緩釋肥與氮肥配施對萬壽菊氣體交換特征的影響

白 瑤, 趙永平, 魏永勝

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000； 3. 陜西秦嶺特色生物資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，陜西 商洛 726000)

萬壽菊(TageteserectaL.)，又稱為臭芙蓉、里苦艾、萬壽燈等，是菊科的萬壽菊屬1年生或者越年生的草本植物，它起源于南美洲，在阿根廷、秘魯、玻利維亞、智利和巴拉圭等國家的溫帶草原和高地都有發(fā)現(xiàn)[1]。萬壽菊的花朵中含有非常豐富的黃色素，不但可以被用作色素添加劑，而且具有清熱降火、消炎抗菌的功能，被認(rèn)為是一種非常有發(fā)展前景的藥用植物[2]。

氮素是影響花卉生長與外觀品質(zhì)的重要營養(yǎng)元素[3]，但施氮使用不當(dāng)會直接導(dǎo)致植物產(chǎn)量降低，肥料利用率下降，造成肥料浪費與環(huán)境污染[4]。緩釋肥是有效解決這一問題的方法之一[5]。因為它不但可以根據(jù)植物的生理需求釋放植物生長發(fā)育所需的養(yǎng)分，使植物的元素供肥強度和植物生理需求達(dá)到一定的動態(tài)平衡[6]，而且還具有提高作物產(chǎn)量、氮的利用率和減少流失養(yǎng)分對土壤的污染的優(yōu)點，所以成為農(nóng)業(yè)研究和化工業(yè)的研究焦點和熱點[7～9]。

目前，對于萬壽菊幼苗的研究主要集中在磷肥，鉀肥和各種脅迫等方面，但有關(guān)緩釋肥與氮肥配施對萬壽菊氣體交換影響的研究尚未見報道。鑒于此，筆者研究通過分析不同緩釋肥與氮肥配施水平下萬壽菊幼苗光合生理指標(biāo)、葉綠素含量、膜穩(wěn)定性以及保護酶活性等，探究緩釋肥和氮肥配施對幼苗氣體交換的影響，旨在為萬壽菊合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料萬壽菊為引自甘肅的LJ-W-01。

1.2 試驗方法

研究采用盆栽試驗，供試氮肥為尿素(含N 46.4%)。基施磷酸二氫鈉(有效磷含量為19.87%)的施用量為 150 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O為51%)的施用量為225 kg/hm2。采用裂區(qū)設(shè)計，以緩釋肥處理為主區(qū)，即不施用(T1)、噴施葉綠寶(T2)、基施多維肥精(T3)和基施多維肥精+噴施葉綠(T4)；氮肥處理為副區(qū)，即施N 0 kg/hm2(N1)、施N 150 kg/hm2(N2)、施N 300 kg/hm2(N3)、施N 450 kg/hm2(N4)四個處理，轉(zhuǎn)化成盆栽為0g/kg(N1)、1 g/kg(N2)、2 g/kg(N3)、施3 g/kg(N4),各處理重復(fù)3次(區(qū)組)。葉綠寶主要成分有鎂(40 g/L)，氮(120 g/L)。多維肥精主要是10%螯合態(tài)微量元素。選健康、飽滿的萬壽菊種子，用15%的NaClO消毒15 min，然后用蒸餾水多次沖洗后置26℃生化培養(yǎng)箱中催芽，露白后播種于花盆(外口徑23.5 cm，內(nèi)口徑20.5 cm，高度14 cm)中，每盆5粒，貼好標(biāo)簽，待長出幼苗，再進行葉噴處理。葉綠寶800倍液葉面噴施，每隔20 d噴施1次。多維肥精顆粒劑按9 kg/hm2的用量與基肥混合均勻，隨基肥一次性施入。每盆約裝土1 kg，3月初將種子催芽然后等其發(fā)芽后移至盆中，每2 d澆水一次，5月底對其進行測量。各個處理除施肥不同外，其他條件均相同。試驗共16個處理，每個處理三盆，共48盆。

1.3 項目測定

1.3.1 光合特性 于晴朗無風(fēng)的上午9:00～11:30用LI-6400型便攜式光合儀測定氣體交換參數(shù)。每個處理植株相同位置的三個葉片測定光合速率Pn〔umol/(m2·s)〕、蒸騰速率Tr〔mmol/(m2·s)〕、氣孔導(dǎo)度Gs〔mmol/(m2·s)〕、胞間CO2濃度Ci〔umol/(mm2·s)〕。水分利用效率(WUE)WUE=Pn/Tr，葉片羧化效率(CE)=Pn/Ci[10]；

1.3.2 生理生化指標(biāo)測定 參照高俊鳳[11]的植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)，采用80%丙酮提取法測定葉綠素含量、硫代巴比妥法測定MDA、氮藍(lán)四唑(NBT)法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性、愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性、紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和R 4.0.2軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片葉綠素含量的影響

緩釋肥對葉綠素的效應(yīng)達(dá)到了顯著水平(表1)。無論是兩種緩釋肥單獨還是混合施加，葉綠素a+b都高于對照(無緩釋肥)(圖1C)，但二種緩釋肥單施效應(yīng)并不相同，單施葉綠寶，葉綠素a與葉綠素b含量都高于對照，但單施多維肥精葉綠素a含量增加，而葉綠素b含量減少(圖1A、1B)，可能是因為葉綠寶中含有氮素，而氮素是構(gòu)成葉綠素的主要成分。尿素用量顯著影響葉綠素總量的水平，但主要是通過影響葉綠素b含量而導(dǎo)致的，因為葉綠素a含量受到的影響并不顯著(p=0.19)(表1)。葉綠素a、b、a+b、a/b的含量隨著氮肥用量的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(圖1A～圖1D)，在N3處理達(dá)到最大值，然后開始下降，表明過多的氮肥抑制了葉綠素的合成。葉綠素a、b、a+b均在N3T2處理時有較大值，分別為1.73 mg/g FW、0.50 mg/g FW、2.23 mg/g FW，分別比對照高出43.93%、56%、42.60%；葉綠素a/b在N3T3處理時有較大值，為3.70 mg/g FW，較對照高出14.32%。總體而言，N3T2處理對葉綠素含量的提高有較好的效果。

表1 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片葉綠素含量影響的方差分析

圖1 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片葉綠含量的影響

2.2 緩釋肥和氮肥配施對光合生理指標(biāo)的影響

尿素和緩釋肥對葉片光合生理指標(biāo)的效應(yīng)均達(dá)到極顯著水平，交互效應(yīng)差異也達(dá)到了極顯著水平(表2)。在不考慮氮肥因素時，單施葉綠寶和多維肥精，Pn、Tr、Gs、CE都高于對照，Ci低于對照(圖2A～2D，圖2E)；但是混施只有Pn、CE、Ci與對照有差異(圖2A、圖2D、圖2E)。萬壽菊幼苗葉片Pn、Tr、Gs均隨著尿素施用水平的增加而增加，而Ci隨著尿素水平的增加而降低，表明光合過程中對CO2利用能力提高。結(jié)合圖1可以看出，在N3水平之前，光合速率的增加與有葉綠素增加有關(guān)，但N4水平可能是CO2固定能力增強的結(jié)果。隨著尿素水平的增加，WUE(圖2E)整體呈下降趨勢，而CE(圖2F)呈不斷增加趨勢。Pn、Tr、Gs、CE均在N4處達(dá)到最大值，分別為N4T3 18.68 umol/(m2·s)、N4T1 11.09 mmol/(m2·s)、N4T4 1.20 mmol/(m2·s)、N4T2 0.06 umol/(m2·s)，較對照分別高出33.35%、52.20%、76.67%、40.66%；Ci在N2T2時最低，較對照下降15.66%；WUE在N4T1處理時達(dá)到最小值，較對照低31.91%。

2.3 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片丙二醛含量的影響

尿素和緩釋肥對丙二醛的效應(yīng)均達(dá)到顯著水平，但交互效應(yīng)差異不顯著(p=0.07)(表3)。如圖3A所示，單施葉綠寶和兩種緩釋肥混施，丙二醛低于對照，而單施多維肥精丙二醛與對照的曲線交織在一起，沒有區(qū)分，說明混施時丙二醛低于對照可能是葉綠寶的作用。隨著尿素水平的增加，萬壽菊葉片丙二醛含量先降低后升高，在N3處理達(dá)到最低，表明適宜的尿素水平能夠降低丙二醛含量，減少膜脂過氧化；而尿素水平過高會使丙二醛含量增加，加速膜脂過氧化。N1T1處理丙二醛含量最高，為1.88 umol/g FW，N3T2處理最低，為0.83 umol/g FW，較對照低了55.85%。

表2 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片光合生理指標(biāo)影響的方差分析

圖2 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片光合生理指標(biāo)的影響

2.4 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片保護酶活性的影響

尿素和緩釋肥以及交互作用對SOD的效應(yīng)均達(dá)到顯著水平；緩釋肥對POD的效應(yīng)達(dá)顯著水平，但是尿素和交互作用差異不顯著(p=0.14、p=0.81)；尿素和緩釋肥對CAT的效應(yīng)均達(dá)到極顯著水平，但是交互作用差異并不顯著(p=0.17)(表4)。不考慮氮肥因素時，單施葉綠寶和多維肥精，SOD、POD、CAT活性都高于對照，而且單施葉綠寶高于單施多維肥精。混施時，SOD、POD與對照不相上下，且CAT活性還低于對照(圖3B～圖3D)。隨著尿素水平的增加，T1、T2、T4處理的SOD活性均呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，在N3時達(dá)到最大值，分別為：467.64、520.98、463.09 U/(g·min)FW；T3處理呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，再N4時達(dá)到最大值為561.95 U/(g·min)FW(圖3B)；POD和CAT都呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，并且都在N3處理時達(dá)到最大值，分別為N3T3 93.11 U/(g·min)FW、N3T2 42.89 U/(g·min)FW分別較對照提高了57.68%、15.27%(圖3B、圖3C)。

表3 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片丙二醛含量影響的方差分析

圖3 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片丙二醛和保護酶活性的影響

表4 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊葉片保護酶活性影響的方差分析

3 討論

3.1 氮肥對萬壽菊幼苗葉片氣體交換特征的影響

氮素是構(gòu)成葉綠素分子的主要成分，對葉綠素的累積起著十分重要的作用[12]。葉綠素作為植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，光合作用的強弱可由其間接反應(yīng)[13]郭喜軍等研究表明，與不施氮處理相比，施氮能顯著提高玉米葉片Pn、Gs和Tr，降低Ci，增強葉片光合作用。德木其格等的研究結(jié)果表明，隨施氮水平的增加，葉片葉綠素含量，Pn、Gs和Tr均呈先升高后降低的趨勢，表明適量提高氮肥水平有助于大麥葉片葉綠素的合成進而使光合作用增強[14]。適宜的氮肥可以提高棉花光合作用，使棉花有較高的的生理活性，從而延長葉片高光合期[12]。筆者研究結(jié)果表明，隨著氮肥水平的增加，葉綠素含量先增加然后在N3下降；Pn、Gs、Tr、CE隨著氮肥水平的增加而增加，而Ci則下降，這說明增施尿素能夠使萬壽菊幼苗葉片保持較強的氣孔活性，維持較高的葉片光合碳同化能力，有利于促進光合產(chǎn)物的積累，而葉綠素含量在N4時均有所下降，表明葉綠素有冗余。在N3之前，光合速率的增加與有葉綠素增加有關(guān)，但N4水平可能是CO2固定能力增強的結(jié)果。施氮后WUE逐漸下降，表明蒸騰速率是影響水分利用效率的主要因子，水分通過氣孔蒸騰散失，氣孔導(dǎo)度越大，蒸騰速率也隨之越大，間接在一定程度上降低了水分利用效率，降低了植物的抗旱性。MDA是植物膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，可以用它直接衡量膜脂受傷害的程度[13]SOD、POD、CAT的主要作用清除活性氧，以達(dá)到體內(nèi)的活性氧代謝平衡的目的[15]。適量增施氮肥用量可以明顯提高大麥葉片SOD、POD和CAT活性，降低丙二醛含量，減輕膜脂過氧化，從而延長大麥生育期[16]。在一定程度上增加施氮量可提高棉花葉片葉綠素含量和超氧化物歧化酶，活性降低葉片的丙二醛含量，提高光合速率，有利于延緩葉片的衰老[17]。試驗驗研究表明隨著氮肥含量的增加，丙二醛含量表現(xiàn)出先降低后升高的的變化規(guī)律，在N3時達(dá)到最低值，然后開始增大；而保護酶活性呈先增加后降低的趨勢，與丙二醛剛好相反，其原因可能是適宜的緩釋肥和氮肥配施提高了保護酶的活性，從而降低了膜質(zhì)過氧化程度，減少了對葉綠素膜的傷害，從而在一定程度上促進光合作用；而施氮過量，丙二醛含量上升，保護酶下降，過多的超氧陰離子對葉綠體膜造成傷害，進而會影響光合。

3.2 緩釋肥對萬壽菊幼苗葉片氣體交換特征的影響

緩釋氮肥可以減緩或控制養(yǎng)分在土壤中的釋放速度，使養(yǎng)分的的釋放時間和強度能夠滿足滿足作物的需求，降低肥料養(yǎng)分的浪費和環(huán)境污染[7]。70%尿素+30%緩釋肥處理下，春玉米葉片SPAD值最大[18]。Karakurt等在胡椒上研究發(fā)現(xiàn)，噴施葉面肥使葉片的葉綠素含量增加，主要是增加了葉綠素b的含量[19]。韓桂琪的研究結(jié)果表明，蔬菜專用緩釋肥可以有效地提升辣椒和茄子葉片葉綠素的含量[20]。劉娜等研究認(rèn)為緩釋肥可以增加葉綠素含量，為功能葉提供營養(yǎng)保障，進而提高光合速率[21]。施用煙草緩釋肥料對于煙草葉片葉綠素含量和凈光合速率的提高，胞間二氧化碳濃度的下降具有顯著的效果[22]。趙海燕等研究表明，噴施葉面肥小麥旗葉葉綠素含量提高，隨之丙二醛含量下降，保護酶活性上升[23]。緩釋肥處理能夠明顯就提高黃瓜和番茄葉片內(nèi)SOD和POD活性活性，使他們的抗逆性增強[24]。噴施葉面緩釋肥對于增加光合色素、促進光合作用、提高保護酶活性，降低丙二醛含量，提高抗逆性方面有較好的效果。[25]。專用控失性緩釋肥一次性基施能顯著提高棉花葉片可溶性蛋白含量、SOD和CAT 活性、降低活性氧和MDA含量，進而減緩了葉片的衰老[26]。筆者研究結(jié)果表明單施葉綠寶、多維肥精或者混施都能夠在一定程度上提高葉綠素含量、Pn、Tr、Gs、CE和保護酶活性，降低Ci和丙二醛含量，表明施加緩釋肥能增加葉綠素含量，提高保護酶活性，降低丙二醛含量，降低膜脂過氧化程度，延長葉片光合時間，進而促進光合作用。

3.3 緩釋肥和氮肥配施對萬壽菊幼苗葉片氣體交換特征的影響

煙草傳統(tǒng)施肥+多維肥精顆粒劑+葉綠寶800倍液葉面噴施對煙草的生長發(fā)育和光合作用具有顯著的促進作用[27]。姬景紅在對春玉米的研究中發(fā)現(xiàn)，不同比例摻混緩釋肥可以提高葉綠素含量，促進葉片光合作用以延緩葉片衰老[28]。與單施尿素或者單施緩釋肥相比，尿素?fù)交炀忈尫誓軌蚴棺魑镌谏L后期保持較高的葉綠素含量和凈光合速率，延緩葉片的衰老[29]。范振義等研究表明，與普通肥料相比，控釋肥能增加玉米葉片葉綠素含量、Pn、Tr，改善葉片熒光動力學(xué)參數(shù)，提髙抗氧化酶活性和硝酸還原酶活性[30]。筆者研究結(jié)果表明，適宜的氮素水平與葉綠寶配施能顯著提高葉綠素含量，保護酶活性，降低丙二醛含量，延長綠葉期，促進萬壽菊幼苗葉片光合作用；單施過高的氮肥水平與緩釋肥配施可能導(dǎo)致丙二醛含量上升，保護酶活性，對葉綠體膜造成傷害，加速葉片衰老，降低光合作用。

4 結(jié)論

適宜的緩釋肥和氮肥水平配施有利于提高萬壽菊幼苗葉綠素含量、光合速率、保護酶活性，并且降低植物體內(nèi)丙二醛含量，延長光合作用的時間，提高光合作用的能力，延緩衰老，進而合成與積累更多的有機物。綜上得出，N3T2處理時萬壽菊幼苗葉片葉綠素含量最高；N4T3處理時光合速率最高，N3T4處理的丙二醛含量最低；N3T3處理的保護酶活性較高。施尿素300～450 kg/hm2與葉綠寶和多維肥精配施對萬壽菊幼苗氣孔交換特征有顯著的促進作用，可以為萬壽菊合理施肥提供理論指導(dǎo)。筆者研究發(fā)現(xiàn)多維肥精對葉綠素a和葉綠素b的影響存在顯著差異，但內(nèi)在機制有待于進行一步研究。