水培条件下连作对苦荞幼苗植株形态和生理特性的影响_杨雪.pdf
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1、【目的】探究连作对苦荞幼苗生长的影响及苦荞品种间对连作障碍响应的差异,以期为苦荞的高产栽培提供理论和技术支撑。【方法】以九江苦荞和晋荞2号2个苦荞品种为试验材料,在水培条件下设连作0(CK)、1(C1)、2(C2)、3(C3)、4(C4)和5(C5)次共6个处理,对比分析各连作处理对苦荞幼苗植株形态和生理特性的影响。【结果】九江苦荞和晋荞2号的株高、植株鲜质量、总根长、根表面积、根系活力、叶片叶绿素和可溶性蛋白含量均随着连作次数的增加呈持续下降的变化趋势,其中根表面积的下降幅度最大,与CK相比,九江苦荞和晋荞2号在C5处理时分别下降79.28%和68.81%;苦荞叶片的超氧化物歧化酶(SOD)
2、、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随着连作次数的增加均表现为先上升后下降,九江苦荞叶片SOD、POD和CAT活性在C2处理达最大值,晋荞2号则在C3处理达最大值;苦荞叶片的丙二醛(MDA)和超氧阴离子自由基含量随着连作次数的增加而增加,与CK相比,九江苦荞和晋荞2号C5处理的MDA含量增幅分别为36.34%和25.04%,超氧阴离子自由基含量增幅分别为77.82%和52.87%;随着连作次数增加,2个苦荞品种叶片的叶绿素和可溶性蛋白含量均持续下降,九江苦荞和晋荞2号C5处理的叶绿素含量降幅分别为70.96%和54.09%,可溶性蛋白含量降幅分别为38.89%和32.23%。【结论
3、】连作在一定程度上会影响苦荞幼苗生长,苦荞品种间对连作障碍的响应存在差异,总体以九江苦荞受连作障碍的影响程度大于晋荞2号。关键词:苦荞;品种;连作障碍;农艺性状;根系形态;生理特性中图分类号:S517文献标志码:A文章编号:2095-1191(2023)03-0887-07收稿日期:2022-09-16基金项目:国家自然科学基金项目(32160510);贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑 2021 一般271);贵州省高层次创新型人才培养项目(黔科合平台人才-GCC 2022 024-1);贵州省教育厅创新团队项目(黔教技 2022 011号)通讯作者:黄凯丰(1979-),https:/or
4、cid.org/0000-0001-6865-9571,博士,教授,主要从事荞麦栽培生理研究工作,E-mail:;黄小燕(1967-),https:/orcid.org/0000-0001-5114-2023,教授,主要从事荞麦栽培生理研究工作,E-mail:第一作者:杨雪(1998-),https:/orcid.org/0000-0001-9145-7935,研究方向为荞麦栽培生理,E-mail:南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023,54(3):887-893ISSN 2095-1191;CODEN NNXAABhttp:/DOI:10.3969
5、/j.issn.2095-1191.2023.03.024Effects of continuous cropping on plant morphology andphysiological characteristics of tartary buckwheatseedlings under hydroponicsYANG Xue,WANG Xiao-jing,TANG Zhuo-lei,MIN Jiang-yan,HUANG Kai-feng*,HUANG Xiao-yan*(School of Life Science,Guizhou Normal University,Guiyang
6、,Guizhou 550001,China)Abstract:【Objective】The purpose of the study was to explore the effect of continuous cropping on the growth oftartary buckwheat seedlings and differential response of different tartary buckwheat varieties to continuous cropping obsta-cles,and to provide theoretical and technica
7、l support for high-yield cultivation of tartary buckwheat.【Method】Two tartarybuckwheat varieties,Jiujiang buckwheat and Jinqiao 2,were used as experimental materials.Under the condition of hydro-ponics,continuous cropping was carried out for 6 times,including 0(CK),1(C1),2(C2),3(C3),4(C4)and 5(C5).T
8、he effects of each continuous cropping treatment on the morphological and physiological characteristics of tartary buck-wheat seedlings were comparatively analyzed.【Result】The plant height,plant fresh weight,total root length,root surfacearea,root activity,chlorophyll and soluble protein content in
9、leaves of Jiujiang buckwheat and Jinqiao 2 all showed acontinuous decreasing trend with the increase of continuous cropping times,among which the root surface area decreased54卷南 方 农 业 学 报 8880引言【研究意义】随着现代种植业的发展,作物生产逐渐呈现出生产集约化、复种指数高、作物品种单一化的发展趋势,导致连作障碍日益成为作物生产中普遍面临的难题(夏梅梅等,2021)。苦荞 Fagopy-rum tataric
10、um(L.)属小宗杂粮作物,由于受种植地区自然条件、农民传统种植习惯及市场需求变化等多种因素影响,生产中的连作现象比较普遍(高扬,2015)。与水稻、玉米、小麦等主要粮食作物不同,苦荞生长过程中需肥量少,对连作更敏感,连作会导致苦荞严重减产,制约苦荞产业发展(李振宙等,2019)。因此,明确连作对苦荞生长的影响,对缓解苦荞连作伤害及高产栽培具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明,连作会影响作物的植株形态、叶片生理特性、产质量等(许华等,2012),也会影响土壤性质及微生物环境等(白羽祥等,2019;陆峰等,2022)。连作导致甜菜幼苗的株高、叶面积和地上部鲜重显著降低(耿贵等,2021);
11、藜麦连作时叶片叶绿素含量明显下降,丙二醛(MDA)和氧自由基含量上升,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性下降(杨科等,2021);随着连作年限增加,当归出现根茎变小、根系生长不良、产质量下降等情况(卢爱军等,2022)。目前,关于连作荞麦的研究发现,连作会导致荞麦株高、主茎节数、根系长度、根体积和根表面积等均出现明显下降(Zhang etal.,2021),荞麦叶片的叶绿素和可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性随着连作年限的增加逐渐下降,MDA和氧自由基含量逐渐上升(高扬等,2016;Wang etal.,2020)。此外,荞麦连作后会破坏土壤理化环境,造成土壤氮
12、、磷、钾含量下降,尤其是磷和钾含量明显下降,土壤pH提高,土壤酶活性改变(高扬等,2014a),土壤微生物菌落失衡(高扬等,2014b)。但同一作物的不同品种对连作障碍的响应具有差异,如不同品种的辣椒(侯永侠等,2009)、马铃薯(余斌等,2012)和太子参(林志敏等,2022)对连作障碍的抗逆能力存在明显差异;不同花生品种对连作年限的敏感度也存在差异(焦坤等,2015)。【本研究切入点】目前,关于荞麦连作的研究主要涉及连作对荞麦生理特性和产量的影响(高扬等,2014a;高扬,2015),而不同苦荞品种对连作障碍响应差异的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】采用水培试验,分析不同连作次数下苦荞品
13、种间农艺性状、根系形态和活力及叶片抗氧化相关指标、叶绿素和可溶性蛋白含量的变化特点和差异,探讨连作对苦荞生长的影响及苦荞品种间对连作障碍响应的差异,以期为苦荞的高产栽培提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料供试苦荞品种为九江苦荞(江西省吉安市农业科学研究所选育)和晋荞2号(山西省农业科学院小杂粮研究中心选育),苦荞种子由贵州师范大学荞麦产业技术研究中心提供。1.2试验方法试验采用水培方式进行,以霍格兰全营养液the most,compared with CK,Jiujiang buckwheat and Jinqiao 2 decreased by 79.28%and 68.81%respe
14、ctively in C5 treat-ment.The activities of superoxide dismutase(SOD),peroxidase(POD)and catalase(CAT)in tartary buckwheat leavesincreased at first and then decreased with the increase of continuous cropping times.The activities of SOD,POD and CATin Jiujiang buckwheat leaves reached the maximum in C2
15、 treatment,while that of Jinqiao 2 leaves reached the maximumin C3 treatment.The contents of malondialdehyde(MDA)and superoxide anion radical in tartary buckwheat leaves gra-dually increased with the increase of continuous cropping times.Compared with CK,the content of MDA in C5 treatmentof Jiujiang
16、 buckwheat and Jinqiao 2 increased by 36.34%and 25.04%respectively,and the content of superoxide anionradical in C5 treatment of Jiujiang buckwheat and Jinqiao 2 increased by 77.82%and 52.87%respectively.With theincrease of continuous cropping times,the contents of chlorophyll and soluble protein in
17、 the leaves of two tartary buck-wheat varieties decreased continuously.The chlorophyll content of Jiujiang buckwheat and Jinqiao 2 in C5 treatmentdecreased by 70.96%and 54.09%respectively,and the soluble protein content decreased by 38.89%and 32.23%,respec-tively.【Conclusion】Continuous cropping will
18、 affect the growth of tartary buckwheat seedlings to certain extent,and thereare differences among buckwheat varieties in their responses to continuous cropping obstacles.In general,Jiujiang buck-wheat is more affected by continuous cropping obstacles than Jinqiao 2.Key words:tartary buckwheat;varie
19、ties;continuous cropping obstacle;agronomic traits;root morphology;physio-logical characteristicsFoundation items:National Natural Science Foundation of China(32160510);Guizhou Science and TechnologySupport Plan Project(QKHZC2021Yiban 271);Guizhou High-level Innovation Talents Project(QKHPTRC-GCC202
20、2024-1);Project of Scientific and Technology Innovation Team of Guizhou Education Department(Qianjiaoji2022 011)3期889(任媛媛和李朝怡,2022)进行连作培养。2个苦荞品种选取大小均等、颗粒饱满的种子若干粒,用0.1%高锰酸钾溶液将种子消毒1015 min,蒸馏水冲洗3遍,然后将种子放至铺有湿润发芽纸的育苗盒中发芽,种子之间均匀间隔,置于25 条件下的人工气候箱(宁波江南仪器厂,型号RXZ-380A-LED)中催芽7 d。选取长势相似、根长较一致的苦荞幼苗移栽到装有50 mL霍格
21、兰营养液的试管中,以育苗海绵(2.5 cm2.5 cm2.4 cm)为支持介质,每管移栽2株,各100管,其中15管幼苗用于连作处理及后续采样,其余则用于培养以回收营养液。将移栽好的苦荞幼苗置于人工气候箱中,培养温度为25,暗光培养/光照培养=8 h/16 h,光照强度6000 lx,相对湿度60%。培养15 d后取出苦荞幼苗进行各项指标测定,以此作为连作0次处理。回收营养液培养下一次的苦荞幼苗,如此反复直至连作5次。即试验共设6个处理,分别为连作0、1、2、3、4、5次,记为CK、C1、C2、C3、C4和C5。1.3样品处理及指标测定每个处理分别随机选取3株苦荞幼苗,用镊子轻轻取出,避免伤害
22、苦荞根茎,用吸水纸吸去根部附着液体,以游标卡尺测量株高(根以上部分的植株高度),剪下苦荞植株各部位,测定植株鲜质量和根系形态。取剩余苦荞幼苗的叶片放入液氮冷冻30 s后,置于-80 冰箱保存,用于测定抗氧化酶活性及MDA、超氧阴离子自由基、叶绿素和可溶性蛋白含量。利用根系扫描分析系统(浙江托普仪器有限公司,型号GXY-A)测定根系总长度、根系表面积;采用TTC还原法测定根系活力(汤绍虎和罗充,2012)。参考李合生(2000)的方法测定SOD和POD活性,利用紫外吸收法测定CAT活性。采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法测定MDA含量(汤绍虎和罗充,2012)。参考李忠光和龚明(2005)的方法测
23、定超氧阴离子自由基含量。采用乙醇浸提法测定叶绿素含量(陈洪国和姜军权,2005),考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量(李合生,2000)。1.4统计分析采用Excel 2021进行数据处理,以SPSS 19.0对数据进行方差分析。2结果与分析2.1水培条件下连作对不同苦荞品种农艺性状的影响由表1可看出,不同连作次数对2个苦荞品种株高和鲜质量的影响存在差异,但随着连作次数增加,2个苦荞品种的株高、植株鲜质量均呈逐渐降低趋势。其中,九江苦荞的株高和鲜质量指标在C1和C2处理时与CK无显著差异(P0.05,下同),在C3、C4和C5处理时较CK显著降低(P0.05,下同);晋荞2号的株高和
24、鲜质量指标在C1、C2和C3处理时与CK无显著差异,在C4和C5处理时较CK显著降低。表明九江苦荞的株高和鲜质量受连作障碍的影响程度大于晋荞2号。2.2水培条件下连作对不同苦荞品种根系形态及根系活力的影响由表2可看出,不同连作次数下2个苦荞品种根系生长的变化与株高和鲜质量的变化规律一致,即随着连作次数增加,苦荞的总根长、根表面积和根系活力均呈逐渐降低的变化趋势,但品种间存在差异。与CK相比,九江苦荞的根系指标在连作3次(C3处品种Variety九江苦荞Jiujiangbuckwheat晋荞2号Jinqiao 2处理TreatmentCKC1C2C3C4C5CKC1C2C3C4C5株高(cm)P
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