噴施葉面肥對棉蚜侵害后棉花葉片保護酶活性及光合指標的影響

艾尼玩爾·黑里力,胡守林,萬素梅

(塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300)

棉蚜(AphisgossypiiGlover)是世界棉區(qū)重要的刺吸類害蟲之一[1]。它在葉背和嫩莖上吸食植物汁液,導(dǎo)致作物葉片卷縮、幼苗萎蔫,甚至枯死,其在取食過程中分泌的蜜露覆蓋在棉花莖葉和嫩梢表面,影響光合作用[2-3]。在吐絮期,棉蚜分泌的蜜露污染棉花,嚴重影響棉花的品質(zhì)和產(chǎn)量,并且還會給棉紡業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失[4]。

大量研究表明有一些老棉區(qū)因用藥次數(shù)多、用藥量大,棉蚜已對多種藥劑產(chǎn)生抗性[5-7],破壞了棉花生態(tài)系統(tǒng)中天敵昆蟲的組成,同時引起害蟲抗藥性發(fā)展速度快以及環(huán)境污染等問題[8-10]。

當植物遭受機械損傷或植食性昆蟲的攻擊后,植物細胞中控制物質(zhì)代謝的各種酶會首先做出相應(yīng)的反應(yīng),尤其是一些次生代謝物質(zhì)形成過程中的關(guān)鍵酶類,會在生理生化以及形態(tài)等方面做出一系列的適應(yīng)性反應(yīng),表現(xiàn)為防御蛋白、有毒物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)及次生代謝物質(zhì)的改變,從而對昆蟲的生長發(fā)育和繁殖產(chǎn)生不利影響[11-13]。當棉花受到植食性昆蟲如棉蚜刺吸為害時,其葉綠素組織受到破壞，植株的光合作用會受到影響[14]。

前人研究顯示,當植物受到病蟲害或逆境脅迫時,植物體內(nèi)的防御酶就會被誘導(dǎo)或抑制,從而保護植物不受傷害[15]。閆慧敏等研究表明棉蚜輕度為害對提高棉花防御能力有積極作用[16]。陳麗慧等研究表明4種葉片保護酶活性與棉花對棉蚜的抗性有相關(guān)性[17]。

“新壯態(tài)”液肥是山東民和生物科技有限公司利用雞糞等動物糞便經(jīng)生物發(fā)酵、納米透析工藝提取而成的一種全能型植物生長促進液,富含多種有機活性物質(zhì)及植物生長所必需的營養(yǎng)元素。新壯態(tài)葉面肥的研發(fā)和推廣經(jīng)過中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所以及云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等國家權(quán)威研究機構(gòu)32位國內(nèi)外科學(xué)家和以上海熙可集團為代表的515個示范戶的共同驗證，已在蔬菜[18]、果樹[19]、茶葉[20]、棉花[21]等生產(chǎn)上應(yīng)用,取得了明顯的效果。但關(guān)于新壯態(tài)葉面肥調(diào)節(jié)棉蚜侵害后棉花葉片保護性酶活性及防蟲的機理還未見研究報道，鑒于此，我們研究了噴施新壯態(tài)葉面肥對受害棉花葉片保護酶活性和光合指標的影響，以期為該葉面肥的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗棉花品種為雜碩一號；新壯態(tài)葉面肥原液及3個配方液由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計及處理

根據(jù)棉花苗期、蕾期和花鈴期對養(yǎng)分需求的特點,以“新壯態(tài)”葉面肥原液為基液進行配比,確定分別適用于苗期、蕾期和花鈴期的3個初始配方(分別為配方1、配方2和配方3),進行田間試驗,驗證其效果。試驗共設(shè)置7個處理,各處理如表1所示。

表1 “新壯態(tài)”葉面肥配方及處理設(shè)計

注：在苗期3葉期前后噴施2次，在蕾期噴施1次，在花鈴期噴施2次。

1.3 調(diào)查項目與方法

1.3.1 葉片光合特性的測定 測定日期:在6月10日葉面肥噴施處理前測定1次,在6月19日蕾期噴施處理后測定1次；這兩天的日平均溫度分別為33 ℃與36 ℃,天氣晴朗。測定方法:在6月10日及6月19日8:00～20:00進行測定,每小區(qū)隨機選取3株長勢一致的棉株,采用美國Li-COR公司的Li-6400光合儀測定棉株上部及中部葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)。

1.3.2 葉片取樣及保護酶活性的測定 葉片取樣:每個小區(qū)選取健康、長勢一致的棉株,用毛刷將葉片上的棉蚜及污物去除，然后剪取葉片,迅速放入冰袋箱,帶回實驗室于-80 ℃的超低溫冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

測定方法:過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法;超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍四唑(NBT)法;過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外吸收法。

1.4 試驗地情況

試驗在阿拉爾國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)試驗地進行。種植模式為機采棉模式,于5月11日選出苗整齊、長勢健壯均勻的地塊,按照試驗要求劃出試驗小區(qū),每小區(qū)長7.2 m,行株距配置為(15+60+15) cm×10.5 cm,每小區(qū)4膜,每個處理小區(qū)面積66.7 m2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013整理試驗數(shù)據(jù),利用DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施葉面肥對棉蚜侵害后棉花葉片保護酶活性的影響

2.1.1 對棉花葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響 從表2可以看出：在各處理間葉片中CAT活性差異明顯；以處理7的CAT活性最高,處理4次之,它們均與處理5、3在0.05水平下差異達到顯著水平,均與處理1、2、6在0.01水平下差異達到極顯著水平；在處理5、3之間CAT活性無顯著差異,它們均與處理1、6在0.05水平下差異達到顯著水平。

表2 不同處理下棉花葉片CAT活性的比較 OD240/(min·g)

注:表中數(shù)據(jù)為兩次重復(fù)測定所得的平均值±標準差。同列不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著(P<0.05),不同大寫字母表示在0.01水平下差異極顯著(P<0.01)。下同。

2.1.2 對棉花葉片過氧化物酶(POD)活性的影響 由表3可知：各處理間葉片中POD活性差異明顯；以處理7的POD活性最高,其與處理4、2的差異均達到顯著水平，與處理3、5、6、1的差異都達到極顯著水平；處理1的POD活性最低,其與處理2、4差異顯著,與處理3、5、6無顯著差異。

表3 不同處理下棉花葉片POD活性的比較 OD470/(min·g)

2.1.3 對棉花葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響 由表4可見：各處理間葉片中SOD活性差異明顯；以處理7的SOD活性最高,處理3次之,兩者之間差異不顯著，但這兩個處理的SOD活性與處理2、4差異顯著,與處理5、6、1差異極顯著；處理1的SOD活性最低，其與處理5、6差異不顯著,與處理2、4、3、6差異極顯著。

表4 不同處理下棉花葉片SOD活性的比較 OD560/(h·g)

2.2 噴施葉面肥對棉蚜侵害后棉花葉片光合性能指標的影響

2.2.1 對棉花葉片凈光合速率的影響 由表5可見，各處理葉面肥噴施前后棉花葉片的凈光合速率均以8:00時最低,爾后隨著時間的推移呈逐漸上升的趨勢,在12:00達到最高,之后又緩慢下降。從整體葉片凈光合速率的日變化來看, 噴施葉面肥能夠增加葉片的凈光合速率，尤其是在8:00、12:00、16:00、18:00、20:00,均能顯著增加葉片的凈光合速率。各處理的綜合效果表現(xiàn)為處理7>處理2 >處理3 >處理4>處理1>處理5。

表5 不同噴施葉面肥處理前后棉花葉片凈光合速率的日變化

2.2.2 對棉花葉片胞間二氧化碳濃度的影響 從圖1可以看出：在噴施葉面肥前，棉花葉片的胞間二氧化碳濃度在10:00時以處理3最高，處理5次之；在12:00時以處理3最高，處理7次之；在14:00時以處理1最高，處理2次之；在16:00時以處理6最高，處理3次之；在18:00時以處理2最高，處理4次之；在20:00時以處理3最高，處理7次之。綜合來看，噴施葉面肥前葉片的胞間二氧化碳濃度表現(xiàn)為處理3>處理4>處理7>處理2>處理1>處理6>處理5。在12:00時各處理的胞間二氧化碳濃度均高于其他時間的,而在8:00時各處理的胞間二氧化碳濃度均低于其他時間的。

由圖2可見：在噴施葉面肥后，棉花葉片的胞間二氧化碳濃度在8:00時以處理3最高，處理1次之；在10:00時以處理6最高，處理2次之；在12:00時以處理4最高，處理5次之；在14:00時以處理2最高，處理3次之；在16:00時以處理1最高，處理6次之；在18:00時以處理1最高，處理6次之；在20:00時以處理1最高，處理5次之。綜合來看，噴施葉面肥后葉片的胞間二氧化碳濃度表現(xiàn)為處理1>處理6>處理2>處理5>處理4>處理3>處理7。在12:00時各處理的胞間二氧化碳濃度均高于其他時間的,而在20:00時各處理的胞間二氧化碳濃度均低于其他時間的。

圖1 噴施葉面肥前各處理棉花葉片胞間二氧化碳濃度的日變化

圖2 噴施葉面肥后各處理棉花葉片胞間二氧化碳濃度的日變化

2.2.3 對棉花葉片氣孔導(dǎo)度的影響 由圖3可知：在噴施葉面肥前，棉花葉片的氣孔導(dǎo)度在8:00時以處理1最大,處理4最小,并且處理1與處理4間差異顯著,其他處理間差異均不顯著；在10:00、18:00、20:00時不同處理間差異均不顯著；在12:00時以處理7最大,處理4次之,處理5最低,且處理4、7均與處理5間差異顯著,其他處理間差異不顯著；在14:00時以處理2最大,且與處理7、5、6間差異顯著,與處理3間差異極顯著；在16:00時以處理1最高,且與處理3、6、5、4間差異顯著。綜合來看，噴施葉面肥前處理1的氣孔導(dǎo)度最大；在14:00時各處理的氣孔導(dǎo)度均高于其他時間的,而在8:00時氣孔導(dǎo)度最低。

從圖4可以看出：在噴施葉面肥后，棉花葉片的氣孔導(dǎo)度在8:00時以處理1最大,處理5最小，并且處理1與處理7、3、6、2間差異均不顯著,與處理4、處理5間差異均顯著；在10:00、14:00、16:00、18:00、20:00時各處理間無顯著差異。綜合來看，噴施葉面肥后處理1的氣孔導(dǎo)度最大；在12:00時的氣孔導(dǎo)度均高于其他時間的,在20:00時氣孔導(dǎo)度最低；噴施后葉片氣孔導(dǎo)度值相對集中。

3 結(jié)論

3.1 噴施葉面肥對棉蚜侵害后棉花葉片保護酶活性的影響

作物葉面肥具有養(yǎng)分吸收和肥效快、養(yǎng)分利用率高、養(yǎng)分針對性強、能減少環(huán)境污染、在逆境條件下可減災(zāi)抗災(zāi)等諸多優(yōu)點[22]。研究表明葉面肥發(fā)酵或代謝物中含有氨基酸、核酸、 腐殖酸等物質(zhì),這些物質(zhì)對作物往往具有顯著的生理調(diào)節(jié)作用,如刺激作物生長、促進作物代謝、提高作物抗逆性等[23]。

圖3 噴施葉面肥前各處理棉花葉片氣孔導(dǎo)度的日變化

圖4 噴施葉面肥后各處理棉花葉片氣孔導(dǎo)度的日變化

本研究結(jié)果表明，噴施葉面肥能明顯提高棉花葉片中保護酶(CAT、POD、SOD)的活性, 從而增強棉花抵抗逆境脅迫的能力；各處理的綜合效果表現(xiàn)為處理7(新壯態(tài)全程配方)>處理3(新壯態(tài)原液)>處理2(普通葉面肥)>處理4(苗期配方)>處理5(蕾期配方)>處理1(清水對照)。

3.2 噴施葉面肥對棉蚜侵害后棉花葉片光合性能指標的影響

本研究結(jié)果顯示：在噴施前后各處理的葉片凈光合速率均表現(xiàn)為處理7>處理2 >處理3 >處理4 >處理1 >處理5,說明棉蚜侵害后噴施葉面肥能夠提高棉花葉片的凈光合速率；葉片胞間二氧化碳濃度在噴施前表現(xiàn)為處理3>處理4>處理7>處理2>處理1>處理6>處理5，在噴施后表現(xiàn)為處理1>處理6>處理2>處理5>處理4>處理3>處理7；葉片的氣孔導(dǎo)度在噴施前后均以處理1最大,而在其他處理間差異均不顯著。

4 討論

“新壯態(tài)”葉面肥中含有的微量元素、丁酸、吲哚乙酸、腐殖酸等營養(yǎng)物質(zhì),對病菌有明顯的抑制作用；其中的氨基酸、氨和銨鹽及某些抗生素對作物害蟲有直接作用,一方面在施用部位附近形成厭氧微點保護圈,對作物害蟲進行生理奪氧，另一方面它源自天然有機肥,無化學(xué)毒素成分,不會毒死棉花蚜蟲的天敵。在噴施“新壯態(tài)”葉面肥后，棉田中棉蚜的天敵數(shù)量成倍增加,能夠促進受害棉花葉片新陳代謝的恢復(fù),從而反作用于棉花葉片中保護酶的活性。此外，內(nèi)源保護酶活性與內(nèi)源激素含量的變化可調(diào)控作物的凈光合速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度等。

有研究表明,棉蚜的數(shù)量與氣溫有較大的相關(guān)性,據(jù)馮志超等調(diào)查,新疆北部棉區(qū)7月中旬每天平均溫度在30～32 ℃,且溫差較大,更有利于棉蚜的繁殖[24]。也有室內(nèi)試驗研究顯示,棉蚜的繁殖數(shù)量隨著氣溫的上升而降低,氣溫達到36 ℃時死亡率為99%[4]。本研究認為棉蚜的數(shù)量與氣溫有一定的關(guān)系,因此應(yīng)該選擇在氣溫不適合棉蚜繁殖的時間段噴施“新壯態(tài)”葉面肥，這樣將更有利于棉花葉片吸收營養(yǎng)物質(zhì),增加棉田中蚜蟲天敵的數(shù)量,控制棉蚜的發(fā)生。

[1] 任明勇,梁革梅,張永軍,等.幾種藥劑對棉苗蚜、伏蚜的毒力測定和藥效試驗[J].棉花學(xué)報,2007,19(3):199-204.

[2] 陳麗慧,帕提瑪·烏木爾汗,催燕華,等.棉蚜取食對不同品種棉花防御酶活性的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,52(10):1866-1871.

[3] 周運剛,王俊剛,馬天文,等.縮節(jié)胺對棉蚜種群繁殖的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,20(5):199-202.

[4] 苗偉,呂昭智,于江南,等.溫度對棉蚜發(fā)育與繁殖力影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,45(6):1130-1135.

[5] 李東臣.棉蚜的發(fā)生及生物因素對種群數(shù)量的控制作用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(24):13236-13237.

[6] Ahmad M, Arif M I, Denholm I. High resistance of field populations of the cotton aphidAphisgossypiiGlove (Homoptera: Aphididae) to pyrethroid insecticides in Pakistan [J]. J Econ Entomol, 2003, 96(3): 875-878.

[7] Nauen R, Elbert A. European monitoring of resistance to insecticides inMyzuspersicaeandAphisgossypii(Hemipera: Aphidiae) with special reference to imidacloprid [J]. Bull Entomol Res, 2003, 93(1): 47-54.

[8] 陳媛媛,王永生,易軍,等.黃河下游灌區(qū)河南段農(nóng)業(yè)非點源污染現(xiàn)狀及原因分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(17):265-272.

[9] 彭麗年,何樹林,楊庭權(quán),等.四川地區(qū)棉鈴蟲和棉蚜抗藥性監(jiān)測及分析[J].棉花學(xué)報,2002,14(1):62-64.

[10] 鄒先偉,蔣志勝.棉蚜抗藥性及其抗性治理對策的研究[J].農(nóng)藥,2004,23(7):294-297.

[11] 王夢馨.葉蟬誘導(dǎo)的茶樹重要防御相關(guān)基因的功能解析和互利素鑒定應(yīng)用[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[12] Chen M S. Inducible direct plant defense against insect herbivores: a review [J]. Insect Science, 2008, 15(2): 101-114.

[13] 萬方浩,張桂芬,劉樹生,等.B型煙粉虱的入侵機理與控制基礎(chǔ)[J].中國科學(xué)C輯:生命科學(xué),2009,39(2):141-148.

[14] 季延平,仝德全,侯玉芹,等.棗樹銹癭螨對棗樹幾項生理指標的影響[J].山東林業(yè)科技,1997(1):18-20.

[15] 毛紅,陳瀚,劉小俠,等.綠盲蝽取食與機械傷對棉花葉片內(nèi)防御性酶活性的影響[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2011,48(5):1431-1436.

[16] 閆慧敏,鄧小霞,汪鳳娟,等.不同棉蚜為害程度對花蕾期棉花生理生化的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,50(11):2077-2084.

[17] 陳麗慧,帕提瑪·烏木爾汗,崔燕華,等.棉蚜取食對不同品種棉花防御酶活性的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,52(10):1866-1871.

[18] 盧蕓.“新壯態(tài)”植物生長促進液在加工番茄上的試驗報告[J].中國農(nóng)業(yè)信息,2016(11):93,100.

[19] 韓文炎,范利超,方虹儀.新壯態(tài)植物生長促進液對茶樹生長的作用[J].中國茶葉,2014,36(2):22-25.

[20] 夏銳,劉德和,殷麗瓊,等.新壯態(tài)植物生長促進液在茶園上的應(yīng)用效果研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013(13):10-11.

[21] 張允昔,徐文忠,夏紹南,等.贛北彭澤縣新壯態(tài)液肥在棉花上的示范效果[J].棉花科學(xué),2016,38(1):48-51.

[22] Vasilas B L, Legg J O, Wolf D C. Foliar fertilization of soybeans: absorption and translocation of 15N-labelled urea [J]. Agronom Journal, 1980, 72: 271-275.

[23] 李永旗,李鵬程,劉愛忠,等.棉花葉面施肥研究進展[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(3):15-19.

[24] 馮志超,王永安,程國榮.新疆北部棉區(qū)棉蚜大發(fā)生原因及綜合防治[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2005(4):265-268.