CN105850427B

CN105850427B - 一种设施栽培马铃薯防冻方法及其应用

Info

Publication number: CN105850427B
Application number: CN201610213681.9A
Authority: CN
Inventors: 秦玉芝; 熊兴耀; 刘明月; 胡新喜; 何长征; 宋勇; 潘飞; 丁旭; 谢洁
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2019-04-19
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: CN105850427A

Abstract

本发明公开了一种设施栽培马铃薯（蔬菜）防冻方法及其应用，其步骤包括：①组织水份调配：冻害或倒春寒频发前10～15天逐步控制土壤与植株水份。具体做法：控水排湿，寒冻来临时基质/土壤相对含水量控制为30～40%；②组织冰点调配：冻前7～8天，每3天喷施一次调节型防冻剂A：0.1～0.6%Sucrose+0.2%CaCl₂+0.1%KH₂PO₄，用于程序化增加细胞渗透调节物质浓度，降低作物组织冰点；③细胞抗寒信号激活：冻前1～2天施用诱导型防冻剂B：1～5 mmol/L H₂O₂），启动细胞内抗寒相关信号途径的级联反应，动员作物自身抗寒应急反应。该方法操作简单，防冻效果好，成本低。

Description

一种设施栽培马铃薯防冻方法及其应用

技术领域

本发明属于农作物栽培防冻技术领域，涉及一种分步骤调节植物组织水分状况和渗透环境，提前启动细胞应急响应，提高蔬菜，尤其是马铃薯的耐冻能力的方法。

背景技术

我国南方水稻产区有3亿多亩的冬闲田，在冬闲田种植马铃薯是提高我国粮食安全水平的新的有效措施。近年来，我国冬作马铃薯的种植面积达到3000万亩以上。但是，马铃薯喜温怕寒，冬作马铃薯幼苗生长期多处于低温阴雨天气，且霜冻频发。受寒冻影响常导致冬作马铃薯生长期延迟和产量不稳定，从而制约了冬作马铃薯产业的发展。所以，低温胁迫是伴随中国冬作马铃薯迅速发展，不同于其他马铃薯主产区所面临的全新科学问题。研究马铃薯的抗寒性、研究不同栽培方式下冬作马铃薯防寒（冻）技术，对冬作马铃薯高效栽培技术体系的建立具有重要意义。

植物遭受低温环境胁迫时体内会发生一系列复杂的生理生化变化，比如组织被动失水，细胞主动形成渗透调节物质脯氨酸^[1]和可溶性碳水化合物含量增加^[2]，细胞膜的组成物质和功能首发生改变等等^[3]。研究表明，植物组织的水分含量及组成影响着低温下细胞内冰晶的形成，进而改变质膜与细胞壁的结合状态，使细胞对冰冻产生适应性反应。自由水/束缚水比值的降低可以避免细胞间隙结冰现象的发生，叶片相对含水量可以较好地反映作物的抗逆性，相对含水量较高的叶片有较高的渗透调节功能和较强的抗逆性，相对含水量与其抗逆性成正相关关系^[4-5]。对咖啡幼苗的研究表明, 低温下适度的水势下降使植物受伤害的程度减小^[6]。经抗寒锻炼的大麦的含水量(WC)和渗透势(OP)的降低与半致死温度存在明显的相关关系。作物组织相对含水量与细胞质膜的稳定性、抗寒性的关系早已被许多学者所肯定^[7-9]。采用设施栽培进行冬作区冬、春季马铃薯种植防寒避雨效果显著、收获简单，商品薯率高，耐储运，上市早，经济效益显著。目前设施栽培生产中的防冻措施多进行多层覆盖的物理方法和施用防冻剂的化学方法进行。防冻剂主要有三类，一类是施用高摩尔浓度的渗透性调节剂，通过降低细胞冰点达到防冻目的，但生产上采用添加众多营养元素进行一次性使用，植物吸收性差，还经常造成叶片毒害。另一类利用生长激素调节植物的生长规律，增强抗冻能力，而该类措施虽然稳定性好但效果慢，多次使用会影响植物生长发育，造成产量损失。还有一类是施用蒸腾抑制剂，通过减少蒸腾增强植物抗寒能力，这类比较适合土冻后多放晴天气的北方林木的防冻。上述常规化学防冻剂都没有考虑作物本身的组织水分状况，尤其是冬季低温多雨天气居多的华南地区常规防冻技术措施下作物抗寒冻能力提高有限。设施栽培生产中多层覆盖的物理方法虽然有效，但一方面因为成本高，另一方面由于光温调节需要覆盖物（膜）揭盖频繁，费工费时。

参考文献

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［8］赵海亮, 赵文东, 高东升. 冰冻低温处理下桃芽水分存在状态和膜透性与休眠解除的关系[J]. 北方园艺, 2008, (4):1-4.

［9］叶长秋. 植物体内水分含量与植物抗寒能力相关性的研究.内蒙古农业科技,2010, (2):60-61。

发明内容

针对上述问题，本发明通过调配作物组织水份状况，结合成份简单、吸收好的防冻剂配套使用，来提升设施栽培生产中作物的抗冻能力，不仅可以简化覆盖保温措施，改善设施光照条件，还能确保防冻效果，实施高效轻简栽培。

本发明技术方案通过如下原理实现：

①通过马铃薯（蔬菜）组织水份调配技术，控制马铃薯（蔬菜）组织内水分，降低自由水/束缚水比值，避免（减弱）细胞间隙结冰的发生；

②通过施用成份简单、吸收好的自主研发的防冻剂进行程序化提升细胞渗透调节物质浓度，以降低低温下马铃薯（蔬菜）植株组织冰点；

③通过施用成份简单、吸收好的自主研发的诱导型防冻剂启动细胞内抗寒相关信号途径的级联反应，可常温下动员马铃薯（蔬菜）作物组织自身抗寒应急反应。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种设施栽培蔬菜防冻方法，其步骤包括：

①冻前组织水份调配：通过控制土壤水份调配组织水份，降低植物组织中自由水含量和自由水/束缚水比值；

②冻前组织冰点调配：采用调节型防冻剂程序化增加细胞渗透调节物质浓度；

③冻前细胞抗寒信号激活：采用诱导型防冻剂启动细胞内抗寒相关信号途径的级联反应，动员作物自身抗寒应急反应。

所述的方法，进一步地，其步骤具体包括：

①冻害或倒春寒频发前10～15天逐步控水排湿，将寒冻来临时基质/土壤相对含水量控制为30～40 %；

②冻害或倒春寒频发前前7～8天，每3天喷施一次调节型防冻剂A：0.1～0.6 %Sucrose + 0.1～0.3 % CaCl₂ +0.05～0.2 % KH₂PO₄；

③冻害或倒春寒频发前1～2天施用诱导型防冻剂B：1～5 mmol/L H₂O₂。

所述的方法，其中：防冻剂A为0.1～0.6 % Sucrose + 0.2 % CaCl₂ +0.1 %KH₂PO₄；防冻剂B为3 mmol/L H₂O₂。

所述的方法，优选地，所述蔬菜为马玲薯。

本发明具有以下有益效果：

成本低、用工少、更可靠。可有效的进行长江中下游冬春季（-4～0℃）保护地或无冰雪露地马铃薯（蔬菜）的防冻。-4℃低温下有效防冻时间为连续6小时。-4～0℃波动低温下有效防冻时间为连续1周。

附图说明

图1不同处理冻后植株表型。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步地解释，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

1. 供试材料：费乌瑞它马铃薯，基质盆栽，基质采用商用蔬菜栽培土。

2. 试验处理：11月25号播种，栽培盆置于塑料大棚内，按常规冬春季蔬菜大棚栽培管理方式进行管理。翌年1月15号100%出苗，冻前8天（1月22号）开始进行防冻处理见表1（每盆栽两株，每处理6盆栽，重复3次）。

防冻剂A：不同浓度 Sucrose + 0.2 % CaCl₂ +0.1 % KH₂PO₄喷剂

防冻剂B：不同浓度 H₂O₂喷剂

表1 Sucrose使用浓度试验方案

表2 H2O2使用浓度试验方案

处理	0.4 %Sucrose	+ 0.2 % CaCl<sub>2</sub>	+0.1 % KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>	H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>使用浓度
					Ⅰ	√	√	√	<sub>1</sub> mmol/L
Ⅱ	√	√	√	<sub>2</sub> mmol/L
					Ⅲ	√	√	√	<sub>3</sub> mmol/L
Ⅳ	√	√	√	<sub>4</sub> mmol/L
					Ⅴ	√	√	√	<sub>5</sub> mmol/L

表3综合试验处理方案

处理	水份管理	防冻剂A	防冻剂B	-4℃处理
					Ⅰ	不浇水（土壤相对水量逐步达到30～40%左右）	√	√	√
Ⅱ	不浇水	×（喷水）	×（喷水）	√
					Ⅲ	不浇水	×	×	√
Ⅳ	土壤和植株湿透（土壤相对水量维持在100%）	√	√	√
					Ⅴ	土壤和植株湿透	×	×	√
Ⅵ	见干正常浇水（土壤相对水量70～80%）	×	×	√

3. 项目分析：

冻前相对含水量、可溶性糖和游离氨基酸含量分析

含水量：采用饱和称重法测定各处理的相对含水量。相对含水量(ＲWC，%) = (鲜质量－干质量)/(饱和质量－干质量)×100。

可溶性糖：采用蒽酮比色法。

游离氨基酸：采用茚三酮比色法。

冻害评估：

寒冻处理：运用人工霜冻箱，-4℃连续处理6小时，取出室温恢复1小时后进行冻害评估，照相。

冻害分级标准：其标准为：0 级，无明显冷害症状；1 级，叶缘略失水，其他无明显冷害症状；2 级，叶缘失水严重，心叶无明显冷害症状；3 级，叶缘严重失水，心叶略失水；4级，叶片萎蔫,心叶严重失水, 很难恢复生长；5 级，全部叶片、茎萎蔫，幼苗在常温下不能恢复生长。最后用DPS多元统计分析软件进行霜冻评价。

4. 实验结果

表4不同Sucrose使用浓度处理冻害评级

处理	单株冻害率（%）	整体冻害评级
			Ⅰ	20～30%	2
Ⅱ	20～30%	2
			Ⅲ	20～30%	2
Ⅳ	30～40%	3
			Ⅴ	50～60%	4

表5不同H2O2使用浓度处理冻害评级

处理	单株冻害率（%）	整体冻害评级
			Ⅰ	≤20%	1
Ⅱ	≤20%	1
			Ⅲ	≤20%	1
Ⅳ	20～30%	2
			Ⅴ	20～30%	2

表6不同综合实验处理叶片含水量、可溶性糖和脯氨酸量分析

处理	相对含水量（%）	可溶性糖（μmol/L）	游离氨基酸（mg/100g FW）
				Ⅰ	65.23c	103.9a	75.34a
Ⅱ	66.18c	82.91b	69.19b
				Ⅲ	61.29c	83.63b	70.61ab
Ⅳ	97.81a	65.12c	60.14c
				Ⅴ	96.97a	45.37e	54.30d
Ⅵ	86.64b	53.27d	56.91d

注: 同列大小写字母分别代表0.05 水平差异显著

表7 不同综合实验处理冻害评级

处理	单株冻害率（%）	整体冻害评级
			Ⅰ	≤20%	1
Ⅱ	20～30%	2
			Ⅲ	20～30%	2
Ⅳ	50～80%	4
			Ⅴ	100%	5
Ⅵ	80～100 %	5

Claims

1.一种设施栽培马铃薯防冻方法，其步骤包括：

① 冻前组织水份调配：通过控制土壤水份调配组织水份，降低植物组织中自由水含量和自由水/束缚水比值；其具体做法为：冻害或倒春寒频发前10～15天逐步控水排湿，将寒冻来临时基质/土壤相对含水量控制为30～40 %；

② 冻前组织冰点调配：采用调节型防冻剂程序化增加细胞渗透调节物质浓度；其具体做法为：冻害或倒春寒频发前前7～8天，每3天喷施一次调节型防冻剂A：0.1～0.6 %Sucrose + 0.1～0.3 % CaCl2 +0.05～0.2 % KH2PO4；

③ 冻前细胞抗寒信号激活：采用诱导型防冻剂启动细胞内抗寒相关信号途径的级联反应，动员作物自身抗寒应急反应，其具体做法为：冻害或倒春寒频发前1～2天施用诱导型防冻剂B：1～5 mmol/L H₂O。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：防冻剂A为0.1～0.6 % Sucrose + 0.2 %CaCl₂ +0.1 % KH₂PO₄。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：防冻剂B为3 mmol/L H₂O₂。