分根區(qū)交替灌溉對(duì)甘蔗生理生化性狀的影響

楊平飛　李素麗　李正文等

摘要：采用常規(guī)均勻灌溉（CI）、常規(guī)滴灌（CDI）、分根區(qū)交替均勻灌溉（APRI）、分根區(qū)交替滴灌（APDI）4種灌溉方式和70%～80% θf(wàn)（高水）、55%～65% θf(wàn)（中水）和40%～50% θf(wàn)（低水）3個(gè)灌溉水平，通過測(cè)定不同處理甘蔗的相關(guān)生理生化性狀，研究和分析分根區(qū)交替灌溉技術(shù)對(duì)甘蔗生理生化的影響，以期為甘蔗的最佳灌溉方式及灌溉水平提供參考依據(jù)。結(jié)果表明，在苗期、分蘗期和成熟期，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響程度為低水>高水>中水，對(duì)伸長(zhǎng)期的影響程度為低水>中水>高水；同一灌溉水平下，不同灌溉方式對(duì)各生育期SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響程度為APDI>APRI>CDI>CI。

關(guān)鍵詞：甘蔗；分根區(qū)交替灌溉；生理生化性狀

中圖分類號(hào)： S566.107；S275 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0103-05

分根區(qū)交替灌溉（APRI）的操作依據(jù)是通過不同時(shí)間向作物部分根系供水，以創(chuàng)造作物根系供水的不均勻性，誘導(dǎo)作物抗旱生理生態(tài)特性的發(fā)揮，它不僅是一種生物節(jié)水技術(shù)，而且是一種調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和生理生態(tài)代謝過程的有效調(diào)控手段，不僅能有效地提高作物水分利用效率，而且還具有穩(wěn)定作物產(chǎn)量、提高果實(shí)品質(zhì)、增強(qiáng)植物抗性、延緩觀賞性狀衰老等作用。許多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分根區(qū)交替灌溉技術(shù)在提高水分利用率、調(diào)節(jié)果實(shí)品質(zhì)等方面成效顯著[1-2]。但前人大多集中在以果樹等經(jīng)濟(jì)作物為主要對(duì)象的研究[3-5]，而對(duì)于以禾本科作物甘蔗為研究對(duì)象的報(bào)道甚少。因此，本研究在常規(guī)灌溉的基礎(chǔ)上，結(jié)合分根區(qū)交替灌溉節(jié)水技術(shù)特點(diǎn)，以甘蔗品種新臺(tái)糖22號(hào)為試驗(yàn)材料，采用嚴(yán)格控制的分根桶栽試驗(yàn)，研究不同灌溉方式與不同灌溉水平對(duì)甘蔗整個(gè)生育期生理生化性狀的影響，試圖確定甘蔗的最佳灌溉方式和灌溉水平，以期為甘蔗的科學(xué)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2013年3—11月，試驗(yàn)于廣西大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為學(xué)校教學(xué)實(shí)習(xí)基地的赤紅壤輕黏土，pH值為5.23，有機(jī)質(zhì)含量為3.24%，堿解氮為60.66 mg/kg，速效磷為9.86 mg/kg，速效鉀為40.47 mg/kg，田間持水量為29.28%。供試材料為甘蔗品種新臺(tái)糖22號(hào)（ROC22）。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)因素，分別是灌溉方式、灌溉水平。灌溉方式設(shè)常規(guī)均勻灌溉（CI，每次對(duì)全部土壤均勻灌水）、常規(guī)滴灌（CDI，每次對(duì)全部土壤均勻滴灌）、分根區(qū)交替均勻灌溉（APRI，每次交替對(duì)1/2區(qū)域土壤灌水）、分根區(qū)交替滴灌（APDI，每次交替對(duì)1/2區(qū)域土壤滴灌）。灌溉水平設(shè)70%～80% θf(wàn)（高水）、55%～65% θf(wàn)（中水）和40%～50% θf(wàn)（低水），θf(wàn)為供試土壤的田間持水量。肥料施用司馬牌復(fù)合肥，氮磷鉀含量分別為12%、12%、17%。甘蔗每個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)施1次肥，每次施10 g。試驗(yàn)共設(shè)12個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)，共48盆，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)在塑料桶中進(jìn)行，除對(duì)照的常規(guī)灌溉外，所有桶內(nèi)粘有一層塑料布，將試驗(yàn)用桶分為均等的2個(gè)部分，構(gòu)成分根裝置。塑料布兩側(cè)各裝土壤8.5 kg。滴灌裝置采用容量為1.5 L的塑料吊袋，每個(gè)塑料吊袋都由1根長(zhǎng)約2 m的塑料管引流至桶內(nèi)。種植前每個(gè)處理均灌至田間持水量的90%。

2013年2月1日每桶各種下2條單芽莖，待幼苗長(zhǎng)至2葉1心期時(shí)進(jìn)行間苗，待甘蔗苗長(zhǎng)至3～4葉時(shí)開始進(jìn)行水分控制。在進(jìn)行水分控制前每個(gè)處理灌水控制在田間持水量的65%～80%范圍內(nèi)。進(jìn)行水分控制后APRI和APDI的灌水量為CI及CDI的50%～70%。試驗(yàn)期間用磅秤稱量桶重，稱重間隔時(shí)間為3 d，用水量平衡方法確定蒸騰蒸發(fā)量，未稱重時(shí)，按前2 d的灌水量進(jìn)行灌水，用量筒量取灌水量，并記下每次各個(gè)處理的灌水量。試驗(yàn)于2013年11月23日結(jié)束。各處理施肥及田間管理措施均保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定按照劉祖祺等和崔娜的方法[6-7]測(cè)定，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的測(cè)定按照張憲政等的方法[8]，丙二醛含量的測(cè)定按照趙世杰等的方法[9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析和處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003統(tǒng)計(jì)，采用SPSS軟件中通用線性模型單因素變量法進(jìn)行分析，方差分析內(nèi)容包括灌水方式、灌溉水平之間的2因素交互效應(yīng)。多重比較采用Duncans新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)SOD活性的影響

表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在對(duì)各處理進(jìn)行水分控制后，灌溉方式對(duì)苗期和伸長(zhǎng)期的甘蔗SOD酶活性的影響均達(dá)到極顯著水平（P<0.01），而對(duì)分蘗期和成熟期的影響則不顯著（P>0.05）。灌溉水平對(duì)苗期的影響達(dá)到極顯著水平（P<001），而對(duì)分蘗期、伸長(zhǎng)期及成熟期的影響均不顯著（P>005）。灌溉方式×灌溉水平對(duì)苗期和伸長(zhǎng)期的影響均達(dá)極顯著水平（P<001），對(duì)成熟期的影響則達(dá)到顯著水平（P<005），而對(duì)分蘗期的影響則不顯著（P>0.05）。

從表1可以看出，在苗期、分蘗期及成熟期中，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)SOD酶活性影響程度為低水>高水>中水；在伸長(zhǎng)期中，對(duì)SOD酶活性影響程度為低水>中水>高水。這說(shuō)明低水處理受到了較嚴(yán)重的干旱脅迫，從而產(chǎn)生了大量的活性氧，促使甘蔗產(chǎn)生大量SOD來(lái)清除。在苗期，同一灌溉方式各低水處理的SOD酶活性明顯高于中水處理；在分蘗期和成熟期低水處理與高水及中水處理間差異不顯著（P>0.05）；在伸長(zhǎng)期，同一灌溉方式各低水處理與高水處理間差異不顯著（P>0.05）。

同一灌溉水平下，不同灌溉方式對(duì)SOD酶活性影響程度為APDI>APRI>CDI>CI。與CI低水處理相比，APRI低水處理對(duì)苗期SOD酶活性的影響明顯，高出14.38%；在分蘗期和成熟期，各處理間差異不顯著；在伸長(zhǎng)期，APRI高水處理較CI高水處理影響明顯，高出15.28%，APDI低水較CDI低水影響明顯，高出14.12%。

與CI處理相比，APRI處理各生育期的SOD酶活性平均分別提高12.89%、7.98%、11.51%、17.62%；與CDI處理相比，APDI處理各生育期的SOD酶活性平均分別提高1062%、8.50%、10.13%、9.97%。

2.2 不同處理對(duì)脯氨酸含量的影響

表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在對(duì)各處理進(jìn)行水分控制后，灌溉方式、灌溉水平及灌溉方式×灌溉水平對(duì)分蘗期和成熟期的甘蔗脯氨酸含量的影響均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）；灌溉方式對(duì)每個(gè)時(shí)期的影響均達(dá)到顯著水平（P<0.05）；灌溉水平對(duì)苗期和伸長(zhǎng)期的影響均不顯著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平對(duì)苗期的影響達(dá)到顯著水平（P<0.05），而對(duì)伸長(zhǎng)期的影響不顯著（P>0.05）。

從表2可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、分蘗期和成熟期脯氨酸含量影響程度為低水>高水>中水，除苗期CI外，APRI低水、CDI低水和APDI低水處理的苗期和分蘗期脯氨酸含量均明顯高于其中水處理；成熟期APDI低水明顯高于中水和低水處理，CI、APRI和CDI處理中各水分處理間的差異不顯著（P>0.05）。灌溉水平對(duì)伸長(zhǎng)期脯氨酸含量影響程度為低水>中水>高水，APRI和APDI低水處理明顯高于高水處理，分別高出48.98%、64.66%。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的脯氨酸含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI；與CI低水處理相比，APRI低水處理的苗期脯氨酸含量明顯提高35.83%，其他處理間差異不明顯（P>0.05）；在分蘗期，APRI與APDI的高水和低水處理明顯高于CI和CDI的高水和低水處理；在伸長(zhǎng)期和成熟期，APDI低水處理較CDI低水處理分別明顯提高44.36%和161.14%。

與CI處理相比，APRI處理各生育期脯氨酸含量平均分別提高26.80%、50.33%、23.68%、26.74%；與CDI處理相比，APDI處理各生育期脯氨酸含量平均分別提高20.04%、56.17%、26.10%、75.99%。

2.3 不同處理對(duì)丙二醛含量的影響

表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在對(duì)各處理進(jìn)行水分控制后，灌溉方式和灌溉水平對(duì)苗期的甘蔗丙二醛含量的影響均達(dá)到極顯著水平（P<0.01），而對(duì)分蘗期、伸長(zhǎng)期及成熟期的影響則不顯著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平對(duì)苗期和分蘗期的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），而對(duì)伸長(zhǎng)期和成熟期的影響則不顯著（P>0.05）。

從表3可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、期、分蘗期和成熟期丙二醛含量影響程度為低水>高水>中水，分蘗期APDI低水處理明顯比高水處理高出28.22%，其他苗期、分蘗期及成熟期各灌溉方式處理間差異不顯著（P>0.05）；對(duì)伸長(zhǎng)期丙二醛含量影響程度為低水>中水>高水，低水處理的明顯高于中水和高水處理的；成熟期各處理間差異不明顯（P>0.05）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的丙二醛含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI；苗期各處理間差異不顯著（P>0.05）；與CI中水相比，APDI中水處理的分蘗期丙二醛含量明顯上升34.23%，；在伸長(zhǎng)期，APRI和APDI處理與CI和CDI處理間差異顯著（P<0.05），與CI高水、中水和低水處理相比，APRI處理的丙二醛含量明顯高出1801%、56.73%、53.32%，APDI高水、中水和低水處理較CDI處理分別明顯高出18.34%、60.46%、56.50%；成熟期各處理間差異不顯著（P>0.05）。

與CI處理相比，APRI處理各生育期丙二醛含量平均分別提高10.81%、11.55%、44.08%、4.49%；與CDI處理相比，APDI處理各生育期丙二醛含量平均分別提高16.02%、5.74%、44.99%、3.70%。

2.4 不同處理對(duì)可溶性糖含量的影響

表4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在對(duì)各處理進(jìn)行水分控制后，灌溉方式對(duì)苗期和伸長(zhǎng)期甘蔗可溶性糖含量的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），對(duì)分蘗期的影響達(dá)顯著水平（P<0.05），而對(duì)成熟期的影響不顯著（P>0.05）；灌溉水平對(duì)成熟期的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），對(duì)苗期、分蘗期及伸長(zhǎng)期的影響均不顯著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平對(duì)苗期和成熟期的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），對(duì)伸長(zhǎng)期的影響則達(dá)到顯著水平（P<0.05），對(duì)分蘗期的影響不顯著（P>0.05）。

從表4可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、分蘗期和成熟期可溶性糖含量影響程度為低水>高水>中水；苗期和成熟期各灌溉方式低水處理明顯高于中水處理，與高水處理間差異不顯著（P>0.05）；分蘗期各處理間差異不顯著（P>0.05）；伸長(zhǎng)期可溶性糖含量影響程度為低水>中水>高水，除了CI外，APRI低水、CDI低水和APDI低水處理明顯高于其高水處理的，與中水處理間的差異則不顯著（P>0.05）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的可溶性糖含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI；CI和APRI，CDI和APDI各處理間差異不顯著（P>0.05）；在分蘗期和伸長(zhǎng)期，各處理間的差異不顯著（P>0.05）。在成熟期，與CI中水和低水處理相比，APRI中水和低水處理的分別提高13.79%、11.01%；而與CDI中水與低水處理相比，APDI中水和低水處理明顯提高16.30%、15.45%。

與CI處理相比，APRI處理各生育期可溶性糖含量平均分別提高3.06%、27.08%、9.45%、9.57%；與CDI處理相比，APDI處理各生育期可溶性糖含量平均分別提高6.42%、19.54%、10.10%、13.23%。

2.5 對(duì)可溶性蛋白含量的影響

表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在對(duì)各處理進(jìn)行水分控制后，灌溉水平和灌溉方式×灌溉水平對(duì)分蘗期和伸長(zhǎng)期甘蔗可溶性蛋白含量的影響均達(dá)到極顯著水平（P<0.01），對(duì)苗期和成熟期的影響則不顯著（P>0.05）；灌溉方式對(duì)每個(gè)時(shí)期的影響均不顯著（P>0.05）。

從表5可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、分蘗期和成熟期可溶性蛋白含量影響程度為低水>高水>中水，對(duì)伸長(zhǎng)期的影響則是低水>中水>低水；苗期APRI低水和APDI低水處理明顯高出其中水處理的4444%、6106%，與高水處理間差異不顯著（P>0.05），CI和CDI處理間差異性不顯著（P>0.05）；分蘗期各灌溉方式低水處理明顯高于中水處理的；成熟期各處理間差異性不顯著（P>005）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的可溶性蛋白含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI；苗期CI和APRI，CDI和APDI各處理間差異性不顯著（P>0.05）；分蘗期APRI、APDI中水和低水處理明顯高于CI、CDI中水和低水處理；在伸長(zhǎng)期，與CI低水處理的相比，APRI低水處理的明顯提高89.88%，APDI低水處理的較CDI低水處理的提高74.34%；成熟期各處理間差異不顯著（P>0.05）。

與CI處理相比，APRI處理各生育期可溶性蛋白含量平均分別提高10.16%、28.96%、61.31%、3.89%；與CDI處理相比，APDI處理各生育期可溶性蛋白含量平均分別提高1513%、23.66%、63.57%、4.23%。

3 結(jié)論與討論

超氧化物歧化酶（SOD）作為生物體內(nèi)存在的最重要活性氧清除系統(tǒng)，在維持活性氧的產(chǎn)生與消除的動(dòng)態(tài)平衡方面起著非常重要的作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，分根區(qū)交替灌溉處理的SOD含量較常規(guī)灌溉增加，與鄒養(yǎng)軍的研究結(jié)果[10]一致，部分根系交替，其SOD酶活性均增加，可見部分干旱的根系能夠提高植株保護(hù)酶系活性。

游離脯氨酸含量的增高能夠降低葉片的滲透勢(shì)，防止細(xì)胞脫水，可以保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，維護(hù)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，是酶和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保護(hù)劑，還能解除蛋白質(zhì)分解初期產(chǎn)生NH3造成的毒害，防止其他有毒氨基酸的積累[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，在受到不同環(huán)境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)常有游離脯氨酸的積累，其積累量與逆境水平和植物抗脅迫能力有關(guān)[13]。也有研究表明，分根交替灌溉可增加植株中脯氨酸含量，提高植株滲透調(diào)節(jié)能力[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、分蘗期和成熟期脯氨酸含量影響程度為低水>高水>中水，累積了大量的脯氨酸，伸長(zhǎng)期脯氨酸含量影響程度為低水>中水>高水，說(shuō)明甘蔗在各生育期低水處理受到程度較深的干旱脅迫，累積了大量脯氨酸；同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的脯氨酸含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI，說(shuō)明分根交替灌溉較常規(guī)灌溉累積較多的脯氨酸。

植物在干旱等逆境下首先受害的是細(xì)胞膜系統(tǒng)，過氧化作用導(dǎo)致細(xì)胞衰老，其主要氧化產(chǎn)物丙二醛含量明顯增加，質(zhì)膜透性增大，離子外滲。丙二醛的積累量反映植物受逆境傷害的程度[11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，同一灌溉方式下，不同灌溉水平對(duì)苗期、分蘗期和成熟期丙二醛含量影響程度為低水>高水>中水，對(duì)伸長(zhǎng)期丙二醛含量影響程度為低水>中水>高水；同一灌溉水平下，不同灌溉方式處理對(duì)各時(shí)期的丙二醛含量影響程度為APDI>APRI>CDI>CI，說(shuō)明分根交替灌溉較常規(guī)灌溉累積較多的丙二醛。

可溶性糖不僅是植物的主要光合產(chǎn)物，而且也是碳水化合物代謝和暫時(shí)貯藏的主要形式。近年來(lái)有研究表明，植物的抗旱性與植物體內(nèi)可溶性糖含量有關(guān)，干旱缺水時(shí)糖含量增加多的抗旱性較強(qiáng)，其原因是可溶性糖含量增加可增大細(xì)胞液濃度，提高對(duì)水分的吸收能力及保水能力，從而有利于適應(yīng)干旱缺水的環(huán)境[11]。

植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多是參與各種代謝的酶類，在受到干旱脅迫時(shí)，它們會(huì)發(fā)生一定的變化，測(cè)定其含量是了解植物抗逆性的一個(gè)重要指標(biāo)。史玉煒等研究發(fā)現(xiàn)，隨著水分脅迫程度的加深，可溶性蛋白含量開始有較大幅度的升高，在土壤相對(duì)含水量為30%時(shí)達(dá)到最大，而當(dāng)土壤相對(duì)含水量下降到10%時(shí)，可溶性蛋白開始分解，含量迅速下降[15]。汪耀富等研究了分根交替灌溉對(duì)烤煙生理特性的影響，結(jié)果表明，交替灌溉的葉片中可溶性糖含量較普通灌溉處理高64.8%，可溶性蛋白含量提高18.6%[16]，而本研究中分根交替灌溉可提高葉片中的可溶性糖和可溶性蛋白含量，與其研究相似。

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