不同外源蔗糖浓度对带状复合种植大豆光合生理及产量形成的影响.pdf
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1、第 41 卷 第 5 期2023 年 10 月四川农业大学学报Journal of Sichuan Agricultural UniversityVol.41 No.5Oct.2023不同外源蔗糖浓度对带状复合种植大豆光合生理及产量形成的影响陈昭,杨潇垒,吴倩,唐洪奎,陈怡娴,罗凯,雍太文*(四川农业大学农学院/农业农村部西南作物生理生态与耕作重点实验室/四川省作物带状复合种植工程技术研究中心,成都 611130)摘要:【目的】探究玉米大豆带状复合种植下不同外源蔗糖浓度对大豆光合生理特性及产量的影响。【方法】以耐荫型大豆“南豆25”和紧凑型玉米“登海605”为材料,采用二因素裂区设计,主区因素
2、为种植模式:带状间作(MS)、带状套作(IS)和单作(SS),副区因素为外源蔗糖浓度:0%(CK)、1.0%(T1)和1.5%(T2),探究大豆玉米带状复合种植模式下,大豆开花期叶面喷施外源蔗糖对大豆光合生理特性和产量的影响。【结果】R2时期,T1浓度的外源蔗糖会显著增加大豆上、中和下3个冠层叶面积,IS模式分别较CK增加28.55%、22.97%和70.22%;MS模式分别较CK显著增加25.07%、26.09%和 16.42%。R4 时期,MS 模式中,T2 处理显著增加了中、下层大豆 SPAD 值,较 CK 分别增加了11.84%和10.11%。MS模式中层,大豆叶片Pn在T1处理和T2
3、处理较CK分别增加了33.87%和45.02%。SS模式中,T1处理显著增加了上层和中层大豆叶片淀粉含量,较CK分别增加了29.02%和29.14%;T1和T2处理降低大豆叶片可溶性糖含量,促进后期茎、叶中可溶性糖向荚果的转移,促进大豆干物质积累量向荚果转运。T1处理和T2处理显著增加大豆IS模式大豆单株荚数、单株粒数和产量,分别较CK增加了42.50%、31.35%、28.34%和43.78%、38.50%、33.79%;MS模式中,单株荚数、单株粒数和产量在T1处理和T2处理分别较CK显著增加了60.65%、54.52%、74.17%和 52.80%、58.47%、71.45%。SS 模式
4、,T1 处理和 T2 处理下,单株荚数、单株粒数和产量分别较 CK 显著降低了19.06%、15.79%、11.50%和21.20%、19.46%、11.63%。【结论】外源蔗糖通过提高大豆叶片叶绿素含量,增大叶面积,提高其光合速率,缓解遮荫带来的弱光胁迫,改善光合特性,促进可溶性糖生成,淀粉合成进而得到增产,且以MS模式下,T1处理最佳。SS模式下T1、T2均导致产量降低。关键词:玉米-大豆带状间套作;外源蔗糖;生理特性;产量中图分类号:S565.1 文献标志码:A 文章编号:1000-2650(2023)05-0781-10Effect of Different Exogenous Suc
5、rose Concentrations on Photosynthetic Physiology and Yield Formation in Soybean Grown in Ribbon ComplexCHEN Zhao,YANG Xiaolei,WU Qian,TANG Hongkui,CHEN Yixian,LUO Kai,YONG Taiwen*(College of Agronomy,Sichuan Agricultural University/Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology and Farming in Southwest C
6、hina,Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Sichuan Engineering Research Center for Crop Strip Compound Planting,Chengdu 611130,China)Abstract:【Objective】This paper was conducted to investigate the effects of different exogenous sucrose concentrations on photosynthetic physiological characteristi
7、cs and yield of soybean under corn-soybean strip cropping.【Method】A two-factor split-zone design was used with shade-tolerant soybean Nandou 25 and compact maize Denghai 605 as materials.The main zone factors are the cropping patterns:strip intercropping(MS),strip set(IS)and monocropping(SS),and the
8、 secondary zone factors are the concentration of exogenous sucrose:0%(CK),1.0%(T1)and 1.5%(T2),with aims to investidoi:10.16036/j.issn.1000-2650.202305242收稿日期:2023-06-14基金项目:大学生创新训练计划项目(202210626036);四川省科技计划项目(2021YFYZ0005);国家现代农业产业技术体系专项(CARS-04-PS20)。作者简介:陈昭,本科生,E-mail:。*责任作者:雍太文,教授,博士,主要从事作物高产栽培及
9、营养生理生态研究,E-mail:。四川农业大学学报第 41 卷 gate the effects of foliar spraying of exogenous sucrose on photosynthetic physiological characteristics and yield of soybean at flowering stage under the soybean-corn strip cropping pattern.【Result】During the R2 period,exogenous sucrose at T1 concentration significan
10、tly increased leaf area in the upper,middle and lower canopy of soybean by 28.55%,22.97%and 70.22%in the IS mode compared to CK,and by 25.07%,26.09%and 16.42%in the MS mode compared to CK,respectively.During the R4 period,in the middle layer of the MS model,soybean leaf Pn increased significantly by
11、 33.87%and 45.02%in the T1 and T2 treatments,respectively,as compared to CK.In the SS model,T1 and T2 treatments significantly increased soybean leaf starch content in the upper and middle layers by 29.02%and 29.14%,respectively,as compared to CK;T1 and T2 treatments reduced the soluble sugar conten
12、t of soybean leaves and promoted the transfer of soluble sugars from stems and leaves to pods at the later stage.The T1 and T2 treatments significantly increased the number of pods,grains per plant and yield of soybean IS model soybean by 42.50%,31.35%,28.34%and 43.78%,38.50%and 33.79%respectively c
13、ompared to CK;in MS mode,number of pods per plant,number of grains per plant and yield were significantly increased by 60.65%,54.52%,74.17%and 52.80%,58.47%and 71.45%under T1 and T2 treatments,respectively,as compared to CK.In SS mode,number of pods per plant,number of grains per plant and yield wer
14、e significantly decreased by 19.06%,15.79%and 21.20%and 21.20%,19.46%and 11.63%,respectively,under T1 and T2 treatments,as compared to CK,11.50%and 21.20%,19.46%and 11.63%,respectively.【Conclusion】The exogenous sucrose increased the chlorophyll content of soybean leaves,increased leaf area,increased
15、 photosynthetic rate,alleviated the low light stress caused by shade,improved photosynthetic characteristics,promoted soluble sugar production,starch synthesis and thus yield increase,and the best treatment was T1 in MS mode.Both T1 and T2 in the SS model resulted in lower yields.Keywords:maize-soyb
16、ean strip cropping;exogenous sucrose;physiological characteristics;yield大豆是我国重要的油料和经济作物,是植物蛋白的重要来源,在中国居民膳食结构中占有重要地位1。但我国的大豆产量目前还有巨大缺口,供给能力不足,每年仍需要从国外大量进口大豆,提高我国大豆产量迫在眉睫2-3。玉米大豆间套作可以提高资源利用效率,对提高大豆产量具有重要作用4-6。但该模式中,高位作物玉米对大豆的荫蔽作用,限制了大豆光合能力,降低了大豆单产7-8。已有研究表明,大豆的荚数、种子粒数和百粒重决定了大豆的产量,与大豆的收获情况呈极明显的正相关9。大豆对
17、光敏感,其产量很大程度上取决于光照,光既可以作为大豆生长发育的信号,也可以作为能量信号影响碳代谢10,间套作模式下玉米收获前后带来的光环境变化会引起大豆产量的波动11。光调控了大豆花芽的数量,花芽决定了大豆的结荚数,而结荚数就是大豆产量和质量的决定性因素12-13。在受到弱光胁迫时,蔗糖通过作为代谢底物或信号起间接或直接作用14。不同生育期遮阴下,大豆叶面积,叶绿素含量均有不同程度的降低15,在不同遮阴模式中,喷施外源蔗糖可以通过提高大豆叶面积、光合能力等来缓解弱光胁迫,进而起到增产的效果16。根据前人研究,光环境变化中,蔗糖供应水平的变化是影响大豆花芽发育及荚果形成的重要因素17-19。因此
18、,探究光环境下大豆体内蔗糖供应水平对大豆光合生理的影响,是保证大豆结荚数充足的关键,是大豆增产增效的必要条件。本试验以玉米-大豆带状间套作两种模式作为研究对象,以在玉米-大豆间套作模式下大豆的不同花期内喷施蔗糖为切入点,探究光环境变化对花芽发育进程的影响,研究大豆花期中蔗糖对大豆花芽发育及荚果的调控,为大豆增产增效提供新思路。1材料和方法1.1试验地点与试验材料选用紧凑型玉米品种“登海605”和耐荫型大豆品种“南豆25”为试验材料,两材料分别由山东登海种业股份有限公司和四川省南充市农业科学院提供。试验于2022年4月至2022年12月在四川农业大学崇州现代农业研发基地进行(3056N,1036
19、4E)。782第 5 期陈昭,等:不同外源蔗糖浓度对带状复合种植大豆光合生理及产量形成的影响1.2试验设计大田试验采用二因素裂区试验设计,主区因素为玉豆种植模式,副区因素为外源蔗糖浓度,设置3次重复,共27个小区。3个生长模式分别为大豆单作(SS)、带状间作模式(MS)和带状套作模式(IS)。以单作大豆为对照。外源蔗糖喷施浓度为0(CK)、1.0(T1)和1.5(T2)。第1次喷施时间选择在播种后4043 d的晴天无云的下午16:0018:00,施水量为450 L/hm,每隔1 d喷施1次,持续2周。带状间作、带状套作与单作大豆均采用宽窄行种植模式。采用2米带宽,玉米、大豆2 2种植。玉米-大
20、豆宽行 160 cm,窄行 40 cm;玉米窄行种植2行玉米,宽行内种2行大豆;玉米穴距19 cm,穴留1株,密度为5.85万株/hm2;大豆穴距8.5 cm,穴留1 株,密度为 11.7 万株/hm2。大豆单作采用 4060 cm宽窄行种植,大豆穴距17,穴留1株,密度为11.7万株/hm2。小区带宽6 m(种植3带),带长6 m,面积36 m2。带状套作玉米和带状间作玉米分别于2022年4月8日、2022年5月14日播种,收获时间分别为 2022 年 8 月 6 日、2022 年 9 月 10 日。大豆于2022年6月10日播种,2022年10月27日收获。大豆氮肥与底肥一次性施用,大豆施
21、肥量为纯N 60 kg/hm2、P2O5 63 kg/hm2和 K2O 52.5 kg/hm2。玉米氮肥分2次施用,即底肥(纯N 120 kg/hm2)和大喇叭口期追肥(纯N 90 kg/hm2);玉米磷钾肥以随底肥施用,施用量为 P2O5 105 kg/hm2、K2O 112.5 kg/hm2。使用氮肥为尿素(N 含量 46%),磷肥为过磷酸钙(P2O5含量12%),钾肥为氯化钾(K2O含量60%)。1.3测定项目与方法1.3.1大豆叶面积和干物质重量测定于大豆生长的七节期(V7)、盛花期(R2)、结荚期(R4)在各处理小区非调查带内随机选取4株代表性大豆植株,每株取全部叶片,根据植株高度分
22、为上、中和下3层,对不同部位进行拍照,使用Image Pro Plus分析计算叶面积。于大豆生长的盛花期(R2)、结荚期(R4)、鼓粒期(R6)在各处理小区非调查带内随机选取4株代表性大豆植株,于烘箱中105 下快速杀青1 h后,80 烘至恒重,用百分之一电子天平分上、中和下3个冠层进行茎、叶和荚果干重的测定。1.3.2大豆叶片叶绿素和光合速率测定于大豆生长的七节期(V7)、盛花期(R2)、结荚期(R4)和鼓粒期(R6),在各处理小区内选取有代表性的5株大豆;根据植株高度将冠层等分成上、中和下3层,取各个冠层的中间部位叶片。采用便携式叶绿素测定仪SPAD-502测定叶片叶绿素含量;使用便携式光
23、合系统测定仪LI-6400测定大豆各冠层上完全展开三出复叶片的中间叶片,得到净光合速率(Pn),同时得到气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间二氧化碳浓度(Ci)等光合参数。测定时间选于晴天上午9:0011:00。测定时叶室光强按照上、中、下层设定为1 200、1 000和800 mol/(m2s),温度为环境温度,按照田间种植顺序进行往返测定。1.3.4大豆叶片可溶性糖和淀粉含量测定于大豆生长的七节期(V7)、结荚期(R4)、鼓粒期(R6)各小区随机选取长势一致植株3株,取各个冠层的中间叶片,清洗干净去除叶脉,用液氮处理后,分上、中和下3个部位,装入Ep管后放在-80 超低温中保存。可溶性
24、糖和淀粉含量的测定采用蒽酮比色法20。1.3.5产量相关参数测定在成熟期记录测产带有效株数、单株有效荚数和每荚粒数,脱粒晒干至籽粒水分含量为13.5%时测定籽粒百粒重并进行产量计算。1.4数据分析本研究所列结果为3次重复测定值的平均值,使用Microsoft Excel 2016处理和分析数据,利用Origin Pro2023进行方差分析并利用最小显著性差异法(P中层下层,在R2时期SS模式的中、下两个冠层中,T2处理对叶片Pn均有显著抑制作用,分别较CK降低了13.20%和18.66%,与T1处理差异不显著。MS模式的3个冠层中,T1处理和T2处理均对叶片Pn有促进作用,上层中,T1处理较C
25、K增加了18.47%,图2外源喷施蔗糖对大豆不同时期冠层叶片SPAD值的影响Figure 2Effects of exogenous spraying of sucrose on SPAD values of canopy leaves at different times of soybean785四川农业大学学报第 41 卷 与T2处理差异不显著;在中层中,T1处理和T2处理较CK分别增加了33.87%和45.02%;下层中,T2处理较CK增加了39.12%,与T1处理差异不显著。IS模式叶片Pn对T1处理和T2处理不敏感,但均呈现增加趋势。IS模式上、中和下3个冠层,Ci对T1和T2处理
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