CN117204284A - 一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法及应用，涉及农业技术领域。将碳点制备成碳点水溶液，将碳点水溶液施用于小麦种子或幼苗，碳点水溶液的浓度为0.02‑0.5mg/mL。采用本方案解决了利用现有的外源物来提高小麦出苗率和出苗质量时，成本高、易产生药害的问题，同时利用纳米碳点溶液浸种、拌种和出苗后叶片喷施的方法使小麦播后20天幼苗株高分别增加了39.8％、25.6％和23.3％以上，地上部鲜重分别增加了95.3％、46.9％和45.3％，最大根长分别增加了58.4％、28.6％和19.2％以上，根鲜重分别增加了60.2％、45.4％和36.2％；显著提高了小麦幼苗α‑淀粉酶、β‑淀粉酶活性和可溶性糖含量，显著提高了小麦幼苗抗氧化酶活性，降低了丙二醛含量；最终使小麦产量分别增加了13.8％、9.8％和5.4％。
Description
技术领域
发明公开一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法及应用，涉及农业技术领域。
背景技术
小麦是世界三大粮食作物之一，在我国种植面积大且区域分布广，小麦的高产稳产对保障我国粮食安全和促进国民经济发展具有重要意义。小麦的出苗率和出苗质量是影响小麦壮苗、高产高效群体构建的关键因素。提高小麦的出苗率有利于小麦后期生长发育，能够有效提高小麦的整齐度，为建立最佳冠层结构奠定基础，更有利于小麦获得高产，提高籽粒品质。提高小麦的出苗质量有利于快速出苗并形成壮苗，增强了幼苗抗逆性，有利于小麦安全越冬，形成具有良好株型的高素质麦苗，对中后期植株生长发育有积极的作用，进而构建合理的小麦丰产群体，提髙产量和品质。
目前，在生产上提高小麦出苗率和出苗质量主要手段是采用合理的栽培方法，主要通过提高整地质量、控制播种深度、合理施肥、做好田间土壤水分管理和病虫害防治等措施，对小麦萌发与出苗过程进行精细管理，有效解决了小麦出苗问题，从而确保小麦种子正常萌发，提高出苗率和出苗质量。
近年来，随着经济的发展，农村人口大量向城市转移，小麦种植方式快速向机械化播种转变，而不同地区气候环境、农机水平和管理水平不一致，致使小麦出苗问题凸显，影响小麦的安全生产和全国的粮食安全。研究者提出了利用外源物质提高小麦出苗率的方法：如利用生物炭和外源NO能提高盐碱地小麦出苗率，利用抗旱拌种剂、吡虫啉种衣剂、乙草胺能有效提高小麦抗逆能力，从而提高小麦出苗率和出苗质量，但上述方法针对问题单一，生产上存在成本高、易产生药害等问题，限制了其推广应用。
发明内容
本发明的一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法及应用，解决了利用现有的外源物来提高小麦出苗率和出苗质量时，成本高、易产生药害的问题。
为达到上述目的，采用的技术方案如下：
一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，将碳点制备成碳点水溶液，将碳点水溶液施用于小麦种子或幼苗，所述碳点水溶液的浓度为0.02-0.5mg/mL。
技术方案的原理及效果：碳点的主要生理作用体现在促进种子萌发和根系生长、提高植株养分吸收、促进植株生长、增加生物量积累、增强光合作用、提高植株碳水化合物含量、植株非生物胁迫和抗病性以及提高作物产量等方面。同时，碳点能穿透坚硬的种皮，促进水分渗透，并且水分子能结合碳点表面的亲水基团随碳点吸收而进入植株体内，从而促进了种子萌发，加速了幼苗的生长，并且碳点进入植株体后还能增强其抗逆和抗病能力，有利于种子出苗和增强幼苗素质。
优选的，所述碳点采用尺寸为5nm的碳纳米颗粒。
通过上述设置，尺寸过大的纳米颗粒不能通过水孔蛋白被植物吸收利用，5nm的碳纳米颗粒刚好能被作物吸收利用，并通过植株体内的维管束***运输到不同部位发挥作用。
优选的，所述施用方式为浸种、拌种和出苗后叶面喷施中的一种。
通过上述设置，能够使种植户根据不同的土地状况来选择合适的施用方式，从而达到增产的目的；方法的多样性能够适用于不同的地区，提高了本方案推广实施的便利性。
优选的，所述浸种的施用方式是将小麦种子在碳点水溶液中浸泡12h再进行播种。
通过上述设置，种子浸泡后开始吸水，碳点随水分子进入种子，进一步增强了种子的水分吸收能力，加速种子萌动发芽。小麦种子需要6-12小时充分吸胀，本方案采用12小时以保证种子充分吸胀。
优选的，所述拌种的施用方式是用碳点水溶液浸润小麦种子后再进行播种。
通过上述设置，小麦播种后需覆土镇压，不能再进行碳点浸润处理。播种前浸润让碳点吸附在种子表面，播种后再随水分进入种子，促进种子发芽。
优选的，所述出苗后叶面喷施的施用方式是在小麦出苗后2叶1心时，按40mL/m2叶面喷施碳点水溶液。
通过上述设置，小麦苗2叶前利用种子自身贮藏的养分生长，2叶后不定根发生，开始从土壤吸收水分和养分，2叶1心处于2叶至3叶期间，此时喷施处理后，才能体现碳点促进幼苗和根系生长，增强根系吸收水分和养分能力的作用。根据研究探索，40mL/m2的喷施量，能使该面积土地上幼苗所有叶片充分接受碳点溶液，且碳点溶液不会形成大液滴滑落，从而保证喷施效果。
优选的，小麦播种均在大田进行，田间管理按照实际生产要求进行，精细耕整，田面平整，11月上旬适时适量条播，播种的行距为25cm。
通过上述设置，本方案管理措施与目前小麦大面积生产上的栽培管理一致，以便该技术能更快应用。
本发明提供的另一种技术方案：将上述所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法应用于农作物种植。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本方案在小麦种植领域应用，田间管理按照生产上高产管理要求进行，小麦播种前，土地要精细整理，满足小麦萌发与出苗对土壤的基本标准，小麦适期播种，播种后做好肥水管理和病虫害控制，不需额外的管理措施。
2、本发明的方法能大幅提高小麦种子出苗率，促进幼苗根系和地上部生长，增加了幼苗生物量，有利于形成壮苗。
3、本发明的方法能提高小麦幼苗碳代谢酶活性、可溶性糖含量和抗氧化酶活性，降低丙二醛含量，增强了小麦幼苗抗逆能力，有利于小麦安全越冬。
4、本发明的方法使小麦出苗率提高17％以上，地上部鲜重增加45％以上，根部增加36％以上，幼苗可溶性糖含量增加26％以上，丙二醛含量降低23％以上，最终成熟期生物量和产量增加5％以上。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，将碳点制备成碳点水溶液，本实施例中碳点采用尺寸为5nm的碳纳米颗粒。将碳点水溶液施用于小麦种子或幼苗，碳点水溶液的浓度为0.02-0.5mg/mL。本实施例的施用方式为浸种，即将小麦种子在碳点水溶液中浸泡12h再进行播种。
小麦播种均在大田进行，田间管理按照实际生产要求进行，精细耕整，田面平整，11月上旬适时适量条播，播种的行距为25cm。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于施用方式不同：本实施例的施用方式为拌种，即用碳点水溶液浸润小麦种子后再进行播种。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于施用方式不同：本实施例的施用方式为出苗后叶面喷施，即在小麦出苗后2叶1心时，按40mL/m2叶面喷施碳点水溶液。
实施例4
将实施例1-3的一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法应用于农作物种植。即还可以应用于其他粮食作物如水稻和玉米，以及其他经济作物如大豆、油菜、花生、棉花等。
对比例
本对比例与实施例1-3的区别仅在于：本对比例的小麦种子不进行碳点水溶液浸种、拌种和叶面喷施处理，其余种植方法与实施例1相同。
试验对比分析：
(1)试验条件：试验地点为扬州市广陵区沙头镇。供试品种为扬麦25，属春性小麦品种，全生育期202天；植株分蘖力强，生长旺盛；株型较紧凑，穗层较整齐，株高83厘米，抗倒性较好；穗长芒，白壳，红粒，籽粒椭圆形、半硬质-粉质，饱满。
(2)试验设计：采用实施例1-3和对比例的小麦进行种植，其中浸种、拌种和叶面喷施均设置三种碳点浓度，分别为0.02、0.1和0.5mg/mL，每个处理重复3次。
(3)定量匀播：播种前田块精细耕整，秸秆埋没，田面平整。于2022年11月10日播种，播种行距25cm，每行播种量为110粒/m，人工均匀播种。
(4)大田管理：各处理在全生育期内每亩施用纯氮18kg，其中基肥占60％，拔节肥占40％，磷肥使用过磷酸钙(P2O5，12％)，钾肥使用氯化钾(K2O，60％)，施用量均为162kg/ha，磷肥全部基施，钾肥中基肥与拔节肥各占50％。其他管理按高产栽培要求统一进行。
(5)测定内容：出苗率、幼苗素质调查(包括株高、地上部鲜重、最大根长、根鲜重等农艺特征，α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性、抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性糖含量等生理特征)、产量及产量构成因素。
试验测定结果如下表1-4所示：
表1不同处理小麦的出苗率和幼苗农艺性状
同一列不同字母表示在同一取样时期不同处理在0.05水平差异显著。
由表1可知，浸种和拌种处理小麦播种后10天和20天的出苗率较对照大幅增加，其中播种后20天的增幅分别为54.3％-56％和17.4％-21.5％，叶面喷施处理对小麦出苗率无显著影响。各处理对小麦幼苗生长具有明显促进作用，播后20天，与对比例相比，实施例1-3的株高分别增加39.8％-52.5％、25.6％-28.1％和23.3％-32.2％，地上部鲜重分别增加95.3％-100.4％、46.9％-53.8％和45.3％-56.5％、最大根长分别增加58.4％-60.7％、28.6％-35.4％和19.2％-34.7％、根鲜重分别增加60.2％-85.8％、45.5％-48.1％和36.2％-39.1％。同一处理的三个不同碳点浓度间各性状无显著差异。
表2所示为不同处理小麦α-淀粉酶、β-淀粉酶活性和可溶性糖含量
同一列不同字母表示在同一取样时期不同处理在0.05水平差异显著。
由表2可知，不同处理小麦α-淀粉酶和β-淀粉酶活性、可溶性糖含量均较对照有大幅提高，与对比例相比，播后20天实施例1-3的α-淀粉酶活性分别增加33.7％-47.0％、21.1％-26.2％和28.0％-35.0％、β-淀粉酶活性分别增加56.0％-57.4％、32.6％-41.7％和48.0％-52.5％、可溶性糖含量分别增加41.5％-51.5％、26.2％-32.4％和34.6％-37.0％。同一处理的三个不同碳点浓度间各性状没有明显差异。
表3所示为不同处理小麦抗氧化酶活性和丙二醛含量
同一列不同字母表示在同一取样时期不同处理在0.05水平差异显著。
由表3可知，不同处理小麦抗氧化酶活性较对照显著增加，丙二醛含量较对照显著降低，与对比例相比，实施例1-3播后20天，小麦超氧化物歧化酶(SOD)活性分别增加18.6％-33.1％、14.2％-221.3％和25.0％-27.5％、过氧化氢酶(CAT)活性分别增加14.9％-19.7％、12.4％-21.4％和11.5％-25.2％、过氧化物酶(POD)活性分别增加20.8％-25.4％、8.5％-15.6％和18.5％-20.4％、丙二醛(MDA)含量分别降低24.5％-31.4％、23.1％-26.8％和28.4％-30.8％。同一处理的三个不同碳点浓度间各性状差异不明显。
表4所示为不同处理小麦产量及产量构成因素
同一列不同字母表示在同一取样时期不同处理在0.05水平差异显著。
由表4可知，与对比例相比，碳点溶液浸种、拌种和叶面喷施处理均显著提高了小麦产量，增产幅度分别为13.8％-16.0％、9.8％-10.6％和5.4％-7.0％。从产量构成因素分析，浸种和拌种处理主要是大幅增加了有效穗数，叶面喷施处理的有效穗数略有增加，与对照相比，增幅分别为28.7％-32.4％、15.1％-19.6％和6.4％-8.7％，而三种处理对穗粒数和千粒重无显著影响。三种处理的生物量较对照显著增加，增幅分别为23.9％-28.8％、18.0％-21.3％和5.8％-10.5％，各处理对小麦收获指数无显著影响。同一处理的三个不同碳点浓度间各性状无显著差异。
综上可知，利用碳点水溶液浸种和拌种能大幅增加小麦播种后出苗率，浸种、拌种和小麦出苗后叶片喷施均能促进小麦苗地上部和根系生长，同时提高了小麦苗碳代谢和抗氧化酶活性，增加了小麦苗可溶性糖含量，降低了丙二醛含量，增强了小麦苗抗逆性，从而形成壮苗；最终提高了小麦有效穗数和生物量，显著增加了小麦产量。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：将碳点制备成碳点水溶液，将碳点水溶液施用于小麦种子或幼苗，所述碳点水溶液的浓度为0.02-0.5mg/mL。
2.如权利要求1所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：所述碳点采用尺寸为5nm的碳纳米颗粒。
3.如权利要求1所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：所述施用方式为浸种、拌种和出苗后叶面喷施中的一种。
4.如权利要求3所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：所述浸种的施用方式是将小麦种子在碳点水溶液中浸泡12h再进行播种。
5.如权利要求3所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：所述拌种的施用方式是用碳点水溶液浸润小麦种子后再进行播种。
6.如权利要求3所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：所述出苗后叶面喷施的施用方式是在小麦出苗后2叶1心时，按40mL/m2叶面喷施碳点水溶液。
7.如权利要求1-6中任一所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法，其特征在于：小麦播种均在大田进行，田间管理按照实际生产要求进行，精细耕整，田面平整，11月上旬适时适量条播，播种的行距为25cm。
8.将权利要求1-6中所述一种提高小麦出苗率、培育壮苗和增加产量的方法应用于农作物种植。
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