不同施氮量对高粱生长·生物量和蜀黍氰苷积累的影响

李松柏 周韩玲 胡娇 宋廷富 李杨华 安明哲 郑佳

摘要以辽糯11高粱为供试材料，研究了5个不同施氮水平对其生长发育、生物量及蜀黍氰苷积累的影响。结果表明，不同施氮水平对株高的影响不显著，随着施氮量的增加，高粱的茎粗、叶长、叶宽及鲜质量、干质量等表现为先增大后稳定，根、茎、叶等部位中的蜀黍氰苷含量随着施氮量的增加先增加后降低。

关键词高粱；氮肥；蜀黍氰苷；生长；生物量

中图分类号S 514文献标识码A文章编号0517-6611（2023）24-0150-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.033

Effects of Different Nitrogen Rates on Sorghum Growth， Biomass and Cyanoside Accumulation

LI Songbai， ZHOU  Hanling， HU Jiao et al

（Wuliangye  Co.， Ltd.， Yibin， Sichuan 644000）

AbstractLiaonuo 11 sorghum was used as experimental material to study the effects of 5 different nitrogen application levels on its growth， biomass and cyanoside accumulation. The results showed that different nitrogen application levels had no significant effect on plant height. With the increase of nitrogen application rate， the stem diameter， leaf length， leaf width， fresh weight and dry weight of sorghum increased first and then stabilized. The content of zea cyanoside in roots， stems and leaves also increased first and then decreased with the increase of nitrogen application rate.

Key wordsSorghum;Nitrogenous fertilizer;Cyanoside;Growth;Biomass

高粱是禾本科高粱屬作物，因具有耐旱、耐瘠薄、适应性强、生长快、营养丰富等特点，栽培范围较广，是重要的谷物和牧草作物。高粱籽粒可供人类食用，也可用作白酒酿造和牲畜饲料，其秸秆在造纸、动物饲料等方面具有广泛的应用价值［1-4］。

高粱是一种含氰作物，所含生氰糖苷种类为蜀黍氰苷，当植物组织遭到破坏时，蜀黍氰苷可被酶降解并释放出有毒的氰化氢［5-6］。研究表明，在湿重基础上，当高粱中的HCN水平超过200 mg/kg时，则对牲畜有害［7-8］。高粱中蜀黍氰苷含量受内源因素和外源因素的共同影响，其中，内源因素有植物所处生长发育阶段和参与蜀黍氰苷合成相关酶的数量等［9］，外源因素主要包括植株种类、种植地气候特点和土壤肥力状况等［10］。研究表明，施用氮肥可促进高粱茎、叶的生长，提高生物量［4，11］，然而，较高的氮肥施用可能增加高粱组织中蜀黍氰苷含量，从而引起动物中毒［12-13］。

四川宜宾盛产酿酒专用糯高粱，是优质浓香型白酒主产区［14］，也是四川农区肉牛生产区之一，近年来，在政府推动下，肉牛养殖业蓬勃发展，饲料需求量较大［15］，宜宾地区种植的高粱籽粒多用来作为白酒酿造原料，秸秆则可用于制作青储饲料，供肉牛食用。因此，研究和探讨不同施氮量对高粱生长、生物量和蜀黍氰苷［16］积累的影响，可指导高粱种植并为牲畜提供优质安全饲料来源提供参考和科学依据。

1材料与方法

1.1材料与试剂

蜀黍氰苷（95%），Sigma-Aldrich公司；甲醇（LC-MS级），Merck公司；硫酸钾（农业用，K2O≥52.0%，S≥16%），山东青上化工有限公司；过磷酸钙（农业用，有效磷含量≥12%），江苏美乐肥料有限公司；尿素（农业用，总养分≥45%），云南云天化股份有限公司；辽糯11号高粱（杂交品种），辽宁省农业科学院选育。

1.2仪器与设备

ExionLC-5500型三重四级杆液相色谱-质谱联用仪，美国AB Sciex公司； Milli-Q型超纯水仪，美国Millipore公司；ML1602型百分之一分析天平、AE200型万分之一分析天平，梅特勒-托利多公司； FSJ-Ⅱ型锤片式粮食粉碎机，中储粮成都粮食贮藏科学研究院；YM-060S型超声波清洗机，深圳市雨盟超声波清洗机设备厂；GT200型震动球磨仪，北京格瑞德曼仪器设备有限公司；LDO-9246A电热恒温鼓风干燥箱，上海龙跃仪器设备有限公司。

1.3试验设计

试验在宜宾市南溪区大观镇宜宾市农业科学院大观科研基地进行。试验地属于中亚热带温润季风气候，年平均气温约18 ℃，年平均降水量为1 050～1 618 mm，全年日照时间为1 000～1 130 h，无霜期为334～360 d。试验地前茬作物为甘薯，土壤类型为紫色土，肥力均匀，pH 6.12。0～20 cm土壤养分状况为有机质28.7 g/kg，全氮1.67 g/kg，速效磷30.3 mg/kg，速效钾69.0 mg/kg。

供试高粱品种为辽宁省农业科学院选育的辽糯11杂交糯高粱，采用单因素随机区组设计，设置3次重复，5个施氮（尿素）水平，空白组为0 kg/hm2，试验组为120、240、360、480 kg/hm2，分别用N0、N1、N2、N3、N4表示（表1）。磷肥（过磷酸钙）统一为300 kg/hm2，钾肥（硫酸钾）统一为100 kg/hm2。采用育苗盘对辽糯11高粱进行育苗，4叶龄时进行移栽种植，行距50 cm，株距35 cm，每穴2株，种植密度为112 500株/hm2，按高产田进行田间管理。

1.4测定指标

拔节期（第二次施肥前）、抽穗期和成熟期每小区取样5株，计数叶片数，用标尺测定株高，称量鲜重，置于55 ℃培养箱中烘干后称干质量。

将烘干后植株的茎、各部位叶片分别剪下，剪成0.5 cm小段，以球磨仪粉碎，过120目筛，每种样品称取1.50 g，分别采用20 mL甲醇水溶液（95∶5，V/V）超声提取1 h，8 000 r/min离心10 min，取上清液0.4 mL，用超纯水稀释3倍，经0.2 μm滤膜过滤后进三重四级杆液相色谱-质谱联用仪，分析各生长期高粱茎、叶中蜀黍氰苷含量［17-18］。

1.5数据分析

采用Excel和SPASS 22.0对试验数据进行处理和分析。

2结果与分析

2.1不同氮肥施用量对拔节期高粱生长、生物量和蜀黍氰苷积累的影响

于第二次施用氮肥前取样，测定空白组和试验组高粱生长参数和各部位蜀黍氰苷含量，结果见表2和表3。

从表2可以看出，空白组和试验组高粱的单株叶片数、茎粗、单株鲜质量和单株干质量均无显著差异（P>0.05），表明在返青期施用氮肥对高粱幼苗生长没有影响，幼苗时期的高粱对氮肥的需求量较少，土壤中的氮肥可满足植株生长要求。

从表3可以看出，试验组和对照组高粱幼苗各部位蜀黍氰苷含量无显著差异（P>0.05），研究发现蜀黍氰苷在幼苗中的积累量最高［19-20］，研究表明，高粱中蜀黍氰苷含量取决于植物的年龄和生长条件，高粱种子萌发后不久，植株中氰化物电位达到最高值，蜀黍氰苷含量较高，在此阶段，氮肥的施用对蜀黍氰苷的积累没有影响［21-23］。表明返青期施用氮肥对幼苗时期高粱中蜀黍氰苷积累没有影响。

2.2不同氮肥施用量对抽穗期高粱生长、生物量和蜀黍氰苷积累的影响

测定各处理下抽穗期高粱生长参数和生物量，结果见表4，除去枯萎叶片，高粱各部位蜀黍氰苷含量见表5。

从表4可以看出，氮肥施用量对株高和单株叶片数没有明显影响，但随着氮肥施用量的增加，茎粗、单株鲜质量和单株干质量有所增加。氮肥能促进植物进行光合作用，促使叶片生长，提高植物对营养的吸收，从而提高植物的产量和质量［24-25］。

从表5可以看出，随着氮肥的增加，高粱各部位蜀黍氰苷含量总体呈上升趋势，在高粱抽穗期，氮肥促进植株生长，同时也促进蜀黍氰苷含量的增加。

2.3不同氮肥施用量对成熟期高粱生长、生物量和蜀黍氰苷积累的影响

测定各处理下成熟期高粱生长参数和生物量，结果见表6，除去枯萎叶片，高粱各部位蜀黍氰苷含量见表7。

从表6可以看出，成熟期的高粱氮肥对株高、单株叶片数的影响无明显规律，但其中茎粗、单株鲜质量、单株干质量受到施氮量的影响明显。成熟期N2 、N3、N4施氮量的植株长势明显优于N0 、N1，且相比之下，未施氮的植株N0明显长势不好。表明对于植株性状而言，最适合的施氮量为N2。

从表7可以看出，不同施氮量显著影响了成熟期叶片和根部的蜀黍氰苷含量；对于单株叶片而言，随施氮量的增加，新长出的顶端叶片蜀黍氰苷含量最低，在生长过程中，蜀黍氰苷含量不断积累，植株本身不能消化蜀黍氰苷。对于不同施氮量而言，N0～N2植株各部位蜀黍氰苷含量升高；N2～N4植株各部位蜀黍氰苷含量降低，其中N2施氮水平下，植株各部位的蜀黍氰苷含量最高。

3讨论

该研究通过设置5个施氮梯度，对施氮量对辽糯11号品种高粱生长性状和蜀黍氰苷含量的影响进行研究。不同施氮量下，高粱的株高、茎粗、叶片数、单株鲜质量和干质量的差异显著。该研究结果表明，施氮显著提高了高粱各部位的生长发育，但过低的施氮量会导致植株的氮素不足，限制植株的生长，过高的施氮量也会抑制植株的生长发育，导致植株不能到达最好的生长条件，其中N2生长状态最好。对于植株蜀黍氰苷含量，拔节期施氮对其几乎没有影响；而在抽穗期，由于植株处于生长阶段，施氮水平刺激植株生长水平产生差异，而施氮量越多，生长发育最快，蜀黍氰苷积累最快，所以各部位随着施氮量的增加而增加；在成熟期，施氮量在N0～N2，植株生长水平随着施氮量增加而增加，在N2～N4，生长水平基本不变；在成熟期，蜀黍氰苷在N0～N2施氮水平逐渐增加，在N2～N4逐渐降低，表明高施氮量有助于抑制植株蜀黍氰苷的积累。针对高粱用于饲料的生产，不考虑籽粒的产出，可以适当采用高施氮量。

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