面施三十烷醇乳粉在福建省水稻上的應用效果

1抓科技、強產業,推動糧食產業全面發展水稻是福建省的主要糧食，占全省糧食種植面積的70%。近年來由于加強農業結構的戰略調整,水稻田改果、改菜、改漁的面積不斷擴大,已使福建省缺糧問題更為突出。據福建省統計廳資料,2001年福建省糧食產需缺口為(550～600)×104t,相當于當年福建省水稻的總產量(606.8×104t),也就是說在福建省的3000多萬人口中約有一半糧食靠外供。2001年全省糧食減產4.4%,比2000年減產37.4×104t。其中水稻減產25.95×104t。面對糧食減產與人口遞增成負相關的嚴重情況,引起了農業科技工作者的高度關注,加強科技投入,把提高水稻單位面積產量和質量列入重點研究課題。1997年TA乳粉被農業部列入全國農牧漁業豐收計劃中的“水稻旱育秧、拋秧及綜合配套增產技術”項目,擬在全國25個省市的水稻上推廣160×104hm2(2400萬畝),包括在福建推廣53333hm2(80萬畝)。經過共同努力,五六年來已在福建省20多個縣市開展這項工作。據5次專家現場驗收結果和16個縣市農業局農技站(實施單位)32次自行考種、測產和驗收的報告,處理比對照平均增產干谷0.949t/hm2,增產率為15.4%,而且谷粒較飽滿,出米率較高,品質也提高了。福建現已推廣33333hm2(50萬畝),若全省113.3333×104hm2(1700萬畝)水稻全部使用,每年可增收糧食(稻谷)100×104t以上,對解決福建省嚴重缺糧問題具有重要意義。2田間不同品種水稻供試材料:在不同地區原有種植的水稻品種及其栽培技術的基礎上配套葉噴TA乳粉技術。供試藥劑:采用廈門大學化工廠從蜂蠟中提取的TA晶體,研制成1.4%TA乳粉。試驗地點:福州晉安區、連江、莆田、南安、安溪、長泰、閩侯、閩清、漳浦、永定、長汀、上杭、浦城、建甌、建陽、連城、福清、長樂、羅源、福鼎及邵武等縣市。試驗方法:在有關市縣的水稻產區進行不同水稻品種、不同TA濃度(0.5～2mg/L)試驗和推廣,由各縣市農技站參加協作,負責實施。設示范片和試驗小區,示范片設較大面積的處理區和對照區(未噴藥的)進行對比試驗。試驗區設處理組與對照組,重復2～3次,隨機排列。處理與對照的土壤肥力、水稻品種、秧齡以及田間管理等力求基本一致。在水稻幼穗分化初期(2—3期)和孕穗期各噴TA1～2mg/L1次。在下午2時以后噴施,將葉片雙面噴勻噴濕,若噴后6h遇雨則需重噴。每包1.4%TA乳粉(3.6g)兌清水25～50kg(最好先將TA乳粉用少量90℃以上的熱水溶解)。TA乳粉單噴或與農藥混合噴施均可。定點定時觀察水稻生長發育情況和進行必要的生理生化指標測定分析。收獲時進行常規考種和測產,并為專家現場驗收提供試驗稻田。3ta對水稻產量的影響3.15水稻不同品種、不同年份、不同年份、不同年份、不同年份、不同年份ta奶粉的生產成效1997—2001年在福建省20多個縣市進行試驗、示范和推廣工作。據5次專家現場考種和實割驗收的結果表明,TA乳粉在水稻不同地點、不同品種、不同年份上應用均獲得增產,增產幅度為11.9%～27.8%,平均增產16.6%,增收干谷0.983t/hm2(表1)3.23ta米粉在水稻生產企業上的經濟效益根據福州、晉安、莆田、連江、南安、安溪、閩清、永定、上杭、長汀、浦城、建甌、建陽、長泰、連城、福鼎、漳浦等16個縣市的實施單位(農業局農技站)連續4年的32次自行測產和驗收表明,同專家驗收的結果一樣,TA乳粉在水稻不同地區、不同品種、不同年份上應用也均獲得增產,增產幅度為5.0%～33.8%,平均增產14.3%,增收干谷0.949t/hm2(表2)3.3重新驗收干谷1998年11月17日,專家組對福州市晉安區良種場7號試驗田晚稻(荊糯6號)現場實割驗收。結果表明,處理組產濕谷8.235t/hm2,對照組產濕谷5.895t/hm2,處理比對照增產濕谷2.340t/hm2,增產率為39.7%。如果按11月21日重新驗收測定的處理和對照的曬干率分別為82.5%和80.0%計產,那么處理比對照增產干谷為2.078t/hm2,增產率為44.1%。為了進一步落實,福建省農辦于1998年11月21日邀請福建省的同行專家,組成專家組到原來的驗收田再次進行現場考種和實割驗收。結果表明(見表3及表4),處理比對照增干谷1.1685t/hm2,增產率為27.8%。增產的主要原因是:畝有效穗、穗粒數、穗實粒數、結實率、千粒重和曬干率等,分別比對照增加6.7%、20.5%、25.9%、4.4%、3.2%及3.13%等,而理論產量可增產38.2%,接近上次的驗收產量。因重新驗收之前幾天刮了大風使稻穗掉了一些谷粒,理論產量與實際產量有一定差異。TA在農業上的應用很有潛力,當時傳媒也做了報道。3.4ta對水稻增產增效的影響在TA農用研究中遇到最大的問題是劑型問題。由于TA是由30個碳原子組成的長鏈脂肪醇,在水中的溶解度為9×10-14g/L以下,幾乎不溶于水,20世紀80年代初期,因采用TA乳劑劑型(水劑)而存在分散度差和易于乳析沉淀等缺點,致使其增產效果不穩定。三十烷醇在水稻上的試驗較多,但增產效果不穩定,1982年福建省施用面積達4×104hm2以上(60多萬畝),平均增產5%左右。1985年成功地采用環糊精分子包衣技術來研制TA乳粉,使TA劑型研究取得重大進展。采用此技術研制的TA乳粉,具有效果穩定,長期貯存不變質和貯運方便等優點,解決了TA制劑長期未能解決的難題,這在水稻上也已得到充分體現,可使水稻穩定增產15%左右。在同一TA乳粉的情況下,影響水稻增產幅度的主要因素有TA濃度、噴施時期、噴施次數、水稻品種及使用方法等。作用濃度范圍0.5～2mg/L,以1～2mg/L較佳。在水稻各個生育期使用均有促進作用,一般在幼穗分化初期(2,3期)和孕穗期各噴一次效果較好,多次噴施未必能增效。TA對不同水稻品種均有效,但品種間的增產效果有差別。采用葉面噴灑,可與農藥或葉面肥(如磷酸二氫鉀、鋅、硼等)混合施用,既可省工又可增效。一般以下午2點后噴施較好,因為葉片氣孔在下午開放較多,有利于對藥劑的吸收。4高產原因及生理影響4.1對水稻幼苗生長指標的影響TA提高水稻等作物產量的作用主要是通過促進其營養生長和生殖生長而實現的。對營養生長的促進主要表現在對根、莖、葉生長速度的加速。試驗表明,水稻在三葉期噴施0.5～2.0mg/LTA乳粉,經2周后可觀察到水稻苗的株高、單株總根數、單株白根數、白根占總根數(%)、百苗帶蘗(%)、百苗鮮重及百苗干重等生長指標都比對照的稻株明顯提高。這些指標的提高實質上反映出稻苗素質上的提高(表5)。此外,“水稻苗經TA處理8h后,葉面積比對照增加8%,處理3d后干重比對照增加15%”,“經TA處理的水稻苗的根系干重和地上部干重分別比對照增加24%和75%,含氮量也比對照提高”,“水稻苗經TA處理后,根長、根重及根系的表面積均明顯大于對照,根尖的脫氫酶活力也高于對照”,“TA有延緩雜交水稻葉片衰老的作用,對葉片中葉綠素和核酸含量均有延緩下降的趨勢,它和6-BA一樣,均有明顯延緩過氧化物同功酶在衰老時的變化過程”,“TA能提高稻苗的抗寒性,在2～0℃低溫條件下仍能減輕低溫對細胞膜的破壞”,等等。TA對生殖生長的促進,主要表現在對花芽分化,授粉受精及籽粒生長的促進,如表4及表6所示。此外,TA可促進雜交稻不育系珍汕97A花時提前,并與恢復系IR26的花時相遇,從而提高每穗實粒數和結實率。4.2產量構成因素從表3和表4的考種結果可以看出,水稻噴施TA乳粉后,其畝有效穗、穗粒數、穗實粒數、結實率、千粒重、曬干率等產量構成因素發生了一系列有利于高產優質的變化。從表6中各有關縣市的考種結果也可以看出這種有利的變化,其中穗實粒數、千粒重的明顯提高,表現出TA能提高光合能量代謝和干物質積累的生理效應。4.3對光合磷酸化的調節光合作用是綠色植物利用光能將二氧化碳和水同化為有機物并釋放氧氣的過程,也是將光能轉變為可貯藏的化學能有機物的過程。形成作物產量的干物質中,占總干重的90%～95%的有機物是從光合作用中得來的,其余5%～10%的無機成分一般是根系從土壤中吸收來的。所以,光合作用與作物產量的關系非常密切,它是作物產量的基礎。現有的研究工作表明,TA乳粉促進作物增產的一個重要生理效應是增加光合色素含量和提高光合速率。水稻經TA處理后,光合速率可比對照提高13.4～23.4%。光合速率的提高表明在單位葉面積、單位時間內有更多的CO2被同化為有機物,有更多的光能被轉變為化學能。Ries認為“TA對光合作用、胡蘿卜素的合成及RUDP羧化酶等皆有提高的作用”。光合作用過程的第一步是色素吸收光能并將電子依次傳遞;第二步是光能轉變為化學能的過程,通過希爾反應和光合磷酸化作用,將光能以化學能的形式蓄積在同化力中(ATP(腺三磷)和NADPH(還原輔酶Ⅱ)合稱同化力)。第三步則是利用同化力同化CO2,使它變成有機物。在TA的作用下,ATP不但有積累,而且還可促進CO2同化形成有機物質。TA不僅促進光合磷酸化活力,還提高了光合磷酸化與電子傳遞偶聯程度。在TA濃度不同、葉綠素含量不同、介質酸堿度不同的條件下均觀察到有促進循環與非循環光合磷酸化的效應。可見,TA可通過使偶聯因子變構,提高了光合磷酸化與電子傳遞偶聯的效率,從而減少了高能態的漏失(正常情況下,偶聯因子在催化光合磷酸化反應后,仍可能使部分高能態通過偶聯因子漏失)。所以,作物經TA處理后,最突出的表現往往是能量積聚的增多,而用其他激素類型的生長物質處理,則一般觀察不到能量貯積的增益現象。如雜交稻制種時,分別對不育系植株(珍汕97A)處理以赤霉素(GA)、生長素(IAA)、6-芐基腺嘌呤(6-BA)與TA,處理后5天測定ATP含量。結果是除TA處理的ATP含量有明顯增加外,其他處理的皆無明顯的促進效應(圖1)。但是,TA對作物葉片ATP含量的影響,因作物種類、葉片的生育時間等不同而不同。如紫云英葉片、雜交稻不育系(珍汕97A)葉片、棉花枝葉、棉蕾、山芋葉、油菜葉、水仙葉、桑樹幼葉等有明顯的促進效應;而對灌漿期的小麥葉片、秋后的老桑葉、結莢期的赤豆葉及后季稻盛花后期的期葉、油菜莢及油菜籽等均無ATP的積累現象。作為同化力之一的ATP(腺三磷)是一種能的載體、攜帶者和貯存者。在觀察TA對作物葉片ATP促進的動態變化中,都比較一致地反映出ATP含量的提高,經TA處理后,水稻(珍汕97A)葉片中ATP含量的提高在處理后五六天達到高峰,其促進效應可維持10天至2周左右。4.4ta調節環境質量碳、氮代謝是植物體內最主要的兩大代謝過程。TA對碳代謝的促進,有利于形成產量的骨架——碳水化合物。而TA對氮代謝的促進,則有利于氨基酸、蛋白質、核酸及酶類的合成。TA對氮代謝的調節控制,已觀察到的兩個方面是:a.通過對植物體內硝酸還原酶活力的促進,打開了氮從土壤中進入植物體內的大門。b.提高氨基酸、蛋白質的合成,增加植株全氮量。4.4.1促進硝化酶活力試驗表明:“TA對硝酸還原酶的調節作用確實存在,無論是直接作用于酶,還是通過葉片或根的吸收,都能導致氮素轉換的加強。凡經過TA處理的水稻葉片(IR26和厚豐早2個水稻品種)硝酸還原酶的粗酶液,其活力皆比對照有了提高,提高的幅度可達20.1%～29.1%”。產量受生長影響,生長受代謝控制,代謝則受酶的調節。TA促進硝酸還原酶活力的提高,對提高水稻等作物的氮代謝具有重要意義。植物不能直接利用空氣中的氮,一般只吸收土壤中氮的氧化物硝酸根離子(NO-3)。但在植物體內氮是以氨(NH3)的狀態進入氨基酸、蛋白質和其他含氮化合物中,因此必須將硝酸還原為氨。這個還原過程是在硝酸還原酶和亞硝酸還原酶催化下分步進行的。在植物體內硝酸還原可以在根內進行,也可以在葉內進行,而以在葉子內還原為主。當被還原為NH3后,主要通過谷氨酸和谷氨酰胺中轉形成各種氨基酸,再合成蛋白質。所以提高硝酸還原酶活力水平,可提高植物利用氮素的效率。4.4.2對水稻幼苗生長和生理指標的影響Ries等的研究報告指出:“TA處理的水稻幼苗在黑暗下6h,植株所有部位的含氮百分數和總氮量都顯著地增加了。處理植株的總蛋白質(凱氏氮)比對照組多30%,比處理前多19%,越是幼嫩的葉片表現越明顯,第4片嫩葉的總氮量增加1倍,顯示出TA處理的稻株在暗處也會繼續合成蛋白質”。同時還觀察到,與對照相比,在10min內,在TA處理過的水稻苗中有十幾種氨基酸的相對數量有明顯地增加。所測過的三羧酸循環(TCA)中大部分中間產物(除了延胡索酸外)和與之密切相關的物質諸如天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸的貯量都增加了,所有其他α-氨基酸的貯庫也增加了。同時,水中的氫原子被迅速地固定在三羧酸環的某些化學物中以及糖酵解途徑的一些中間產物中。現已發現,從這些中間產物生成像天冬氨酸和谷氨酸之類的反應對于TA是特別敏感的。“經TA處理的水稻幼苗,N,P,K含量可分別比對照提高4.4%,7.4%和11.5%,蛋白質含量可比對照提高3.92%～5.88%,植株全氮比對照增加2.2%～6.7%。總之,生長的促進與否,不僅受制于碳代謝,還受制于氮代謝。碳同化與NO-3還原都發生在葉綠體內,它們的關系非常密切。TA促進產生的能量和中間產物大部分用于碳、氮代謝,碳水化合物和含氮有機物分別是構成農作物產量和品質的物質基礎。TA促進水稻幼苗對N等礦質元素的吸收,首先有利于根系生長和培育壯苗。N是合成蛋白質、核酸、葉綠素及酶等物質的重要元素,P對物質轉化、能量代謝、根系發育、提高抗逆性等方面都有極為重要的作用。K等其他必需元素的增加也有利于促進稻株的生長發育。水稻生長前期吸收更多的營養物質,加速物質合成,植株生長旺盛,表現根系發達,葉色濃綠,莖粗葉茂的長勢長相,體內積累較多的有機物質和營養元素,有利于幼穗分化,增加有效穗和穗粒數,使粒飽和粒重,為豐收打下良好基礎。5ta與養料三磷由于TA普遍存在于植物根、莖、葉、果實和種子的角質層蠟質中,如水稻葉片每克含有TA481μg,根系每克含有TA41μg。所以其作用機理的研究難度更大,至今還不很清楚。Ries教授在1987年11月25—28日召開的《三十烷醇國際學術會議》上致閉幕詞中說:“在這次學術會議報告的論文中充分表明,中華人民共和國在TA的基礎研究和應用研究上顯然地處于世界領先。TA能快速地改善植物的代謝作用,其表現為增加糖、氨基酸及總氮量的積累。TA處理后,對光合作用、胡蘿卜素的合成及ATPase(三磷酸腺苷酶)、NR(硝酸還原酶)及RUDP羧化酶的活力皆有提高。我的研究中曾觀察到親脂性的TA能快速地穿過植物表皮,并在其原生質膜上激發了水溶性的第二信使TRIM(TA誘導產生的高活性物質),它很迅速地在植株內轉移,并明顯地參加了膜上的ATPase的活力。由于在關鍵性的中間代謝產物的合成中,通過一個階式連接作用的結果,引起了綜合效應。這就是TA快速促進植物生長,增加作物產量及有時改善作物品質的基本原理”。1987年5月19—21日Ries博士應邀在廬山講學作的“TA的最新研究成果”中指出,他們發現TA施用于植物后,在植物體內誘導產