刈割高度对油莎豆氮代谢及产量和品质的影响_李变变.pdf

第 32 卷第 2 期Vol.32，No.284-962023 年 2 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA李变变，张凤华，赵亚光.刈割高度对油莎豆氮代谢及产量和品质的影响.草业学报，2023，32（2）：8496.LI Bian-bian，ZHANG Feng-hua，ZHAO Ya-guang.Effects of stubble height on nitrogen metabolism，yield and quality of Cyperus esculentus.ActaPrataculturae Sinica，2023，32（2）：8496.刈割高度对油莎豆氮代谢及产量和品质的影响李变变，张凤华*，赵亚光（石河子大学，新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003）摘要：为明晰不同留茬高度对油莎豆氮代谢及产量和品质的影响，揭示氮代谢与产量和品质之间的关系，进一步寻求适宜刈割高度。本研究以油莎豆为研究对象，比较 6个不同留茬高度：留茬 50 cm（R50）、留茬 40 cm（R40）、留茬 30cm（R30）、留茬 20 cm（R20）、留茬 10 cm（R10）和未刈割（CK）下油莎豆株高、叶绿素含量以及氮代谢相关指标和块茎产量和品质的差异。结果表明：重度刈割（R10和 R20）对植物的物质积累等有抑制作用，中度刈割（R30和 R40）则对植物的生长发育有促进作用：刈割后 R10和 R20处理的叶绿素含量受到严重干扰，但 R40处理（7，14和 21 d）则促进叶绿素含量的增加。R30处理硝酸还原酶活性（7，14，21和 28 d）、谷氨酸合成酶活性（5个时期）和谷氨酰胺合成酶活性（7，21 和 28 d）均高于其他处理；R40处理可溶性蛋白含量（21 和 28 d）和谷氨酰胺合成酶活性（1 和 14 d）均高于其他处理。适宜的刈割高度不仅能利于地上部分再生，通过“源-库”关系的调节，同时还会促进地下部分的生长发育：R30和 R40处理的块茎产量显著高于其他处理，且两者间无显著差异，分别为 12366.09和 11506.62 kg hm-2，R40处理的千粒重和粗脂肪含量显著高于其他处理，分别为 597.53 g和 27.85%，R30处理的总粒数、单穴粒数、粗蛋白和总糖含量分别为 2699 万粒hm-2、169粒穴-1、8.01%和 18.78%，均最高。相关性分析可知，刈割后 5个时期油莎豆叶片中谷氨酸合成酶活性均与油莎豆地下块茎产量、块茎中粗蛋白和淀粉含量呈显著正相关关系。因此，刈割 R30和 R40处理较其他处理可以促进油莎豆叶片氮代谢，有利于地下块茎产量和品质改善，故留茬 3040 cm 为相对适宜的留茬高度范围。关键词：刈割；油莎豆；氮代谢；产量；品质Effects of stubble height on nitrogen metabolism，yield and quality of CyperusesculentusLI Bian-bian，ZHANG Feng-hua*，ZHAO Ya-guangXinjiang Production and Construction Group Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture，Shihezi University，Shihezi 832003，ChinaAbstract：This study investigated the effects of varying stubble heights on the growth of Cyperus esculentus.Weevaluated differences in height，chlorophyll content，nitrogen metabolism and related indicators，tuber yield andquality of C.esculentus for different cutting regimes（stubble 50 cm，R50；stubble 40 cm，R40；stubble 30 cm，R30；stubble 20 cm，R20；stubble 10 cm，R10；and uncut，CK）to clarify the effects of different stubble heights on thenitrogen metabolism，yield and quality of C.esculentus，to elucidate the relationship between nitrogen metabolismand yield and quality and to identify the optimal cutting height.It was found that severe clipping（R10and R20）had aninhibitory effect on the accumulation of plant matter，while moderate clipping（R30and R40）promoted the growth andDOI：10.11686/cyxb2022061http：/收稿日期：2022-02-14；改回日期：2022-03-14基金项目：中央引导地方专项（2060404）和兵团重大计划项目（RCZK201928）资助。作者简介：李变变（1998-），女，新疆博乐人，在读硕士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年development of plants.The chlorophyll content of R10and R20treatments was severely reduced，while the R40treatment（7，14 and 21 d）promoted increased chlorophyll content.Nitrate reductase（7，14，21 and 28 d），glutamate synthase（five periods），and glutamine synthetase（7，21 and 28 d）activities in the R30treatment werehigher than those in other treatments.The content of soluble protein（21 and 28 d）and the activity of glutaminesynthetase（1 and 14 d）in the R40treatment were higher than those in the other treatments.Appropriate clippingheight was not only conducive to the regeneration of aboveground organs，but also promoted the growth anddevelopment of belowground organs through source-sink regulation.Tuber yield in the R30（12366.09 kg ha1）andR40（11506.62 kg ha1）treatments was significantly higher than in the other treatments，but there was no significantdifference between R30and R40.Thousand seed weight（597.53 g）and the content of crude fat（27.85%）in the R40treatment were significantly higher than those in the other treatments.Total grain number（26.99 million grains ha1），grains per hole（169 grains hole1），and the contents of crude protein（8.01%）and total sugar（18.78%）inthe R30treatment were significantly higher than those in the other treatments.A correlation analysis showed that theactivity of glutamate synthase in the leaves of C.esculentus was significantly positively correlated with the yield ofbelowground tubers，and the contents of crude protein and starch in C.esculentus tubers in all five periods afterclipping.In summary，R30and R40treatments promoted C.esculentus leaf nitrogen metabolism，compared with othertreatments，and thus improved the yield and quality of belowground tubers.Based on these results，a stubble heightof 30-40 cm is recommended.Key words：clipping；Cyperus esculentus；nitrogen metabolism；yield；quality油莎豆（Cyperus esculentus），又名油莎草和虎坚果等1，是莎草科（Cyperaceae）莎草属（Cyperus）多年生草本植物。油莎豆具有地上饲草生长快、再生分蘖能力强、耐贫瘠和易倒伏等植物学性状，是一种防风固沙以及生态修复的“先锋植物”2。且其地下块茎中含有丰富的油脂、矿物质、脂肪酸等营养成分，尤其含油量较高，还被称作“油料作物之王”。因此，油莎豆是一种油、粮、饲、牧、药于一体的综合利用价值较高的经济型作物3。近年来，关于油莎豆方面的研究，多集中于不同栽培模式下对其产量和品质的影响4，刈割方向仅对油莎豆产量和品质展开了研究5，但关于刈割后油莎豆生长代谢等是如何响应刈割伤害的针对性研究甚少，因此研究刈割对油莎豆氮代谢以及产量和品质的影响具有重要意义。氮代谢作为植物生长发育中最基础和最关键的代谢途径之一，其代谢强度和协调程度会对植物的生长发育、物质积累、产量和品质等存在一定影响6，同时该代谢会因受到环境因子、胁迫、栽培措施等影响而发生改变。然而刈割作为草地管理的主要方式，主要是通过刺激植物光合作用，使其对植物地上部分的生长代谢产生直接影响7，或改变植物整体资源的分配模式，促进植物的再生长8-9，从而间接影响植物地下部分的物质积累与转化10-11。植物氮代谢途径中游离氨基酸和可溶性蛋白含量等物质会因受到刈割伤害而产生变化12，孙宗玖等13研究发现，轻度刈割能促进植物氨基酸、脯氨酸和糖类等渗透调节物质的积累，增强植物对刈割伤害的抵抗能力。还有研究发现刈割强度过大则会干扰植物的物质再分配模式，并削弱植物的补偿性生长和均衡性生长的能力，同时会减少营养物质向地下部分的运移和储存14。Zhang等15研究表明，放牧（刈割）对植物的产量和品质存在一定影响，适当的刈割能够促进植物产量的增加16