復配基質對辣椒/番茄幼苗生長及其干旱脅迫下生理代謝的影響

王 燦， 袁恩平， 王紹祥， 屈用函， 張雪廷， 李 云， 趙水靈*

(1.云南省文山州農業科學院 蔬菜研究所， 云南 文山 663000； 2.云南農業大學 云南省滇臺特色農業產業化工程研究中心， 云南 昆明 650201)

隨著蔬菜工廠化育苗規模的擴大，育苗基質的需求量呈急劇上升趨勢。目前，常用的育苗基質主要成分是草炭，其作為一種短期內不可再生資源，大量開發會對生態環境造成危害[1]。農業有機廢棄物是農業生產、農產品加工和農村居民生活排放廢棄物的總稱，含有豐富的有機質，大量廢棄物的排放對生活環境造成污染。因此，通過堆肥發酵等方式，利用農業有機廢棄物開發價格低廉、品質優良的育苗基質不僅可提高其利用率，同時也可改善環境惡化問題，已成為目前研究的熱點。李曉麗等[2]研究發現，用中藥渣與雞糞(1∶1)的混合物以70%～75%的占比與草炭復配形成有機廢棄物基質，對黃瓜育苗的綜合表現較好，可達到減少草炭用量的目的。郭金嶺等[3]研究腐熟與未腐熟的玉米秸稈對萵苣生長的影響發現，腐熟玉米秸稈與蛭石比例為3∶1時最有利于萵苣生長，較傳統基質(草炭∶蛭石=3∶1)顯著提高萵苣的根活性、光合速率、維生素C及產量。陳菲[4]研究菇渣基質化利用發現，腐熟菇渣與蛭石按4∶1混合形成的基質培育黃瓜，其幼苗的生長質量明顯優于其他處理；腐熟菇渣與蛭石按3∶2混合形成的基質培育番茄，其育苗生長效果最佳。王燦等[5]研究發現，常規發酵的甘蔗渣中添加16 g/L殼聚糖處理辣椒幼苗的生長質量顯著高于EM菌添加處理，其幼苗生長與對照(商品育苗基質)最接近。

辣椒(Capsicumannuum)和番茄(Lycopersiconesculentum)育苗主要采用穴盤基質育苗。目前國內生產的育苗基質品種較多，但良莠不齊，一些基質存在發酵不完全、滅菌不徹底等問題，嚴重影響幼苗生長；另外單一有機物配制的育苗基質不能滿足幼苗根際環境和生長需求。鑒于此，在前期研究基礎上，以添加殼聚糖的稻殼生物炭、發酵茶渣為主要基底材料，與珍珠巖、蛭石及發酵雞糞形成復配基質，采用單因素試驗方法研究其對辣椒和番茄穴盤育苗幼苗生長與基質酶活性，以及對干旱脅迫下幼苗生理代謝的影響，旨在為農業有機廢棄物基質化應用提供參考。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1植物種子辣椒，品種為京滇皺皮椒，云南京滇種業有限公司生產，由文山州農業科學院蔬菜研究所提供；番茄，品種為305，由云南農業大學云南省滇臺特色農業產業化工程研究中心提供。

1.1.2儀器設備NanoPhotometer-NP80超微量紫外分光光度計，德國implen公司生產；Li-3000C便攜式葉面積儀，美國LI-COR公司生產；塑料穴盤，32孔，540 mm×280 mm，單個容積為110 mL的穴盤。

1.1.3其他殼聚糖(CTS)，河南華悅化工產品有限公司生產(脫乙酰度>90%，灰分<1%，粒徑為100目)；發酵雞糞，購買自當地養雞場，風干后粉碎過70目篩；茶渣，熟普洱，購買自云南普洱景谷普洱茶樹良種廠；稻殼生物炭，云南省滇臺特色農業產業化工程研究中心提供；商品育苗基質，主要成分為草炭土、蘑菇渣、珍珠巖、礦石及豆粕渣，連云港恒奧達肥料科技有限公司生產；蛭石，粒徑為3～6 mm；珍珠巖，粒徑為5～8 mm。

1.2方法

1.2.1試驗設計試驗于2019年8月在云南農業大學云南省滇臺特色農業產業化工程研究中心溫室大棚進行。 1) 復配基質對辣椒、番茄穴盤育苗幼苗生長的影響。試驗設2個處理，T，參照前期研究結果，按稻殼生物炭∶茶渣∶蛭石∶珍珠巖∶發酵雞糞=4∶3∶1∶1∶1配制育苗復配基質，添加殼聚糖8 g/L；以商品育苗基質作對照(CK)。3次重復(每個穴盤記為1次重復，每重復32株幼苗)。2種基質的物理和化學性質詳見表1和表2。辣椒和番茄種子用55～60℃熱水浸種催芽后從中選取出芽一致的種子播種于穴盤中，每孔1粒，隨后進行常規管理。育苗結束時測定幼苗的各項生長指標及基質酶活性。2) 不同基質對干旱脅迫辣椒、番茄幼苗生長的影響。待育苗結束后，每個處理選取長勢一致的辣椒和番茄(5～6片真葉)幼苗32株(1盤)進行自然干旱脅迫處理(基質含水量15%～30%)3 d；以未經干旱脅迫處理(基質含水量75%)的幼苗為對照(CK)，測定幼苗的各項生理代謝指標。

表2 基質化學性狀

1.2.2指標測定1) 生長指標。辣椒和番茄幼苗生長至5～6片真葉左右(苗齡分別為42 d和35 d)，5點取樣法測定生長指標，用刻度尺、游標卡尺測量株高和莖粗，分析天平測量干重，排水法測定根體積，參照文獻[6]的方法計算出苗率、生長函數和壯苗指數。2) 生理生化指標。葉片低溫保存，第2天測定生理生化指標。包括：TTC法測定根系活力〔μg/(h·g)〕[7]，丙酮法測定葉片葉綠素含量(mg/g)[8]，蒽酮比色法測定葉片可溶性糖含量(mg/g)[9]，脯氨酸(PRO)含量(μg/g)和丙二醛(MDA)含量(nmol/g)采用微板法測定，可溶性蛋白含量(mg/g)采用BCA(Bicinchoninic acid)法試劑盒測定，葉面積采用葉面積儀測量。3) 基質酶活性。蔗糖酶活性〔mg/(d·g)〕、脲酶活性〔μg/(d·g)〕、多酚氧化酶活性〔mg/(d·g)〕及過氧化氫酶活性〔μmol/(h·g)〕均采用微板法測定(由云南晶亞科技有限公司代測)。

出苗率=出苗數/種子總數×100%

生長函數(mg/d)=全株干重/苗齡

壯苗指數=(地下部分干重/地上部分干重+莖粗/株高)×全株干重

1.3數據統計與分析

采用Excel 2010、DPS 7.05和SPSS 21.0進行數據的統計與分析。

2結果與分析

2.1不同基質處理辣椒及番茄幼苗的生長狀況

由表3看出，復配基質處理(T)辣椒和番茄幼苗除出苗率均較商品育苗基質(CK)低外，其余生長指標均較CK高。

2.1.1辣椒幼苗的株高、莖粗、單株干重、生長函數及壯苗指數，T分別較CK提高1.05%、5.60%、7.09%、7.06%和42.68%；莖粗和壯苗指數，T與CK差異顯著，其余指標差異不顯著；出苗率，T為88.38%，較CK下降5.73%，T與CK差異極顯著。

2.1.2番茄幼苗的株高、莖粗、單株干重、生長函數及壯苗指數，T分別較CK提高9.18%、3.89%、25.37%、25.36%和25.45%；壯苗指數，T與CK差異顯著，其余指標差異不顯著；出苗率，T為90.73%，較CK下降5.99%，T與CK差異極顯著。

綜上看，使用復配基質進行辣椒和番茄穴盤育苗生產，雖然出苗率極顯著低于CK，但一定程度上可提高幼苗的株高、莖粗、單株干重、生長函數及壯苗指數，且壯苗指數顯著高于CK。表明，該復配基質具有作為辣椒、番茄穴盤育苗基質的潛力。

表3 不同基質處理辣椒及番茄幼苗的生長狀況

2.2不同基質處理辣椒和番茄幼苗的葉面積及根體積

從圖1看出，不同基質處理辣椒及番茄幼苗的葉面積和根體積存在顯著或極顯著差異。

2.2.1葉面積辣椒和番茄幼苗的葉面積，T分別為22.28 cm2和39.61 cm2，CK分別為18.89 cm2和30.62 cm2，T較CK分別提高17.95%和29.36%；不同基質處理辣椒幼苗的葉面積處理間差異達顯著水平，番茄幼苗的葉面積處理間差異達極顯著水平。

2.2.2根體積辣椒和番茄幼苗的根體積，T分別為1.27 cm3和2.05 cm3，CK分別為1.15 cm3和1.75 cm3，T較CK分別提高10.43%和17.54%；辣椒幼苗根體積T與CK差異顯著，番茄幼苗根體積T與CK差異極顯著。

2.3不同基質處理辣椒及番茄幼苗的葉綠素含量和根系活力

從圖2看出，不同基質處理辣椒及番茄幼苗的葉綠素含量和根系活力存在顯著或極顯著差異。

2.3.1葉綠素含量辣椒和番茄幼苗的葉綠素含量，T分別為1.64 mg/g和1.87 mg/g，分別較CK提高24.24%和19.87%；辣椒幼苗的葉綠素含量，T與CK差異顯著，番茄幼苗T與CK差異達極顯著水平。

2.3.2根系活力辣椒和番茄幼苗的根系活力，T分別為37.76 μg/(h·g)和44.47 μg/(h·g)，分別比CK提高12.25%和23.60%；辣椒幼苗的根系活力，T顯著高于CK，番茄幼苗處理間差異達極顯著水平。說明，復配基質可提高辣椒和番茄幼苗的葉綠素含量和根系活力。

2.4不同基質處理基質的酶活性

從表4看出，不同處理基質的酶活性存在顯著或極顯著差異。 1) 辣椒。T和CK幼苗的脲酶活性分別為445.208 μg/(d·g)和475.577 μg/(d·g)，T較CK低6.39%，二者差異顯著；T幼苗的蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性和過氧化氫酶活性分別為12.660 mg/(d·g)、5.070 mg/(d·g)和530.392 μmol/(h·g)，分別較CK提高10.89%、12.12%和30.61%，蔗糖酶活性T與CK差異顯著，多酚氧化酶和過氧化氫酶活性，T均極顯著高于CK。2) 番茄。與辣椒類似，幼苗脲酶活性，T和CK分別為419.403 μg/(d·g)和560.841 μg/(d·g)，T較CK低25.22%，二者差異極顯著；幼苗蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性和過氧化氫酶活性，T分別較CK提高50.34%、54.66%和14.89%，二者差異均達極顯著水平。說明，復配基質處理可提高基質蔗糖酶、多酚氧化酶和過氧化氫酶酶活性，降低脲酶活性。

表4 不同基質處理辣椒及番茄幼苗穴盤基質的酶活性

2.5不同基質處理干旱脅迫下辣椒和番茄幼苗的生理代謝

2.5.1可溶性蛋白從圖3看出，不同基質處理辣椒和番茄幼苗的可溶性蛋白含量存在差異。1) 辣椒。正常情況下，幼苗的可溶性蛋白含量T與CK無顯著差異；受干旱脅迫時，辣椒幼苗的可溶性蛋白含量T與CK分別較正常情況下提高3.68%和4.48%，但各處理間均無顯著差異。2) 番茄。正常情況下，幼苗的可溶性蛋白含量T與CK無顯著差異；受干旱脅迫時，幼苗可溶性蛋白含量T與CK分別為35.53 mg/g和31.48 mg/g，分別比正常情況下提高23.11%和23.31%，且脅迫條件下番茄幼苗可溶性蛋白含量T顯著高于CK。

2.5.2可溶性糖從圖4看出，不同基質處理辣椒和番茄幼苗的可溶性糖含量存在差異。1) 辣椒。正常情況下，幼苗可溶性糖含量T和CK分別為7.88 mg/g和7.70 mg/g，T較CK高，但二者無顯著差異；干旱脅迫時，T的可溶性糖含量較正常情況下提高24.37%，達9.81 mg/g，CK提高25.19%，達9.64 mg/g，二者均無顯著差異。2) 番茄。正常情況下，T和CK幼苗的可溶性糖含量分別為3.72 mg/g和3.38 mg/g，二者無顯著差異；受干旱脅迫時，T和CK幼苗的可溶性糖含量分別為15.64 mg/g和11.56 mg/g，T較CK提高35.29%，二者差異達極顯著水平。說明，干旱脅迫條件下T可顯著提高番茄幼苗的可溶性糖含量。

2.5.3脯氨酸從圖5看出，不同基質處理辣椒和番茄幼苗的脯氨酸含量存在顯著或極顯著差異。

1) 辣椒。正常情況下，幼苗的脯氨酸含量T和CK分別為12.71 μg/g和18.69 μg/g，T較CK低，二者差異顯著；干旱脅迫后，各處理的脯氨酸含量均較正常情況下大幅提高，T升至44.56 μg/g，CK升至43.17 μg/g，二者無顯著差異，但T的增加量較CK提高30.11%。2) 番茄。正常情況下，幼苗的脯氨酸含量T較CK高，二者差異顯著；干旱脅迫下，各處理的脯氨酸含量均較正常情況下大幅提高，T的脯氨酸含量從12.36 μg/g升至51.48 μg/g，顯著高于CK(35.53 μg/g)，其增加量較CK提高44.89%。說明，干旱脅迫下復配基質能顯著促進幼苗脯氨酸含量增加，緩解逆境傷害。

2.5.4丙二醛從圖6看出，不同基質處理辣椒和番茄幼苗的丙二醛含量存在顯著或極顯著差異。1) 辣椒。正常情況下，幼苗丙二醛含量T和CK分別為22.78 nmol/g和28.49 nmol/g，T極顯著低于CK；干旱脅迫時，T和CK的丙二醛含量均較正常情況下升高，T和CK的丙二醛含量分別為25.70 nmol/g和29.57 nmol/g，T較CK低13.09%，二者差異極顯著。2) 番茄。正常情況下，幼苗的丙二醛含量T和CK分別為13.44 nmol/g和13.55 nmol/g，T低于CK，但二者間無顯著差異；干旱脅迫時，CK的丙二醛含量顯著提高，達28.34 nmol/g，較正常情況下提高109.15%，T為19.92 nmol/g，較正常情況下提高48.21%，且較干旱脅迫下CK低29.71%，二者差異極顯著。說明，干旱脅迫時，復配基質能有效降低丙二醛含量，緩解干旱脅迫所造成的傷害，此現象在番茄中尤為明顯。

3結論與討論

研究結果表明，不同基質處理的辣椒和番茄幼苗株高、單株干重及生長函數無顯著差異，復配基質處理辣椒和番茄的壯苗指數顯著高于商品育苗基質(CK)，但出苗率極顯著低于CK。對比基質理化性質發現，復配基質除容重低于CK外，總孔隙度、通氣孔隙度及持水孔隙度均顯著高于CK，但二者間水汽比無顯著差異；另外，復配基質的EC值顯著低于CK，因此，排除因基質孔隙度較低、EC值偏高抑制種子出苗的可能性。進一步分析認為，可能是由于復配基質中添加過量殼聚糖所致。與尹程程等[10-11]“過量殼聚糖抑制種子發芽、出苗，適量殼聚糖可促進幼苗生長，提高抗逆性”的結果相近。脯氨酸和丙二醛含量是在一定程度上反映植物受逆境脅迫傷害的重要指標[11-12]。在干旱脅迫下，復配基質處理辣椒、番茄幼苗的脯氨酸含量較CK顯著提高，丙二醛含量顯著降低，說明，在干旱脅迫下該復配基質更有利于緩解幼苗受到的干旱脅迫傷害。

在土壤養分轉化、釋放及固定等生物學過程中，土壤酶作為主要的參與者，是其生態系統中重要的動力源[13]。土壤蔗糖酶和脲酶酶活性強弱是評價土壤肥力的參數之一。其中，土壤脲酶能促進尿素的轉換，其活性用于表征土壤含氮情況[14]。研究結果表明，復配基質處理辣椒、番茄基質酶活性除脲酶外，蔗糖酶、多酚氧化酶及過氧化氫酶活性顯著或極顯著高于CK，可能是復配基質速效氮含量顯著低于CK的原因所致。土壤多酚氧化酶可降解土壤中酚類物質，減緩植物間的化感作用[15]，復配基質處理辣椒、番茄基質多酚氧化酶活性極顯著高于CK，可能是由于其中茶渣腐解后存在大量化感物質，導致基質多酚氧化酶活性提高。根系呼吸強度提高使土壤過氧化氫酶活性增加[16]。復配基質處理辣椒、番茄基質過氧化氫酶活性極顯著高于CK，說明其根系呼吸強度高于CK，復配基質顯著提高辣椒和番茄幼苗根系呼吸強度，與前面結果一致。

綜上表明，在辣椒、番茄育苗中，該復配基質可促進幼苗生理代謝，提高幼苗耐逆性，增強基質酶活性。同時也進一步表明，農業有機廢棄物通過合理的配制，適當添加外源物可用于辣椒和番茄的育苗，具有一定的利用價值。研究結果可為下一步從微觀角度分析有機廢棄物基質化在穴盤育苗中對幼苗生長、生理代謝、基質肥力及促生長機制的影響研究提供參考依據。