一种提高铅镉胁迫下烤烟幼苗光合作用的栽培管理方法与流程

[0001]
本发明属于烟草栽培技术领域，具体涉及一种有效解决烤烟幼苗在铅镉胁迫环境下光合作用受到抑制，可显著提高幼苗净光合速率的提高铅镉胁迫下烤烟幼苗光合作用的栽培管理方法。


背景技术：

[0002]
烤烟幼苗的健康成长，是决定烟叶最终产量和质量的重要环节。植物的生长发育离不开光合作用，光合作用是生物界所有物质代谢和能量代谢的物质基础，为植物生长发育提供重要的物质和能量，是决定最终农产品产量和品质的重要因素。因此，烤烟幼苗光合作用的正常与否是其健康成长的关键。
[0003]
研究表明，植物当遭受到环境胁迫时，植株细胞损伤，导致细胞膜结构紊乱，组织死亡，叶绿体结构受到破坏，叶绿素含量降低，引起光合作用的改变，导致光合速率明显下降，光合电子传递活力减弱，光合磷酸化作用受到抑制。
[0004]
铅（pb）、镉（cd）是植物生长的非必需重金属元素，具有毒性强、在土壤中不易被降解以及易被植物吸收并积累在体内的特点，当土壤中浓度超过一定范围时会对植物生长发育形成不利影响，浓度过高还可导致植物受到毒害甚至死亡。因而重金属通过污染土壤影响植物生长，并通过根进入植株的可食用部分，对生物体产生毒害作用这一特点是重金属污染的显著特点，所以目前重金属污染是影响最大、最广的环境问题之一。烟草具有很强的铅镉富集能力，土壤中的铅镉是烟草中铅镉的主要来源，铅镉污染可抑制烟草的光合作用和呼吸作用，导致烟叶的产量和品质下降，烟草中的铅镉在抽吸过程中以气溶胶的形式进入人体，会对人体产生一定的危害。
[0005]
硅对高等植物是一种潜在的有利元素，硅对保持植物生长具有重要作用。有研究表明，有机硅肥能减少水稻和玉米中cd的积累，提高植物的耐受性，但相关的解毒机理缺乏深入解释，而且硅肥能否缓解植株的铅镉胁迫下光合作用，乃至缓解铅镉胁迫对烟叶幼苗生长的毒害作用还没有得到很好的研究。为此，研发一种有效解决烤烟幼苗在铅镉胁迫环境下光合作用受到抑制，可显著提高幼苗净光合速率的提高铅镉胁迫下烤烟幼苗光合作用的栽培管理方法是解决上述问题的关键。


技术实现要素：

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针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有效解决烤烟幼苗在铅镉胁迫环境下光合作用受到抑制，可显著提高幼苗净光合速率的提高铅镉胁迫下烤烟幼苗光合作用的栽培管理方法。
[0007]
本发明的目的是这样实现的：包括地块预干预、幼苗移栽、栽后干预步骤，具体步骤如下：a、地块预干预：幼苗栽种前，在铅镉超标的烟地中按154~308 kg/亩的用量施用硅肥进行预干预；
b、幼苗移栽：将烟草幼苗移栽到a步骤处理后的地块中并浇水定根；c、栽后干预：幼苗移栽后15～20d，按66~132 kg/亩的用量施用硅肥进行干预。
[0008]
本发明的有益效果为：1、本发明通过在移栽前对铅镉超标的地块施用适宜用量的硅肥进行预干预，然后移栽后继续施用硅肥进行再次干预，有效解决了烤烟幼苗在铅镉胁迫环境下光合作用受到抑制的问题，可显著提高幼苗的净光合速率，促进烟草的健康生长，从而为提高烟叶的产量和质量打下坚实的基础，同时为防治田间烤烟幼苗铅镉胁迫的发生提供了理论和技术支持。
[0009]
2、本发明具有操作简单、成本低廉的优点：只需要在移栽前和移栽后分别施用适当的硅肥，即可达到提高烤烟幼苗光合作用的效果，适用性较强，适用于大面积的推广应用；而且采用的有机硅肥和无机硅肥价格低廉，相对于其它采用生长调节剂缓解铅镉胁迫伤害的方法，具有低投入高收益的优点。
[0010]
3、本发明缓解铅镉胁迫效果显著。在大田幼苗移栽前和移栽后采用本发明并与空白组对照表明，在铅镉胁迫环境下烟草幼苗的叶片净光合速率下降，光合机构受到了一定程度的伤害，影响光合电子的传递导致光合速率的降低。按本发明施用硅肥后能提高烟叶的净光合速率，促进烟草的生长，其中有机硅肥处理的净光合速率提升最大；施加硅肥可以提高胁迫烟草单位psⅱ反应中心数量，优化其能量流，增加捕获电子的转化率，提高净光合速率，缓解铅镉胁迫对烤烟幼苗光合机构的伤害。
附图说明
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图1为实施例中不同硅肥对铅镉胁迫处理的光合作用参数pn的影响；图2为实施例中不同硅肥对铅镉胁迫处理的光合作用参数gs的影响；图3为实施例中不同硅肥对铅镉胁迫处理的光合作用参数ci的影响；图4为实施例中不同硅肥对铅镉胁迫处理的光合作用参数tr的影响。
具体实施方式
[0012]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
[0013]
本发明包括地块预干预、幼苗移栽、栽后干预步骤，具体步骤如下：a、地块预干预：幼苗栽种前，在铅镉超标的烟地中按154~308 kg/亩（按土壤以1~2 g/kg的添加量折算）的用量施用硅肥进行预干预；b、幼苗移栽：将烟草幼苗移栽到a步骤处理后的地块中并浇水定根；c、栽后干预：幼苗移栽后15～20d，按66~132 kg/亩（按土壤以0.43~0.86 g/kg的添加量折算）的用量施用硅肥进行干预。
[0014]
本发明还包括至少一次后续干预步骤，所述后续干预步骤是在移栽后的前一次干预结束后25～30d对幼苗的铅镉胁迫表征进行鉴定，对叶长、叶宽、茎围、开片度各项物理指标均与空白对照组存在显著差异的幼苗按步骤c施用量的一半执行，所述后续干预步骤至最后一次鉴定的铅镉胁迫表征不明显时停止。
[0015]
本发明各干预步骤中的硅肥包括有机硅肥和/或无机硅肥，施用硅肥是将硅肥直接施于地块表面或浅埋，或者将硅肥水溶液灌施在地块。
[0016]
所述b步骤中移栽的烟草幼苗为6叶1心的幼苗。
[0017]
所述a步骤中硅肥是在幼苗移栽前5～10d施于铅镉超标的烟地。
[0018]
所述a步骤的烟地土壤中铅浓度在≤100 mg/kg、镉浓度≤10 mg/kg时，硅肥的施用量为 154~220 kg/亩；铅浓度在>100 mg/kg、镉浓度在>10 mg/kg时，硅肥的施用量为221~308 kg/亩。
[0019]
所述a步骤和/或c步骤中是在无降雨天施用硅肥。
[0020]
所述c步骤的烟地土壤中铅浓度在≤100 mg/kg、镉浓度≤10 mg/kg时，硅肥的施用量为66~95 kg/亩；铅浓度在>100 mg/kg、镉浓度在>10 mg/kg时，硅肥的施用量为96~132 kg/亩。
[0021]
所述烟草幼苗的品种包括k326、krk26、红花大金元、云烟系列。
实施例
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s100：按照1:1.5的比例将红土（西南林业大学后山实验基地土地现场挖取）与腐殖土混合作为移栽基质，按5kg一份将基质装入内径30 cm、高度40 cm的塑料盆中作为移栽基础；将pb(no3)3和cdcl2混合形成铅镉水溶液，在移栽前10d按每两天一次、共计五次将前述铅镉水溶液施于塑料盆内的基质中形成试验组pc，其中pb(no3)3和cdcl2的施用量按基质计为：铅浓度为0.1g/kg，镉浓度为0.005g/kg；同时设置一组不添加铅镉水溶液作为空白对照组ck。然后将试验组ck及空白对照组ck分别再分为4个处理组，在幼苗移栽前5d（无降雨）施加烟草专用复合肥（尿素：0.4g/kg、磷酸二氢钾：0.35g/kg、硫酸钾：0.12g/kg）pc-ck、施加两种有机硅肥pc-osifa和pc-osifb、施加无机硅肥pc-inosif，所有肥料施用量均为1.0g/kg，每个处理组包含5个重复，每个重复3株烟草幼苗。
[0023]
s200：试验烟草品种为k326，由云南省烟草农业科学研究院提供，采用基质漂浮育苗，待生长至6叶1心时，选取长势优良且生长一致的幼苗，移栽至前述已施肥的试验组ck及空白对照组ck的料盆基质中，浇水定根。
[0024]
s300：幼苗移栽后15d，按0.43g/kg的施用量，对s100中的试验组ck及空白对照组ck分别对应再次施加烟草专用复合肥pc-ck、施加有机硅肥pc-osifa和pc-osifb、施加无机硅肥pc-inosif。
[0025]
1、光合作用参数与荧光参数测定1.1、测定光合作用参数：待烟株长到团棵期，选择一天晴朗的天气，随机选取无病虫害、长势较一致的烟株一片叶片采用li-6400便携式光合仪进行光合参数的测定，每处理重复5次取平均值，测定其叶片净光合速率（photosynthetic，pn）、气孔导度（stomatal conductance，gs）、胞间co2浓度(intercellular co
2 concentration，ci)和蒸腾速率（transpiration rate，tr）。测定时间为光合作用比较活跃的9:00~11:00（温度24~28℃、空气相对湿度60~70％）。
[0026]
1.2、测定荧光参数：将烟叶进行暗处理30min，选取烟株从上往下数的第4片叶，使用调制式叶绿素荧光仪pam-2100（walz）测定烟叶的叶绿素荧光参数：初始荧光（fo）、psⅱ最大光化学效率（fv/fm）、实际光化学效率（yⅱ）、电子传递速率（etr）、光化学淬灭系数（qp）、非光化学淬灭系数（qn）和非化学淬灭系数（npq）。
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2、统计与分析
用excel对测定数据进行简单整理，再用spss（19.0）中单因素方差分析（one-way ano-va）和独立样本（t）检验在0.05水平上比较不同数据组间差异性，最后用excel制表，origin制图。
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2.1、不同硅肥对铅镉胁迫下烟草光合作用参数的影响：由图1至4可知，在铅镉胁迫下，与ck相比，pc-ck处理的净光合作用速率（pn）、气孔导度（gs）和蒸腾速率（tr）明显下降，分别下降了54.41%、30.19%和37.47%，胞间co2浓度（ci）则上升了34.03%。说明铅镉胁迫抑制了烟草叶片的光合碳同化能力，影响其光合作用。与pc-ck处理相比，施用硅肥的净光合作用速率（pn）、气孔导度（gs）有所升高，pc-osifa、pc-osifb、pc-inosif分别增加了111.00%和49.28%、151.97%和61.22%、91.12%和21.72%。而胞间co2浓度（ci）和蒸腾速率（tr）均有所下降，pc-osifa、pc-osifb、pc-inosif分别下降了32.37%和24.49%、34.35%和35.13%、28.17%和22.73%。说明烟草在铅镉胁迫时，加不同的硅肥处理都能显著提高其净光合作用速率同时抑制其蒸腾作用，与无机硅肥相比，有机硅肥对于提高铅镉胁迫下烟草的净光合速率更为有效，可能是由于有机硅肥能降低土壤中镉的生物有效性和增强镉-硅间的拮抗作用，来降低烟草对镉的吸收积累，减少重金属毒害。在本试验中，不添加硅肥处理的铅镉胁迫导致烟草的净光合作用速率（pn）极显著降低，而同时伴随着气孔导度（gs）的降低和胞间co2浓度（ci）的升高，表明铅镉胁迫对烟草光合作用速率的影响主要是非气孔因素，铅镉胁迫会引起植物体内活性氧防御系统的破坏，使叶绿体内氧自由基增加，叶绿体膜系统受损，导致叶绿体降解，添加硅可以降低铅镉胁迫烟草叶绿体的重金属含量，降低烟草超氧阴离子自由基产生速率，提高植物碳同化能力，提升光合作用速率。
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2.2、不同硅肥对铅镉胁迫下烟草荧光参数的影响：表1 不同硅肥对不同铅镉胁迫下烟草叶绿素荧光参数的影响如表1所示，在铅镉胁迫处理下，与ck相比，pc-ck的初始荧光（fo）、psⅱ最大光化学效率（fv/fm）、实际光化学效率（yⅱ）、电子传递速率（etr）、光化学淬灭系数（qp）、非光化学淬灭系数（qn）和非化学淬灭系数（npq）的值均为降低，分别降低了23.81%、14.80%、18.15%、12.70%、2.51%、20.35%和40.71%。最大光合效率（fv/fm）显著降低，说明铅镉胁迫导致烟草叶片光合机构受到了一定的伤害，完整性被破坏，导致叶片的psii反应中心活性和开放程度降低，抑制了光合电子的传递。实际光合效率（yⅱ）的降低，说明烟草在铅镉胁迫下叶片细胞膜出现损伤，捕获激发能的效率降低，影响了光合电子传递速率和光合同化速率，使光合强度减弱。同时胁迫烟草的电子传递速率（etr）比ck低，表明光合电子传递速率在胁迫下降低，psii的激发能捕获速率也变低。胁迫烟草的光化学淬灭系数（qp）有所下降，说明psⅱ中开放的反应中心比例和参与co2固定的电子有所下降，光合作用受到了一定程度的影响。胁迫烟草的npq和qn均有所下降，说明铅镉胁迫抑制了烟草叶片的能量耗散机制，加重了对光合机构的抑制作用，导致光能冗余积累，psⅱ反应中心的活性降低，最终影响烟草的净光
合速率。而且npq的下降幅度明显高于qn，说明依赖于叶黄素循环的非辐射能量耗散机制对镉的胁迫更为敏感。与pc-ck相比，pc-osifa、pc-osifb、pc-inosif的f0值变化不大，fv / fm、yⅱ和etr同n-pc组加入硅肥一样，均有所增加，pc-osifa分别增加了15.41%、42.98%和47.71%；pc-osifb 分别增加了22.21%、34.50%和41.42%；pc-inosif分别增加了12.70%、20.63%和17.54%。同时，pc-osifa、pc-osifb、pc-inosif的qp均为升高，分别升高了7.02%、2.06%和24.24%。osifa、osifb 的npq升高，分别为31.91%和5.66%，而inosif则是下降了16.60%。加入硅肥之后，fv/fm、yⅱ和etr的值均有所增加，这表明加硅处理可以缓解胁迫烟草叶片psⅱ供体侧和受体侧受到的破坏程度，增加psii反应中心的开放程度，使电子传递速率增大，其原因可能是加硅处理提高了酶活性，降低活性氧含量，缓解膜脂过氧化程度从而影响烟草叶片净光合速率（pn）的升高，缓解铅镉胁迫对烟草的毒害作用。加入不同硅肥处理之后，有机硅肥处理的qn和npq都有所回升，说明硅能提高烟草在铅镉胁迫下能量耗散机制，优化能量流而避免光抑制的现象，同时说明硅肥有利于提高光合色素把所捕获的电子转化为化学能的效率，从而为碳同化提供了更加充足的能量，提高光合特性。
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2.3、对不同处理的烟草测定指标的相关性分析：表2 烟草测定指标的pearson相关性注：*表示显著相关（p＜0.05）；**表示极显著相关（p＜0.01）。
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如表2所示，净光合速率（pn）与胞间co2浓度（ci）表现为极显著负相关（p＜0.01），与最大光合效率（fv/fm）、实际光合效率（yⅱ）和电子传递速率（etr）呈极显著正相关，与初始荧光（f0）呈显著正相关关系（p＜0.05）。另外最大光合效率（fv/fm）也与胞间co2浓度（ci）呈极显著负相关关系（p＜0.01），与实际光合效率（yⅱ）呈极显著正相关关系（p＜0.01）。电子传递速率（etr）与气孔导度（gs）、最大光合速率（fv/fm）、实际光合速率（yⅱ）表现为极显著正相关（p＜0.01）。另有初始荧光（f0）与蒸腾速率（tr）呈极显著正相关（p＜0.01），与实际光合速率（yⅱ）呈显著正相关（p＜0.05）。
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2.4、对不同处理的烟草测定指标的主成分分析：表3 测量指标的主要成分分析
如表3所示，根据最小特征根大于1的原则从中提取了4个主要成分，其累计贡献率达到88.16%，能反映11个测定指标的基本特征。第1主成分的特征值为5.38，贡献率为38.39%，其特征向量最高的是净光合速率（pn），为0.36；第2主成分的特征值为3.35，贡献率为23.92%，其特征向量最高的是光淬灭系数（qp）为0.37；第3主成分的特征值为2.03，贡献率为14.51%，特征向量高于0.50的指标是气孔导度（gs）为0.57；第4主成分的特征职位1.59，贡献率为11.33%，其特征向量最高的是蒸腾速率（tr）和胞间co2浓度（ci），分别为0.49和0.48。
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2.5、本实施例试验证明，铅镉胁迫会导致烟草叶片净光合速率下降，光合机构受到一定程度的伤害，影响光合电子的传递导致光合速率的降低；施用不同硅肥都能提高烟草的净光合速率，促进烟草的生长，其中有机硅肥处理的净光合速率提升最大；施加硅肥可以提高胁迫烟草单位psⅱ反应中心数量，优化其能量流，增加捕获电子的转化率，提高净光合速率，缓解铅镉胁迫对烟草光合机构的伤害。