不同磷素用量對玉米生長及生理生化指標的影響

高文龍，張贏心，盧英進，崔浩，賈志越，高占，馮木彩，劉樹堂

（1.青島農業大學資源與環境學院，山東 青島 266109；2.諸城市農業技術推廣中心，山東 諸城 262200）

玉米是我國主要的糧食作物之一，其種植面積僅次于水稻和小麥，玉米產量對我國糧食安全有至關重要的影響［1］。磷素作為植物生長發育所必需的大量營養元素之一，不僅參與植物細胞的構成，也是植物各種生理代謝過程中不可缺少的組成成分，還可以增強植物抗旱和抗倒伏等能力［2］。

近年來，關于磷素在玉米生理生化方面的研究取得一定進展。增施磷肥可以有效提高玉米株高、葉面積指數以及葉綠素含量［3-5］。Barber等［6］研究發現，施磷能夠刺激玉米根系生長，提高玉米根系長度、表面積、體積以及干物質量。劉存輝［7］研究發現，施用磷肥可以顯著提高玉米根系活力。曹黎明［8］、曲東［9］等研究認為，當玉米受到低磷脅迫后，體內丙二醛（MDA）含量顯著增加。王玉鳳等［10］研究發現，在鹽脅迫下降低磷肥用量顯著提高玉米葉片游離氨基酸和可溶性糖含量；研究還發現缺磷導致蛋白質合成受阻或蛋白質降解加快，玉米葉片可溶性蛋白含量顯著降低。周穎［11］研究表明，低磷脅迫下不同品種玉米葉片脯氨酸含量均有不同程度的增加。劉洋［12］研究發現，磷素用量在0～80 kg/hm2時可以顯著提高玉米葉片SOD活性以及可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低丙二醛含量。

以往研究大多是關注低磷脅迫下玉米的生理反應，因此為進一步了解不同磷素用量對玉米生長以及生理生化指標的影響，本試驗就玉米生育進程中對不同磷肥素用量的生理響應規律進行研究，以期為磷肥減施增效提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在青島農業大學萊陽試驗站栽培池中進行。栽培池長寬為2 m×2 m，深1.5 m，池間用水泥層隔斷。土壤為棕壤，有機質含量12.93 g/kg、全氮0.77 mg/kg、有效磷30.52 mg/kg、速效鉀112.60 mg/kg，pH值6.5。供試玉米品種為魯單818。供試氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O514.5%），鉀肥為氯化鉀（K2O 62.67%）。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設置0（P1）、20 kg/hm2（P2）、40 kg/hm2（P3）、60 kg/hm2（P4）、80 kg/hm2（P5）、100 kg/hm2（P6）共6個磷素用量處理，重復4次。玉米行距60 cm，株距20 cm。每小區內單獨放置直徑35 cm、深30 cm的塑料桶，使桶的邊緣以及桶內土壤與小區土壤持平，桶內種植玉米一株。于2020年6月28日播種。磷肥（P2O5）67.5 kg/hm2、鉀肥（K2O）180 kg/hm2全部一次性基施，氮肥分3次施入，分別在播種、大喇叭口、抽雄期施入總量的30%、30%和40%。其它管理方式相同。

1.3 測定項目及方法

于玉米大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、乳熟期分別取各小區玉米根系和完全展開葉（大喇叭口期取最上部第三片葉，抽雄期取最上部第五片葉，吐絲期后取穗位葉），將鮮樣用液氮速凍，于-80℃冰箱保存。根系活力測定采用TTC法，葉綠素含量測定采用乙醇浸提比色法，MDA、可溶性糖含量測定采用TBA反應法，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定，脯氨酸含量采用水合茚三酮法測定，SOD活性采用NBT還原法測定［13］。

使用直尺測量完全展開葉，葉面積=葉脈長×最大寬×0.75；用米尺測量株高；根系測定：玉米收獲后用水將桶內植株根系全部洗出，然后使用STD4800SCANNER根系掃描儀掃描，再對掃描后的根系圖片用WinRhizo Program 2007進行根系形態分析。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和DPS軟件進行統計、作圖及分析。

2 結果與分析

2.1 不同磷素用量對玉米生長的影響

2.1.1 對玉米株高及葉面積的影響 由圖1A可知，玉米株高隨生育期推進及磷素用量增加而逐漸增高。玉米大喇叭口期、抽雄期、吐絲期及乳熟期，P6較P1分別高出17.52%、12.20%、10.70%、15.87%，P2較P1分別高出5.84%、6.70%、5.24%、6.18%。說明施用磷肥可以有效提高玉米株高，并且對大喇叭口期的影響最大；另外，隨磷素用量增加以及生育進程，高水平磷素處理間玉米株高的差異逐漸減小。

由圖1B看出，玉米生育期內施用磷素可以有效提高葉面積，表現為P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。其中P6在玉米大喇叭口、抽雄、吐絲和乳熟期較P1分別增加18.49%、6.42%、14.95%、13.57%，P2較P1分別增加4.61%、0.60%、4.68%、1.58%。說明施用磷肥能夠提高玉米葉面積，并且在大喇叭口期影響最顯著；另外，隨磷素用量增加以及生育進程，高水平磷素處理之間玉米葉面積的差異逐漸減小。

圖1 不同磷素用量對玉米株高及葉面積的影響

2.1.2 對玉米根系構成的影響 由表1看出，玉米根系長度、根系表面積和根系體積變化規律相同，均隨磷素用量的增加而顯著提高，表現為P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。其中P6處理玉米根系長度、根系表面積和根系體積較P1分別提高95.98%、72.99%、51.47%，P2較P1分別提高25.35%、16.58%、10.48%。說明施用磷肥對玉米根系的生長發育具有顯著的促進作用，可以有效提高玉米根系長度、根系表面積及根系體積。

表1 不同磷肥處理對玉米根系構成的影響

2.2 不同磷素用量對玉米生理生化指標的影響

2.2.1 對玉米葉片葉綠素含量的影響 由圖2可知，隨生育期推進玉米葉片葉綠素含量表現為先升高后降低趨勢；相同生育期內隨著磷素用量增加，葉片葉綠素含量逐漸增加（乳熟期除外）。整個生育期內，不同處理玉米葉片葉綠素平均含量表現為P6＞P5＞P4＞P2＞P3＞P1，P6平均含量最高為3.64 mg/g，較P1提高8.86%。說明施用磷肥能夠有效提高玉米整個生育期內的葉綠素含量，并且對生育前期影響更為顯著。

圖2 不同磷素用量對葉片葉綠素含量的影響

2.2.2 對玉米葉片可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響 由圖3A可知，相同生育期內玉米葉片可溶性糖含量隨磷素用量增加而逐漸增加，整個生育期內呈現逐漸增加趨勢，可溶性糖平均含量表現為P6＞P5＞P3＞P4＞P2＞P1。其中P6平均含量最高，為25.35 mg/g，其次是P5，為22.63 mg/g，P2為20.88 mg/g，較P1分別提高31.43%、17.32%、8.24%。說明，施用磷肥可以有效提高玉米葉片可溶性糖含量，并且隨著生育進程，葉片內可溶性糖是一個逐漸累積的過程，其中100 kg/hm2磷素用量對葉片可溶性糖的累積效果最好。

由圖3B看出，相同生育期內玉米葉片可溶性蛋白含量隨磷素用量增加逐漸增加，整個生育過程中呈現出先增加后降低趨勢，可溶性蛋白平均含量表現為P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。其中P6葉片可溶性蛋白平均含量最高，為16.27 mg/g，其次是P5，為14.91 mg/g，P2為12.81 mg/g，較P1分別高出47.32%、34.98%、16.00%。說明施用磷肥可以有效提高玉米葉片可溶性蛋白含量，并且對大喇叭口期影響最顯著；乳熟期葉片可溶性蛋白含量有所下降，這可能與生育后期葉片衰老有一定的關系。

圖3 不同磷素用量對葉片可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響

2.2.3 對玉米植株根系活力的影響 由圖4看出，相同生育期內隨磷素用量增加玉米根系活力逐漸提高，隨生育進程呈現出顯著降低趨勢。整個生育期內不同磷素用量處理對玉米平均根系活力的影響表現為P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。其中P6處理玉米根系活力最大，為91.72μg/（g·h），其次是P5，為76.78μg/（g·h），P2為60.66μg/（g·h），較P1分別提高80.73%、51.29%、19.53%。玉米根系活力在抽雄期到吐絲期降幅最大，而施用磷肥能夠顯著提高玉米根系活力，并且吐絲期的效果最顯著，乳熟期玉米根系活力最低，磷素對其影響也最小。

圖4 不同磷素用量對玉米根系活力的影響

2.2.4 對玉米葉片丙二醛（MDA）及脯氨酸（Pro）含量的影響 由圖5A看出，相同生育期內隨磷素用量增加玉米葉片MDA含量逐漸降低，整個生育期內葉片MDA含量呈逐漸升高趨勢。各處理葉片MDA平均含量表現為P1＞P2＞P3＞P4＞P5＞P6。P6最低為0.026μmol/g，其次是P5，為0.030μmol/g，P2為0.032μmol/g，三者較P1分別降低39.50%、31.96%、25.64%。表明施用磷肥可以有效降低玉米葉片MDA含量，并且隨磷素用量增加而逐漸降低。另外，磷素用量在40～80 kg/hm2時對玉米大喇叭口和乳熟期葉片MDA含量影響相對較小。

由圖5B看出，玉米生育過程中葉片脯氨酸含量呈先降低后升高趨勢，平均含量表現為P1＞P3＞P2＞P4＞P5＞P6。其中P6最低，為77.09 μg/g，其次是P5，為84.07μg/g，P2為91.34 μg/g，三者較P1分別降低24.47%、17.62%、10.49%。說明施用磷肥能夠有效降低玉米葉片脯氨酸含量，對大喇叭口期影響最顯著，并且隨磷素用量增加，葉片脯氨酸含量下降顯著，抽雄期葉片脯氨酸含量最低且各處理間差異大多不顯著。

圖5 不同磷素用量對玉米葉片MDA 及脯氨酸含量的影響

2.2.5 對玉米葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響 由圖6看出，整個生育期玉米葉片SOD活性呈先升高后降低趨勢，抽雄期達到最大值，葉片SOD活性平均值表現為P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。P6處理SOD活性最高，為272.28 U/g，其次是P5，為253.54 U/g，P2為214.66 U/g，較P1分別提高31.11%、22.10%、3.38%。說明施用磷肥能夠有效提高玉米葉片SOD活性，且隨磷素用量增加而增加，乳熟期葉片SOD活性較不施磷素處理的效果最顯著。

圖6 不同磷素用量對玉米葉片SOD活性的影響

3 討論與結論

磷素作為玉米生長發育所必需的大量營養元素之一，對玉米生長、新陳代謝、抗逆性、產量和品質均有顯著影響［6，14］。本試驗結果表明，施用磷肥顯著增加玉米株高、葉面積、根系長度和根系體積。這與官利蘭［15］、龔江［16］等的研究結果一致。

根系作為植物吸收養分的主要器官，也是內源激素以及氨基酸等多種物質同化的重要器官［13］。本試驗中，隨磷肥用量增加玉米根系表面積和根系活力顯著增加，說明磷肥對玉米根系生長以及養分的吸收具有顯著的促進作用。這與林英春等［17］的研究結果一致。

可溶性蛋白和葉綠素含量均是用來衡量玉米葉片衰老的主要指標［18］。本研究表明，隨磷肥用量增加，玉米葉片葉綠素、可溶性蛋白含量顯著增加，可溶性糖也明顯提高，并且當磷素用量為100 kg/hm2時各指標達到最大值。這與王玉鳳［10］、張玉斌［19］、劉洋［12］等的研究結果一致。

丙二醛和脯氨酸含量作為反映植物逆境危害程度的指標，施用磷肥顯著提高了玉米抗逆性。本試驗結果顯示，與不施磷處理相比，施磷顯著降低玉米葉片中丙二醛和脯氨酸含量。這與王楓［20］、周穎［11］等的研究結果一致。但隨著磷肥用量增加，丙二醛和脯氨酸含量下降程度不明顯，說明磷肥過量施用對玉米抗逆效果不顯著。另外，施用磷肥顯著提高玉米葉片SOD活性，對延緩玉米衰老有顯著效果。

綜上，施用磷肥可以促進玉米生長發育，本試驗條件下磷素用量為100 kg/hm2時不同生育期玉米根系長度、根系表面積以及根系體積均顯著增加，根系活力顯著增強，玉米葉片SOD活性和葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白含量均顯著提高，葉片丙二醛和脯氨酸含量顯著降低。至于磷素用量繼續增加時，玉米生長發育以及抗逆性具體如何變化，還有待進一步研究。