜葉面積，葉綠素含量相較于對照組，均有顯著增加，噴施蔗糖提高了南瓜光合能力，進(jìn)而緩解弱光脅迫。Li G. R.[28]研究表明，在非光合條件下，外源噴施蔗糖可以顯著促進(jìn)蠶豆的氣孔開放。本研究結(jié)果表明，葉面噴施蔗糖處理可以有效提高大豆葉面積，葉綠素含量和干物質(zhì)積累，增加葉片氣孔導(dǎo)度，提高大豆光合能力，促進(jìn)干物質(zhì)向莢果分配。其中蔗糖處理能增加葉面積、葉綠素含量、干物質(zhì)積累和氣孔導(dǎo)度等結(jié)論與前人結(jié)論一致。

大豆生長發(fā)育過程中，干物質(zhì)的積累和其在籽粒中的分配量構(gòu)成了產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[29-30]。前人研究表明，外源蔗糖可以促進(jìn)大豆干物質(zhì)的形成，進(jìn)而起到增產(chǎn)作用。隨著大豆生育期的推進(jìn)，大豆?fàn)I養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量及分配比例出現(xiàn)先增后減的趨勢，莢果干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)逐漸增長并趨于主要部分趨勢[31-32]?？琢顒Φ萚33]研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施蔗糖處理后，大豆單株干重得到顯著增加，生物量積累變多，吳倩等[16]研究發(fā)現(xiàn)，外源蔗糖噴施處理可以緩解遮陰帶來的弱光脅迫，實(shí)現(xiàn)大豆增產(chǎn)。本研究結(jié)果表明，R2 時期，T1、T2 處理下的整體干重較CK有所提升，在MS、SS模式中，T1處理下的葉片干物質(zhì)顯著高于CK；隨著生育時期的推進(jìn)，在R4、R6時期出現(xiàn)不同程度的降低，符合先增加再降低趨勢，與前人研究結(jié)果一致[31-32]。說明噴施蔗糖可以調(diào)節(jié)同化物供應(yīng)進(jìn)而影響大豆干物質(zhì)積累分配水平，促進(jìn)干物質(zhì)向莢果轉(zhuǎn)運(yùn)積累。

3.2 結(jié)論

在大豆花期進(jìn)行外源蔗糖噴施具有增產(chǎn)增效的作用，T1 和T2 處理可以提高大豆3 個冠層的葉綠素、葉面積和光合速率，促進(jìn)干物質(zhì)由葉片和莖稈向莢果進(jìn)行分配，進(jìn)而提高單株有效莢數(shù)、單株有效粒數(shù)和產(chǎn)量，且T1處理增效更穩(wěn)定。T1處理在IS模式下產(chǎn)量較CK 提高28.34%，在MS 模式下產(chǎn)量較CK提高74.17%。SS 模式下T1 和T2 處理較CK 均會降低大豆產(chǎn)量，分別降低了11.50%和11.63%。