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2024 , Vol. 14 >Issue 4: 21 - 25

DOI: https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0108

Study of Different Micronutrients on Yield and Physiological Indicators of Brassica napus

  • ZHAO Peidong , 1 ,
  • ZHANG Wei 2 ,
  • LIU Yingxia , 2 ,
  • ZHANG Zhenqian , 1
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  • 1 Agricultural College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China
  • 2 Changsha Jintian Seed Industry Co., Ltd, Changsha 410128, Hunan, China

Received date: 2023-04-24

  Revised date: 2023-06-30

  Online published: 2024-04-17

Fold

Abstract

Rapeseed is the largest self-produced plant oil source in China, which is crucial for ensuring the safety of edible oil in China. However, the self-sufficiency rate of total rapeseed production is severely insufficient, so high yield and high efficiency cultivation measures are urgently needed to increase yield. Current research was mostly focused on traditional fertilizers such as nitrogen, phosphorus and potassium, with less research on micro fertilizers. This study used Brassica napus ‘Fanming 1’ as the experimental material to measure the physiological and biochemical indicators of the entire growth period and the yield traits under different micro-fertilizer conditions, and conducted correlation analysis between them. The results showed that the activities of peroxidase and catalase in leaves at 5-6 leaf stage and superoxide dismutase in flowers at flowering stage were more than 0.8, indicating that there had a high correlation, which could be used to predict the rapeseed yield. The fertilization conditions may increase the rapeseed yield when the POD and CAT activities in the leaves during the 5-6 leaf stage and the SOD activity in the flowers during the flowering stage were greater than 0.8, and the chlorophyll content in the flowers was greater than 0.9. The results of this study provided a reference for screening suitable micronutrient fertilizers and high-yield cultivation for rapeseed growth.

Key words： rapeseed; micronutrient fertilizer; peroxidase; superoxide dismutase; catalase

Cite this article

ZHAO Peidong , ZHANG Wei , LIU Yingxia , ZHANG Zhenqian . Study of Different Micronutrients on Yield and Physiological Indicators of Brassica napus[J]. Journal of Agriculture, 2024 , 14(4) : 21 -25 . DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0108

0 引言

油菜(Brassica napus L.)是中国第一大自产植物油源，据国家统计年鉴资料2018—2019年菜油占自产食用油1/3以上，占总消费量15%，对确保中国食用油安全具有十分重要的作用，急需大幅提升菜籽产量[1]。但油菜效益不高，种植面积难以有较大提升，因而提高油菜亩产油量是最有效的途径[2]。2021年国家统计年鉴数据显示，中国油菜单产为2104.46 kg/hm2，与欧洲、北美相比差距较大，因而急需加以改进[1]。当前油菜种植中存在多施氮磷钾复合肥、放弃施用微肥或微肥施用不足的问题，导致微肥达到临界值，土壤中缺少镁、钼、锌、锰、钙的油菜油酸含量分别下降6.4%~12.0%[3⇓-5]，严重影响经济产量。为了弥补氮磷钾复合肥肥力不足的状况，很多研究团队开展了系列研究，均认为在油菜生长期间适当施加叶面微肥对提高油菜最终产量性状有重要作用[6-7]，但筛选合适的微肥配方需要经过繁琐的大田试验和后续测定，费时费力。因此，构建一种能快速筛选微肥配方的方法十分重要。
近年来，筛选适宜的微肥成为了油菜栽培技术研究的一个热点[8⇓⇓-11]，营养生长时期适当施加叶面微肥对油菜生理生化活性有重要影响，缺乏镁、钼等会导致油菜的幼叶细胞的亚细胞结构损坏，光合作用减弱[9]；增加钙使用量可以有效提高蛋白质含量和抗寒性[10]。本实验室前期研究表明，油菜的含油量和其生理生化指标关系密切，可通过测定各种生理生化指标以预测产量[11-12]。
本研究以油菜材料‘帆鸣1号’为试验材料，测定其不同微肥条件栽培下不同生育期的生理生化指标和最终产量，分析其相关性，找出其内在规律，以期为筛选适宜的油菜微肥和高产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘蓝型油菜新品种‘帆鸣1号’，由湖南农业大学油料所提供。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，在湖南农业大学耘园基地进行，于2020年12月20日在油菜幼苗期时对油菜喷施叶面肥，喷施量为0.3 L/m2，氯化镁、氯化锰、氯化锌、锰酸钠、氯化钙溶于蒸馏水中，设为A、B、C、D、E，3个梯度分别为1、2、3，A3、B3、C3、D1、E1条件幼苗期喷施可增加产量，在本研究中针对这些处理对甘蓝型油菜生理指标的影响开展研究[12]。

1.3 数据采集与处理

1.3.1 数据采集

取幼苗期（2020年10月15日）、5~6叶期（2020年11月15日）、蕾薹期（2021年12月15日）、花期（2021年3月15日）、角果期（2021年4月15日）5个生育期样，叶片均取倒数第3片伸展叶，花期取盛花期的花，角果期取授粉后20 d种子的角果皮，取样后放入-80℃暂存。测定的指标为丙二醛(malondialdehyde，MDA)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、过氧化氢酶(catalase from micrococcus lysodeikticus，CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和可溶性蛋白、可溶性糖含量。具体参考萧浪涛等[13]的方法，SOD活性测定按照WST-1试剂盒（南京建成生物工程研究所）操作表进行。

1.3.2 分析方法

数据及相关性分析采用Excel 2017。

2 结果与分析

2.1 酶分析

2.1.1 POD

可提高产量的POD活性结果如表1。POD活性在全生育期中先升高后降低，在花中达到最高，与王寅等[14]研究结果一致。POD的主要作用是去除多余的氧负离子以便在作物逆境时提高抗逆性[15]。在本研究中，单产提高的微肥条件下，花中的POD活性均高于对照且差异显著。
表1 微肥对POD活性的影响 U/g
肥料种类 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 32.32bc 25.79b 60.17b 89.04e 31.53c 71.54bc 18.15a
A3 27.12d 25.11b 58.04b 168.4a 38.97a 68.60cd 13.74b
B3 30.64c 27.70b 66.17a 135.5b 34.99b 75.12a 13.50b
C3 34.52ab 20.48c 59.13b 138.8b 33.62bc 74.54ab 17.67a
D1 33.10bc 38.44a 64.46a 107.1c 31.48c 66.28d 17.89a
E1 36.47a 21.49c 60.29b 102.4d 32.22bc 63.82e 11.98b

注：同列中不同小写和大写英文字母分别表示在0.05水平上差异显著。下同。

2.1.2 CAT

可提高产量的CAT活性结果如表2。CAT活性在全生育期先升高后降低，在花期的叶片中达到最高。CAT主要作用是去除作物在逆境条件下产生的过氧化物质，降低细胞的受损程度[16]。由表2可知，5~6叶期时叶片中CAT活性均高于对照，且差异显著。花期时花中的CAT活性均低于对照，但部分条件下差异不显著。
表2 微肥对CAT活性的影响 U/(g ⋅FW ⋅min)
肥料
种类		 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 31.08c 40.80e 100.4d 8.55a 155.6b 55.26d 6.15a
A3 30.48c 74.10a 104.8c 5.63b 122.8d 52.98d 5.56a
B3 45.54a 65.62b 104.7c 8.48a 142.6c 58.36c 5.41a
C3 45.42a 65.10b 106.9c 8.23a 93.4e 76.39a 7.3a
D1 40.74b 45.22d 116.3b 7.11a 172.4a 74.55a 5.48a
E1 36.96b 59.17c 121.1a 4.62b 172.0a 66.08b 6.33a

2.1.3 SOD

可提高产量的SOD活性结果如表3。SOD活性在全生育期变升高后降低，在花中达到最高，与白鹏等[17]研究结果一致。SOD为自由基清除剂，对提高生殖细胞的活力有重要作用[18]。由表3可知，在蕾薹期和角果皮中，各条件下SOD活性均高于对照且差异显著，在花中各条件下SOD活性均低于对照且差异显著。
表3 微肥对SOD活性的影响 U/g
肥料种类 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 105.08e 185.01c 372.85e 671.25a 182.85d 372.85e 167.92b
A3 124.30c 229.60b 402.24c 648.25b 243.41b 402.24c 171.96a
B3 100.26f 163.85e 459.61a 649.38b 248.16a 459.61a 171.49a
C3 192.92a 173.25d 410.57b 620.67c 164.17e 410.57b 144.00d
D1 120.88d 244.38a 382.56d 581.75e 183.49d 382.56d 172.47a
E1 174.41b 230.83b 385.49d 606.12d 201.89c 385.49d 151.63c

2.2 可溶性糖和可溶性蛋白

2.2.1 可溶性糖

可提高产量的可溶性糖含量结果如表4。5种微肥处理下全生育期可溶性糖含量变化先升高，在蕾薹期以后叶、花、种子达到平稳，该趋势与张晓红等[19]研究结果一致。可溶性糖是作物生长过程中重要的储能物质，含量越高越有利于作物生长。由表4可知，各生育期时，CK的可溶性糖含量与其他条件无显著差异。
表4 微肥对可溶性糖含量的影响 mg/g
肥料种类 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 1.40a 3.85a 6.95a 4.22a 2.60a 0.35a 4.68a
A3 1.36a 4.41a 5.43a 4.07a 4.41a 0.42a 4.46a
B3 1.73a 3.94a 7.77a 4.65a 4.21a 0.58a 6.79a
C3 2.90a 3.47a 7.90a 4.11a 2.01b 0.50a 2.64b
D1 3.30a 4.31a 7.72a 4.02a 4.11a 0.36a 6.99a
E1 1.66a 3.93a 7.30a 4.94a 5.18a 0.24a 5.66a

2.2.2 可溶性蛋白

可提高产量的可溶性蛋白结果如表5。5种微肥处理下，除在种子内，其他各生育期可溶性蛋白含量基本一致，该趋势与刘海卿等[20]研究结果一致。可溶性蛋白能提高细胞的保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用[21]，是用作筛选抗性的重要指标。由表5可知，各生育期时，CK的可溶性蛋白含量与其他条件无显著差异。
表5 微肥对可溶性蛋白含量活性的影响 mg/g
肥料种类 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 6.01a 8.22a 4.76a 8.00a 7.16a 4.81a 17.9a
A3 7.13a 8.74a 4.93a 8.13a 6.38a 3.47a 17.2a
B3 6.34a 7.68a 6.49a 6.66a 8.47a 4.64a 16.9a
C3 8.13a 8.24a 6.82a 7.37a 8.41a 4.11a 17.2a
D1 8.13a 8.02a 5.06a 8.85a 8.13a 3.52a 16.8a
E1 8.22a 9.34a 6.11a 6.04a 6.93a 3.22a 16.5a

2.3 MDA

可提高产量的MDA含量结果如表6。5种微肥处理下，MDA含量先升高后降低，在蕾薹期时达到最高，该趋势与刘林波等[22]研究结果一致。MDA是膜脂过氧化产物的一种，其含量是反映细胞膜过氧化作用强弱的一个指标[23]。由表6可知，各生育期时，CK的MDA含量与其他条件无显著差异。
表6 微肥对MDA含量的影响 μmol/mL
肥料种类 幼苗期 5~6叶期 蕾薹期 花期（花） 花期（叶） 角果皮 种子
CK 0.214a 0.224a 0.776a 0.496a 0.586a 0.801a 0.232a
A3 0.246a 0.275a 0.962a 0.388a 0.449a 0.922a 0.296a
B3 0.143a 0.293a 0.675a 0.381a 0.435a 0.970a 0.102a
C3 0.114a 0.241a 0.761a 0.327a 0.475a 0.929a 0.257a
D1 0.278a 0.276a 0.634a 0.309a 0.503a 0.905a 0.118a
E1 0.124a 0.202a 0.698a 0.449a 0.423a 0.958a 0.117a

2.4 产量性状与生理生化指标的关系

分别选择与对照差异显著生育期的指标和产量进行线性模拟（表7），即POD选择花期—花，CAT选择5~6叶期—叶，SOD选择花期—花，叶绿素含量选择5~6叶期—叶进行关联分析。表7结果表明，5~6叶期—叶中，CAT活性和叶绿素含量线性拟合相关系数R2均达到0.8以上；花期—花中，POD活性和SOD活性线性拟合相关系数R2均较高，分别超过0.8和0.9。即5~6叶期—叶中的POD、CAT活性和花期—花中的SOD活性大于0.8且花期—花中叶绿素含量大于0.9时的施肥条件可提高产量。
表7 产量与生理生化指标的相关性分析
生理生化指标 线性拟合公式 相关系数
POD（花/花期） y=115.53x-2935.9 R²=0.801
CAT（叶片/5~6叶期） y=46.655x-1176.4 R²=0.816
SOD（花/花期） y=134.55x-2949.7 R²=0.941

3 讨论

近年来，随着油菜种植面积的不断扩大，长期施用无机肥，特别是偏施氮肥，忽视了微量微肥的施用，无法满足植株的正常生长，导致油菜产量下降。本研究结果表明，油菜生长早期适量施加叶面肥可以增加其最终产量，具体表现为单产增加1.0%~2.2%。马霓等[24]的试验结果也表明对作物施微肥不当不仅不能增加产量，反而会导致产量降低，本试验与其结果一致。微量元素不仅是构成生物体的重要成分，还参加了许多复杂的代谢反应，可通过对作物生理生化的测定，对作物的产量进行监测。前人研究表明：油菜的各种产量因素如：果长度、千粒重和角粒数等都会受到生理生化指标的影响[25]。本研究结果表明，产量提高的微肥条件下，5~6叶期的CAT活性、叶绿素含量均高于不施肥条件，其原因可能是微肥促进了叶绿素或同化物的积累，增加了油菜储存能量的能力。花期—花的POD、SOD活性均高于不施肥条件，其原因可能是花的活力增强进而增加了油菜籽粒的产量。综合而言，抗氧化酶和叶绿素对产量影响较大。

4 结论

本研究结果表明，施加微肥可以改变油菜生理生化指标进而影响产量。本研究构建了可以提高产量的施肥条件下，产量和生理生化指标之间的联系。结果表明：5~6叶期—叶中的POD、CAT活性和花期—花中的SOD活性大于0.8，说明相关性较高，可用与产量预测。5~6叶期—叶中的POD、CAT活性和花期—花中的SOD活性大于0.8且花期—花中叶绿素含量大于0.9时的施肥条件可提高产量。本研究结果可为筛选适宜油菜生长的微肥和提高油菜产量研究提供参考。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
杨文钰, 屠乃美. 作物栽培各论南方本(第三版)[M]. 北京: 中国农业出版社, 2021:1-2.

[2]
常涛, 程潜, 张振乾, 等. 高含油量油菜新品种选育研究进展[J]. 分子植物育种, 2019, 17(13):4424-4430.

[3]
王凤文. 微肥对小油菜微量元素吸收特性的影响[J]. 内蒙古农业科技, 2010(4):67-68,95.

[4]
BANERJEE A, DATTA J K, MONDAL N K. Impact of different combined doses of fertilizers with plant growth regulators on growth, yield attributes and yield of mustard (Brassica campestris, cv. B 9) under old alluvial soil of Burdwan, West Bengal, India[J]. Frontiers of agriculture in China, 2010, 4(3):341-351.

DOI

[5]
LIU X W, ZHAO Z Q, DUAN B H, et al. Effect of sulphate on selenium uptake and translocation in rape (Brassica napus L.) supplied with selenate or selenite[J]. Plant and soil, 2016, 399(1-2):295-304.

DOI

[6]
IMRAN, KHAN A A. Canola yield and quality enhanced with sulphur fertilization[J]. Russian agricultural sciences, 2017, 43(2):113-119.

DOI

[7]
黄窈军, 谢炜, 倪中应, 等. 水溶硼肥喷施在油菜浙油50上的应用效果[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(11):2148-2149,2151.

[8]
张衡锋, 张焕朝, 韦庆翠, 等. 4种微肥对番红花生长、品质及产量的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2016, 40(1):169-173.

DOI

[9]
MARSCGNER H. General introduction to the mineral nutrition of plants[M]. Inorganic Plant Nutrition, 1983.

[10]
RUBIO G, MARTIN O, CARINA RA, et al. Mechanisms for the increase in phosphorus uptake of waterlogged plants: Soil phosphorus availability, root morphology and uptake kinetics[J]. Oecologia, 1997, 112(2):150-155.

DOI PMID

[11]
常涛, 张振乾, 陈浩, 等. 不同含油量生理生化指标和种皮结构分析[J]. 分子植物育种, 2019, 17(23):7871-7878.

[12]
常涛, 谢鑫, 官梅, 等. 不同微肥处理下油菜产量与高光谱反射率关系分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2021, 41(2):552-557.

[13]
萧浪涛, 王三根. 植物生理学实验技术[M]. 北京: 中国农业出版社, 2014:110-114.

[14]
王寅, 鲁剑巍. 中国冬油菜栽培方式变迁与相应的养分管理策略[J]. 中国农业科学, 2015, 48(15):2952-2966.

DOI

[15]
余涛. 植物逆境相关基因的克隆、表达及功能分析[D]. 武汉: 武汉大学, 2004.

[16]
郑瑞, 师尚礼, 马史琛. 苜蓿、小麦自毒及他感作用机理[J]. 草业科学, 2019, 36(3):849-860.

[17]
白鹏, 冉春艳, 谢小玉. 干旱胁迫对油菜蕾薹期生理特性及农艺性状的影响[J]. 中国农业科学, 2014, 47(18):3566-3576.

DOI

[18]
姚磊. 大豆抗氧化多糖制备表征及对辐射诱导氧化应激抑制作用[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.

[19]
张晓红, 冯梁杰, 杨特武, 等. 冬季低温胁迫对油菜抗寒生理特性的影响[J]. 植物生理学报, 2015, 51(5):737-746.

[20]
刘海卿, 孙万仓, 刘自刚, 等. 北方寒旱区白菜型冬油菜抗寒性与抗旱性评价及其关系[J]. 中国农业科学, 2015, 48(18):3743-3756.

DOI

[21]
杨顺强. 不同禾本科牧草在干旱胁迫和低温胁迫下的生理响应[D]. 杨陵: 西北农林科技大学, 2008.

[22]
刘林波, 孙万仓, 刘自刚, 等. 白菜型冬油菜抗寒相关生理生化性状的配合力和遗传效应[J]. 中国油料作物学报, 2015, 37(6):772-779.

[23]
陆志峰, 任涛, 鲁剑巍, 等. 缺钾油菜叶片光合速率下降的主导因子及其机理[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(1):122-131.

[24]
马霓, 肖圣元, 张明海, 等. 栽培方式对油菜'中双11'生长及收获特性的影响[J]. 湖北农业科学, 2011, 50(2):244-247.

[25]
刘婷婷, 孙盈盈, 曹石, 等. 油菜抗裂角性状研究进展[J]. 作物杂志, 2014(3):5-9.

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