中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 660-675.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.04.004
苏明(), 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮(
), 康建宏(
)
收稿日期:
2024-06-09
接受日期:
2024-09-07
出版日期:
2025-02-16
发布日期:
2025-02-24
通信作者:
联系方式:
苏明,E-mail:sumcakwx1208@163.com。
基金资助:
SU Ming(), LI FanGuo, HONG ZiQiang, ZHOU Tian, LIU QiangJuan, BAN WenHui, WU HongLiang(
), KANG JianHong(
)
Received:
2024-06-09
Accepted:
2024-09-07
Published:
2025-02-16
Online:
2025-02-24
摘要:
【目的】探明高温胁迫下施氮对宁夏南部山区旱地马铃薯抗氧化特性的影响机制,阐明氮素对其的调控机理,为当地制定有利缓解高温胁迫的施氮措施提供参考。【方法】于2020—2021年在宁夏回族自治区海原县大嘴村开展2年田间原位试验,采用裂区试验设计,共设4个施氮水平为主区,分别为0(N0)、75 kg·hm-2(N1)、150 kg·hm-2(N2)和225 kg·hm-2(N3),同时以2个温度梯度为副区,分别为(35±2)℃(HT)和(30±2)℃(CK)。分析花后高温胁迫对马铃薯叶面积指数(LAI)、相对叶绿素含量(SPAD)、抗氧化特性、膜脂过氧化产物及非酶保护性物质的影响。【结果】2年结果表明,氮、温互作条件下马铃薯LAI、SPAD值、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)在花后30—35 d均呈现下降趋势;同时,马铃薯叶片细胞膜透性、丙二醛含量(MDA)和脯氨酸含量(Pro)呈现上升趋势。以花后35 d为例,高温胁迫后,马铃薯LAI较常温下降11.22%—21.20%,SPAD下降23.29%—26.05%,SOD下降12.27%—16.87%,POD下降13.69%—17.71%和CAT下降13.80%—18.39%;而细胞膜透性、MDA含量和Pro含量上升明显。同时高温胁迫后,N2处理下(150 kg·hm-2)较其他处理显著增加LAI和SPAD,且SOD、POD、CAT以及产量均达到最高,N2还可通过降低细胞膜透性和MDA含量以达到缓解高温危害并提高马铃薯产量的目的。进一步探寻马铃薯产量和施氮量之间的相互关系发现产量与施氮量之间呈现二次函数关系,进而得出相应的参数值推算出经济最佳施氮量为132—142 kg·hm-2(HT)和185—210 kg·hm-2(CK)。Pearson相关性分析表明,在高温胁迫下,产量只与叶片的LAI、POD、CAT达到显著正向相关,与MDA、Pro呈显著负相关,而与SOD、SPAD和细胞膜透性未达到显著水平。同时通过主成分分析发现,2年高温胁迫后,不同施氮水平综合得分均表现为N2>N3>N1>N0。【结论】西北天然干旱逆境条件下,施氮量在150 kg·hm-2可持续改善马铃薯叶片的生理特性,有效优化其产量并且与理论推算2年经济最佳施氮量(132—142 kg·hm-2)差距甚小。因此,本试验可将施氮量为150 kg·hm-2作为宁南山区马铃薯安全生产的推荐施氮量,以应对当地夏季短时高温危害。
苏明, 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮, 康建宏. 施氮缓解旱地马铃薯花后高温早衰的抗氧化特性研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 660-675.
SU Ming, LI FanGuo, HONG ZiQiang, ZHOU Tian, LIU QiangJuan, BAN WenHui, WU HongLiang, KANG JianHong. Antioxidant Characterization of Nitrogen Application for Mitigating Potato Senescence Post-Flowering Under High Temperature Stress[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(4): 660-675.
表1
2020和2021年试验点的土壤基础肥力情况"
年份 Year | pH | 有机质 Organic matter (g·kg-1) | 全氮 Total nitrogen (g·kg-1) | 全磷 Total phosphorus (g·kg-1) | 碱解氮 Alkaline nitrogen decomposition (mg·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) | 速效钾 Available potassium (mg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
2020 | 7.95 | 12.68 | 0.80 | 0.79 | 38.01 | 26.67 | 199.03 |
2021 | 8.01 | 13.17 | 0.76 | 0.73 | 34.57 | 30.06 | 201.54 |
表2
温度处理期间日均气温和光照强度变化"
年份 Year | 测定项目 Measured item | 处理 Treatment | 处理时间段内各指标的平均值 Average of indicators in the processing period | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 d | 2 d | 3 d | 4 d | 5 d | |||
2020 | 气温 Temperature (℃) | 高温HT | 35.20 | 35.23 | 35.54 | 36.89 | 35.03 |
常温CK | 30.56 | 30.71 | 31.78 | 31.92 | 30.32 | ||
光照强度 Light intensity (LX) | 高温HT | 69453.23 | 68899.12 | 69159.28 | 68974.59 | 69122.31 | |
常温CK | 72313.30 | 73214.52 | 71932.26 | 72341.29 | 71493.82 | ||
2021 | 气温 Temperature (℃) | 高温HT | 35.35 | 35.16 | 36.16 | 35.62 | 35.29 |
常温CK | 31.21 | 31.02 | 31.92 | 30.52 | 30.17 | ||
光照强度 Light intensity (LX) | 高温HT | 72402.41 | 70361.13 | 70236.29 | 69991.56 | 71361.52 | |
常温CK | 75361.22 | 75362.20 | 73368.19 | 76128.97 | 72337.84 |
表3
不同年际、氮肥和温度互作对马铃薯各项指标的方差分析"
变异来源 Source of variation | 年份 Year (Y) | 温度 Temperature (T) | 氮肥 Nitrogen fertilizer (N) | 年份×氮肥 Year×Nitrogen fertilizer (Y×N) | 年份×温度 Year×Temperature (Y×T) | 温度×氮肥 Temperature× Nitrogen fertilizer (T×N) | 年份×温度×氮肥 Year×Temperature× Nitrogen fertilizer (Y×T×N) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
LAI | ** | ** | ** | ** | ** | ** | ** |
SPAD | NS | ** | ** | ** | ** | ** | ** |
SOD | ** | ** | ** | ** | ** | ** | ** |
POD | ** | ** | ** | * | ** | ** | * |
CAT | ** | ** | ** | ** | ** | * | * |
CMP | ** | ** | ** | NS | ** | NS | NS |
MDA | ** | ** | ** | NS | ** | * | NS |
Pro | ** | ** | ** | ** | * | * | NS |
产量Yield | ** | ** | ** | ** | NS | * | * |
图1
氮温互作下马铃薯LAI的动态变化 HT:高温处理 High temperature treatment;CK:常温处理Ambient temperature treatment。N0、N1、N2、N3分别代表施氮量0、75、150、225 kg·hm−2 N0, N1, N2, N3 represent the nitrogen application 0, 75, 150, 225 kg·hm−2。柱上字母表示处理间差异显著性 The letters on the columns indicate significant differences between treatments。下同 The same as below"
表4
马铃薯产量与施氮量之间的关系"
年份 Year | 处理 Treatment | 二次函数拟合 Quadratic function fitting | R2 | 经济最佳施氮量 Economic optimal nitrogen application (kg·hm-2) | 经济最高产量 Economic maximum yield (kg·hm-2) |
---|---|---|---|---|---|
2020 | 常温 CK | Y= -0.161X2+70.04X+33753 | 0.8968 | 210.24 | 41361.87 |
高温 HT | Y= -0.125X2+35.29X+32856 | 0.9647 | 131.79 | 35335.79 | |
2021 | 常温 CK | Y= -0.132X2+51.30X+33520 | 0.9142 | 185.44 | 38493.86 |
高温 HT | Y= -0.309X2+89.81X+29106 | 0.9802 | 141.53 | 35627.31 |
表5
不同温度处理下马铃薯产量与生理特性指标的相关性分析"
年份 Year | 处理 Treatment | 产量 Yield | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
LAI | SPAD | SOD | POD | CAT | Pro | MDA | CMP | ||||||||
2020 | 常温 CK | 0.87** | 0.74** | 0.88** | 0.89** | 0.91** | -0.91** | -0.87** | -0.84** | ||||||
高温 HT | 0.61* | 0.24NS | 0.31NS | 0.83** | 0.66* | -0.72** | -0.81** | -0.49NS | |||||||
2021 | 常温 CK | 0.79** | 0.72** | 0.75** | 0.74** | 0.83** | -0.95** | -0.81** | -0.86** | ||||||
高温 HT | 0.74** | 0.46NS | 0.73** | 0.64* | 0.43NS | -0.36NS | -0.75** | -0.44NS |
[1] |
|
[2] |
杨亚东, 杜娅婷, 杜歆仪, 巨章宏, 罗其友, 张晴. 中国马铃薯农户种植意愿及其空间差异. 中国农业资源与区划, 2022, 43(2): 220-230.
|
|
|
[3] |
勉卫忠, 李愉. 马铃薯在宁夏的传播及其影响. 农业考古, 2022(4): 67-73.
|
|
|
[4] |
张晓宁, 杨飞, 包娟, 王彦琪, 周兴隆, 张战胜, 王晓媛, 赵雁, 王思成, 赵占强, 王晓蕾, 田巧环, 张小晓, 李珍. 关于宁夏地区马铃薯种植规模缩减的原因分析及产业发展建议. 上海农业科技, 2023(3):29-31.
|
|
|
[5] |
罗慧, 刘杰, 王丽, 唐智亿. 西北气候暖湿化的农业经济影响评估: 以宁夏为例. 气候变化研究进展, 2023, 19(3): 293-304.
|
|
|
[6] |
张志良, 和志豪, 茹晓雅, 蒋腾聪, 何英彬, 冯浩, 于强, 何建强. 未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响. 中国农业科学, 2023, 56(18): 3530-3542. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.004.
|
|
|
[7] |
肖国举, 仇正跻, 张峰举, 马飞, 姚玉璧, 张强, 王润元. 增温对西北半干旱区马铃薯产量和品质的影响. 生态学报, 2015, 35(3): 830-836.
|
|
|
[8] |
孙延亮, 赵俊威, 刘选帅, 李生仪, 马春晖, 王旭哲, 张前兵. 施氮对苜蓿初花期光合日变化、叶片形态及干物质产量的影响. 草业学报, 2022, 31(9): 63-75.
doi: 10.11686/cyxb2021343 |
|
|
[9] |
坚天才, 吴宏亮, 康建宏, 李鑫, 刘根红, 陈倬, 高娣. 氮素缓解春小麦花后高温早衰的荧光特性研究. 中国农业科学, 2021, 54(15): 3355-3368. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.15.018.
|
|
|
[10] |
米美多, 慕宇, 代晓华, 赵晶晶, 康建宏. 花后高温胁迫下不同施氮量对春小麦抗氧化特性的影响. 江苏农业科学, 2017, 45(1): 52-56.
|
|
|
[11] |
李永飞, 李战魁, 张战胜, 陈永伟, 康建宏, 吴宏亮. 氮肥后移对高温胁迫下春小麦旗叶生理特性和产量的影响. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1455-1468. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.08.004.
|
|
|
[12] |
李中海, 郭永峰, 任国栋, 张可伟, 缪颖, 郭红卫. 叶片衰老研究进展. 植物生理学报, 2023, 59 (9): 1627-1656.
|
|
|
[13] |
仇琳, 赵林姝, 谢永盾, 熊宏春, 古佳玉, 毕秀丽, 刘录祥, 郭会君. 植物早衰研究进展. 植物遗传资源学报, 2022, 23(2): 346-357.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20210930001 |
|
|
[14] |
苏明, 柳强娟, 张正珍, 周甜, 洪自强, 李翻过, 康建宏, 吴宏亮. 施氮量对宁夏南部山区旱地马铃薯叶片抗氧化特性及产量的影响. 中国生态农业学报(中英文), 2024, 32(8): 1341-1354.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
王瑞, 李向岭, 郭栋, 王新兵, 马玮, 李从锋, 赵明, 周宝元. 增施氮肥对夏玉米花后高温胁迫下籽粒碳氮代谢的影响. 作物学报, 2023, 49(12): 3342-3351.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.33003 |
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.33003 |
|
[17] |
王星强. 花后高温胁迫对旱区马铃薯早衰的响应机理研究[D]. 银川: 宁夏大学, 2022.
|
|
|
[18] |
孙群, 胡景江. 植物生理学研究技术. 杨凌: 西北农林科技大学出版社, 2006.
|
|
|
[19] |
吕文河, 马子竣, 李莹, 白雅梅, 李文霞, 徐学谱. 马铃薯4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系总产和商品薯产量比较. 东北农业大学学报, 2014, 45(10): 1-9.
|
|
|
[20] |
杨启睿, 李岚涛, 张潇, 张倩, 张银杰, 张铎, 王宜伦. 施钾对夏花生产量、品质及光温生理特性的影响. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1335-1349. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.010.
|
|
|
[21] |
周丹, 李海燕, 王秀军, 李庆卫. 外源褪黑素对盐胁迫下银杏幼苗渗透调节和抗氧化能力的影响. 应用生态学报, 2024, 35(2): 431-438.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202402.001 |
doi: 10.13287/j.1001-9332.202402.001 |
|
[22] |
李宇星, 马亮亮, 张月, 秦博雅, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠. 外源海藻糖对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶生理特性和产量的影响. 作物学报, 2023, 49(8): 2210-2224.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.21057 |
|
|
[23] |
汝晨, 胡笑涛, 吕梦薇, 陈滇豫, 王文娥, 宋天媛. 花后高温干旱胁迫下氮素对冬小麦氮积累与代谢酶、蛋白质含量及水氮利用效率的影响. 中国农业科学, 2022, 55(17): 3303-3320. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.17.004.
|
|
|
[24] |
|
[25] |
董勇杰, 张刁亮, 李越, 彭建辰, 胡发龙, 殷文, 柴强, 樊志龙. 不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1900-1914. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.005.
|
|
|
[26] |
王昀杰, 樊志龙, 张刁亮, 毛守发, 胡发龙, 殷文, 柴强. 不同灌水量下玉米的产量可持续性对间作绿肥的响应. 作物学报, 2024, 50 (10): 2562-2574.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2024.33068 |
|
|
[27] |
张秦泽, 郝广, 李洪远. 外源输入氮的有效性及形态对植物生长与生理影响的研究进展. 生态学杂志, 2024, 43(3): 878-887.
|
|
|
[28] |
马昕, 蔡丰乐, 穆心愿, 李鸿萍, 邵瑞鑫, 李树岩, 徐佳敏, 王帅丽, 卢良涛, 赵霞, 赵亚丽, 刘天学. 施氮量对穗期高温胁迫下玉米叶片光合生理及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(10): 1852-1866.
|
|
|
[29] |
李敏, 赖晨骏, 李金鹏, 李金才, 朱玉磊, 宋有洪. 灌浆期高温对冬小麦叶源与粒库生理特征的影响. 麦类作物学报, 2022, 42(12): 1567-1574.
|
|
|
[30] |
|
[31] |
班文慧. 温度与氮肥互作对旱地马铃薯块茎淀粉及产量形成和氮素利用效率的影响研究[D]. 银川: 宁夏大学, 2022.
|
|
|
[32] |
班文慧, 王星强, 柳强娟, 孙建波, 吕开源, 康建宏. 施氮对块茎形成期高温胁迫后马铃薯块茎产量、淀粉含量和相关酶代谢活性的影响. 核农学报, 2022, 36(2): 422-434.
doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2022.02.0422 |
|
|
[33] |
余梦奇, 路梦莉, 张雅婷, 程嘉慧, 李文阳. 褪黑素对高温胁迫玉米叶片光合特性与抗氧化酶活性的调控. 玉米科学, 2024, 32(1): 90-99.
|
|
|
[34] |
霍治国, 张海燕, 李春晖, 孔瑞, 江梦圆. 中国玉米高温热害研究进展. 应用气象学报, 2023, 34(1): 1-14.
|
|
|
[35] |
坚天才, 康建宏, 吴宏亮, 刘根红, 高娣, 马雪莹, 李鑫. 氮素缓解春小麦花后高温早衰的抗氧化特性研究. 中国农业科技导报, 2021, 23(7): 33-44.
|
doi: 10.13304/j.nykjdb.2020.0374 |
[1] | 陈鸽, 谷雨, 文炯, 傅岳峰, 何兮, 李薇, 周峻宇, 刘琼峰, 吴海勇. 冬闲杂草还田对水稻光合物质生产和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 647-659. |
[2] | 史帆, 李文广, 易树生, 杨娜, 陈玉萌, 郑伟, 张雪辰, 李紫燕, 翟丙年. 有机无机肥配施下旱地麦田土壤有机碳组分含量的变化特征[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 719-732. |
[3] | 罗一诺, 李艳霏, 李文虎, 张思琦, 牟文燕, 黄宁, 孙蕊卿, 丁玉兰, 佘文婷, 宋文斌, 李小涵, 石美, 王朝辉. 我国新育成小麦品种(系)籽粒不同部位铁含量及影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 416-430. |
[4] | 仇海龙, 李盼, 张殿凯, 樊志龙, 胡发龙, 陈桂平, 范虹, 何蔚, 殷文, 赵连豪. 西北绿洲灌区麦后复种绿肥对减量施氮春小麦生长及产量的补偿效应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 443-459. |
[5] | 王佳芯, 胡静一, 张巍, 魏骞, 王涛, 王小林, 张雄, 张盼盼. 覆膜方式对间作玉米光合物质生产及水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 460-477. |
[6] | 张方方, 宋启龙, 高娜, 白炬, 李阳, 岳善超, 李世清. 长期覆盖对黄土高原春玉米产量、土壤碳氮组分和碳氮库相关指数的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 507-519. |
[7] | 王荣荣, 徐宁璐, 黄修利, 赵凯男, 黄明, 王贺正, 付国占, 吴金芝, 李友军. 一次灌溉和氮肥运筹对旱地小麦籽粒产量和品质的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 43-57. |
[8] | 吕树伟, 唐璇, 李晨. 水稻落粒性研究进展[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 1-9. |
[9] | 范虹, 殷文, 胡发龙, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 何蔚, 孙亚丽, 王凤, 柴强. 绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1709-1721. |
[10] | 韩潇杰, 任志杰, 李双静, 田培培, 卢素豪, 马耕, 王丽芳, 马冬云, 赵亚南, 王晨阳. 不同施氮量对土壤团聚体碳氮含量及小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1766-1778. |
[11] | 何永强, 张金盔, 徐劲松, 丁晓雨, 程勇, 许本波, 张学昆. 14-羟基芸苔素甾醇生长调节剂对油菜生长和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1444-1454. |
[12] | 李永飞, 李战魁, 张战胜, 陈永伟, 康建宏, 吴宏亮. 氮肥后移对高温胁迫下春小麦旗叶生理特性和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1455-1468. |
[13] | 黄立强, 江如, 朱波汁, 彭焕, 许翀, 宋家雄, 陈敏, 李永青, 黄文坤, 彭德良. 马铃薯主栽品种抗马铃薯金线虫鉴定及抗性分子标记检测[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1506-1516. |
[14] | 刘泽厚, 王琴, 叶美金, 万洪深, 杨宁, 杨漫宇, 杨武云, 李俊. 人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1255-1266. |
[15] | 任强, 徐珂, 樊志龙, 殷文, 范虹, 何蔚, 胡发龙, 柴强. 小麦玉米间作氮肥后移利于减少土壤蒸发提高水分利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1295-1307. |
|