工业大麻-辣椒轮作对辣椒生长和生理特性的影响.pdf
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1、热带作物学报 2023,44(8):16441651 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-07-12;修回日期 2022-10-02 基金项目 农业农村部国家现代农业产业技术体系工业大麻生理与栽培岗位项目(No.CARS-16-E15)。作者简介 杜光辉(1982),男,博士,讲师,研究方向:工业大麻栽培与生理。*通信作者(Corresponding author):刘飞虎(LIU Feihu),E-mail:。工业大麻-辣椒轮作对辣椒生长和生理特性的影响 杜光辉,赵银鸿,李蛟男,汤开磊,杨 阳,刘飞虎*云南大学资源植物研究院,云南昆明 65
2、0500 摘 要:辣椒是一种重要的蔬菜和调味品,但目前的种植模式使其连作障碍问题日渐突出,合理轮作是解决辣椒连作障碍的有效方法和手段。工业大麻是一种理想的轮作植物,但工业大麻轮作对辣椒连作障碍的缓解机理还不清楚,为探究工业大麻-辣椒轮作对辣椒生长发育及生理的影响,本研究于 20182019 年在云南大学农学试验大棚中,以工业大麻品种云麻 1 号和 2 个当地辣椒品种太阳红、羊角辣为材料,进行辣椒连作和工业大麻-辣椒轮作盆栽试验,通过对比分析工业大麻轮作后辣椒的形态生长与生理生化指标变化,初步探索工业大麻轮作对后季辣椒生长和生理影响的机制。结果表明:轮作组和连作组辣椒的主要生理生化指标变化趋势基
3、本一致。但是,与辣椒连作相比,工业大麻轮作后,2 个辣椒品种的叶绿素含量在定苗后 40、50、60、100 d 均有一定程度的提高,而超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性和根系活力也相应提高,尤其是在收获期(100 d)的增幅最大。工业大麻轮作后,2 个辣椒品种叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)4 个光合作用指标在定苗后 40、50、60 d 均显著提高,进而导致收获期的株高、茎粗、地上部干重以及根冠比明显增加。与辣椒连作相比,工业大麻轮作后,羊角辣和太阳红的株高分
4、别增加了 20.65%和 16.85%,茎粗分别增加了 16.32%和 19.94%,地上部干重分别增加了 15.39%和 27.50%,而根冠比分别增加了 33.26%和 25.47%。综上,工业大麻轮作增强了后季辣椒的生理活性,更好地维持了辣椒的正常生长发育。该研究结果对今后辣椒合理种植模式的选择具有指导意义。关键词:工业大麻;辣椒;轮作;生长;生理 中图分类号:S641.3 文献标识码:A Effects of Industrial Hemp-Chili Pepper Rotation on the Growth and Physiological Characteristics of
5、Chili Pepper DU Guanghui,ZHAO Yinhong,LI Jiaonan,TANG Kailei,YANG Yang,LIU Feihu*Institute of Plants Resource,Yunnan University,Kunming,Yunnan 650500,China Abstract:Chili pepper(Capsicum annuum)is an important vegetable and condiment,but the current cropping pattern makes its continuous cropping obs
6、tacles increasingly prominent.Most studies show that reasonable rotation is an effec-tive method and means to solve the continuous cropping obstacles of chili pepper.Industrial hemp(Cannabis sativa)is an ideal rotation plant,but the effect of industrial hemp rotation on alleviating the continuous cr
7、opping obstacle of chili pepper is not clear.In order to explore the effect of industrial hemp-chili pepper rotation on the growth and physiology of chili pepper,this study took the industrial hemp variety Yunma 1 and two local chili pepper varieties Taiyanghong and Yangjiaola as the materials in th
8、e agronomic experiment greenhouse of Yunnan University from 2018 to 2019.Pot experiments were carried out on chili pepper continuous cropping and industrial hemp-chili pepper rotation,respectively.The morphological growth and physiological and biochemical indexes of chili pepper after industrial hem
9、p rotation were comparatively analyzed,and the effect of industrial hemp rotation on the growth and physiology of chili pepper in the later season was preliminarily explored.The results showed that the main physiological and biochemical indexes of chili 第 8 期 杜光辉等:工业大麻-辣椒轮作对辣椒生长和生理特性的影响 1645 pepper
10、in the rotation group and the continuous cropping group had the same trend.However,compared with the chili pepper continuous cropping,the chlorophyll content of the two chili pepper varieties increased to a certain extent at 40,50,60 and 100 days after seedling thinning,while the activities of antio
11、xidant enzymes(SOD and POD)and root activ-ity also increased correspondingly,especially in the harvest period(100 days after seedling thinning)in the industrial hemp-chili pepper rotation.After the industrial hemp rotation,the net photosynthetic rate(Pn),stomatal conductance(Gs),intercellular CO2 co
12、ncentration(Ci)and transpiration rate(Tr)of the leaves of the two pepper varieties were sig-nificantly increased at 40,50 and 60 days after seedling thinning,resulting in a significant increase in plant height,stem diameter,shoot dry weight and root shoot ratio at harvest stage.Compared with the chi
13、li pepper continuous cropping,the plant height of Yangjiaola and Taiyanghong increased by 20.65%and 16.85%,the stem diameter increased by 16.32%and 19.94%,the aboveground dry weight increased by 15.39%and 27.50%,and the root shoot ratio increased by 33.26%and 25.47%in the industrial hemp-chili peppe
14、r rotation,respectively.In conclusion,the industrial hemp rotation enhanced the physiological activity of late season chili pepper and better maintained the normal growth and development of chili pepper.The results have a guiding significance for the selection of reasonable planting mode of chili pe
15、pper in the future.Keywords:Cannabis sativa;Capsicum annuum;rotation;growth;physiology DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.08.014 辣 椒(Capsicum annuum L.)为 茄 科(Solanaceae)辣椒属植株,是一种重要的蔬菜和调味品。随着生产的专业化、集约化和规模化水平日益提升,辣椒复种指数高,品种相对单一,这种模式带来高效益的同时,更加剧了辣椒连作障碍的发生,严重影响了辣椒生产的可持续发展1。据统计,连作导致辣椒产量降低,轻者减产 30%左右,严重的减产
16、 80%以上,甚至绝产2。辣椒连作障碍问题日渐突出,亟待解决。研究表明,合理轮作是解决辣椒连作的有效方法和手段。杨晓萍等3在进行双孢菇与辣椒轮作时发现,双孢菇收获后种植辣椒不仅不用施底肥,而且病害发生的程度较轻。蒋荣能4通过大蒜与辣椒轮作,有效地减少了辣椒的病害和土壤中的有害物质。因此,探讨辣椒合理的轮作制度对其生长生理、产量及品质的影响,对优化辣椒栽培模式有重要意义。大 麻(Cannabis sativa L.)是 大 麻 科(Cannabaceae)大麻属(Cannabis)一年生草本植物,将植株群体花期顶部叶片及花穗干物质的四氢大麻酚(THC)含量0.3%的大麻称之为工业大麻。大麻是一种
17、理想的轮作植物,轮作大麻对减轻后继作物的病虫害效果明显。ZHANG 等5发现轮作大麻后农田上的病害有了明显的降低,根腐病、镰刀菌、立枯丝核菌等病害显著低于连作大豆。也有研究表明,大麻与小麦的轮作效应使小麦在第一年和第二年的产量与小麦单作相比均增加6。本课题组前期田间试验发现,大麻轮作后辣椒的产量显著高于连作。而且,大麻轮作后可以更好地抑制甚至消除土壤中的炭疽病等有害病菌,能较好地降低辣椒连作障碍现象的发生。但是,大麻轮作后对辣椒生长具体的影响不够清楚,鉴于此,本研究通过盆栽的方法,探讨了大麻-辣椒轮作对辣椒生长和生理的影响,以期为缓解辣椒连作障碍提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料 供试
18、材料:工业大麻品种云麻 1 号的种子购自云南工业大麻股份有限公司;朝天椒品种太阳红的种子由云南省农业科学院园艺作物研究所提供;砚山当地辣椒品种羊角辣的种子由云南省砚山县经济作物工作站提供。供试土壤:取云南省砚山县江那镇狮子山村辣椒种植基地(该基地已连续种植辣椒 5 a)的土壤、泥炭(挪威 JIFFY 公司生产)和昆明大棚土壤,按照 631 的比例进行混合。混合土的有机质含量为 67.930 g/kg、全氮(N)1.193 g/kg、全磷(P2O5)0.102 g/kg、全钾(K2O)1.540 g/kg、水解性氮 0.210 g/kg、有效磷 0.069 g/kg、速效钾0.284 g/kg,
19、pH 5.01。1.2 方法 1.2.1 试验设计 用上口直径 40 cm、高 26 cm的塑料盆,每盆装混合土 9 kg,加入复合肥(NP2O5K2O=241014)25 g 作为基肥,充分拌1646 热带作物学报 第 44 卷 匀,使表面平整,播种时种子与肥料不直接接触。试验于 20182019 年在云南大学农学试验大棚中进行。1.2.2 2018 年盆栽试验 工业大麻品种云麻 1 号栽 16 盆,辣椒品种太阳红和羊角辣各栽 8 盆。挑选籽粒饱满大小一致种子,每盆均播种 50 粒种子。辣椒长到 23 片真叶时进行间苗,每盆留苗8 株;大麻的苗高 1015 cm 时进行间苗,每盆留苗 8 株
20、。1.2.3 2019 年盆栽试验 在上一年盆栽结束后,连作组与轮作组均只清除盆内植物残体,盆土不更换,只对土壤进行疏松、浸润。上年种大麻的16 盆随机分成 2 组,每组 8 盆,分别种植羊角辣和太阳红;上年种辣椒的继续种植与上年相同的辣椒品种;经间苗、定苗后每盆定苗 8 株。以上工业大麻和辣椒的种植盆随机排列,后期管理同大田正常管理方法。1.2.4 生理指标测定 于 2019 年定苗后 40、50、60 d,每处理随机选取 5 株辣椒,在光强为300 mol/(sm2)条件下,测定植株心叶外侧第 23片功能叶的光合指标净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(
21、Tr)。同时,于定苗后 40、50、60、100 d,每个处理每盆取顶部 2 片功能叶,测定叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性;然后每盆随机确定 1 株,小心取出整株的根系,测定根系活力。具体测定方法如下:使用 LI-6400XT 便携式光合测定仪对光合指标进行测定,采用氮蓝四唑(NBT)法测定 SOD 活性,乙醇浸泡法测定叶绿素含量,愈创木酚法测定 POD 活性,氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定根系活力7。1.2.5 生长指标测定 于 2019 年在辣椒收获期(定苗后 100 d),随机从每盆中选取 5 株,测量株高(地上部分的长度)和茎粗(植株基部茎直径)。
22、同时,把 5 株辣椒植株洗净晾干,分为地上部和根部,于 105 下杀青 30 min,75 烘干至恒重,称重、记录地上部干重和根干重,计算根冠比(根干重/地上部干重)。1.3 数据处理 采用 Microsoft Excel 2007 软件处理试验数据,利用 SPSS 20.0 数据处理系统进行方差分析,显著性水平设为=0.05,运用新复极差比较法进行平均值多重比较,采用 Sigma Plot 10.0 作图。2 结果与分析 2.1 大麻轮作对辣椒生理指标的影响 2.1.1 辣椒叶片叶绿素含量 大麻-辣椒轮作模式下,2 个辣椒品种的叶绿素含量在 4 个时间点(主要处于快速生长期和成熟期)均高于辣
23、椒连作模式。与连作相比,大麻轮作对辣椒叶绿素含量的影响差异不明显(图 1)。2 种种植模式下,辣椒的叶绿素含量在 4 个时间点的变化趋势一致,均呈现先略微增加后减少的趋势。因辣椒品种不同,叶绿素含量下降的拐点不同。图 1 大麻-辣椒轮作下的辣椒叶片叶绿素含量 Fig.1 Chlorophyll content of chili pepper leaves under hemp-chili pepper rotation 2.1.2 辣椒叶片光合指标 在定苗后 40、50、60 d,辣椒叶片的光合指标变化如图 2 所示,轮作组和连作组的辣椒叶片净光合速率变化趋势一致,只是轮作组辣椒叶片净光合速率
24、在 3 个时期均高于连作组;轮作辣椒的胞间 CO2浓度、气孔导度以及蒸腾速率均高于连作组。尤其是在 2 个辣椒品种定苗后 50 d,以上指标均出现拐点。有些指标,如羊角辣气孔导度比连作明显增加,增幅高达 76.66%;而太阳红气孔导度比连作明显增加,增幅为 53.49%。第 8 期 杜光辉等:工业大麻-辣椒轮作对辣椒生长和生理特性的影响 1647 图 2 大麻-辣椒轮作下的辣椒叶片光合相关参数 Fig.2 Photosynthesis-related parameters of chili pepper leaves under hemp-chili pepper rotation 2.1.3
25、 辣椒叶片抗氧化酶活性 如图 3 所示,连作导致辣椒 SOD 活性和 POD 活性发生明显降低。大麻轮作后,羊角辣和太阳红叶片的 SOD活性与连作相比差异明显。2 个辣椒品种在定苗40、50、60 d 以及收获期 100 d,大麻轮作后辣椒各时段的 SOD 活性和 POD 活性均高于连作组,尤其是羊角辣在收获期,轮作组的 SOD 活性和 POD 活性与连作组均呈现显著差异。2.1.4 辣椒根系活力 羊角辣和太阳红与大麻轮作后,根系活力在辣椒定苗后 40、50、60 d 三个阶段均高于连作组。在辣椒定苗后 100 d 即成熟期,大麻轮作后羊角辣的根系活力11.66 g/(gh)明显高于羊角辣连作
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