CN114521555B - 一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备及其应用。本发明提供的调节剂含有如下的组分:萘乙酸钠4.5‑9.0g/L,苯甲酸钠54.0‑189.0g/L,甜菜碱90.0‑270.0g/L,活性剂和展着剂20ml/L,溶剂为水。所述活性剂和展着剂选自烷基糖苷APG0810、APG0814中的一种或多种。本发明提供的调节剂能够显著增强高粱的抗逆境胁迫和抗倒伏能力,增加高粱的穗粒重和出谷率,使高粱产量提高15%以上。同时该产品具有成本低、使用方便、田间残留少等特点,易于推广应用,对我国高粱生产具有积极的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及植物生长调节剂技术领域,具体涉及一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备及其应用。
背景技术
高粱是我国重要的杂粮作物,可用作粮食、饲料和食品加工。高粱的主要营养成分,包括:粗蛋白质、粗脂肪、碳水化合物、粗纤维、以及钙、磷、铁等微量元素和B族维生素;高粱米可以做米饭,也可磨粉和制作各种面食;高粱蛋白质以醇溶性蛋白质为多,且单宁含量高,因此,高粱主要用于食品加工和白酒、食醋酿造,是酿造名优白酒的重要原料。
随着我国食品加工业的发展,高粱年产量不能满足加工业的需求,高粱属于杂粮作物,种植面积小,区域生态环境差,栽培管理粗放,产量低。因此,研究高粱抗逆优质高产调控技术,提高高粱的品质产量,对发展高粱种植业具有重要的现实意义。
目前,高粱主要种植在干旱、半干旱、瘠薄盐碱和低温冷凉地区,恶劣的生态条件严重限制了高粱产量的提升,表现为:高粱缺苗断垄,植株茎秆纤细柔弱易倒伏,种植密度低,收获穗数少,穗粒数和千粒重低,产量低、品质差。
进一步研究发现,干旱、盐渍和低温冷害不仅导致高粱小花颖片开裂受阻,不能正常授粉,不孕籽率增加,而且,导致灌浆期高粱籽粒灌浆强度存在粒位效应,顶部(或一级枝梗)强势籽粒争夺基部(或二级枝梗)弱势粒的光合产物,导致秕籽率增加,产量低、品质差。
现有技术中为了应对逆境胁迫,选择矮秆杂交优质品种,并通过增加种植密度、实施轮作种植制度(马铃薯-高粱、蚕豆-高粱,等)、合理施肥等常规栽培技术,在一定程度上提高了高粱的产量;但是,恶劣的生态条件不利于高粱的生长发育,增加种植密度导致高粱群体郁闭,根茎叶的生长发育差,光合同化、水分养分吸收功能降低,倒伏率增加,限制了常规栽培技术的应用效果,限制了产量的进一步提升。
应用植物生长调节剂可以有效地防止高粱高密群体的倒伏,提高高粱的抗逆性和产量。目前,我国高粱科研与生产中应用的植物生长调节剂种类繁多,其中乙烯利、多效唑、矮壮素、缩节安等主要用来降低株高、防止倒伏,但同时带来的副作用包括:降低叶片叶绿素含量和净光合速率,降低光合势和干物质生产量,限制谷穗发育、降低产量;水杨酸、茉莉酸、茉莉酸甲酯等具有提高高粱抗冷性的作用,但是,应用不安全,浓度太低或太高则会抑制种子的萌发,降低芽和根的长度和质量,导致幼苗萎蔫;后期喷施易导致贪青晚熟,降低高粱的产量和品质。
因此,针对高粱生产中存在的低温冷凉、土壤瘠薄、干旱、盐碱和密植群体易倒伏等主要障碍因素,从促进根系发育、坚秆抗倒、提高抗逆性和促进穗发育的角度出发,研制高粱专用抗逆抗倒伏调节剂,通过促进根系发育,坚秆抗倒伏,提高高粱抗冷、耐瘠薄等抗逆能力,改善密植高产群体冠层光合效率,促进谷穗和籽粒发育,提高产量和品质;满足高粱产业需求,包括:酿造(白酒、食醋)、饲料、食品(面包、甜点、膨化食品)等,提高种植效益,提升主产区农民生产积极性,将对主产区高粱产业发展具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种配方科学、制备方便的高粱抗逆抗倒伏调节剂产品,用以调控高粱建立庞大的根系,增加高粱茎秆坚韧度,提高高粱高密度条件下抗倒伏的能力;同时,本发明提供的调节剂还可以提高高粱抗低温、抗干旱和耐盐碱能力,改善高粱高密群体叶片光合性能和穗部发育状况,促进高粱获得高产稳产。该调节剂可应用于高粱叶面喷施农药和种子包衣剂。
第一方面,本发明提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂,包括植物生长调节剂、甜菜碱、苯甲酸钠、活性剂和展着剂、溶剂。
在本发明提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂中,所述植物生长调节剂为萘乙酸钠。
在本发明提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂中,萘乙酸钠、苯甲酸钠与甜菜碱的重量比为1:(6~42):(10~60)。
具体地,在本发明提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂中,含有如下的组分:萘乙酸钠4.5~9.0g/L,苯甲酸钠54.0~189.0g/L,甜菜碱90.0~270.0g/L,活性剂和展着剂20ml/L,水532.0~851.45ml/L。
本发明提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂中,所述调节剂的溶剂为水;所述活性剂和展着剂为APG0810或APG0814或APG0816或APG1214或APG1216中的一种或多种,优选地,所述活性剂和展着剂为烷基糖苷APG0810。
在制备上述高粱抗逆抗倒伏调节剂时,从提高茎秆坚韧度、诱导高粱建成庞大根系、增加高粱抗倒伏能力、优化调节高粱形态指标与产量构成指标的角度出发,选择了吲哚乙酸、吲哚丁酸、α-萘乙酸钠、α-萘乙酸、对氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸,优选α-萘乙酸和α-萘乙酸钠,结合加工程序、应用方式和实用效果,α-萘乙酸钠作为包衣剂和叶面喷施剂成分最优。萘乙酸钠占0.97%-5.88%。
α-萘乙酸钠(别名:1-萘乙酸钠),英文名称:Sodium naphthalene-1-acetate,分子式为C12H9O2Na,分子量为208.19,沸点273.2℃,熔点120℃,为白色颗粒、粉末或结晶性粉末;无臭或微带臭气,味微甜带咸;水油两溶性,极易溶于水(53.0g/100ml,25℃),溶于乙醇(1.4g/100ml)。α-萘乙酸钠水溶液pH为7-10时稳定。CAS号:61-31-4,EINECS号:200-504-2。口服-大鼠LD50:1g/kg;口服-小鼠LD50:0.7g/kg。萘乙酸钠为萘乙酸的钠盐,萘乙酸钠主要经由高粱叶片或嫩芽嫩枝表皮吸收进入植物体内,水解后产生萘乙酸,萘乙酸根离子随维管系统营养液输导到作用部位起调控作用。α-萘乙酸钠能够诱导不定根形成,促进根系发育;增强顶端优势,促进高粱开花、结实,减少秕谷率,增加穗粒数,提高千粒重,促早熟;可以诱导茎秆纤维素的合成,提高茎秆韧性,提高抗倒伏能力。
在制备上述高粱抗逆抗倒伏调节剂时,从提高抗冷性的角度,选择了苯甲酸、苯甲酸钠、邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲酸钠,优选苯甲酸和苯甲酸钠,结合理化性质与其它组分的适配性、应用方式、应用效果,苯甲酸钠最优。苯甲酸钠占16.22%~66.67%。
苯甲酸钠,也称安息香酸钠,英文名称:Sodium benzoate,化学式为C7H5O2Na,分子量为144.12,密度1.44g/cm3,熔点:436℃,为白色颗粒或晶体粉末,无臭或微带安息香气味,味微甜,有收敛味;易溶于水(水溶液PH值为8),可溶于乙醇。CAS登录号:532-32-1,EINECS登录号:208-534-8。低毒,常用食品防腐剂。
苯甲酸钠为苯甲酸的钠盐,苯甲酸钠主要经由高粱叶片吸收进入植物体内,水解后产生苯甲酸,苯甲酸根离子随维管系统营养液输导到作用部位起调控作用。苯钾酸钠可诱导作物光合、代谢等功能蛋白的表达,提高可溶性蛋白和游离脯氨酸含量,提高渗透保护能力,增强作物对低温冷害的抗性。在冷害胁迫下,苯甲酸钠能够提高作物根系活力,增强根系吸收和运输营养物质功能,促进叶绿素合成,保障光合作用正常进行;促进作物种子萌发,幼苗根系生长,增强各种氧化酶活性,提高作物抗逆性,从而促进作物生长发育。并且,苯甲酸钠具有杀菌能力,在酸性条件下,其杀菌能力较强。
在制备上述高粱抗逆抗倒伏调节剂时,从提高高粱耐盐碱、耐旱能力的角度,选择了水杨酸、聚天门冬氨酸、甜菜碱、脯氨酸、聚谷氨酸、S-ABA、复硝酚钠、胺酰酯,优选聚天门冬氨酸和甜菜碱,结合合理化性质与其它组分的适配性、应用方式、应用效果,甜菜碱最优。甜菜碱占31.25%~82.19%。
甜菜碱(Betaine,BET):化学名称:N,N,N-三甲基甘氨酸,分子式:C5H11NO2,分子量:117.15,熔点:293℃,外观为白色鳞状或棱状结晶性粉末,无臭,有甜味,极易溶于水,易溶于甲醇,溶于乙醇,微溶于乙醚。具有吸湿性,极易潮解,浓碱中会分解出三甲胺。无毒,常用食品添加剂。雄大白鼠经口LD50:11.20g/kg,雌大白鼠经口LD50:11.15g/kg。CAS号:107-43-7,EINECS号:203-490-6。密度:1.00g/cm3。
甜菜碱是一种生物碱,是植物代谢的次生产物,是重要的渗透调节物质。当遇到盐碱和干旱胁迫时,细胞中的甜菜碱将无机渗透剂(Na+、Mg2+等)排挤到液泡中,维持了细胞质与液泡之间的渗透平衡,避免了细胞质高浓度无机离子对酶和代谢的毒害,并且,甜菜碱这种对作物耐盐性和抗旱性的增强作用具有持久性。盐碱胁迫下,甜菜碱可以降低膜脂过氧化水平,提高细胞膜的稳定性,有效保护膜蛋白和酶蛋白的结构和功能,保障高粱生理代谢正常进行。因此,甜菜碱具有改善高粱叶片的光合性能,延长籽粒灌浆期叶片的光合寿命,降低秕谷率和空壳率,提高高粱籽粒产量和品质的作用。
本发明所述的调节剂中还可含有常规的活性剂和展着剂,浓度一般占调节剂总量的2.0%:选用曲拉通(Triton)、吐温(Tween)和烷基糖苷(Alkyl Polyglycoside,APG)类,优选为烷基糖苷(APG)类,包括:APG0810、APG0814、APG0816、APG1214和APG1216,优选烷基糖苷APG0810。余量为溶剂,本发明优选为水。
本发明所述的调节剂中甜菜碱发挥的作用是:提高高粱抗旱、耐盐碱能力,在干旱和盐胁迫下,维持细胞渗透压,保障细胞膜结构和功能的稳定性,保护多种功能蛋白(酶)的生理功能。苯甲酸钠发挥的作用是:提高高粱的抗冷性,在冷害胁迫下,改善叶片光合功能,促进穗器官发育,提高产量,改善籽粒品质。α-萘乙酸钠发挥的作用是:促进高粱建立庞大根系和强壮植株体,增强茎秆和根系抗倒伏能力。三种成分协同作用,可以提高高粱的抗冷、抗倒伏和耐盐碱、耐干旱能力,改善高粱的光合性能,调节营养物质的运输,改善高粱穗部发育状况,促进开花、结实,减少秕谷率,增加穗籽粒数和千粒重,提高产量和品质。
本发明的调节剂组分具有显著的协同作用。具体地,选择甜菜碱、α-萘乙酸钠和苯甲酸钠,分别设置0、1、2三个浓度梯度(浓度梯度见表1),进行排列组合,共计26个处理1个对照,以辽杂19为测试品种,拔节期和抽穗前5天叶面喷施,三次重复,成熟期收获,测产。
表1:甜菜碱(BET)、α-萘乙酸钠(NAA-Na)和苯甲酸钠(BA-Na)浓度梯度表
代码 | B(浓度:ppm) | N(浓度:ppm) | BA(浓度:ppm) |
0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 600 | 20 | 400 |
2 | 1200 | 40 | 800 |
试验在中国农业科学院作物科学研究所吉林公主岭实验站进行。试验小区长6m,宽4.2m,高粱留苗密度为109500株hm2,60cm等行距起垄播种。各小区氮肥、磷肥和钾肥施用量相同,分别为氮肥300kg/hm2、P2O5 90kg/hm2和K2O 45kg/hm2,均在播种前全基施。
表2、表3、表4和表5结果显示,三种组分具有显著的协同作用,株高增加了1.05%~2.42%,单株干物重增加23.04%~27.50%,穗粒数增加23.62%~25.79%,千粒重增加17.34%~22.54%,穗粒重增加45.29%~54.14%,产量增加了45.11%~54.36%,收获系数增加16.80%~20.89%。
表2:甜菜碱(BET)、α-萘乙酸钠(NAA-Na)和苯甲酸钠(BA-Na)协同作用实验
表3:甜菜碱(BET)、α-萘乙酸钠(NAA-Na)和苯甲酸钠(BA-Na)协同作用实验
表4:甜菜碱(BET)、α-萘乙酸钠(NAA-Na)和苯甲酸钠(BA-Na)协同作用实验
表5:甜菜碱(BET)、α-萘乙酸钠(NAA-Na)和苯甲酸钠(BA-Na)协同作用实验
第二方面,本发明提供制备上述的高粱抗逆抗倒伏调节剂的方法,包括以下步骤:向水中加入甜菜碱,完全溶解后,加入萘乙酸钠,形成溶液Ⅰ;之后,向水中加入苯甲酸钠,溶解完全后,形成溶液Ⅱ;之后,将溶液I与溶液II混合,加入活性剂和展着剂,用水定容。
根据本领域技术人员的理解,本发明请求保护上述的高粱抗逆抗倒伏调节剂在提高高粱抗低温和抗倒伏能力中的应用。
具体地,在本发明提供的应用中,将所述高粱抗逆抗倒伏调节剂稀释成110-225倍液进行一次或多次叶面喷施,所述叶面喷施的时间为高粱拔节期或高粱抽穗前5天。
第三方面,本发明提供一种提升高粱抗低温和抗倒伏能力的方法,在高粱拔节期前5天或高粱抽穗期前5天,使用上述的高粱抗逆抗倒伏调节剂进行叶片喷施。
本发明的有益效果在于:
本发明提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂,具有增强抗旱、耐盐碱、抗低温冷害和抗倒伏能力,促进穗发育和提高产量的多重功能,且无毒、无副作用、成本低、使用方便。由于该增产调节剂的配方新颖独特,一次使用可以起到多种功效,相比现有的调节高粱形态指标和产量指标的植物生长调节剂而言,具有投资少、作用范围广、可以全面提高高粱抗倒伏性能和提高产量的优势,因而本发明对我国高粱生产具有积极的推动作用。
本发明在河南省新乡市、吉林省公主岭市的多点示范试验,施用该产品后,在2019年、2020年雨季对照田均发生不同程度的倒伏,倒伏类型包括根倒和茎倒伏,倒伏率介于41.0%-100%;所有参试高粱试验田均未发生大面积倒伏,产量平均提高16.56%-39.19%。本发明所提供的高粱抗逆抗倒伏调节剂施用后有以下的优点:
(1)使用后根系庞大,节根增加一到二层,次生根数量多、根长,根系活力强,增加高粱根系对土壤的固着力和吸收养分的能力,壮苗、抗冷、抗逆性强。
(2)秸秆增粗,茎壁增厚,茎秆韧性强,茎秆纤维化程度高,抗根倒伏和茎倒伏能力增强。
(3)高粱叶片宽厚浓绿,功能期延长,增强光合作用,增加出籽率和千粒重,促进早熟。
(4)促穗壮籽,减少秕籽率和空壳率,提高穗粒重,改善高粱品质,提高产量,增产15%以上。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例中所用的苯甲酸钠厂家为山东振华工业股份有限公司,CAS登录号:532-32-1;萘乙酸钠的厂家为河南安阳全丰生物科技有限公司,CAS号:61-31-4;甜菜碱的厂家为济南蓬勃生物技术有限公司,CAS登记证号:107-43-7;烷基糖苷APG0810的厂家为江苏万淇生物科技有限公司,CAS登记证号:68515-73-1。
实施例1
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入270.0g甜菜碱,完全溶解后,加入9.0g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠189.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例2
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入270.0g甜菜碱,完全溶解后,加入9.0g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠54.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例3
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入270.0g甜菜碱,完全溶解后,加入4.5g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠189.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例4
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入270.0g甜菜碱,完全溶解后,加入4.5g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠54.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例5
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入90.0g甜菜碱,完全溶解后,加入9.0g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠189.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例6
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入90.0g甜菜碱,完全溶解后,加入9.0g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠54.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例7
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入90.0g甜菜碱,完全溶解后,加入4.5g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠189.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例8
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
向300ml水中加入90.0g甜菜碱,完全溶解后,加入4.5g萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向200ml水中加入苯甲酸钠54.0g,溶解完全后,形成溶液II。之后,将溶液I与溶液II混合,加入20ml烷基糖苷APG0810,用水定容至1000ml。
实施例9
本实施例提供一种高粱抗逆抗倒伏调节剂的制备方法,步骤如下:
叶面喷施调节剂可以在高粱拔节期、抽穗期前5天施用,施用时将实施例1、3、5、7的调节剂兑水稀释成225倍液,实施例2、4、6、8兑水稀释成110倍液,然后喷施于叶面。
以辽杂19为测试品种,拔节期和抽穗前5天叶面喷施,三次重复,成熟期收获,测产。各实施例中高粱生长状况见表6。
表6施用不同配方调节剂的高粱生长状况
表6结果表明:拔节期和抽穗前5天叶面喷施高粱抗逆抗倒伏调节剂,与对照比较,密度变化不大,穗粒数增加21.14%~26.45%,千粒重增加6.72%~9.66%,产量增加30.71%~38.57%。
实施例10抗冷性、抗倒伏性和增产实验
于2019年和2020年吉林省公主岭市和河南省新乡市进行多点示范试验,以辽杂19为试验材料,取实施例1抗低温增产调节剂稀释225倍,于高粱拔节期和抽穗前5天进行叶面喷施,对照不喷施。实验结果如表7所示,施用该高粱抗逆抗倒伏调节剂的所有参试高粱均未发生冷害,而对照田均发生不同程度的冷害影响,冷害包括:苗期的弱小苗和僵苗,受害率介于49.0%~66.3%;2020年东北公主岭高粱先后受3次台风危害,施用该高粱抗逆抗倒伏调节剂的所有参试高粱均未发生大面积倒伏,而对照田均全部倒伏;2019和2020年高粱倒伏发生率介于41.0%~100%;施用高粱抗逆抗倒伏调节剂的产量平均比对照分别提高16.56%-39.19%。
表7高粱抗逆抗倒伏调节剂对高粱抗冷性、抗倒伏性和增产效果的影响
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种高粱抗逆抗倒伏调节剂,其特征在于,包括,萘乙酸钠、甜菜碱、苯甲酸钠、活性剂和展着剂、水;萘乙酸钠、苯甲酸钠与甜菜碱的重量比为1:(6~42):(10~60);所述活性剂和展着剂选自曲拉通、吐温或烷基糖苷。
2.根据权利要求1所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂,其特征在于,含有如下的组分:萘乙酸钠4.5~9.0g/L,苯甲酸钠54.0~189.0g/L,甜菜碱90.0~270.0g/L,活性剂和展着剂20ml/L,水532.0~851.45ml/L。
3.根据权利要求1-2任一项所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂,其特征在于,所述活性剂和展着剂为APG0810或APG0814或APG0816或APG1214或APG1216中的一种或多种。
4.根据权利要求1-2任一项所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂,其特征在于,所述活性剂和展着剂为烷基糖苷APG0810。
5.制备权利要求1-4任一项所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂的方法,其特征在于,包括以下步骤:向水中加入甜菜碱,完全溶解后,加入萘乙酸钠,形成溶液I;之后,向水中加入苯甲酸钠,溶解完全后,形成溶液II;之后,将溶液I与溶液II混合,加入活性剂和展着剂,用水定容。
6.权利要求1-4任一项所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂在提高高粱产量中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,将所述高粱抗逆抗倒伏调节剂稀释成110~225倍液进行一次或多次叶面喷施。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述叶面喷施的时间为高粱拔节期或高粱抽穗前5天。
9.一种提升高粱抗低温和抗倒伏能力的方法,其特征在于,在高粱拔节期前5天或高粱抽穗期前5天,使用权利要求1-4任一项所述的高粱抗逆抗倒伏调节剂进行叶片喷施。
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