氮磷配施對小麥生長、葉片葉綠素含量及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2020-03-20 10:33:32武悅萱王苗苗校思澤張蓓蓓
江西農(nóng)業(yè)學(xué)報 2020年2期 關(guān)鍵詞：差異
武悅萱,張 輝,王苗苗,景 琦,校思澤,張蓓蓓
(陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點試驗室/寶雞文理學(xué)院 地理與環(huán)境學(xué)院,陜西 寶雞 721013)
0 前言
與植物外在的直觀表現(xiàn)相比,葉綠素?zé)晒鈪?shù)更加能夠反映植物的內(nèi)部變化和植物的生長狀況；通過葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)可以在不損傷植物的情況下測試植物葉片的光合反應(yīng)速率和受脅迫的狀態(tài)。植物經(jīng)過暗適應(yīng)后暴露在可見光下,熒光值會隨時間有所變化,形成的曲線就是葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線[1]。該曲線能夠反映植物光化學(xué)反應(yīng)中心PSⅡ的初始光化學(xué)反應(yīng)速率以及植物的光化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)[2-3]。植物的生長發(fā)育離不開光合作用,光合作用是生物界所有物質(zhì)代謝和能量代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。植物光合作用的主要場所是葉綠體,葉綠素a、b的含量影響著植物光合作用的快慢。葉綠素含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)相結(jié)合能夠更加準(zhǔn)確地反映植物的生長狀態(tài)。
小麥?zhǔn)屈S土高原上的主要農(nóng)作物,作為被世界上廣泛種植的禾本科植物,氮磷配施對小麥生長、生理的影響一直受到全球?qū)W者們的關(guān)注[5-6]。其中Araya A作了灌溉及氮磷施用量對小麥產(chǎn)量、生物量和產(chǎn)量的影響的研究[7]。龔明強等的研究結(jié)果表明合理配施氮、磷、鉀肥對土壤養(yǎng)分有一定的改善作用,能提高土壤的有機質(zhì)含量,小麥各器官中的氮含量相對于單一施肥明顯增高,經(jīng)濟產(chǎn)量明顯提高[8]。還有研究表明土壤肥力能夠顯著提高小麥產(chǎn)量[9-10]。但前人對于小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯慷嗉性谕煌寥婪柿l件下進行[11]。施加氮肥和磷肥是提高旱地小麥產(chǎn)量的有效措施,増施氮磷肥料可以促進小麥的生長和分蘗[5，12-13]；可以促進小麥根系下扎,增強對深層土壤水分的吸收能力,提高抗旱性,進而提高產(chǎn)量[14-15]。因此考慮到氮肥、磷肥的濃度對小麥生長期的雙重因素影響,本試驗采用葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù),對小麥品種“九麥2號”施加5組氮磷濃度不同的處理,研究了不同氮磷配施濃度對“九麥2號”葉片生長及生理指標(biāo)的影響,以期為小麥拔節(jié)期篩選出更佳的氮磷配施方案。
1 材料與方法
1.1 試驗材料及過程
試驗小麥品種為“九麥2號”,選取顆粒飽滿的小麥種子用于試驗。試驗使用直徑25 cm、高20 cm的花盆，盆中裝入寶雞地區(qū)的農(nóng)田土壤,每盆播種10顆小麥種子；花盆土壤質(zhì)地基礎(chǔ)氮含量為0.779 g/kg,磷含量為1.086 g/kg。處理設(shè)置如表1所示,每個處理有3個重復(fù)和1個空白對照。所有盆栽于2018年10月15日放置在Fytoscope人工培養(yǎng)箱內(nèi),設(shè)置光暗時間16 h/8 h,晝夜溫度25/15 ℃；每天稱重兩次,進行補水,保證土壤濕度為75%(v/v)。
表1 試驗處理及施肥量kg/hm2
1.2 測定方法
1.2.1 小麥葉片生長參數(shù)的測定 比葉面積(SLA)的測定:選擇拔節(jié)期旗葉進行測定,每盆選取3張葉片。用尺子測量葉片的長和寬,計算葉面積[葉面積=0.75×葉長(cm)×葉寬(cm)]。將葉片裝入信封,于80 ℃烘箱中烘干48 h,烘至恒重。計算比葉面積[SLA=葉面積(cm2)/葉重(g)]。
葉片相對含水量(RWC)的測定:稱量小麥旗葉鮮重(FW);使用去離子水浸泡24 h,然后用濾紙擦干，稱量飽和重(TW)；最后稱量烘干至恒重的旗葉干重(DW)。計算葉片相對含水量，其計算公式為：葉片相對含水量=(FW-DW)×100/(TW-DW)。
水分利用效率(WUE)的測定:水分利用效率為植物生長期間的耗水量(g)與植物干重(kg)的比值。
1.2.2 葉片葉綠素含量的測定 先將生長到拔節(jié)期的小麥葉片剪下,再將洗凈、擦干的新鮮葉片剪碎,用電子天平稱取0.1 g,裝入25 mL試管中,立即加入丙酮-無水乙醇混合浸提液,定容至25 mL,蓋上瓶塞;置于40 ℃溫箱中遮光浸提約24 h;24 h后可以看到剪碎的葉片呈白色,溶液呈綠色,將其冷卻到室溫后,用提取液定容到刻度處;搖勻后即可用于葉綠素含量的測定,設(shè)3個重復(fù)。將葉綠素浸提液搖勻后倒入干凈的比色杯中,用722型分光光度計分別在波長645、663 nm處測定并記錄光密度值,測定時以混合浸提液作為對照。根據(jù)測得的光密度值,計算出小麥葉片每克鮮重含葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的毫克數(shù)(mg/g)。計算公式如下：
Ca=12.71A663-2.59A645
(1)
Cb=22.88A645-4.67A663
(2)
C=Ca+Cb=20.29A645+8.04A663
(3)
葉綠素a含量(mg/g)=Ca×V/W
(4)
葉綠素b含量(mg/g)=Cb×V/W
(5)
葉綠素總量(mg/g)=C×V/W
(6)
上式中：V為提取液的體積(L);W為材料的鮮重(g)。
1.2.3 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線和參數(shù)的測定 在小麥拔節(jié)期間,于上午9:00時,隨機選取各處理的小麥葉片,首先進行20 min暗適應(yīng),然后利用德國Walz公司生產(chǎn)的Mini-Imaging-PAM葉綠素?zé)晒鈨x進行熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線和快速光響應(yīng)曲線的測定,測定出不同光強下的實時熒光值。重復(fù)測定3次，取平均值繪制OJIP曲線。進行比對分析，得到的參數(shù)分別有：最小熒光強度Fo;最大熒光Fm;PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm;捕獲光能與熱耗散能量的比例Fv/Fo;OJIP熒光誘導(dǎo)曲線初始斜率Mo;單位反應(yīng)中心捕獲的能量DIo/RC;PSⅡ捕獲能量從QA傳遞到QB的效率ψo;用于電子傳遞量子產(chǎn)額ΦEo;以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)(PIabs)等。
1.3 數(shù)據(jù)處理
利用Excel 2010進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理;用SPSS 19.0進行one way-ANOVA分析[16],用LSD法進行差異顯著性檢驗和多重比較;采用Origin 8.0作圖[17]。
2 結(jié)果與分析
2.1 氮磷配施對小麥旗葉比葉面積和相對含水量的影響
由圖1可以看出：葉片比葉面積(SLA)和葉片相對含水量(RWC)的變化趨勢基本相同,均在處理T3下最高。具體而言，T3處理下的比葉面積最高,顯著高于T1、T5,分別比T1、T5高31.96%和14.90%。T3處理下的葉片相對含水量顯著高于T1、T5,分別比T1和T5高3.68%和3.21%。
圖1 氮磷配施對小麥旗葉比葉面積和相對含水量的影響
2.2 氮磷配施對小麥葉片葉綠素含量的影響
葉綠素含量會影響葉片光合作用的能力。從表2中可以看出,葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量隨著氮磷濃度梯度的增加具有一個先升高后降低的趨勢,且不同氮磷濃度處理下的小麥葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量及葉綠素a/b有顯著差異。在T2處理下,總?cè)~綠素含量最高,說明葉片葉綠體可以吸收更多的光能,光合效能較強。在T2處理下葉綠素a含量分別高出T1、T3、T4和T5處理46.99%、7.10%、20.77%和44.26%(P<0.05)。在T2處理下葉綠素b含量比T1、T3、T4和T5處理分別高出50.00%、4.55%、20.45%和47.73%(P<0.05)。葉綠素a/b可以反映捕光色素復(fù)合體Ⅱ在總?cè)~綠體結(jié)構(gòu)中所占的比例,說明捕光能力的強弱。從表2中可以看出5個處理間葉綠素a/b值無顯著差異,F值為1.38。
表2 氮磷梯度處理對小麥拔節(jié)期葉綠素含量的影響
注:表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。
2.3 氮磷配施對土培小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
2.3.1 對小麥旗葉Fo和Fm的影響 由圖2可以看出,不同氮磷配施濃度處理下的小麥拔節(jié)期葉片從T1到T5的初始熒光值(Fo)呈上升趨勢,最高值出現(xiàn)在T5,最小值出現(xiàn)在T1,T5顯著高于T1、T2、T3(P<0.05),但與T4處理差異不顯著；T5處理下的Fo比T1、T2和T3處理分別高出26.23%、16.84%和13.05%。最大熒光值(Fm)隨著氮磷配施濃度的增大,主要呈上升趨勢,最大值出現(xiàn)在T4處理下,顯著高于T1、T2處理(P<0.05),但與T3、T5的差異不顯著；在T4處理下的Fm比T1、T2處理分別高出36.44%、16.93%。
圖2 氮磷濃度梯度對小麥拔節(jié)期旗葉初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm)的影響
2.3.2 對小麥旗葉Fv/Fm和PIabs的影響 Fv/Fm是最大光化學(xué)效率,指PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)原初光能轉(zhuǎn)化效率[18-19]；Fv/Fm值越低說明植物受到的光抑制越強。由圖3可以看出：隨著氮磷配施濃度的增高,Fv/Fm呈先升高再降低的趨勢,以T1處理下的Fv/Fm值最低,且與T2、T3、T4和T5處理存在顯著差異(P<0.05)；以T3處理的Fv/Fm值最高,比T1高出7.00%。表明T3處理在小麥拔節(jié)期可以提高PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率和開放比例,提高光合作用的原初光能轉(zhuǎn)換效率和電子傳輸活性,有利于葉片PSⅡ光反應(yīng)的進行。
光化學(xué)性能指數(shù)(PIabs)是一個能夠反映植物光合綜合性能的參數(shù),對逆境和脅迫反應(yīng)更為靈敏[20-21]。由圖3可見：PIabs的變化趨勢與Fv/Fm一致,呈先升高再降低的趨勢,以T3處理下的PIabs值最大,且顯著高于T1、T4、T5(P<0.05)處理,分別高出45.56%、18.52%和31.48%；但T3處理的PIabs值與T2處理差異不大,說明T3處理下小麥的光合性能最強。
2.4 氮磷配施對小麥旗葉葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的影響
植物快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線(OJIP)可以反映出大量關(guān)于PSⅡ反應(yīng)中心原初光化學(xué)反應(yīng)的信息[22]。J相熒光強度升高是由于QB不能及時接受、還原來自QA-的電子,導(dǎo)致QA-的大量積累,I相和P相分別是由于快還原型PQ庫和慢還原型PQ庫被完全還原造成的[23]。從圖4可以看出,在5種濃度梯度處理下的小麥拔節(jié)期葉片的OJIP曲線變化趨勢基本相同,但熒光值有差異。在O點處(0.02 ms)T1、T5處理下的熒光值明顯低于其他3個處理;從J點(2 ms)開始,不同氮磷配施下熒光值有所差異,以T3處理下為最高,分別高出T1、T2、T4、T5處理30.22%、15.35%、10.86%和19.37%;在I點(30 ms)時，不同處理間熒光值差異顯著,T3的值分別顯著高于T1、T2、T4和T5處理36.90%、17.36%、23.80%和21.79%;達到P點時，熒光值趨于穩(wěn)定，不同處理的最大熒光值Fm表現(xiàn)為T3>T2>T5>T4>T1；在5個氮磷配施梯度處理間小麥拔節(jié)期葉片在I點和P點的熒光值差異顯著。
圖3 氮磷濃度梯度對小麥拔節(jié)期旗葉Fv/Fm及PIabs的影響
圖4 不同處理小麥葉片的快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力曲線
2.5 氮磷配施對小麥旗葉PSⅡ供體側(cè)、反應(yīng)中心、受體側(cè)的影響
Mo、Sm、ΦEo、ψo等參數(shù)主要反映PSⅡ受體側(cè)的變化,PSⅡ受體側(cè)包括QA、QB、PQ庫等[17]。從表3中可以看出:在T1處理下Mo最高,說明QA所得到的電子用于自身還原的較多并且向下傳遞電子的能力最小,與T2、T3、T4、T5沒有顯著差異;Sm值隨著氮磷濃度的增加以T4處理下最大,且與其他處理沒有顯著差異,說明T4處理下QA-被還原所需要的能量最大。ΦEo、ψo分別表示電子傳遞到電子傳遞鏈的QA-電子受體的量子產(chǎn)額和相對電子傳遞效率。由表3可以看出,T2處理下ΦEo最大，且與T3、T4沒有顯著差異,但與T1、T5具有顯著差異;ψo在T2處理下數(shù)值最高,且與其他處理無顯著差異；ΦEo和ψo均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,說明氮磷配施濃度對相對電子傳遞量子產(chǎn)額和電子傳遞效率產(chǎn)生了明顯的影響。
PSⅡ反應(yīng)中心吸收、捕獲、電子傳遞及熱耗散能量可以分別通過參數(shù)ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC和DIo/RC來表示[24]。ABS/RC表示單位反應(yīng)中心吸收的光能。由表3可知,T1的ABS/RC值顯著高于其他處理,說明在T1處理下光反應(yīng)活性最高。隨著氮磷配施濃度的增加，從T1到T5,TRo/RC值有先降低后升高的趨勢,但處理間無顯著差異。ETo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。隨氮磷配施濃度的增加，ETo/RC值有先升高再降低的趨勢,以T2最大，但與其他處理差異不顯著。DIo/RC表示單位反應(yīng)中心耗散掉的能量,其值以T3下最低。
由F值可知，Mo、Sm、ψo、TRo/RC、ETo/RC在處理間沒有顯著差異；ΦEo和DIo/RC值在處理間有顯著差異；ABS/RC值在處理間有極顯著差異。
表3 氮磷配施對小麥旗葉Mo、Sm、ΦEo、ψo、ABS/RS、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC的影響
注:表中數(shù)據(jù)代表平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列數(shù)據(jù)后字母不同代表差異性；“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01。
2.6 氮磷配施對小麥旗葉水分利用效率的影響
由圖5知,氮磷配施下小麥旗葉水分利用效率在T3處理下最高,且顯著高于T1、T2、T4和T5處理,分別高出38.27%、31.88%、19.97%和27.08%。
圖5 氮磷配施對小麥旗葉水分利用效率的影響
2.7 氮磷配施下小麥生長、葉綠素含量、熒光參數(shù)和水分利用效率相關(guān)分析
由表4可以看出：水分利用效率與比葉面積存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,與PIabs存在顯著正相關(guān)關(guān)系；比葉面積與PIabs、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)；相對含水量與PIabs和總?cè)~綠素含量呈極顯著正相關(guān)；PIabs與葉綠素總含量呈極顯著正相關(guān)；DIo/RC與比葉面積、水分利用效率、葉片相對含水量、總?cè)~綠素含量、PIabs均呈顯著負(fù)相關(guān)。說明在5個處理中氮磷配施濃度以T3處理最適。
3 結(jié)論與討論
本研究結(jié)果表明：葉片比葉面積(SLA)和葉片相對含水量(RWC)的變化趨勢基本相同,均在T3處理下最高；其中T3處理下的比葉面積顯著高于T1、T5。T3處理下的葉片相對含水量顯著高于T1、T5。
T2、T3處理下小麥拔節(jié)期葉片葉綠素總含量顯著高于其他處理的,說明T2和T3處理中的氮磷配施有利于促進葉綠素的合成。葉綠素a/b在5個處理間無顯著差異,說明氮磷配施對捕光能力沒有顯著的影響。
Fo值(初始熒光)可以反映植物對光能的利用程度,Fo越低說明植物對光能的利用越高[25-26]。在本研究中，T5的初始熒光值最大,說明在T5處理下小麥葉片對光能的利用較低；而T1、T2和T3的Fo值較低,說明在這3個處理下小麥對光能的利用較高。Fm(最大熒光)可以說明電子反應(yīng)程度的大小,Fm值越小,電子反應(yīng)程度越小。最大熒光值(Fm)隨著氮磷配施濃度的增大,主要呈上升趨勢,最大值出現(xiàn)在T4處理下,顯著高于T1、T2處理(P<0.05),但與T3、T5的差異不顯著,說明在T3、T4、T5下小麥葉片的電子反應(yīng)程度較大,電子較為活躍。綜合Fo和Fm的分析可以看出T3處理是最適處理。
表4 不同氮磷配施下小麥生長、熒光參數(shù)和總?cè)~綠素含量間的相關(guān)系數(shù)
注:“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)；“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。
Fv/Fm值只在受到脅迫時才會下降[21],能夠反映植物受氮磷濃度抑制時葉片受脅迫的程度,Fv/Fm值越大受脅迫程度越低。本研究發(fā)現(xiàn),隨著氮磷配施濃度的增加，F(xiàn)v/Fm值先增加后降低,在T3處理下最大,說明在T3處理下小麥?zhǔn)艿降囊种谱钊?。此?T3的PIabs值最高,說明在T3處理下小麥葉片對光能的利用更強，T3處理在小麥拔節(jié)期可以提高PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率和開放比例,提高光合作用的原初光能轉(zhuǎn)換效率和電子傳輸活性,有利于葉片PSⅡ光反應(yīng)的進行[27-28]。
植物PSⅡ光合變化可以通過OJIP曲線來反映。本研究結(jié)果表明,在5種濃度梯度處理下的小麥拔節(jié)期葉片OJIP曲線變化趨勢基本相同,但熒光值有差異。具體來說：從J點開始,不同處理下的熒光值有所差異,以T3處理下為最高;在I點時不同處理間熒光值差異顯著,T3的值顯著高于其他處理的;在J～I點之間，T3在QA-向QB的電子傳遞過程中所耗散的能量最小,且熒光值趨于穩(wěn)定，最大熒光值Fm表現(xiàn)為T3>T2>T5>T4>T1；在5種氮磷配施梯度處理下小麥拔節(jié)期葉片在I點和P點的熒光值差異顯著,可以明顯從OJIP曲線中找出最適梯度為T3梯度。
在T1處理下小麥葉片的ABS/RC顯著高于其他處理的,說明在T1處理下反應(yīng)中心吸收的能量最高,光反應(yīng)活性最高;從T1到T5,TRo/RC先降低后升高,但在不同處理間無顯著差異,說明氮磷配施對反應(yīng)中心捕獲光能的數(shù)量沒有顯著影響。
ETo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。在本研究中，隨氮磷配施濃度的增加，ETo/RC值先升高再降低,以T2最大,但處理間差異不顯著,說明氮磷配施對小麥的電子傳遞能力影響不顯著。DIo/RC表示單位反應(yīng)中心耗散掉的能量,以T3最低，且與其他處理具有顯著差異。在T1處理下Mo最高，但與其他處理沒有顯著差異，說明5個處理對QA電子的傳遞沒有產(chǎn)生顯著影響。Sm值隨著氮磷濃度的增加以T4處理最大,但與其他梯度處理沒有顯著差異,說明在T4處理下QA-被還原所需要的能量最大。ψo值在T2處理下最高,與其他處理無顯著差異。在T2和T3處理下ΦEo較大，且與T1、T4、T5處理差異顯著,表明在T2和T3處理下用于電子產(chǎn)額較高。在T4、T5處理下受體側(cè)的電子傳遞體減少,PSⅡ供體側(cè)的QA-累積,電子傳遞受阻。
相關(guān)分析結(jié)果表明：水分利用效率與比葉面積存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,與PIabs存在顯著正相關(guān)關(guān)系；比葉面積與PIabs、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)；相對含水量與PIabs、總?cè)~綠素含量呈極顯著正相關(guān)；PIabs與葉綠素總含量呈極顯著正相關(guān)；DIo/RC與比葉面積、水分利用效率、葉片相對含水量、總?cè)~綠素含量、PIabs均呈顯著負(fù)相關(guān)。說明在5個處理中以T3最適。
在T3處理的氮磷配施下，小麥生長、葉片葉綠素含量及葉綠素?zé)晒馓匦宰罴?。因此可以推斷隨著氮磷濃度的增加,氮磷配施在90 kg/hm2(N90P90)的處理下“九麥2號”拔節(jié)期小麥長勢最好。在N135P135、N180P180處理下拔節(jié)期小麥?zhǔn)艿矫{迫,其中在N180P180下受脅迫程度最大。在以后的試驗中,還將補充更多的氮磷配施方案,以分析出最佳的氮磷配比。
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0 前言
與植物外在的直觀表現(xiàn)相比,葉綠素?zé)晒鈪?shù)更加能夠反映植物的內(nèi)部變化和植物的生長狀況；通過葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)可以在不損傷植物的情況下測試植物葉片的光合反應(yīng)速率和受脅迫的狀態(tài)。植物經(jīng)過暗適應(yīng)后暴露在可見光下,熒光值會隨時間有所變化,形成的曲線就是葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線[1]。該曲線能夠反映植物光化學(xué)反應(yīng)中心PSⅡ的初始光化學(xué)反應(yīng)速率以及植物的光化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)[2-3]。植物的生長發(fā)育離不開光合作用,光合作用是生物界所有物質(zhì)代謝和能量代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。植物光合作用的主要場所是葉綠體,葉綠素a、b的含量影響著植物光合作用的快慢。葉綠素含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)相結(jié)合能夠更加準(zhǔn)確地反映植物的生長狀態(tài)。
小麥?zhǔn)屈S土高原上的主要農(nóng)作物,作為被世界上廣泛種植的禾本科植物,氮磷配施對小麥生長、生理的影響一直受到全球?qū)W者們的關(guān)注[5-6]。其中Araya A作了灌溉及氮磷施用量對小麥產(chǎn)量、生物量和產(chǎn)量的影響的研究[7]。龔明強等的研究結(jié)果表明合理配施氮、磷、鉀肥對土壤養(yǎng)分有一定的改善作用,能提高土壤的有機質(zhì)含量,小麥各器官中的氮含量相對于單一施肥明顯增高,經(jīng)濟產(chǎn)量明顯提高[8]。還有研究表明土壤肥力能夠顯著提高小麥產(chǎn)量[9-10]。但前人對于小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯慷嗉性谕煌寥婪柿l件下進行[11]。施加氮肥和磷肥是提高旱地小麥產(chǎn)量的有效措施,増施氮磷肥料可以促進小麥的生長和分蘗[5，12-13]；可以促進小麥根系下扎,增強對深層土壤水分的吸收能力,提高抗旱性,進而提高產(chǎn)量[14-15]。因此考慮到氮肥、磷肥的濃度對小麥生長期的雙重因素影響,本試驗采用葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù),對小麥品種“九麥2號”施加5組氮磷濃度不同的處理,研究了不同氮磷配施濃度對“九麥2號”葉片生長及生理指標(biāo)的影響,以期為小麥拔節(jié)期篩選出更佳的氮磷配施方案。
1 材料與方法
1.1 試驗材料及過程
試驗小麥品種為“九麥2號”,選取顆粒飽滿的小麥種子用于試驗。試驗使用直徑25 cm、高20 cm的花盆，盆中裝入寶雞地區(qū)的農(nóng)田土壤,每盆播種10顆小麥種子；花盆土壤質(zhì)地基礎(chǔ)氮含量為0.779 g/kg,磷含量為1.086 g/kg。處理設(shè)置如表1所示,每個處理有3個重復(fù)和1個空白對照。所有盆栽于2018年10月15日放置在Fytoscope人工培養(yǎng)箱內(nèi),設(shè)置光暗時間16 h/8 h,晝夜溫度25/15 ℃；每天稱重兩次,進行補水,保證土壤濕度為75%(v/v)。
表1 試驗處理及施肥量kg/hm2
1.2 測定方法
1.2.1 小麥葉片生長參數(shù)的測定 比葉面積(SLA)的測定:選擇拔節(jié)期旗葉進行測定,每盆選取3張葉片。用尺子測量葉片的長和寬,計算葉面積[葉面積=0.75×葉長(cm)×葉寬(cm)]。將葉片裝入信封,于80 ℃烘箱中烘干48 h,烘至恒重。計算比葉面積[SLA=葉面積(cm2)/葉重(g)]。
葉片相對含水量(RWC)的測定:稱量小麥旗葉鮮重(FW);使用去離子水浸泡24 h,然后用濾紙擦干，稱量飽和重(TW)；最后稱量烘干至恒重的旗葉干重(DW)。計算葉片相對含水量，其計算公式為：葉片相對含水量=(FW-DW)×100/(TW-DW)。
水分利用效率(WUE)的測定:水分利用效率為植物生長期間的耗水量(g)與植物干重(kg)的比值。
1.2.2 葉片葉綠素含量的測定 先將生長到拔節(jié)期的小麥葉片剪下,再將洗凈、擦干的新鮮葉片剪碎,用電子天平稱取0.1 g,裝入25 mL試管中,立即加入丙酮-無水乙醇混合浸提液,定容至25 mL,蓋上瓶塞;置于40 ℃溫箱中遮光浸提約24 h;24 h后可以看到剪碎的葉片呈白色,溶液呈綠色,將其冷卻到室溫后,用提取液定容到刻度處;搖勻后即可用于葉綠素含量的測定,設(shè)3個重復(fù)。將葉綠素浸提液搖勻后倒入干凈的比色杯中,用722型分光光度計分別在波長645、663 nm處測定并記錄光密度值,測定時以混合浸提液作為對照。根據(jù)測得的光密度值,計算出小麥葉片每克鮮重含葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的毫克數(shù)(mg/g)。計算公式如下：
Ca=12.71A663-2.59A645
(1)
Cb=22.88A645-4.67A663
(2)
C=Ca+Cb=20.29A645+8.04A663
(3)
葉綠素a含量(mg/g)=Ca×V/W
(4)
葉綠素b含量(mg/g)=Cb×V/W
(5)
葉綠素總量(mg/g)=C×V/W
(6)
上式中：V為提取液的體積(L);W為材料的鮮重(g)。
1.2.3 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線和參數(shù)的測定 在小麥拔節(jié)期間,于上午9:00時,隨機選取各處理的小麥葉片,首先進行20 min暗適應(yīng),然后利用德國Walz公司生產(chǎn)的Mini-Imaging-PAM葉綠素?zé)晒鈨x進行熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線和快速光響應(yīng)曲線的測定,測定出不同光強下的實時熒光值。重復(fù)測定3次，取平均值繪制OJIP曲線。進行比對分析，得到的參數(shù)分別有：最小熒光強度Fo;最大熒光Fm;PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm;捕獲光能與熱耗散能量的比例Fv/Fo;OJIP熒光誘導(dǎo)曲線初始斜率Mo;單位反應(yīng)中心捕獲的能量DIo/RC;PSⅡ捕獲能量從QA傳遞到QB的效率ψo;用于電子傳遞量子產(chǎn)額ΦEo;以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)(PIabs)等。
1.3 數(shù)據(jù)處理
利用Excel 2010進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理;用SPSS 19.0進行one way-ANOVA分析[16],用LSD法進行差異顯著性檢驗和多重比較;采用Origin 8.0作圖[17]。
2 結(jié)果與分析
2.1 氮磷配施對小麥旗葉比葉面積和相對含水量的影響
由圖1可以看出：葉片比葉面積(SLA)和葉片相對含水量(RWC)的變化趨勢基本相同,均在處理T3下最高。具體而言，T3處理下的比葉面積最高,顯著高于T1、T5,分別比T1、T5高31.96%和14.90%。T3處理下的葉片相對含水量顯著高于T1、T5,分別比T1和T5高3.68%和3.21%。
圖1 氮磷配施對小麥旗葉比葉面積和相對含水量的影響
2.2 氮磷配施對小麥葉片葉綠素含量的影響
葉綠素含量會影響葉片光合作用的能力。從表2中可以看出,葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量隨著氮磷濃度梯度的增加具有一個先升高后降低的趨勢,且不同氮磷濃度處理下的小麥葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量及葉綠素a/b有顯著差異。在T2處理下,總?cè)~綠素含量最高,說明葉片葉綠體可以吸收更多的光能,光合效能較強。在T2處理下葉綠素a含量分別高出T1、T3、T4和T5處理46.99%、7.10%、20.77%和44.26%(P<0.05)。在T2處理下葉綠素b含量比T1、T3、T4和T5處理分別高出50.00%、4.55%、20.45%和47.73%(P<0.05)。葉綠素a/b可以反映捕光色素復(fù)合體Ⅱ在總?cè)~綠體結(jié)構(gòu)中所占的比例,說明捕光能力的強弱。從表2中可以看出5個處理間葉綠素a/b值無顯著差異,F值為1.38。
表2 氮磷梯度處理對小麥拔節(jié)期葉綠素含量的影響
注:表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。
2.3 氮磷配施對土培小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
2.3.1 對小麥旗葉Fo和Fm的影響 由圖2可以看出,不同氮磷配施濃度處理下的小麥拔節(jié)期葉片從T1到T5的初始熒光值(Fo)呈上升趨勢,最高值出現(xiàn)在T5,最小值出現(xiàn)在T1,T5顯著高于T1、T2、T3(P<0.05),但與T4處理差異不顯著；T5處理下的Fo比T1、T2和T3處理分別高出26.23%、16.84%和13.05%。最大熒光值(Fm)隨著氮磷配施濃度的增大,主要呈上升趨勢,最大值出現(xiàn)在T4處理下,顯著高于T1、T2處理(P<0.05),但與T3、T5的差異不顯著；在T4處理下的Fm比T1、T2處理分別高出36.44%、16.93%。
圖2 氮磷濃度梯度對小麥拔節(jié)期旗葉初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm)的影響
2.3.2 對小麥旗葉Fv/Fm和PIabs的影響 Fv/Fm是最大光化學(xué)效率,指PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)原初光能轉(zhuǎn)化效率[18-19]；Fv/Fm值越低說明植物受到的光抑制越強。由圖3可以看出：隨著氮磷配施濃度的增高,Fv/Fm呈先升高再降低的趨勢,以T1處理下的Fv/Fm值最低,且與T2、T3、T4和T5處理存在顯著差異(P<0.05)；以T3處理的Fv/Fm值最高,比T1高出7.00%。表明T3處理在小麥拔節(jié)期可以提高PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率和開放比例,提高光合作用的原初光能轉(zhuǎn)換效率和電子傳輸活性,有利于葉片PSⅡ光反應(yīng)的進行。
光化學(xué)性能指數(shù)(PIabs)是一個能夠反映植物光合綜合性能的參數(shù),對逆境和脅迫反應(yīng)更為靈敏[20-21]。由圖3可見：PIabs的變化趨勢與Fv/Fm一致,呈先升高再降低的趨勢,以T3處理下的PIabs值最大,且顯著高于T1、T4、T5(P<0.05)處理,分別高出45.56%、18.52%和31.48%；但T3處理的PIabs值與T2處理差異不大,說明T3處理下小麥的光合性能最強。
2.4 氮磷配施對小麥旗葉葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的影響
植物快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線(OJIP)可以反映出大量關(guān)于PSⅡ反應(yīng)中心原初光化學(xué)反應(yīng)的信息[22]。J相熒光強度升高是由于QB不能及時接受、還原來自QA-的電子,導(dǎo)致QA-的大量積累,I相和P相分別是由于快還原型PQ庫和慢還原型PQ庫被完全還原造成的[23]。從圖4可以看出,在5種濃度梯度處理下的小麥拔節(jié)期葉片的OJIP曲線變化趨勢基本相同,但熒光值有差異。在O點處(0.02 ms)T1、T5處理下的熒光值明顯低于其他3個處理;從J點(2 ms)開始,不同氮磷配施下熒光值有所差異,以T3處理下為最高,分別高出T1、T2、T4、T5處理30.22%、15.35%、10.86%和19.37%;在I點(30 ms)時，不同處理間熒光值差異顯著,T3的值分別顯著高于T1、T2、T4和T5處理36.90%、17.36%、23.80%和21.79%;達到P點時，熒光值趨于穩(wěn)定，不同處理的最大熒光值Fm表現(xiàn)為T3>T2>T5>T4>T1；在5個氮磷配施梯度處理間小麥拔節(jié)期葉片在I點和P點的熒光值差異顯著。
圖3 氮磷濃度梯度對小麥拔節(jié)期旗葉Fv/Fm及PIabs的影響
圖4 不同處理小麥葉片的快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力曲線
2.5 氮磷配施對小麥旗葉PSⅡ供體側(cè)、反應(yīng)中心、受體側(cè)的影響
Mo、Sm、ΦEo、ψo等參數(shù)主要反映PSⅡ受體側(cè)的變化,PSⅡ受體側(cè)包括QA、QB、PQ庫等[17]。從表3中可以看出:在T1處理下Mo最高,說明QA所得到的電子用于自身還原的較多并且向下傳遞電子的能力最小,與T2、T3、T4、T5沒有顯著差異;Sm值隨著氮磷濃度的增加以T4處理下最大,且與其他處理沒有顯著差異,說明T4處理下QA-被還原所需要的能量最大。ΦEo、ψo分別表示電子傳遞到電子傳遞鏈的QA-電子受體的量子產(chǎn)額和相對電子傳遞效率。由表3可以看出,T2處理下ΦEo最大，且與T3、T4沒有顯著差異,但與T1、T5具有顯著差異;ψo在T2處理下數(shù)值最高,且與其他處理無顯著差異；ΦEo和ψo均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,說明氮磷配施濃度對相對電子傳遞量子產(chǎn)額和電子傳遞效率產(chǎn)生了明顯的影響。
PSⅡ反應(yīng)中心吸收、捕獲、電子傳遞及熱耗散能量可以分別通過參數(shù)ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC和DIo/RC來表示[24]。ABS/RC表示單位反應(yīng)中心吸收的光能。由表3可知,T1的ABS/RC值顯著高于其他處理,說明在T1處理下光反應(yīng)活性最高。隨著氮磷配施濃度的增加，從T1到T5,TRo/RC值有先降低后升高的趨勢,但處理間無顯著差異。ETo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。隨氮磷配施濃度的增加，ETo/RC值有先升高再降低的趨勢,以T2最大，但與其他處理差異不顯著。DIo/RC表示單位反應(yīng)中心耗散掉的能量,其值以T3下最低。
由F值可知，Mo、Sm、ψo、TRo/RC、ETo/RC在處理間沒有顯著差異；ΦEo和DIo/RC值在處理間有顯著差異；ABS/RC值在處理間有極顯著差異。
表3 氮磷配施對小麥旗葉Mo、Sm、ΦEo、ψo、ABS/RS、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC的影響
注:表中數(shù)據(jù)代表平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列數(shù)據(jù)后字母不同代表差異性；“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01。
2.6 氮磷配施對小麥旗葉水分利用效率的影響
由圖5知,氮磷配施下小麥旗葉水分利用效率在T3處理下最高,且顯著高于T1、T2、T4和T5處理,分別高出38.27%、31.88%、19.97%和27.08%。
圖5 氮磷配施對小麥旗葉水分利用效率的影響
2.7 氮磷配施下小麥生長、葉綠素含量、熒光參數(shù)和水分利用效率相關(guān)分析
由表4可以看出：水分利用效率與比葉面積存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,與PIabs存在顯著正相關(guān)關(guān)系；比葉面積與PIabs、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)；相對含水量與PIabs和總?cè)~綠素含量呈極顯著正相關(guān)；PIabs與葉綠素總含量呈極顯著正相關(guān)；DIo/RC與比葉面積、水分利用效率、葉片相對含水量、總?cè)~綠素含量、PIabs均呈顯著負(fù)相關(guān)。說明在5個處理中氮磷配施濃度以T3處理最適。
3 結(jié)論與討論
本研究結(jié)果表明：葉片比葉面積(SLA)和葉片相對含水量(RWC)的變化趨勢基本相同,均在T3處理下最高；其中T3處理下的比葉面積顯著高于T1、T5。T3處理下的葉片相對含水量顯著高于T1、T5。
T2、T3處理下小麥拔節(jié)期葉片葉綠素總含量顯著高于其他處理的,說明T2和T3處理中的氮磷配施有利于促進葉綠素的合成。葉綠素a/b在5個處理間無顯著差異,說明氮磷配施對捕光能力沒有顯著的影響。
Fo值(初始熒光)可以反映植物對光能的利用程度,Fo越低說明植物對光能的利用越高[25-26]。在本研究中，T5的初始熒光值最大,說明在T5處理下小麥葉片對光能的利用較低；而T1、T2和T3的Fo值較低,說明在這3個處理下小麥對光能的利用較高。Fm(最大熒光)可以說明電子反應(yīng)程度的大小,Fm值越小,電子反應(yīng)程度越小。最大熒光值(Fm)隨著氮磷配施濃度的增大,主要呈上升趨勢,最大值出現(xiàn)在T4處理下,顯著高于T1、T2處理(P<0.05),但與T3、T5的差異不顯著,說明在T3、T4、T5下小麥葉片的電子反應(yīng)程度較大,電子較為活躍。綜合Fo和Fm的分析可以看出T3處理是最適處理。
表4 不同氮磷配施下小麥生長、熒光參數(shù)和總?cè)~綠素含量間的相關(guān)系數(shù)
注:“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)；“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。
Fv/Fm值只在受到脅迫時才會下降[21],能夠反映植物受氮磷濃度抑制時葉片受脅迫的程度,Fv/Fm值越大受脅迫程度越低。本研究發(fā)現(xiàn),隨著氮磷配施濃度的增加，F(xiàn)v/Fm值先增加后降低,在T3處理下最大,說明在T3處理下小麥?zhǔn)艿降囊种谱钊?。此?T3的PIabs值最高,說明在T3處理下小麥葉片對光能的利用更強，T3處理在小麥拔節(jié)期可以提高PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率和開放比例,提高光合作用的原初光能轉(zhuǎn)換效率和電子傳輸活性,有利于葉片PSⅡ光反應(yīng)的進行[27-28]。
植物PSⅡ光合變化可以通過OJIP曲線來反映。本研究結(jié)果表明,在5種濃度梯度處理下的小麥拔節(jié)期葉片OJIP曲線變化趨勢基本相同,但熒光值有差異。具體來說：從J點開始,不同處理下的熒光值有所差異,以T3處理下為最高;在I點時不同處理間熒光值差異顯著,T3的值顯著高于其他處理的;在J～I點之間，T3在QA-向QB的電子傳遞過程中所耗散的能量最小,且熒光值趨于穩(wěn)定，最大熒光值Fm表現(xiàn)為T3>T2>T5>T4>T1；在5種氮磷配施梯度處理下小麥拔節(jié)期葉片在I點和P點的熒光值差異顯著,可以明顯從OJIP曲線中找出最適梯度為T3梯度。
在T1處理下小麥葉片的ABS/RC顯著高于其他處理的,說明在T1處理下反應(yīng)中心吸收的能量最高,光反應(yīng)活性最高;從T1到T5,TRo/RC先降低后升高,但在不同處理間無顯著差異,說明氮磷配施對反應(yīng)中心捕獲光能的數(shù)量沒有顯著影響。
ETo/RC表示單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。在本研究中，隨氮磷配施濃度的增加，ETo/RC值先升高再降低,以T2最大,但處理間差異不顯著,說明氮磷配施對小麥的電子傳遞能力影響不顯著。DIo/RC表示單位反應(yīng)中心耗散掉的能量,以T3最低，且與其他處理具有顯著差異。在T1處理下Mo最高，但與其他處理沒有顯著差異，說明5個處理對QA電子的傳遞沒有產(chǎn)生顯著影響。Sm值隨著氮磷濃度的增加以T4處理最大,但與其他梯度處理沒有顯著差異,說明在T4處理下QA-被還原所需要的能量最大。ψo值在T2處理下最高,與其他處理無顯著差異。在T2和T3處理下ΦEo較大，且與T1、T4、T5處理差異顯著,表明在T2和T3處理下用于電子產(chǎn)額較高。在T4、T5處理下受體側(cè)的電子傳遞體減少,PSⅡ供體側(cè)的QA-累積,電子傳遞受阻。
相關(guān)分析結(jié)果表明：水分利用效率與比葉面積存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,與PIabs存在顯著正相關(guān)關(guān)系；比葉面積與PIabs、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)；相對含水量與PIabs、總?cè)~綠素含量呈極顯著正相關(guān)；PIabs與葉綠素總含量呈極顯著正相關(guān)；DIo/RC與比葉面積、水分利用效率、葉片相對含水量、總?cè)~綠素含量、PIabs均呈顯著負(fù)相關(guān)。說明在5個處理中以T3最適。
在T3處理的氮磷配施下，小麥生長、葉片葉綠素含量及葉綠素?zé)晒馓匦宰罴?。因此可以推斷隨著氮磷濃度的增加,氮磷配施在90 kg/hm2(N90P90)的處理下“九麥2號”拔節(jié)期小麥長勢最好。在N135P135、N180P180處理下拔節(jié)期小麥?zhǔn)艿矫{迫,其中在N180P180下受脅迫程度最大。在以后的試驗中,還將補充更多的氮磷配施方案,以分析出最佳的氮磷配比。
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