聚谷氨酸對不同施肥水平下丹參幼苗生長和光合生理特性的影響

楊文龍 張小清 楊東風 單長卷

摘要：為了提高丹參的產量和品質，以紫花丹參為研究對象，采用盆栽試驗，以正常施肥水平為對照，探究不同減肥水平對丹參幼苗生長的影響。以不施聚谷氨酸（PGA）為對照，探究施用不同水平PGA對丹參幼苗生長的影響，測定了丹參幼苗的生長指標、相對葉綠素含量（SPAD值）及葉綠素熒光參數等指標數值，應用數據分析軟件進行差異顯著性性分析。結果表明，在未施用PGA時，不同減肥水平均顯著降低了丹參幼苗生長指標、SPAD值、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）、氣孔限制值（Ls）、水分利用效率（WUE）以及PSⅡ實際光化學效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化學量子產額（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化學量子產額（Fv′/Fm′）、表觀電子傳遞速率（ETR）、光化學淬滅系數（qP），均顯著提高了氣孔限制值（Ls）、非光化學淬滅系數（NPQ），丹參幼苗的生長情況為CF1＞CF2＞CF3；在不同復合肥施用水平下，施用不同水平PGA均顯著提高了丹參幼苗生長指標、SPAD值、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ實際光化學效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化學量子產額（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化學量子產額（Fv′/Fm′）、表觀電子傳遞速率（ETR）和光化學淬滅系數（qP），均顯著降低了氣孔限制值（Ls）和非光化學淬滅系數（NPQ）。在同一施肥水平下，P2水平（0.044g/桶）PGA處理對丹參幼苗上述指標的影響最顯著；在所有處理中，CF2P2處理對丹參幼苗上述指標的影響最顯著。這說明，在減肥15%的施肥水平下，施用P2水平的PGA對丹參幼苗生長和光合生理產生了顯著的積極作用，這為PGA在丹參減肥增效栽培技術體系中的應用提供了理論基礎。

關鍵詞：聚谷氨酸；丹參；生長指標；氣體交換參數；葉綠素熒光參數

中圖分類號：S567.5+30.6文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0143-06

丹參為唇形科植物，其干燥的根莖可以入藥，不僅能夠活血化瘀、涼血消癰，還具有改善微循環、擴張血管、防治動脈硬化、抗炎、抗腫瘤、降血壓、降血脂等多種作用［1-4］。近年來，藥材市場對丹參的需求量急劇增加，從而導致丹參大田生產中過度施用化肥，進而對土壤造成不良影響［5］。因此，探索減肥不減產的綠色栽培技術是目前丹參生產中亟需解決的問題。聚谷氨酸（PGA）是一種綠色環保型高分子聚合材料，可以被生物體完全降解，具有良好的吸附性和保水性，還具有富集營養成分、提高肥料利用率和促進根系生長的功能［6-8］。因此，可以將PGA與傳統肥料混合使用，不但能夠減少肥料的使用量，而且還能夠促進作物生長，提高產量及質量。

已有研究表明，PGA可以明顯促進糧食作物水稻、玉米以及蔬菜作物番茄等的光合性能，進而達到增產的目的［9-11］。郭猛等研究表明，葉面噴施PGA能夠顯著促進丹參幼苗光合作用，進而促進其生長［12］。胡中盛等研究發現，PGA處理可以顯著提高丹參產量和根中藥用成分含量［13］。但在減肥條件下有關PGA對丹參植株生長指標和光合性能影響方面的研究尚未見報道。

本試驗以紫花丹參為材料，采用盆栽試驗研究了根灌不同水平PGA對不同減肥水平下丹參幼苗生長指標、氣體交換參數、相對葉綠素含量（SPAD值）、葉綠素熒光參數的影響，以期篩選出適宜丹參減肥增效的施肥水平和PGA施用水平的最佳組合，進而為PGA在丹參大田生產減肥增效中的應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

所用植物材料為紫花丹參幼苗，由江蘇省丹陽市丹參種植基地提供。

1.2供試肥料和PGA

供試肥料為史丹利牌復合肥，N∶P2O5∶K2O=15%∶15%∶15%；供試PGA為農業級PGA（含量25%），由陜西省西安市西安晉恒化工有限公司生產。

1.3試驗方法和處理

本試驗于2022年4—6月在河南科技學院試驗場進行。試驗方法為盆栽法，所用培養土為營養土和田間土按質量比1∶6混合均勻，分裝入直徑35cm、高50cm的塑料桶中，每桶裝14kg培養土。每桶栽植2棵大小一致的丹參幼苗。利用稱質量法將每桶的土壤含水量控制在田間持水量的55%～60%。待幼苗成活后進行不同肥料和PGA水平處理。采用穴施法進行不同肥料水平處理，采用根灌法進行PGA處理，不同處理用量見表1。在復合肥和PGA處理后7d和14d，分別測定丹參植株的株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑。在肥料和PGA處理后14d，測定丹參幼苗光合生理特性指標，包括氣體交換參數、相對葉綠素含量（SPAD值）和葉綠素熒光參數。

1.4測定指標和方法

1.4.1植株生長指標測定

利用刻度尺測定株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬，利用游標卡尺測定基徑，每個處理各指標均重復測定3次。

1.4.2葉片氣體交換參數測定

利用Li-6400便攜式光合儀測定葉片的氣體交換參數：凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）、氣孔限制值（Ls），每個處理各指標均重復測定3次，利用公式WUE=Pn/Tr計算水分利用效率（WUE）。

1.4.3相對葉綠素含量（SPAD值）測定

利用葉綠素儀測定丹參葉片的SPAD值，每個處理重復測定3次。

1.4.4葉綠素熒光參數測定

利用PAM-2500熒光儀測定丹參植株的葉綠素熒光參數PSⅡ實際光化學效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化學量子產額（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化學量子產額（Fv′/Fm′）、表觀電子傳遞速率（ETR）、非光化學淬滅系數（NPQ）、光化學淬滅系數（qP），每個處理下上述各個指標均重復測定3次。

1.5數據分析與統計處理

所得數據用Origin2017軟件進行計算及制圖，并用SPSSstatistics25在α=0.05水平上進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1PGA對不同施肥水平下丹參幼苗生長指標的影響

由表2可知，根灌處理后7d，正常施肥水平下PGA能夠顯著促進丹參幼苗的生長，且不同PGA施用水平對生長指標株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑的促進趨勢基本一致，均隨著PGA用量的增加而呈先增后降的趨勢。在所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑的促進效果最好。與未使用PGA處理的CF1相比，P2水平PGA處理分別使丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑提高了74.7%、39.6%、44.2%、7.7%、47.0%、25.2%。根灌處理后14d，正常施肥水平下PGA處理對丹參幼苗生長指標的促進趨勢與7d后基本一致。在所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑的促進效果最好。與未使用PGA處理的CF1相比，P2水平PGA處理分別使丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑提高了35.5%、37.2%、45.0%、25.3%、24.8%、22.5%。

由表2還可知，根灌處理后7d，與單獨減肥15%、30%相比，不同PGA處理也均能顯著促進減肥水平下丹參幼苗的生長，且不同PGA施用水平對各個生長指標的促進趨勢基本一致，均隨著PGA用量的增加而呈先增后降的趨勢。在同一減肥水平下不同PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑的促進效果最好；在不同減肥水平下不同PGA處理中CF2P2處理的促進效果最好。與未使用PGA處理的CF2相比，CF2P2處理分別使丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑提高了76.3%、62.2%、52.7%、22.2%、44.5%、45.5%。根灌處理后14d，減肥15%、30%水平下PGA處理對丹參幼苗生長指標的促進趨勢與處理后7d基本一致。與未使用PGA處理的CF2相比，CF2P2促進效果最好，分別使丹參幼苗株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑提高了66.2%、55.4%、53.0%、38.3%、40.7%、42.5%。

2.2PGA對不同施肥水平下丹參幼苗葉片氣體交換參數的影響

由圖1可知，根灌處理后14d，正常施肥水平下PGA能夠顯著提高丹參幼苗葉片氣體交換參數Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，同時顯著降低Ls，且不同PGA施用水平對丹參幼苗氣體交換參數Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的影響基本一致，均隨著PGA用量的增加而呈先增后降的趨勢，但對Ls的影響則隨PGA用量的增加而呈先降后增的趨勢。在所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗葉片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的提高效果最好，對Ls降低效果最好。與未使用PGA處理的CF1相比，P2水平PGA處理分別使丹參幼苗葉片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE提高了40.0%、23.0%、20.2%、40.2%、31.6%，使Ls降低了29.8%。

由圖1還可知，根灌處理后14d，與單獨減肥15%、30%相比，不同PGA能夠顯著提高減肥水平下丹參幼苗氣葉片體交換參數Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，同時顯著降低Ls，且不同PGA施用水平對丹參幼苗葉片氣體交換參數Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的影響則隨PGA用量的增加而呈先增后降的趨勢，但對Ls的影響則隨PGA用量的增加而表現為先降后增的趨勢。在同一減肥水平下所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗葉片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的促進效果最好，對Ls的降低效果最好；在不同減肥水平下不同PGA處理中，CF2P2處理對丹參幼苗葉片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的促進效果最好，對Ls的降低效果最好。與未使用PGA處理的CF2相比，CF2P2處理分別使丹參幼苗葉片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE提高了57.2%、41.4%、38.9%、52.5%、40.3%，使Ls降低了32.6%。

2.3PGA對不同施肥水平下丹參幼苗葉片SPAD值的影響

由圖2可知，根灌處理后14d，正常施肥水平下不同PGA處理均能顯著提高丹參幼苗葉片SPAD值，且SPAD值的影響均隨PGA用量的增加而呈先增后降的趨勢。在所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗葉片SPAD值的提高效果最好，與未使用PGA處理的CF1相比，提高了38.2%。

由圖2還可知，根灌處理14d后，與單獨減肥15%、30%相比，不同PGA處理均顯著提高了減肥條件下丹參幼苗葉片SPAD值，且隨著PGA用量的增加SPAD值呈先增后降的趨勢。在同一減肥水平下不同PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗葉片SPAD值的促進效果最好；在不同減肥水平下不同PGA處理中，CF2P2處理對丹參幼苗葉片SPAD值的促進效果最好。與未使用PGA處理的CF2相比，CF2P2處理使丹參幼苗葉片SPAD值提高了43.6%。

2.4PGA對不同施肥水平下丹參幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

由圖3可知，根灌處理后14d，正常施肥水平下不同PGA處理均顯著提高了丹參幼苗葉片葉綠素熒光參數Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，同時顯著降低了NPQ。隨著PGA用量的增加，葉綠素熒光參數Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP均呈先增后降的趨勢，但NPQ則呈先降后增的趨勢。在所有PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗的Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的提高效果最好，對NPQ的降低效果最好。與未使用PGA處理的CF1相比，P2水平PGA處理分別使丹參幼苗的Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP提高了23.6%、26.7%、13.4%、44.2%、15.3%，使NPQ降低了22.9%。

由圖3還可知，根灌處理后14d，與單獨減肥15%、30%相比，減肥15%、30%水平PGA處理顯著提高了減肥條件下丹參幼苗葉綠素熒光參數Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，同時顯著降低了NPQ。隨著PGA用量的增加，Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP均呈先增后降的趨勢，但NPQ則呈先降后增的趨勢。在同一減肥水平下不同PGA處理中，P2水平PGA處理對丹參幼苗Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的促進效果最好，對NPQ的降低效果最好；在不同減肥水平下所有PGA處理中，CF2P2處理對Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的促進效果最好，對NPQ的降低效果最好。與未使用PGA處理的CF2相比，CF2P2處理分別使Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP提高了34.7%、45.0%、29.8%、50.5%、25.9%，使NPQ降低了29.9%。

3結論與討論

宗琪等研究表明，使用PGA處理能夠顯著促進柑橘幼苗的生長指標［14］。本試驗研究表明，在正常施肥情況下使用PGA處理能夠顯著增加丹參幼苗的株高、橫幅、縱幅、葉長、葉寬、基徑，與宗琪等研究結果基本一致。王百順等研究表明，在減肥20%情況下噴施PGA處理，能夠顯著促進花生的生長指標［15］。馬川等研究表明，在減氮30%條件下使用PGA處理，能夠顯著增加玉米的株高和莖粗［16］。本研究表明，在N、P、K肥均減少的情況下使用不同水平PGA處理，均能顯著促進丹參幼苗的生長指標，其中減肥15%水平下P2水平（0.044g/桶）PGA處理促進效果最好。本研究結果表明，不但減氮可以促進丹參幼苗生長，減少P、K肥的用量也可以促進丹參幼苗生長。

光合作用反映了植物制造和儲存有機物的能力。郭猛等的研究表明，噴施PGA能夠顯著促進丹參幼苗的光合參數［12］。鮑聰聰研究表明，外源添加PGA能促進桃實生苗根系生長，顯著提高植株凈光合速率和葉綠素SPAD值，從而促進干物質積累［17］。張中魁研究表明，噴施PGA處理能顯著促進夏玉米葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、SPAD值［18］。本試驗研究結果表明，在正常施肥水平下使用PGA處理能夠顯著促進丹參幼苗生長指標、氣體交換參數、葉綠素指數、葉綠素熒光參數，這與前人在其他作物上的研究結果基本一致。本研究表明，減肥15%、30%水平下使用不同水平PGA處理能顯著提高丹參幼苗SPAD值和氣體交換參數Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，這說明減肥條件下根灌PGA可以提高丹參幼苗葉片光合機構的性能，從而促進丹參植株的生長。

葉綠素熒光參數能夠反映出植物光合作用機理和光合生理狀況。鞏雪峰等研究表明，葉面噴施PGA能夠顯著促進辣椒葉片Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、qP，顯著降低NPQ，從而有效提高了葉片的光能利用率［19］。本研究表明，正常施肥水平下不同水平PGA處理均顯著提高了丹參幼苗葉綠素熒光參數Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP值，顯著降低了NPQ值，這與鞏雪峰等的研究結果基本一致。本研究結果表明，在相同減肥水平下不同PGA處理均可提高丹參幼苗葉片葉綠素熒光參數Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，這也說明減肥條件下根灌PGA可以促進丹參幼苗葉片的光合性能，進而促進其生長。

綜上所述，正常施肥水平下PGA處理能夠促進丹參幼苗生長、氣體交換參數、葉綠素指數、葉綠素熒光參數；在減施15%、30%條件下，PGA處理亦顯著提高了丹參幼苗生長指標、光合參數、相對葉綠素含量、葉綠素熒光參數，且高于或與正常施肥水平下PGA處理的效果保持基本一致。不同施肥水平下，均以P2水平PGA處理對上述指標的影響效果最好，促進效果均表現為CF2P2>CF3P2>CF1P2，這說明適當減肥與PGA結合的施用促進效果最好。因此，在丹參大田栽培實踐中，可以在減肥15%條件下根灌P2水平PGA，從而達到減肥增效的目的。

本試驗結果表明，正常施肥水平下和減肥條件下使用不同水平PGA均能顯著促進丹參幼苗生長和提高其光合性能。這一結果填補了減肥條件下PGA處理對丹參生長和光合生理特性影響方面的研究空白，為PGA在丹參減肥增效栽培技術體系中的應用提供了理論基礎。但本研究僅從光合生理角度進行分析，并未揭示PGA增強丹參植株光合性能的深層機制，減肥條件下PGA增強丹參植株光合性能的分子機制亟待進一步研究。

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