李靜茹, 李傳艷, 王 濤, 張 莉, 杜曉英, 覃兆海*,
(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院,北京 100193;2.長(zhǎng)江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,湖北 荊州 434025)
水稻是世界上重要的糧食作物之一,在可持續(xù)發(fā)展的背景下,稻米品質(zhì)和產(chǎn)量是水稻生產(chǎn)過程中重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)[1]。在生產(chǎn)實(shí)踐中,水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量受到諸多因素的影響,人們也提出和采用了各種解決方法[2-4],其中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑作為一類有效的提高水稻產(chǎn)量的方法已被廣泛用于水稻生產(chǎn)中,如S-誘抗素(脫落酸,abscisic acid,ABA)[5]、赤霉素(gibberellic acid,GA)[6]等。
S-誘抗素是天然植物激素,不僅可以提高植物的抗旱[7]、抗寒[8]、耐鹽力[9],還能引起葉片氣孔的迅速關(guān)閉[10],可用于花的保鮮、調(diào)節(jié)花期[11]、促進(jìn)生根[12]等;此外,還能調(diào)節(jié)水稻、蔬菜等農(nóng)作物的生長(zhǎng)以及提高其產(chǎn)量[13]。已有研究表明,S-誘抗素可以調(diào)控水稻籽粒灌漿、促進(jìn)水稻分蘗、增加有效穗數(shù)及結(jié)實(shí)率、增加粒重以及提高產(chǎn)量等[14-17]。吲哚丁酸是一種重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,主要用于促進(jìn)多種植物插枝生根及某些移栽作物的早生根、多生根,也可用來促進(jìn)番茄、辣椒、黃瓜等作物坐果或單性結(jié)實(shí)[18]。S-誘抗素AS 和S-誘抗素 ? 吲哚丁酸復(fù)配制劑已在我國分別登記用于水稻種子和苗期處理。
萘酮戊酸(natenpac,圖式1)是中國農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)制的一種新型脫落酸功能類似物[19-20],相關(guān)產(chǎn)品正在辦理農(nóng)藥登記進(jìn)程中。前期對(duì)萘酮戊酸的一系列應(yīng)用研究結(jié)果表明,該化合物在調(diào)節(jié)種子萌發(fā)、提高作物的抗鹽脅迫能力、抗旱能力[21]以及促使葡萄提前著色、提高品質(zhì)和產(chǎn)量[22]等方面均表現(xiàn)出較好的效果。本文將進(jìn)一步研究萘酮戊酸在提高水稻產(chǎn)量方面的作用,旨在為其在水稻上的應(yīng)用提供依據(jù)。
圖式1 萘酮戊酸的結(jié)構(gòu)式Scheme 1 Structural formula of natenpac
1 m2的測(cè)產(chǎn)框(長(zhǎng)江大學(xué)自制);PL2002 電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)。
水稻品種為隆兩優(yōu)絲占。
萘酮戊酸水劑(natenpac AS,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥制劑課題組提供):有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03%,其他 99.97% 的助劑為 SV92 (陶氏化學(xué))、農(nóng)乳1601(石家莊市金鵬化工助劑有限公司) 和水;0.03%S-誘抗素水劑 (ABA AS,江西新瑞豐生化股份有限公司);2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸可濕性粉劑(WP) (中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥制劑課題組提供):有效成分質(zhì)量比為0.2 : 1.8,其他98%的助劑分別為D-425 和EFW(寧波諾力昂化學(xué)品有限公司)、白炭黑(河北佳士力化工有限公司)和煅燒高嶺土(河北佳士力化工有限公司);2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP (有效成分質(zhì)量比為0.2 : 1.8) (江西新瑞豐生化股份有限公司)。
供試藥劑為0.03%萘酮戊酸AS 或S-誘抗素AS 稀釋1000 倍液[14]。設(shè)3 次重復(fù),同時(shí)以清水作空白對(duì)照。水稻種子用藥劑浸種24 h 后分成3 份,分別進(jìn)行如下處理。
1) 直播田:催芽,第3 天記錄發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率,然后進(jìn)行大田直接播種,生長(zhǎng)期間記錄發(fā)育進(jìn)程,成熟期收割后考種測(cè)產(chǎn);2) 移栽未噴藥田:將催芽后的種子播種于苗床,插秧期間控制間隔距離,手工移栽至大田,生長(zhǎng)期間記錄發(fā)育進(jìn)程,成熟期收割后考種測(cè)產(chǎn);3) 移栽噴藥田:將催芽后的種子播種于苗床,于移栽前7 d,選用2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 或2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 稀釋1000 倍液或2000倍液對(duì)幼苗進(jìn)行噴霧處理,然后移栽至大田,同時(shí)以清水處理為空白對(duì)照。生長(zhǎng)期間記錄發(fā)育進(jìn)程,成熟期收割后考種測(cè)產(chǎn)。
試驗(yàn)設(shè)在湖北省荊州市荊州區(qū)天河國富家庭農(nóng)場(chǎng),試驗(yàn)地土壤為壤土,有機(jī)質(zhì)含量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 在1.5%左右,pH 值6.7;栽培方式為育苗移栽、直播。2022 年5 月30 日噴藥,6 月7 日移栽。
1.4.1 試驗(yàn)代號(hào) A:0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍液浸種;B:0.03%S-誘抗素AS 稀釋1000 倍液浸種;C:清水浸種。X1:噴施2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 1000 倍液;X2:噴施2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 2000 倍液。Y1:噴施2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 1000 倍液;Y2:噴施2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 2000 倍液。D:不噴藥。
1.4.2 試驗(yàn)處理 移栽噴藥田分為“浸種 + 噴藥 +移栽”模式和“噴藥 + 移栽”模式,共12 個(gè)處理,其中“浸種 + 噴藥 + 移栽”模式8 個(gè),“噴藥 +移栽”模式4 個(gè),均設(shè)3 次重復(fù);于移栽前7 d 在苗床上對(duì)水稻秧苗葉面噴霧1 次[16]?!敖N + 移栽”模式共3 個(gè)處理,3 次重復(fù),與移栽噴藥田一起移栽。“浸種 + 直播”模式共3 個(gè)處理,3 次重復(fù)。
苗床小區(qū)面積3 m2,每小區(qū)面積20 m2,小區(qū)隨機(jī)排列,每小區(qū)實(shí)行單排單灌,做到不串灌不滲水,每移栽一個(gè)小區(qū)插上相對(duì)應(yīng)的牌號(hào)。所有試驗(yàn)田的水稻除不施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑外,肥水管理和病蟲草害防治等均按當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)要求進(jìn)行[17]。
具體處理模式見表1。
表1 試驗(yàn)處理模式Table 1 Various treatment modes in the experiment
1.4.3 發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的測(cè)定 采用室內(nèi)恒溫箱培養(yǎng)浸種24 h 處理,培養(yǎng)皿濾紙催芽,每處理100 粒種子,重復(fù)3 次。發(fā)芽勢(shì)在催芽3 d 后計(jì)數(shù),發(fā)芽率在7 d 后計(jì)數(shù)[14]。用于育苗和直播的種子用同樣方法作浸種處理。
1.5.1 秧苗調(diào)查 于插秧前1 d,對(duì)移栽噴藥田的每個(gè)處理隨機(jī)選取30 株水稻秧苗進(jìn)行秧苗素質(zhì)調(diào)查[23]。1) 苗高:將秧苗捋直,測(cè)量從發(fā)根處至最長(zhǎng)葉葉尖的距離,單位cm。2) 根長(zhǎng):測(cè)量從根基至最長(zhǎng)根尖的距離,單位cm。3) 根數(shù):記錄一次根(胚根 + 不定根)的數(shù)量,根長(zhǎng)不足0.5 cm 的根不計(jì)入。
1.5.2 移栽田分蘗數(shù)據(jù)的調(diào)查 移栽后每小區(qū)定點(diǎn)20 穴數(shù)基本苗,于移栽15 d 和 30 d 各調(diào)查1 次分蘗數(shù)[16]。
1.5.3 有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的測(cè)定 1) 所有小區(qū)對(duì)有效穗數(shù)均采用以下方法:每小區(qū)選取3 個(gè)測(cè)產(chǎn)位置,用一個(gè)1 m2的測(cè)產(chǎn)框?qū)⑻幚硇^(qū)的水稻框起來,記錄有效穗數(shù)(水稻每穗結(jié)實(shí)粒在10 粒以上稱為有效穗),每小區(qū)重復(fù)3 次,每處理重復(fù)3 次,結(jié)果取平均值。2) 于水稻成熟收割前,每小區(qū)5 點(diǎn)取樣,每點(diǎn)割取2 穴水稻(共10 穴)的稻穗[17],調(diào)查總粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)。
1.5.4 千粒重的測(cè)定 每處理隨機(jī)取1000 粒種子,稱量總質(zhì)量。每處理重復(fù)3 次,結(jié)果取平均值。
1.5.5 結(jié)實(shí)率的測(cè)定 按公式 (1) 計(jì)算結(jié)實(shí)率 (R,%),每處理重復(fù)3 次,結(jié)果取平均值[23]。
式中:m'表示每穗實(shí)粒數(shù);m表示每穗總粒數(shù)。
1.5.6 產(chǎn)量的測(cè)定 按公式 (2) 計(jì)算[23]。
式中:W表示理論產(chǎn)量,t/hm2;N表示每667 m2穗數(shù);m表示每穗總粒數(shù);w表示千粒重,g;R表示結(jié)實(shí)率,%。
1.6.1 采用 Excel 2016 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 使用SPSS 21.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行沃勒-鄧肯(w)氏顯著性分析。
如表2 所示,催芽3 d 后發(fā)現(xiàn),0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍浸種處理組的發(fā)芽勢(shì)比S-誘抗素稀釋1000 倍液浸種處理組降低1.3%,比清水空白對(duì)照處理組降低0.6%,這與先前發(fā)現(xiàn)的萘酮戊酸具有較強(qiáng)的抑制種子萌發(fā)活性相一致[21]。而7 d 后的發(fā)芽率結(jié)果顯示,萘酮戊酸AS 處理組的發(fā)芽率比S-誘抗素、空白對(duì)照處理組的均略有提升,分別提高了1%和3%,說明萘酮戊酸AS 雖然延緩了種子發(fā)芽,但有提高水稻種子發(fā)芽率的作用。
如圖1 所示,藥后7 d 觀察,2%萘酮戊酸 ?吲哚丁酸WP 各處理與S-誘抗素對(duì)照組相差不明顯,但比空白對(duì)照秧苗葉色稍深、根部更壯。移栽調(diào)查前發(fā)現(xiàn):用0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000倍液浸種并噴2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP1000 倍液處理的秧苗株高最高,0.03%S-誘抗素AS 稀釋1000 倍液浸種并噴2% 萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP1000 倍液處理的秧苗次高,其他處理組與對(duì)照藥劑相差不太明顯,但均略高于空白對(duì)照組;各處理間的秧苗根數(shù)略有差異但均相差不大(表3)。相比于空白對(duì)照,各藥劑處理的秧苗根部更壯一點(diǎn)。如圖2 所示,用萘酮戊酸浸種的秧苗比S-誘抗素浸種和空白對(duì)照處理的秧苗的株高略高,根部更壯一些。
圖1 各處理間秧苗素質(zhì)對(duì)比Fig.1 Comparison of seedling quality among treatments
圖2 浸種藥劑不同秧苗對(duì)比Fig.2 Comparison of different seedlings with seed soaking agents
表3 移栽前幼苗進(jìn)行噴霧處理后秧苗生長(zhǎng)情況分析Table 3 Analysis of seedling growth after spray treatment of seedlings before transplanting
由表4 可知,各處理水稻插秧后,發(fā)育進(jìn)程表現(xiàn)一致,與空白對(duì)照相比,浸種所用藥劑與噴施所用藥劑處理的水稻與清水對(duì)照相比返青期、分蘗期、拔節(jié)期均提前2 d,而發(fā)育后期的抽穗期、成熟期均提前3 d。表明水稻用藥劑浸種與噴藥處理后,可以提早進(jìn)行分蘗、提前成熟,為豐產(chǎn)打下基礎(chǔ)。
表4 水稻各發(fā)育時(shí)期(月-日)調(diào)查Table 4 Investigation on rice development stages (Month-Day)
水稻分蘗期是確定有效分蘗的關(guān)鍵時(shí)期,是獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ),此處每根分蘗數(shù)指的是單株秧苗的分蘗數(shù)。由表5 可以看出,所有藥劑處理的分蘗數(shù)均高于空白對(duì)照;“浸種 + 噴藥 + 移栽”與“噴藥 + 移栽”兩種處理模式相比,前者的分蘗效果明顯較好,移栽30 d 后0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍液浸種并噴2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP1000 倍液處理的效果最佳,相比于空白對(duì)照,其分蘗數(shù)提高了66.7%,達(dá)到了顯著差異水平,而其他處理的分蘗數(shù)與空白對(duì)照相比,均表現(xiàn)出不同程度的差異水平。這一結(jié)果說明對(duì)于提高水稻分蘗數(shù),“浸種 + 噴藥 + 移栽”處理模式是最佳選擇,其次是“噴藥 + 移栽”處理模式,二者均可不同幅度地提高分蘗數(shù),為豐產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
表5 萘酮戊酸對(duì)水稻分蘗的影響Table 5 Effect of natenpac on rice tillering
由表6 可以看出,所有處理的穗數(shù)均高于空白對(duì)照,說明用藥劑處理可以有效提高水稻的穗數(shù),而提高穗數(shù)最佳的處理模式是“噴藥 + 移栽”,只噴2% 萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 1000 倍液處理,穗數(shù)比空白對(duì)照提高了24.9%,達(dá)到顯著差異水平。在此處理模式下,只在移栽前7 d 噴施2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 或2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 稀釋液,稀釋1000 倍處理的穗數(shù)均多于2000 倍處理。此外,在“浸種 + 直播”和“浸種 +移栽”兩種處理模式中,0.03%萘酮戊酸AS 處理的穗數(shù)均高于0.03%S-誘抗素AS,證明萘酮戊酸在提高有效穗數(shù)方面比S-誘抗素的效果更好。
表6 各處理模式下水稻田間調(diào)查及室內(nèi)考種結(jié)果Table 6 Results of field investigation and indoor rice seed test under different treatment modes
根據(jù)表6 數(shù)據(jù)可知,所有藥劑處理的每穗實(shí)粒數(shù)和粒數(shù)均高于空白對(duì)照,說明藥劑處理會(huì)不同幅度地提高水稻的每穗實(shí)粒數(shù)和粒數(shù)。實(shí)粒數(shù)/穗數(shù)值最高的是“浸種 + 噴藥 + 移栽”處理模式下0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍液浸種并噴施2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 2000 倍液處理,其效果相比于空白對(duì)照提高了15.7%,在所有處理中達(dá)到顯著差異水平?!皣娝?+ 移栽”處理模式下的每穗實(shí)粒數(shù)與“浸種 + 移栽”處理模式的效果相當(dāng)。在“浸種 + 直播”和“浸種 + 移栽”兩種模式中,萘酮戊酸處理后的實(shí)粒數(shù)比S-誘抗素處理的略好。
對(duì)于每穗粒數(shù)而言,數(shù)值最高的是“浸種 + 噴藥 + 移栽”處理模式下0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000倍液浸種并噴施2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 2000倍液處理,其效果相比于空白對(duì)照提高了23.3%,在所有處理中達(dá)到顯著差異水平,而其他處理與空白對(duì)照相比也均表現(xiàn)出不同程度的差異性,說明這幾種模式的處理方式都會(huì)不同程度的提高每穗粒數(shù)。從數(shù)據(jù)整體來看,提高每穗粒數(shù)最佳的處理模式是“浸種 + 噴藥 + 移栽”;在“浸種 + 直播”和“浸種 + 移栽”兩種模式中,萘酮戊酸處理的每穗粒數(shù)比S-誘抗素處理的略好。
水稻結(jié)實(shí)率對(duì)產(chǎn)量的影響僅次于穗數(shù)。從表6 中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),結(jié)實(shí)率最高 (達(dá)80%以上) 的處理模式是“浸種 + 移栽”,與其他處理相比存在顯著性差異,說明用藥劑浸種的水稻后期的結(jié)實(shí)率更高。在“浸種 + 噴藥 + 移栽”模式下,大部分處理的結(jié)實(shí)率比空白對(duì)照處理的低,這一結(jié)果可能是由于激素濃度過高導(dǎo)致的,需要進(jìn)一步研究。另外,“噴藥 + 移栽”處理也比“浸種 +移栽”處理的結(jié)實(shí)率低,說明只用藥劑對(duì)水稻進(jìn)行浸種處理的結(jié)實(shí)效果更好。
千粒重是測(cè)定種子大小與飽滿程度的一項(xiàng)指標(biāo),是檢驗(yàn)種子質(zhì)量和作物考種的內(nèi)容,同時(shí)也是田間預(yù)測(cè)產(chǎn)量時(shí)的重要依據(jù)。根據(jù)表6 結(jié)果可知,所有處理的千粒重均高于空白對(duì)照處理,說明用藥劑處理可以提高水稻的千粒重,最佳的處理模式是“浸種 + 移栽”,該模式下用0.03%萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍液浸種處理,在所有處理中達(dá)到了顯著性差異水平,而其他處理與空白對(duì)照相比,也均有不同幅度的提升效果?!敖N + 移栽”處理比“噴藥 + 移栽”的千粒重高,說明只用藥劑浸種的效果比只用藥劑噴霧的好?!敖N + 噴藥 + 移栽”和“噴藥 + 移栽”兩種處理模式下的千粒重并無明顯差異,但在生產(chǎn)過程中建議選擇后者,其不僅可以提高千粒重,還可以降低成本,提高經(jīng)濟(jì)收益。
水稻產(chǎn)量是由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率4 個(gè)基本因素構(gòu)成的。由表6 中數(shù)據(jù)可知,所有處理的產(chǎn)量均高于相應(yīng)的空白對(duì)照,即藥劑處理對(duì)水稻的增產(chǎn)作用明顯。值得注意的是,無論是用0.03%萘酮戊酸AS 還是0.03%S-誘抗素AS 稀釋1000 倍液浸種,移栽前7 d 再噴施2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 或2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP,都是稀釋2000 倍的增產(chǎn)效果更好;而不經(jīng)浸種,移栽前7 d 噴施2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 或2%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP,都是稀釋1000 倍的增產(chǎn)效果更好。該結(jié)果證明了在浸種后,0.03% 萘酮戊酸AS 或者0.03%S-誘抗素AS 可以在植物體內(nèi)持續(xù)發(fā)揮作用,后續(xù)再次噴藥則可能會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的激素含量過高,從而影響最終的產(chǎn)量和質(zhì)量。
S-誘抗素在水稻上的應(yīng)用,國內(nèi)已有一些研究報(bào)道證明S-誘抗素對(duì)水稻的增產(chǎn)作用。冒宇翔等、何忠全等[16-17]用1%S-誘抗素 ? 吲哚丁酸WP 于秧苗移栽前進(jìn)行噴霧處理后發(fā)現(xiàn),適宜濃度處理能顯著增加水稻分蘗數(shù)、有效穗、千粒重等,增產(chǎn)效果明顯。鄒武龍等[14]采用0.03%S-誘抗素AS 對(duì)水稻種子進(jìn)行不同濃度梯度浸種處理后,發(fā)現(xiàn)0.3 mg/L 的質(zhì)量濃度是最適宜水稻浸種處理的,在該濃度處理下水稻成熟后其有效穗、實(shí)粒數(shù)、產(chǎn)量等指標(biāo)高于清水對(duì)照,增產(chǎn)幅度可達(dá) 6%~10%,且能提前成熟。由此可知,無論是用S-誘抗素水劑進(jìn)行浸種處理還是在秧苗移栽前進(jìn)行葉面噴霧處理,都能有效調(diào)節(jié)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育、促進(jìn)增產(chǎn)。
本研究發(fā)現(xiàn),萘酮戊酸和S-誘抗素均對(duì)提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有較好的效果,其中萘酮戊酸的效果略好,是一種更優(yōu)的水稻保質(zhì)增產(chǎn)促進(jìn)劑。不同的處理方式對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較大,單一的浸種或移栽前噴藥都有較好的促增產(chǎn)作用。兩者相比,不浸種而在移栽前噴施萘酮戊酸(S-誘抗素) ? 吲哚丁酸復(fù)配劑效果更佳,其中2%萘酮戊酸 ? 吲哚丁酸WP 處理的產(chǎn)量可以提高21.7%,因此單從提高水稻產(chǎn)量的目的而言,建議采用移栽前噴施2%復(fù)配劑的模式。然而,這種處理所得到的水稻的結(jié)實(shí)率和千粒重卻不如單純用萘酮戊酸或S-誘抗素浸種,產(chǎn)品的品質(zhì)不是最佳。因此,從既要提高水稻產(chǎn)量,又要保證質(zhì)量的角度來說,建議用0.03% 萘酮戊酸AS 稀釋1000 倍液浸種然后育苗移栽為宜,這樣既保證了水稻質(zhì)量,其產(chǎn)量也可提高9.7%。