新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸对棉花叶绿素荧光动力学特征及产量的影响.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目()江西省现代农业专项资金项目()作者简介:孙桂琴()女硕士副教授主要从事农作物栽培及农业技术推广研究:.通信作者:王见华()男讲师主要从事农业机械化和棉花栽培研究:.新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸对棉花叶绿素荧光动力学特征及产量的影响孙桂琴刘德春王见华(.江西农业工程职业学院江西 樟树.江西农业大学农学院江西 南昌)摘要:以不施氮肥为对照()研究常规尿素()、新型聚合物包膜尿素()及其与黄腐酸()配施对棉花叶绿素荧光动力学曲线()、光化学效率、光合性能及产量的影响为棉花生产中新型尿素与黄腐酸施用提供理论依据 结果表明与 相比两种尿素及其配施黄腐酸处理(、)提高棉花叶片 时的 相荧光值()和 时的 相最大荧光值()从而改变叶片 曲线整体提高叶片 最大光化学效率(/)、光合性能指数(、)增加单位面积内反应中心的数量(/)提升 向 的传递过程和电子传递能力(、)促进叶绿体类囊体膜的功能和结构完整性(、)增强 处光信号(/)说明尿素和黄腐酸可激发叶片光合系统()和光合系统()反应中心活性不同尿素类型结合黄腐酸处理对棉花 及、活性规律的影响基本一致整体均表现为 处理总成铃数、单铃重、籽棉产量和皮棉产量均显著高于其他处理其中籽棉产量和皮棉产量较其他施肥处理(、)分别显著提高.和.综上使用新型聚合物包膜尿素结合黄腐酸可有效改善棉花叶绿素荧光动力学曲线激发光合系统反应活性显著增加总成铃数和单铃重提高产量关键词:聚合物尿素黄腐酸棉花叶绿素荧光诱导动力学光合特性产量中图分类号:.文献标识号:文章编号:()(.)()()()().().()()()(/)()(/)()()(/).()().().棉花是世界范围内种植最广泛的纤维作物也是支撑地方税收的重要经济作物之一 目前我国棉花种植区主要分布于长江中下游、黄淮海和西北内陆棉区 近年来随着粮食作物和蔬菜种植面积扩大三大棉花种植区的规模明显缩小 因此如何在有限的植棉区提高棉花产量已成为促进棉花生产的有效途径黄腐酸()是一种水溶性低分子量有机酸吸附水量大、性质稳定具有疏松土壤、增湿养墒及防旱等优点有利于种子发芽、增加幼苗存活率、诱导植株地上部横向发育和减轻根部生长阻力从而提高植物对水分和养分的吸收 此外 可调节气孔开合和蒸腾速率以调控光合作用且可分解为小分子的芳香族羟基羧酸进入类囊体诱导膜内外产生质子浓度差和膜电位差驱动光反应系统的非循环电子传递从而提高光合效率氮()是生命体必需的矿质养分在植物遗传物质、生理代谢以及产质形成方面发挥着不可替代的作用 对棉花而言生长早期充足的氮供应可促进棉株根系和叶片快速发育以及后期产量形成因此棉花对氮肥的需求量较大 然而在棉花生产中施氮量与产量间存在阈值当氮肥施用过多时作物的氮肥利用率反而降低目前作物氮肥利用率仅 大量施入氮肥和不当施用方式会导致土壤退化、温室气体排放和地下水污染风险骤增等环境生态影响此外尿素分次施用比一次性施用人工成本明显增加从而大大降低棉花的种植效益 因此优化氮肥投入并减少环境污染已成为棉花生产的重要瓶颈 大量研究显示施用控释肥可显著促进棉花的生长发育、光合作用及提高产量收益 目前生产中已经应用的多种缓释和控释肥料主要为新型聚合物包膜尿素类、硫包衣尿素类和甲醛聚合物尿素类光合作用是绿色植物叶绿体通过光反应和暗反应过程将光能转化为有机物并释放氧气的过程是绿色植物发育代谢的基础 快速叶绿素荧光动力学曲线()主要反映 的原初光化学反应、光合机构和状态等变化 快速叶绿素荧光诱导动力学分析()是以生物膜能量流动为基础建立的分析方法通过 能够获知环境条件对 供体、受体及其反应活性的影响 近年来随着对叶绿素荧光技术研究的深入人们逐步认识到 曲线可提供大量的生理信息 目前 曲线主要应用于优适植被筛选、病理学表征、环境污染以及非生物胁迫光系统分子机制研究等领域对养分供应下的荧光动力学及相关光合生理特征鲜有涉及 基于此本研究探索黄腐酸与新型聚合物包膜尿素和常规尿素配施对棉花叶绿素荧光动力学相关特征及产量的影响以期为新型尿素与黄腐酸在棉花 山 东 农 业 科 学 第 卷生产中的应用提供理论依据 材料与方法.试验地概况试验于 年 月在江西农业大学棉花试验农场()进行 试验园区属亚热带湿润季风气候 年日照时数.年均日照总辐射./无霜期约 年均降水量 年 月平均气温.供试田块平整土壤类型红壤前茬作物为棉花(.)田块 表土理化性质为:.容重./有机质含量./碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为.、.、./.试验材料供试材料为江西省主栽棉花品种科能(转基因抗虫棉)所用黄腐酸()为典型的农用肥料纯富里酸含量./常规尿素()购自江西九江心连心化学有限公司新型聚合物包膜尿素(山东金正大生态工程有限公司制造)由淀粉、乙基纤维素涂层构成内部尿素主体包含氨基酸、腐殖质和海藻提取物制备工艺见 等所述 新型聚合物包膜尿素在土壤中的 释放寿命约 个月已成熟地应用于棉花生产 磷肥为棉花专用钙镁磷肥()钾肥为氯化钾().试验设计采用双因素随机完全区组设计 常规尿素()和新型聚合物包膜尿素()分别标记为 和 共设置 个处理:(不施氮肥不施黄腐酸)、(施用常规尿素)、(常规尿素结合施用黄腐酸)、(施用新型聚合物包膜尿素)、(新型聚合物包膜尿素结合施用黄腐酸)每处理重复 次共 个小区试验于 月 日开沟穴播采用双脊覆盖种植:大行距 小行距 株距 小区面积 种植密度 株/肥料施用比例为()()()纯氮总用量均为 /氮素分 次施用(基肥 花铃期追肥)黄腐酸施用量/亦分 次施用的基肥为黄腐酸颗粒肥的花铃期追肥为水溶喷施 各小区管理同常规丰产大田.测定项目及方法采用植物效率分析仪()测定叶片叶绿素荧光诱导动力学曲线()和光反射曲线 每小区选择 株棉花取其倒 叶避开主叶脉约.处进行测定使用荧光仪配备的专用叶夹进行 充分暗适应 曲线由 /()红光诱导测定时间为 曲线上的、四个特征点分别对应、的时间点对应的相对荧光强度()分别表示为、和 曲线上.和.的对应时间点分别定义为 和 对应的相对荧光强度分别表示为 和不同时间点的相对荧光强度表示为 快速叶绿素荧光动力学分析()参数的计算参见邢玉美、里程辉等所述相关参数及其生物学意义见表 为进一步研究不同处理间 曲线的特异性需对、和 进行标准化 标准化 表 中的参数、公式及生物学意义参数与公式生物学意义暗适应后的初始荧光强度最大荧光强度照光 时的荧光强度照光 时的荧光强度()/()照光 时间的可变荧光强度()/()相相对可变荧光/()/最大光化学效率/(/)用于电子传递的量子产额(/)用于热耗散的量子比率/()/()捕获的能量能传递到电子链末端的量子产率/单位面积吸收的光能/(/)单位面积捕获的光能/(/)单位面积电子传递的量子产额/(/)(/)单位面积的热耗散/()捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过 的其他电子受体的概率/(/)(/)单位面积内反应中心的数量(/)/()(/()以吸收光能为基础的性能指数()/()电子传递从中间电子受体到还原 受体侧末端电子受体的概率/()吸收光能传递到 末端受体还原的能量转换的性能指数 第 期 孙桂琴等:新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸对棉花叶绿素荧光动力学特征及产量的影响过程中设 为 将、的相对荧光强度定义为 标准化曲线中特征点、和 对应的相对可变荧光强度()分别用、和 表示 将不同处理的、与 作差值分别以、表示 反应中心的活性由 光反射曲线/的初始反射斜率表示其中 和 分别代表 光反射曲线的最大值及最大值与最小值之差产量构成因子相关指标测定 每个小区调查群体密度 每处理随机选取 株具代表性植株统计单株棉铃数及棉铃总数 棉铃自然风干后测量单铃重和衣分 按小区分别收获籽棉并折算出公顷产量结合衣分数据计算皮棉产量.数据统计与分析采用 进行数据整理采用 .软件进行双因素方差分析和最小显著差法()分析(、处理的 值最大图 不同处理下棉花叶片叶绿素荧光动力学曲线().不同处理对棉花叶片 曲线标准化特征的影响通过将原始 曲线上 的相对荧光强度定义为将点、和 的相对荧光强度定义为对其进行标准化 由图 可知与 相比相关施肥处理(、)的标准化 曲线上 处 点的相对荧光强度 和 处 点的相对荧光强度 呈现上升趋势且 的上升幅度明显大于(图、)标准化 和 曲线上.处 点的相对荧光强度和.处 点的相对荧光强度也呈上升趋势(图 图)各处理间 和 比较发现与常规尿素相关处理(、)相比新型尿素处理(、)下的 和 值明显更高且、处理之间的差异相对较小而 处理下的 和 值都明显高于 处理 山 东 农 业 科 学 第 卷图 不同处理棉花叶片标准化特征曲线(、)及其与(、)的差异比较.不同处理对棉花叶片 曲线特征点可变荧光强度的影响对各特征点相对可变荧光强度进行定量分析表明(图)各肥料处理(、)下、和 值均整体呈下降趋势但各特征点参数下降幅度不同 与 相比 和 处理的、和 数值降幅较小且 处理的 个参数值与 无显著差异 和 处理的 值分别较 显著降低.和.值分别显著降低.和.处理的 和 值与 相比无显著差异 处理的 和 值显著小于 柱上不同小写字母表示处理间差异显著(.)下同图 不同处理棉花叶片()、()、()和().不同处理对棉花叶片 光化学活性的影响由图 可知在相应施肥处理下植物叶片中反应中心活性有关参数(/、)值皆明显上升 处理的/和 与 相比差异不显著 处理的/和 较 分别显著增加.和.和 处理的 与 无显著差异 和 处理的/、值均显著高于 且 处理的 和 显著高于其他处理 各施肥处理下棉花叶片/值明显增 第 期 孙桂琴等:新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸对棉花叶绿素荧光动力学特征及产量的影响加各处理间表现为 其中、处理间差异不显著 处 理 的/值 较 显 著 提 高.不同处理对棉花叶片叶绿素荧光调制反射信号的影响由图 可知各处理诱导下 光反射信号的趋势存在一定差异 施肥相关处理(、)下 光反射信号的波动振幅均降低 其中 处理的波动趋势与 间明显分离其他施肥处理(、)与 比较波动则相对较小 红光照射时 处的/是反映 活性的重要参数/的定量分析发现(图)处理的/与 无显著差异、和 处理的/分别较 显著上升.、.和.其中 处理的/值显著大于 处理图 不同处理棉花叶片/()、()、()和/()图 不同处理下叶片()和/()调制反射信号变化.不同处理对棉花产量的影响总成铃数、单铃重及衣分是棉花产量(籽棉产量、皮棉产量)构成三要素 表 显示不同处理对产量构成因子单株成铃数、总成铃数、单铃重 山 东 农 业 科 学 第 卷和衣分的影响表现基本一致:整体均表现为 除衣分外单株成铃数、总成铃数、单铃重均表现为 和 处理显著高于 各处理籽棉产量和皮棉产量均表现为 处理籽棉产量和皮棉产量均显著高于 处理均显著高于 处理籽棉产量和皮棉产量较、分别显著提高.、.、.和.、.、.尿素因子与黄腐酸因子在籽棉产量中存在显著交互作用在皮棉产量中存在极显著交互作用 表 不同处理对棉花产量及其构成因子的影响处理单株成铃数(个)总成铃数(万个/)单铃重()衣分()籽棉产量(/)皮棉产量(/).尿素类型()黄腐酸()注:表中数据均为平均值标准差同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(.)和 分别表示在.和.水平上差异显著和极显著 表示差异不显著 讨论与结论.不同处理对棉花叶片 曲线趋势特征的影响本研究结果表明不同尿素类型及其配施黄腐酸均改变了棉花叶片 曲线趋势特征提高了叶片 时的 相荧光值()和 时的 相最大荧光值()相关尿素与黄腐酸处理(、)均不同程度增加了叶片/、和 值表明尿素和黄腐酸皆提高叶片 反应中心活性 黄腐酸可进入类囊体诱导膜内外产生动作电位从而可驱动光合电子传递这与本研究结果一致 此外各处理单位面积内反应中心的数量(/)表现为表明尿素配施黄腐酸可激活棉花叶片的光化学反应 常规尿素、新型聚合物包膜尿素处理(、)的/、和/增幅均低于尿素配施黄腐酸处理(、)处理各参数值增幅最大上述结果表明新型聚合物包膜尿素可影响棉花叶片 反应中心活性且配施黄腐酸影响效果更明显.不同处理对棉花叶片 曲线标准化特征的影响对各处理原始 曲线进行标准化处理发现尿素和黄腐酸相关处理(、)的叶片、特征值较 降低 代表 受体侧受破坏程度表征光合作用电子传递链上从半醌()到还原型醌()的电子传递受阻程度、特征值降低表明相关尿素与黄腐酸处理可有效促进半醌离子()由 传递到 同时表明施肥影响扩散性质体醌()库异质性 本试验条件下与 相比新型聚合物包膜尿素处理(、)的、降幅大于常规尿素处理(、)且 处理降幅均大于 这表明新型聚合物包膜尿素和黄腐酸有助于将 受体侧电子从 转移至.不同处理对棉花叶片 特征点可变荧光强度的影响叶绿体中类囊体膜的稳定性在维持植物正常生理功能及光合反应方面起着重要作用、分别是类囊体膜流动性、受损程度的重要指标二者越低表明膜功能越完善、结构越完整 本研究结果表明常规尿素处理(、)和新型聚合物包膜尿素处理(、)的、值均低于 处理间 值表现为处理间 值表现为 说明新型聚合物包膜尿素比常规尿素更有利保障光合进程且配施 第 期 孙桂琴等:新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸对棉花叶绿素荧光动力学特征及产量的影响黄腐酸效果更佳光合作用是干物质积累和植株形态建成的重要保障生长早期良好的光合作用有利于植株形态建成而生长中期良好的光合作用可有效保障作物产量形成 一些研究发现比 更能反映光合作用电子传递和光合磷酸化水平当 活性降低时从 到 的电子传输往往被抑制这反过来会对 造成损伤 在红光照射过程中 处光信号(/)是反映 活性的重要指标 本研究中常规尿素处理()下/与 无显著差异而其他处理(、)的/值较 均显著上升且 处理提升幅度最大 说明新型聚合物包膜尿素(、)和常规尿素配施黄腐酸()处理均可有效提高棉花叶片中 活性/、是表征植物叶片中 反应中心活性的重要参数 本研究结果发现不同处理下/、和 的变化趋势与/整体一致 表明新型聚合物包膜尿素及黄腐酸也可有效提高叶片 光反应中心活性且新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸效果更明显.不同处理对棉花产量的影响籽棉产量、皮棉产量是棉花生长发育和收获指数的重要表征 本研究中各处理下单株成铃数、总成铃数、单铃重及衣分的变化规律基本相同即 处理均高于其他处理 各产量构成因子值均最低说明新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸处理最有利于棉花发育和产量形成 前人研究表明养分供应不足条件下植株光合作用及碳水化合物合成减缓 这与本研究结果一致 总成铃数、单铃重及衣分是棉花产量构成关键因子 本研究中各处理衣分无明显差异但棉花总成铃数、单铃重皆表现为 且 处理总成铃数和单铃重均显著高于其他处理这是 处理籽棉产量和皮棉产量均显著高于其他处理的主要原因综上施用新型聚合物包膜尿素或与黄腐酸配施均可在一定程度上改善棉花叶绿素荧光动力学曲线特征提高棉花叶片光合系统()和光合系统()反应中心活性且新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸()效果最优新型聚合物包膜尿素配施黄腐酸()可显著增加总成铃数和单铃重籽棉产量和皮棉产量较其他施肥处理(、)分别显著提高.和.参 考 文 献:.():.李鑫王剑李亚兵等.不同间套作模式对棉花产量和生物量累积、分配的影响.作物学报():.():.吕冬青张铭谷马玉增等.黄腐酸对蒜套棉制度下棉花产量品质及土壤性状的影响.水土保持学报():.:.孟阿静齐莹莹吕彩霞等.不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米生长、养分积累及苗期光合特征的影响.新疆农业科学():.巨晓棠.氮肥有效率的概念及意义 兼论对传统氮肥利用率的理解误区.土壤学报():.李春梅马云珍徐文修等.不同施氮量对棉花产量和棉田土壤养分的影响.核农学报():.邱悦杨晓燕李天胜等.减氮配施缓释氮肥对棉田土壤酶活性和氮素吸收利用的影响.水土保持学报():.:.刘盛林董晓霞王学君等.新型尿素对高产冬小麦生长、产量及品质的影响.山东农业科学():.:.():.山 东 农 业 科 学 第 卷 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