喷施叶面肥对棉蚜侵害后棉花叶片保护酶活性及光合指标的影响

艾尼玩尔·黑里力,胡守林,万素梅

(塔里木大学 植物科学学院,新疆 阿拉尔 843300)

棉蚜(AphisgossypiiGlover)是世界棉区重要的刺吸类害虫之一[1]。它在叶背和嫩茎上吸食植物汁液,导致作物叶片卷缩、幼苗萎蔫,甚至枯死,其在取食过程中分泌的蜜露覆盖在棉花茎叶和嫩梢表面,影响光合作用[2-3]。在吐絮期,棉蚜分泌的蜜露污染棉花,严重影响棉花的品质和产量,并且还会给棉纺业带来巨大的经济损失[4]。

大量研究表明有一些老棉区因用药次数多、用药量大,棉蚜已对多种药剂产生抗性[5-7],破坏了棉花生态系统中天敌昆虫的组成,同时引起害虫抗药性发展速度快以及环境污染等问题[8-10]。

当植物遭受机械损伤或植食性昆虫的攻击后,植物细胞中控制物质代谢的各种酶会首先做出相应的反应,尤其是一些次生代谢物质形成过程中的关键酶类,会在生理生化以及形态等方面做出一系列的适应性反应,表现为防御蛋白、有毒物质、营养物质及次生代谢物质的改变,从而对昆虫的生长发育和繁殖产生不利影响[11-13]。当棉花受到植食性昆虫如棉蚜刺吸为害时,其叶绿素组织受到破坏，植株的光合作用会受到影响[14]。

前人研究显示,当植物受到病虫害或逆境胁迫时,植物体内的防御酶就会被诱导或抑制,从而保护植物不受伤害[15]。闫慧敏等研究表明棉蚜轻度为害对提高棉花防御能力有积极作用[16]。陈丽慧等研究表明4种叶片保护酶活性与棉花对棉蚜的抗性有相关性[17]。

“新壮态”液肥是山东民和生物科技有限公司利用鸡粪等动物粪便经生物发酵、纳米透析工艺提取而成的一种全能型植物生长促进液,富含多种有机活性物质及植物生长所必需的营养元素。新壮态叶面肥的研发和推广经过中国农业科学院茶叶研究所、中国农业科学院棉花研究所、中国农业科学院蔬菜研究所以及云南省农业科学院茶叶研究所、农业部设施农业工程重点实验室等国家权威研究机构32位国内外科学家和以上海熙可集团为代表的515个示范户的共同验证，已在蔬菜[18]、果树[19]、茶叶[20]、棉花[21]等生产上应用,取得了明显的效果。但关于新壮态叶面肥调节棉蚜侵害后棉花叶片保护性酶活性及防虫的机理还未见研究报道，鉴于此，我们研究了喷施新壮态叶面肥对受害棉花叶片保护酶活性和光合指标的影响，以期为该叶面肥的推广应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验棉花品种为杂硕一号；新壮态叶面肥原液及3个配方液由中国农业科学院棉花研究所提供。

1.2 试验设计及处理

根据棉花苗期、蕾期和花铃期对养分需求的特点,以“新壮态”叶面肥原液为基液进行配比,确定分别适用于苗期、蕾期和花铃期的3个初始配方(分别为配方1、配方2和配方3),进行田间试验,验证其效果。试验共设置7个处理,各处理如表1所示。

表1 “新壮态”叶面肥配方及处理设计

注：在苗期3叶期前后喷施2次，在蕾期喷施1次，在花铃期喷施2次。

1.3 调查项目与方法

1.3.1 叶片光合特性的测定 测定日期:在6月10日叶面肥喷施处理前测定1次,在6月19日蕾期喷施处理后测定1次；这两天的日平均温度分别为33 ℃与36 ℃,天气晴朗。测定方法:在6月10日及6月19日8:00～20:00进行测定,每小区随机选取3株长势一致的棉株,采用美国Li-COR公司的Li-6400光合仪测定棉株上部及中部叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)。

1.3.2 叶片取样及保护酶活性的测定 叶片取样:每个小区选取健康、长势一致的棉株,用毛刷将叶片上的棉蚜及污物去除，然后剪取叶片,迅速放入冰袋箱,带回实验室于-80 ℃的超低温冰箱内保存备用。

测定方法:过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法;超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)法;过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用紫外吸收法。

1.4 试验地情况

试验在阿拉尔国家农业科技园区试验地进行。种植模式为机采棉模式,于5月11日选出苗整齐、长势健壮均匀的地块,按照试验要求划出试验小区,每小区长7.2 m,行株距配置为(15+60+15) cm×10.5 cm,每小区4膜,每个处理小区面积66.7 m2。

1.5 数据处理

采用Excel 2013整理试验数据,利用DPS 7.05软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 喷施叶面肥对棉蚜侵害后棉花叶片保护酶活性的影响

2.1.1 对棉花叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响 从表2可以看出：在各处理间叶片中CAT活性差异明显；以处理7的CAT活性最高,处理4次之,它们均与处理5、3在0.05水平下差异达到显著水平,均与处理1、2、6在0.01水平下差异达到极显著水平；在处理5、3之间CAT活性无显著差异,它们均与处理1、6在0.05水平下差异达到显著水平。

表2 不同处理下棉花叶片CAT活性的比较 OD240/(min·g)

注:表中数据为两次重复测定所得的平均值±标准差。同列不同小写字母表示在0.05水平下差异显著(P<0.05),不同大写字母表示在0.01水平下差异极显著(P<0.01)。下同。

2.1.2 对棉花叶片过氧化物酶(POD)活性的影响 由表3可知：各处理间叶片中POD活性差异明显；以处理7的POD活性最高,其与处理4、2的差异均达到显著水平，与处理3、5、6、1的差异都达到极显著水平；处理1的POD活性最低,其与处理2、4差异显著,与处理3、5、6无显著差异。

表3 不同处理下棉花叶片POD活性的比较 OD470/(min·g)

2.1.3 对棉花叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响 由表4可见：各处理间叶片中SOD活性差异明显；以处理7的SOD活性最高,处理3次之,两者之间差异不显著，但这两个处理的SOD活性与处理2、4差异显著,与处理5、6、1差异极显著；处理1的SOD活性最低，其与处理5、6差异不显著,与处理2、4、3、6差异极显著。

表4 不同处理下棉花叶片SOD活性的比较 OD560/(h·g)

2.2 喷施叶面肥对棉蚜侵害后棉花叶片光合性能指标的影响

2.2.1 对棉花叶片净光合速率的影响 由表5可见，各处理叶面肥喷施前后棉花叶片的净光合速率均以8:00时最低,尔后随着时间的推移呈逐渐上升的趋势,在12:00达到最高,之后又缓慢下降。从整体叶片净光合速率的日变化来看, 喷施叶面肥能够增加叶片的净光合速率，尤其是在8:00、12:00、16:00、18:00、20:00,均能显著增加叶片的净光合速率。各处理的综合效果表现为处理7>处理2 >处理3 >处理4>处理1>处理5。

表5 不同喷施叶面肥处理前后棉花叶片净光合速率的日变化

2.2.2 对棉花叶片胞间二氧化碳浓度的影响 从图1可以看出：在喷施叶面肥前，棉花叶片的胞间二氧化碳浓度在10:00时以处理3最高，处理5次之；在12:00时以处理3最高，处理7次之；在14:00时以处理1最高，处理2次之；在16:00时以处理6最高，处理3次之；在18:00时以处理2最高，处理4次之；在20:00时以处理3最高，处理7次之。综合来看，喷施叶面肥前叶片的胞间二氧化碳浓度表现为处理3>处理4>处理7>处理2>处理1>处理6>处理5。在12:00时各处理的胞间二氧化碳浓度均高于其他时间的,而在8:00时各处理的胞间二氧化碳浓度均低于其他时间的。

由图2可见：在喷施叶面肥后，棉花叶片的胞间二氧化碳浓度在8:00时以处理3最高，处理1次之；在10:00时以处理6最高，处理2次之；在12:00时以处理4最高，处理5次之；在14:00时以处理2最高，处理3次之；在16:00时以处理1最高，处理6次之；在18:00时以处理1最高，处理6次之；在20:00时以处理1最高，处理5次之。综合来看，喷施叶面肥后叶片的胞间二氧化碳浓度表现为处理1>处理6>处理2>处理5>处理4>处理3>处理7。在12:00时各处理的胞间二氧化碳浓度均高于其他时间的,而在20:00时各处理的胞间二氧化碳浓度均低于其他时间的。

图1 喷施叶面肥前各处理棉花叶片胞间二氧化碳浓度的日变化

图2 喷施叶面肥后各处理棉花叶片胞间二氧化碳浓度的日变化

2.2.3 对棉花叶片气孔导度的影响 由图3可知：在喷施叶面肥前，棉花叶片的气孔导度在8:00时以处理1最大,处理4最小,并且处理1与处理4间差异显著,其他处理间差异均不显著；在10:00、18:00、20:00时不同处理间差异均不显著；在12:00时以处理7最大,处理4次之,处理5最低,且处理4、7均与处理5间差异显著,其他处理间差异不显著；在14:00时以处理2最大,且与处理7、5、6间差异显著,与处理3间差异极显著；在16:00时以处理1最高,且与处理3、6、5、4间差异显著。综合来看，喷施叶面肥前处理1的气孔导度最大；在14:00时各处理的气孔导度均高于其他时间的,而在8:00时气孔导度最低。

从图4可以看出：在喷施叶面肥后，棉花叶片的气孔导度在8:00时以处理1最大,处理5最小，并且处理1与处理7、3、6、2间差异均不显著,与处理4、处理5间差异均显著；在10:00、14:00、16:00、18:00、20:00时各处理间无显著差异。综合来看，喷施叶面肥后处理1的气孔导度最大；在12:00时的气孔导度均高于其他时间的,在20:00时气孔导度最低；喷施后叶片气孔导度值相对集中。

3 结论

3.1 喷施叶面肥对棉蚜侵害后棉花叶片保护酶活性的影响

作物叶面肥具有养分吸收和肥效快、养分利用率高、养分针对性强、能减少环境污染、在逆境条件下可减灾抗灾等诸多优点[22]。研究表明叶面肥发酵或代谢物中含有氨基酸、核酸、 腐殖酸等物质,这些物质对作物往往具有显著的生理调节作用,如刺激作物生长、促进作物代谢、提高作物抗逆性等[23]。

图3 喷施叶面肥前各处理棉花叶片气孔导度的日变化

图4 喷施叶面肥后各处理棉花叶片气孔导度的日变化

本研究结果表明，喷施叶面肥能明显提高棉花叶片中保护酶(CAT、POD、SOD)的活性, 从而增强棉花抵抗逆境胁迫的能力；各处理的综合效果表现为处理7(新壮态全程配方)>处理3(新壮态原液)>处理2(普通叶面肥)>处理4(苗期配方)>处理5(蕾期配方)>处理1(清水对照)。

3.2 喷施叶面肥对棉蚜侵害后棉花叶片光合性能指标的影响

本研究结果显示：在喷施前后各处理的叶片净光合速率均表现为处理7>处理2 >处理3 >处理4 >处理1 >处理5,说明棉蚜侵害后喷施叶面肥能够提高棉花叶片的净光合速率；叶片胞间二氧化碳浓度在喷施前表现为处理3>处理4>处理7>处理2>处理1>处理6>处理5，在喷施后表现为处理1>处理6>处理2>处理5>处理4>处理3>处理7；叶片的气孔导度在喷施前后均以处理1最大,而在其他处理间差异均不显著。

4 讨论

“新壮态”叶面肥中含有的微量元素、丁酸、吲哚乙酸、腐殖酸等营养物质,对病菌有明显的抑制作用；其中的氨基酸、氨和铵盐及某些抗生素对作物害虫有直接作用,一方面在施用部位附近形成厌氧微点保护圈,对作物害虫进行生理夺氧，另一方面它源自天然有机肥,无化学毒素成分,不会毒死棉花蚜虫的天敌。在喷施“新壮态”叶面肥后，棉田中棉蚜的天敌数量成倍增加,能够促进受害棉花叶片新陈代谢的恢复,从而反作用于棉花叶片中保护酶的活性。此外，内源保护酶活性与内源激素含量的变化可调控作物的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度等。

有研究表明,棉蚜的数量与气温有较大的相关性,据冯志超等调查,新疆北部棉区7月中旬每天平均温度在30～32 ℃,且温差较大,更有利于棉蚜的繁殖[24]。也有室内试验研究显示,棉蚜的繁殖数量随着气温的上升而降低,气温达到36 ℃时死亡率为99%[4]。本研究认为棉蚜的数量与气温有一定的关系,因此应该选择在气温不适合棉蚜繁殖的时间段喷施“新壮态”叶面肥，这样将更有利于棉花叶片吸收营养物质,增加棉田中蚜虫天敌的数量,控制棉蚜的发生。

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