【摘 要】
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油菜抗倒性弱是制约我国油菜进一步提升产量和品质的关键因素之一。沼液是禽畜粪污经厌氧发酵后的速效生物肥,施用沼液增产优质效果显著,且其高效资源化利用有利于促进种养结合绿色发展。本研究于2018年和2019年选用甘蓝型油菜品种华油杂62(抗倒伏型)和阳光2009(倒伏敏感型)为材料进行盆栽试验,以无机氮肥为对照,将两种沼液肥(猪、牛)分别设置低、中、高3个用量水平,研究沼液肥对油菜产量和抗倒性的影响,
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2018YFD1000900); 湖北省技术创新专项重大项目(2017ABA064); 中央高校基本科研业务费(2662017JC005);
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油菜抗倒性弱是制约我国油菜进一步提升产量和品质的关键因素之一。沼液是禽畜粪污经厌氧发酵后的速效生物肥,施用沼液增产优质效果显著,且其高效资源化利用有利于促进种养结合绿色发展。本研究于2018年和2019年选用甘蓝型油菜品种华油杂62(抗倒伏型)和阳光2009(倒伏敏感型)为材料进行盆栽试验,以无机氮肥为对照,将两种沼液肥(猪、牛)分别设置低、中、高3个用量水平,研究沼液肥对油菜产量和抗倒性的影响,并从油菜生长发育、产量形成、茎秆力学特性、解剖特点、生理生化及转录调控等方面系统阐明沼液肥协调产量和抗倒的机制。主要研究结果如下:1.与无机氮肥相比,施用猪(牛)沼液提高油菜单株产量,改善籽粒品质。高量沼液肥下,两品种的平均单株产量分别增幅23.9%、34.4%,主要表现为分枝数(8.8~12.2)、角果数(372.8~512.5)、千粒重(3.57~4.16 g),且经济系数提高20.0%~40.0%;两品种的籽粒蛋白质、油酸和亚油酸含量均增加,含油量减少,而单株产油量显著增加11.5%~23.8%。施用高量沼液肥显著增加苗期、薹期及花期的光合叶面积、SPAD,提高叶片N、K积累量、光合能力及水分利用效率;增加干物质积累量,且降低生育后期比叶(果皮)重,促进光合产物向籽粒转运;同时使后期茎秆向角果的干物质转运率提高了8.3%~32.2%,增加角果分配率而促进产量形成。2.施用沼液肥使生育后期植株高度降低7.8%~23.7%,改善油菜倒伏性状。高量沼液肥下,显著降低株高、分枝高,增大根颈粗;同时茎秆充实度和抗折力均显著增加,提高油菜抗倒伏能力,导致倒伏指数下降12.0%~29.7%。茎秆显微结构研究发现:高量沼液肥下茎秆皮层厚度、维管束数目和面积、横截面积及机械组织厚度均显著增加;维管束大小均一,排列紧密,维管束鞘结构发达,同时木质部中导管数、面积增加,机械组织增厚,提高主茎机械性能。进一步对茎秆进行生理生化分析,结果表明:施用沼液肥主要是通过增加茎秆中的果胶、K和Ca含量,降低纤维素、木质素和半纤维素含量来提高茎秆质量,增强机械强度。高量沼液肥下,细胞壁中平均果胶含量增加了7.9%~34.3%,纤维素、木质素和半纤维素含量分别减少了7.3%~40.3%、13.4%~49.9%、7.7%~23.6%;由花期到成熟期的生育进程中,结构性碳水化合物显著增加,而非结构性碳水化合物减少,且果胶增幅最大;同时主茎中K、Ca含量分别增加32.9%~183.6%、15.5%~49.9%,有利于维管发育,改善细胞壁结构。3.通过对高用量猪(P3)、牛(C3)沼液肥与无机氮肥(F4)处理下的花期主茎进行转录组测序,发现DEGs共7247个。GO和KEGG富集分析表明,DEGs主要参与细胞壁结构组成、钙离子结合、水解酶活性、过氧化物酶活、氧化还原酶、细胞骨架、苯丙烷类合成、氮代谢、碳水化合物代谢及光合作用等代谢途径。经注释筛选到多条与细胞壁生物合成的代谢途径,其DEGs表达水平主要涉及果胶(PME、PG、PL)、纤维素(Ces A、CSL)、木质素(PAL、POD、CCR、LAC、COMT)、半纤维素(XTH、Xyl)等相关酶合成。而其表达模式为:果胶(上调6个,下调40个),纤维素(上调4个,下调14个)、木质素(下调10个),并且DEGs的表达水平与各处理下油菜茎秆的细胞壁成分变化趋势一致。4.施用沼液肥改善土壤理化性质,提升土壤肥力。随着沼液肥用量增加,土壤全氮、速效P、速效K、碱解氮、硝态氮、有机质、p H以及电导率均大幅增加,而铵态氮在高量处理下略有降低;同时植株和土壤中Cr、Cd、Pb、Cu、Zn等重金属离子含量在油菜各器官中均有不同程度的富集,且未超过国家限量标准。
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