3种催熟剂对芒属植物的催熟效果比较

易镇邪，王 禹，王学华，屠乃美，易自力

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128； 2.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128)

随着化石能源危机的日趋凸显，生物质能源已成为当今世界新能源研发的热点。芒属植物作为一种符合“不与人争粮，不与粮争地”的非粮能源植物，受到人们的广泛关注。芒属植物(Miscanthus)系禾本科多年生C4植物，共有14个种，其中芒(M.sinensis)、五节芒(M.floridulus)、荻(M.sacchariflorus)和南荻(M.lutarioriparius)4个种生物质产量高、适应性广且种植成本低，具有较大利用价值。

随着研究的深入，芒属植物作为能源植物的优势不断得到人们的认可，并被认为是最具开发前景的纤维素类能源植物。前人已对芒属植物栽培技术，如种植密度[1-4]、灌溉[4-6]、施肥[7-9]、收获期[10-13]等，开展了一系列研究，为其产业化开发奠定了一定的基础；但是，大面积推广种植必将造成收获季节、收获机械和劳动力之间的冲突。可见，如何让部分植株提前进入成熟期以错开收获时间，是解决上述问题的有效方法，同时也是延长原料供应期的有效途径。因此，芒属植物催熟剂的筛选与应用研究很有意义。农挞和乙烯利都具有催熟效果[14-15]，并被成功地应用于油菜(Brassicanapus)等作物。本研究以两种芒属植物(五节芒、杂交种)为材料，比较3种催熟剂(农挞、乙烯利及二者的混合制剂)的催熟效果。

1 材料与方法

1.1试验材料 供试芒属植物材料为五节芒02142和杂交种湘杂芒2号(芒与南荻的杂交种)，由湖南农业大学芒属能源植物研究所提供。供试材料通过分蔸方式获得，于2011年4月种植在湖南农业大学芒属植物试验圃。

乙烯利：四川省精细化工研究设计院生产，产品标准证号为GB23554-2009，水剂，有效成分含量40%。

农挞：山东先达化工有限公司生产，产品标准证号为GB206842006，水剂，有效成分草甘膦异丙酸铵盐(Glyphosate)含量41%。

1.2试验方法 催熟剂有农挞、乙烯利和农挞-乙烯利混合制剂3种，设置了5个处理，以喷清水为对照(表1)。于2011年11月1日采用喷施法进行催熟处理，每个处理喷施3株，每处理3次重复。

1.3测定项目 分别在处理后第14、21和28天，用SPAD-502叶绿素计测定植株上、中、下部叶片SPAD值，每次测同一片叶，每片叶测定叶尖、叶中和叶基各3个点，以平均值表示该叶的SPAD值；于处理后的第21天和第42天取样，测定植株含水量及氮、磷和钾含量。

表1 不同处理的成分配比Table 1 Ratio of composition in different treatments mL·L-1

2 结果与分析

2.1催熟剂对芒属植物叶片SPAD值的影响 植株上、中及下部叶片SPAD值在处理间与时期间变化趋势基本相同，故本文采用3个部位的平均值(表2)。

五节芒叶片SPAD值自处理后即呈现持续下降趋势；除处理后第14天的处理3和5 外，各时期各催熟剂处理叶片的SPAD值均较对照显著降低(P<0.05)(表2)。可见，各催熟剂处理均有一定效果。从处理后第28天来看，对照SPAD值最大，其次是处理5，再次是处理4，而处理2的SPAD值最小，且与处理1和3差异不显著。可见，在降低五节芒SPAD的效果上，农挞、农挞-乙烯利混合制剂优于乙烯利；农挞与农挞-乙烯利混合制剂比较，在农挞浓度为10 mL·L-1时二者差异不显著，而农挞浓度为 20 mL·L-1时农挞-乙烯利混合制剂效果显著优于农挞。

杂交种叶片SPAD值整体表现趋势与五节芒相同，催熟剂在各时期均有显著降低SPAD值的作用(表2)。3种催熟剂比较，农挞与农挞-乙烯利混合制剂效果优于乙烯利，但农挞与农挞-乙烯利混合制剂之间无显著差异(P>0.05)，各时期表现一致。综上所述，农挞、乙烯利和农挞-乙烯利混合制剂对芒属植物叶片SPAD值均有降低效果，其中乙烯利效果最差，农挞与农挞-乙烯利混合制剂效果相当，但在不同芒属植物材料间表现有一定差异。

表2 催熟剂对芒属植物叶片SPAD值的影响Table 2 Effects of ripener on SPAD of Miscanthus leaves

2.2催熟剂对芒属植物植株含水量的影响 催熟剂处理后第21天，五节芒各催熟处理植株含水量均较对照显著降低(P<0.05)，3种催熟剂处理之间以乙烯利处理最高，农挞与农挞-乙烯利混合制剂最低，三者间差异显著。杂交种除乙烯利处理与对照之间差异不显著外，其余表现与五节芒相同(表3)。

催熟剂处理后第42 天，五节芒各催熟处理植株含水量均较对照显著降低(P<0.05)，3种催熟剂处理之间整体表现仍以乙烯利处理最高，农挞处理其次，农挞与农挞-乙烯利混合制剂最低，但处理间差异较小，杂交种表现趋势与五节芒基本一致(表3)。

综上所述，农挞、乙烯利和农挞-乙烯利混合制剂均有促进芒属植物脱水的效果，其中乙烯利效果最差，但与农挞配制后有明显增效作用。

2.3催熟剂对芒属植物植株的氮磷钾含量的影响 催熟剂处理后第21天，各处理植株氮、磷及钾含量差异显著(P<0.05)，其中含氮量最高的为处理4，但与处理3及对照之间差异不显著(P>0.05)，其余各处理表现为处理5>处理2>处理1，且均差异显著；含磷量最高的为处理2，显著高于对照，而其它各处理均显著低于对照；含钾量最高的为处理3，其次是处理4和5，处理2和对照相当，处理1较对照显著降低(表4)。催熟剂处理后第21天杂交种含氮量最高的为处理5，显著高于其他各处理，处理4与对照相当，处理1、2和3较对照显著降低；处理3、4和5含磷量相当，显著高于处理1和2，对照含磷量最低；含钾量最高的为处理5和3，其次是处理4和对照，处理1和2最低(表4)。

催熟剂处理后第42天，五节芒含氮量最高的为处理5，显著高于对照(P<0.05)，其余各处理均显著低于对照，处理1最低，显著低于其它各处理；含磷量最高的为处理2，显著高于对照，而其它各处理均显著低于对照；含钾量最高的为处理5，显著高于对照，处理2与对照相当，其它处理均显著低于对照。催熟剂处理后第42天杂交种各处理含氮量均较对照显著降低，处理1和2降幅最大；处理1含磷量与对照相当，其余处理显著高于对照；处理1和3含钾量与对照相当，其它各处理均显著高于对照(表5)。

表3 催熟剂对芒属植物植株含水量的影响Table 3 Effects of ripener on water content of Miscanthus plant %

表4 催熟剂处理后第21天芒属植物植株氮磷钾含量 Table 4 N, P and K contents in Miscanthus plants on the 21st day after ripener treating %

表5 催熟剂处理后42 d芒属植物植株氮磷钾含量 Table 5 N, P and K contents in Miscanthus plants on the 42nd day after ripener treating %

综上所述，催熟剂处理后芒属植物植株氮、磷和钾含量变化显著(P<0.05)，从降低含氮量来看以处理1和2效果最好，从降低含磷量来看处理1效果最好，从降低含氮量来看处理1和3效果最好。无论芒属植物被用于燃烧还是被转化为乙醇，都要求其含有较低的矿质元素。因此，从促进芒属植物植株养分回流、降低植株养分含量、减少土壤养分消耗和减少燃烧空气污染的角度来看，处理1效果最好，能显著降低芒属植物植株氮、磷和钾含量。

3 讨论与结论

芒属植物被公认为最具开发前景的能源植物。近年来，有关芒属植物的遗传、育种、栽培和能源转化等方面的研究越来越多，并且已经出现了人工选育的杂交种[16]，这为芒属植物的产业化开发奠定了基础。但是，芒属植物的产业化开发中，有一个极其重要的问题必须解决，即原料的供应问题。自然条件下，五节芒四季常绿，根本没有枯黄现象，是不能直接收割、打捆的，而芒、南荻、荻和杂交种地上部虽然会随着生殖生长的完成而枯黄，但也存在收获季节过于集中的问题。因此，研发芒属植物催熟剂，不仅解决芒属植物不能直接收割、打捆的问题，还能解决收获季节集中带来的机械与劳力紧张的问题，更重要的是，它还能延长原料供应期。

农挞和乙烯利都具有催熟效果[14-15]，但此两类物质在芒属植物上的应用效果尚未见报道。为开发芒属植物的高效催熟剂，本研究以具有自然枯黄特性的杂交种和不具自然枯黄特性的五节芒为材料，比较研究了农挞、乙烯及两者的混合制剂对芒属植物的催熟效果。结果表明，农挞、乙烯利和农挞-乙烯利混合制剂对芒属植物叶片SPAD值均有降低效果，其中乙烯利效果最差，农挞与农挞-乙烯利混合制剂效果相当，但在不同芒属植物材料间表现有一定差异。对杂交种而言，农挞与农挞-乙烯利混合制剂效果相当；对五节芒而言，农挞-乙烯利混合制剂效果略优于农挞。在促进芒属植物植株脱水上，农挞、乙烯利和农挞-乙烯利混合制剂均有明显效果，其中农挞-乙烯利混合制剂效果最好，乙烯利效果最差，但与农挞配置后有明显增效作用。从促进植株枯黄与脱水来看，农挞-乙烯利混合制剂效果最好。

有关乙烯利和农挞的催熟机理，前人做了一些研究。乙烯利促进植物成熟和脱水是因为其能够释放“成熟激素”——乙烯，通过增强磷酸化酶的活性而起作用[14]。农挞(农达)作为一种内吸传导式催熟剂，主要作用机理是抑制莽草酸途径中5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶的活性，阻断植株体内芳香族氨基酸(色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等)的生物合成，扰乱植物体正常的氮代谢，使植株缺少相应蛋白而枯黄甚至死亡[15]。还有研究[17]表明，农挞可以作为环境胁迫因素，通过影响渗透压、叶面温度及水分等因素而影响光合作用。有关乙烯利、农挞及其混合制剂催熟芒属植物的内在生理机理有待进一步研究。本研究发现，乙烯利对农挞有明显增效作用，其可能作用途径是乙烯利使叶片呼吸作用增强，加速了农挞药剂的内吸传导作用。

目前，芒属植物的主要利用途径是作为生物能源，一是直接燃烧发电，二是通过发酵转化为乙醇，而以上两种利用方式，都需要其含有较低的矿质元素，因为较低的矿质元素含量，意味着对土壤养分的低消耗，意味着燃烧时的低污染。因此，理想的催熟剂必须能降低植株矿质养分含量。本研究发现，各催熟剂处理后芒属植物植株氮磷钾含量变化显著，在降低氮磷钾含量上以处理1(农挞10 mL·L-1+乙烯利2 mL·L-1)效果最好。

本研究仅进行了1年，且所用试验材料均是当年分蔸移栽的材料，而五节芒是多年生植物，其地上部进入冬季后也不枯黄。因此，有关芒属植物，尤其是五节芒的催熟剂研究还需深入，需采用多年生材料开展多年研究，以确定其最佳催熟时间和催熟剂配方。同时，应开展催熟剂影响芒属植物的生理生化机制研究及催熟剂对生态环境的影响研究。

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