【摘 要】
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稗草(Echinochloa crus-galli L.)是稻田中最具危害的恶性杂草,化学除草剂能有效控制稗草发生,然而除草剂的过度使用会造成环境污染,并使得杂草发展出抗药性。开发和应用杂草综合管理方法可以减轻水稻生产对除草剂的依赖,为绿色农业生产提供保障。本研究以化感植物小飞蓬为堆肥原料,制备可用于水田稗草防控的有机控草肥,并对控草肥所含抑草成分对稗草幼苗生长的抑制作用进行了研究。此外,通过室内
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稗草(Echinochloa crus-galli L.)是稻田中最具危害的恶性杂草,化学除草剂能有效控制稗草发生,然而除草剂的过度使用会造成环境污染,并使得杂草发展出抗药性。开发和应用杂草综合管理方法可以减轻水稻生产对除草剂的依赖,为绿色农业生产提供保障。本研究以化感植物小飞蓬为堆肥原料,制备可用于水田稗草防控的有机控草肥,并对控草肥所含抑草成分对稗草幼苗生长的抑制作用进行了研究。此外,通过室内生测发现堆肥产物黄腐酸在高浓度条件下能抑制稗草幼苗生长。在此基础上,采用液相-质谱联用技术(LC-MS)和转录组测序技术(RNA-Seq)对小飞蓬控草肥和黄腐酸抑制稗草生长的机理进行了探索,通过田间试验对小飞蓬控草肥和黄腐酸在移栽稻田中的控草应用能力进行了验证,实验具体结果如下:(1)本研究以化感植物小飞蓬为堆肥原料进行控草有机肥的制备。当堆肥21 d时,控草肥有机质含量为74.65%,总养分含量为10.87%,符合有机肥农业标准《NY 525-2012》,控草肥中腐殖酸含量丰富,黄腐酸和黑腐酸含量分别为10.28%和21.37%,肥料品质优良。(2)本研究通过室内生测法测定小飞蓬控草肥对稗草生长的抑制效果,并对控草肥中化感抑草物质进行分析和验证,结果表明:在淹水条件下,控草肥堆肥时间为21 d,提取液浓度为5 g/L时,稗草幼苗生长被显著抑制,其株高、根长和株鲜重与对照组相比分别降低了48.19%,83.11%和42.34%,且稗草后续生长缓慢。堆肥过程氨基酸、糖类、脂质等有机质被降解,堆肥总重量降低,腐殖酸合成,堆肥腐熟。控草肥中苯甲酸,2-羟基-3-硝基苯甲醛,水杨酸和正己酸等物质对稗草幼苗生长具有显著抑制作用,因此控草肥能够抑制稗草幼苗的生长。(3)本研究发现腐殖酸中黄腐酸在高浓度条件下能够抑制稗草幼苗生长,黄腐酸可以单独进行水田稗草防控应用。室内生测实验结果表明:在淹水5 cm条件下生长10 d时,0.02 g/L黄腐酸处理下稗草幼苗生长被促进;0.80 g/L黄腐酸处理下稗草生长被显著抑制,其株高、根长和鲜重与对照相比分别降低了35.48%、83.33%和40.87%;当黄腐酸浓度超过0.80 g/L时,稗草黄化死亡。小飞蓬控草肥中黄腐酸的含量较高,因而能够抑制稗草幼苗的生长。在种子播种后0~6 d施用0.80 g/L黄腐酸对水稻和稗草幼苗生长具有显著抑制效果,水稻和稗草生长8~10 d后施用黄腐酸能促进其幼苗的生长。因此,在移栽田中黄腐酸的施用能促进水稻秧苗生长,并抑制处于幼苗阶段的稗草生长,使其不能高于水稻冠层,从而减少杂草对水稻作物的危害,单独施用黄腐酸也具有稻田稗草防除的实际应用潜力。(4)代谢组和转录组联合分析结果表明:黄腐酸可能通过调控稗草幼苗吲哚衍生物和黄酮类物质的生物合成从而影响稗草幼苗的生长。与对照组(0 g/L,CK)相比,高浓度黄腐酸处理下(0.80 g/L,HF)稗草5-甲氧吲哚-3-甲醛、甲氧基吲哚乙酸、吲哚、3-吲哚乙腈的含量上调,ALDH(醛脱氢酶)和TDC(L-色氨酸脱羧酶)等基因表达下调,吲哚衍生物含量增加可能造成生长素浓度过高,抑制稗草的生长;低浓度黄腐酸处理下(0.02 g/L,LF)稗草上述吲哚衍生物含量下调,而上述基因的表达上调,其生长被促进。HF组中柚皮素、圣草酚和山奈酚等黄酮类物质含量降低,CHS(查尔酮合成酶)、CHI(查尔酮异构酶)和FLS(黄酮醇合酶)等基因表达上调,而LF组黄酮类物质合成未受到显著影响。高浓度黄腐酸处理影响了稗草黄酮类物质的生物合成,稗草自身通过调控黄酮合成以降低活性氧的自适应机制被破坏,其面对淹水胁迫的抗逆能力降低,生长受到抑制。(5)通过两年三季两地田间实验对小飞蓬控草肥和黄腐酸实际控草效果进行验证。在淹水3~5 cm并保水15 d的条件下,小飞蓬控草肥施用量为150 Kg/亩时对移栽田稗草平均株防效达75%以上;施用量为30 Kg/亩时,黄腐酸对移栽田稗草平均株防效达70%以上。在淹水条件下,施用小飞蓬控草肥或黄腐酸能有效控制移栽田稗草发生。控草肥中所含有的化感抑草物质对稗草幼苗生长具有显著抑制作用;黄腐酸通过调控稗草幼苗吲哚衍生物和黄酮类物质的生物合成从而影响稗草幼苗的生长。
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