粉垄对甘蔗根系结构发育及呼吸代谢相关酶活性的影响

摘要

[目的]探讨甘蔗粉垄技术增产增糖的根系细胞生理学机制,为粉垄技术推广提供理论依据.[方法]以桂糖42号为供试材料进行粉垄耕作处理(耕作深度40 cm),以常规耕作为对照(耕作深度25 cm,CK),分别测定土壤速效养分,甘蔗农艺性状及产量和糖分、根系形态、根毛区组织细胞结构、根系活力、苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶等呼吸代谢相关酶活性.[结果](1)与常规耕作相比,新植蔗土壤的碱解氮和速效磷分别增加了8.7％和17.9％;宿根蔗土壤增加了10.4％和25.6％,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(2)粉垄新植蔗出苗率和分蘖率比常规耕作分别提高了25.0％和17.4％,宿根蔗分别提高了30.6％和11.7％.砍收时,粉垄新植蔗株高、茎径、单茎重、有效茎、产量分别提高了13.2％、17.6％、29.0％、5.3％、12.9％,粉垄宿根蔗分别增加了7.6％、22.2％、70.3％、18.7％和12.9％,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(3)粉垄甘蔗根长、根直径、根体积、根尖数、根表面、根鲜重、根干重比常规耕作分别增加20.9％—42.3％、12.3％—71.0％、33.3％—71.0％、6.4％—61.6％,21.8％—64.1％、26.8％—64.4％和32.6％—95.3％,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(4)与常规耕作相比,粉垄甘蔗根毛区和根毛细胞更长,根毛排列更疏松有序,根尖细胞壁增厚,细胞质、粗糙型内质网和高尔基体更丰富,线粒体数目更多且嵴清晰,细胞核结构更紧致;粉垄新植蔗根毛长度、根毛密度、单位面积根毛总长度和细胞中线粒体数目分别增加了53.3％、73.0％、111.1％和37.5％;粉垄宿根蔗以上指标也分别增加了38.9％、95.9％、82.6％和53.8％,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(5)与常规耕作相比,粉垄甘蔗根系活力在整个生育期均显著增强,在苗期、伸长期和成熟期分别增加了1.29倍、1.39倍和1.25;(6)与常规耕作相比,粉垄苹果酸脱氢酶(MDH)、细胞色素氧化酶(CytcA510)和多酚氧化酶(PPO)活性在苗期和伸长期均显著增加,在苗期,新植蔗粉垄甘蔗苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶和多酚氧化酶活性分别提高了22.9％、28.1％和38.9％,宿根蔗以上各指标分别提高23.0％、20.3％、27.7％,差异显著;在伸长期,新植粉垄甘蔗分别显著提高21.2％、41.8％和33.7％,宿根蔗各指标分别提高27.4％、26.8％和53.3％;成熟期,除了细胞色素氧化酶差异不显著外,粉垄新植蔗和宿根蔗的苹果酸脱氢酶、多酚氧化酶活性均显著提高.[结论]粉垄可提高速效氮和速效磷含量,改善甘蔗根系的营养,提高根系活力和呼吸代谢相关酶活性,有利于根系组织细胞结构和根系形态的发育,从而进一步促进根系对水肥的吸收.