葉面噴施硫酸鋅對馬鈴薯抗病性和產量的影響

胡新元,孫小花,羅愛花,柳永強,唐德晶,謝奎忠

(1.甘肅省農業科學院 馬鈴薯研究所,蘭州 730070;2.西北師范大學 地理與環境科學學院,蘭州 730070)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是種植面積最廣和食用國家最多的作物。中國大部分地區的土壤及氣候條件都適合種植馬鈴薯,甘肅是全國馬鈴薯生產大省[1]。晚疫病和早疫病是馬鈴薯的主要病害,二者均在國內各地普遍發生,晚疫病對馬鈴薯極具破壞性[2],病情嚴重時甚至可能導致馬鈴薯絕產[3];早疫病是馬鈴薯第二大真菌病害,僅次于晚疫病,有些地區對馬鈴薯的危害程度甚至與晚疫病相當[4]。防治馬鈴薯早疫病和晚疫病最常見、最有效的方法是噴施化學殺菌劑。然而,頻繁地噴施化學殺菌劑使馬鈴薯生產成本增加,藥劑殘留量增大,破壞環境。實現生態農業的挑戰是如何減少使用化學殺菌劑,同時保護馬鈴薯免受病害的影響。一種替代方法是通過適當供應鋅等微量營養素,提高馬鈴薯植株對早疫病和晚疫病的抵抗力,從而減少化學殺菌劑的使用量[5]。

鋅是植物必需的微量元素,參與植物生長發育,補充適當濃度的鋅可以保護植物細胞膜,能夠維持細胞膜結構的完整性和穩定性[6-7]。在鋅元素缺乏的情況下,容易導致生物膜的過氧化損傷,破壞細胞膜的結構完整性,引起細胞膜內有機物和無機物向外界滲漏[8-10]。因為滲漏到外界的碳水化合物可以為病原菌提供營養[11],所以植物組織感染的一個重要因素是細胞釋放的小分子有機物質到葉組織體外作為誘餌招募病原菌富集和入侵[12],細胞滲出液的釋放速率高度依賴于細胞膜的結構完整性[8-12]。因此,需要適當的鋅等微量元素來維持細胞膜結構的完整性和通透性,這是針對各種病原菌侵染的防御機制[5]。

朱永全等[13]發現施用鋅肥可以提高三七的抗病性和品質,索炎炎等[14]發現花生葉面噴鋅平均增產6.4%;司賢宗等[15]施用鋅肥能提高花生抗病性,減少花生病害的發生,平均發病率降低7.2個百分點,花生產量平均增加19.4%。由于植物病害的嚴重程度往往受到營養狀態的影響[5],因此研究鋅對植物病害的影響及其作用至關重要。本試驗主要研究了葉面噴施鋅對馬鈴薯抗病性和產量的影響,旨在利用鋅保護作用減少馬鈴薯病害的發生,以施用鋅肥方式一定程度上代替化學殺菌劑,減少化學殺菌劑的用量,為科學防治馬鈴薯早疫病和晚疫病,提高馬鈴薯經濟產量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗設在甘肅定西市安定區寧遠鎮紅土村甘肅農業科學院馬鈴薯研究所試驗基地[12]。耕作層土壤有機質含量為14.22 g·kg-1,全氮含量1.02 g·kg-1,全磷含量0.83 g·kg-1,全鉀含量23.72 g·kg-1,堿解氮含量58 mg·kg-1,速效磷含量20.23 mg·kg-1,速效鉀含量345 mg·kg-1,土壤pH為8.28。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理,即噴施ZnSO4·7H2O濃度分別為0.20%、0.40%、0.60%、0.80%,以噴施清水為對照(CK)。各處理3次重復,隨機區組排列,小區長5 m,寬4.2 m,面積21 m2。各處理噴施時間:分別于現蕾期、始花期、終花期、薯塊膨大期,各噴施一次。

1.3 播 種

試驗在4月下旬播種,品種為‘隴薯14號’,行距60.00 cm,株距33.00 cm,密度為50 500 株·hm-2。基肥施用量為純N 150 kg·hm-2,P2O5120 kg·hm-2,K2O 75 kg·hm-2,農家肥37 500 kg·hm-2。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 馬鈴薯葉片相關酶活性的測定 分別在始花期、終花期和薯塊膨大期噴施鋅肥1周后,采集馬鈴薯頂部葉片測定葉片中SOD、POD、CAT活性和MDA含量;應用蘇州科銘生物技術有限公司提供相應的試劑盒測定,測定方法分別按其說明書操作。

1.4.2 疫病病害的調查和統計 馬鈴薯早疫病和晚疫病參照謝奎忠等[16]馬鈴薯早疫病和晚疫病病情分級標準,調查和統計馬鈴薯發病率和病情指數。

1.4.3 考種和產量測定 參照謝奎忠等[16]馬鈴薯考種和測產方法進行。

1.5 數據處理

采用DPS軟件對數據進行方差分析,用新復極差法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同鋅肥噴施濃度對馬鈴薯抗病性的相關酶活性影響

圖1～3顯示,當鋅的噴施濃度在0～0.4%之間時,馬鈴薯葉片中POD、CAT和SOD活性隨著鋅噴施濃度的增大而顯著增加,當鋅的噴施濃度在0.4%時,POD活性最高,當鋅的噴施濃度在0.4%～0.6%時,CAT和SOD活性達到最高值。當鋅的噴施濃度高于0.6%時,馬鈴薯葉片中POD、CAT和SOD活性隨著鋅噴施濃度的增大反而顯著降低,且各生育期的變化趨勢是基本一致的。

數據以平均值表示;誤差棒上的不同小寫字母表示處理間在5%水平上差異顯著,下同

圖2 鋅噴施用量對馬鈴薯CAT活性的影響

圖3 鋅噴施用量對馬鈴薯SOD活性的影響

圖4顯示,馬鈴薯葉片中MDA含量隨著鋅噴施濃度的增大而顯著降低,當鋅的噴施濃度在0.4%～0.6%時,MDA含量達到最低值,當鋅的噴施濃度高于0.6%時,馬鈴薯葉片中MDA含量隨著鋅噴施濃度的增大反而顯著升高。

圖4 鋅噴施用量對馬鈴薯MDA含量的影響

2.2 不同鋅肥噴施量對馬鈴薯早疫病和晚疫病害的影響

表1顯示,馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著降低馬鈴薯早疫病和晚疫病的發病率和病情指數,當鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時,馬鈴薯早疫病和晚疫病的發病率顯著降低;當鋅的噴施濃度為0.4%時,馬鈴薯早疫病和晚疫病的發病率和病情指數最低,當鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時,馬鈴薯早疫病和晚疫病的發病率有所升高,但是差異不顯著。

表1 不同鋅肥噴施量對馬鈴薯早疫病和晚疫病的影響

2.3 不同鋅肥噴施量對馬鈴薯產量構成因素和產量的影響

2.3.1 不同鋅肥施用量對連作馬鈴薯產量構成因素的影響 表2顯示,馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著降低馬鈴薯收獲時的病薯率,當鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時,馬鈴薯個數病薯率和質量病薯率顯著降低;當鋅的噴施濃度為0.4%時,馬鈴薯個數病薯率和質量病薯率最低,當鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時,馬鈴薯病薯率反而升高。

表2 不同鋅肥噴施量對馬鈴薯產量構成因素和產量的影響

馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著提高馬鈴薯商品薯率,當鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時,馬鈴薯商品薯率顯著提高;除2021年馬鈴薯質量商品薯率外,當鋅的噴施濃度為0.4%時,馬鈴薯商品薯率最高,當鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時,馬鈴薯商品薯率反而減低,但是差異不顯著。

2.3.2 不同鋅肥施用量對連作馬鈴薯經濟產量的影響 葉面噴施鋅能顯著提高馬鈴薯經濟產量(表2),當鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時,馬鈴薯經濟產量顯著提高,當鋅的噴施濃度為 0.4%時,馬鈴薯經濟產量最高;當鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時,馬鈴薯經濟產量反而顯著降低,這也可能與鋅的噴施濃度過高時馬鈴薯葉片干枯有關。

3 討論與結論

抗病性酶(如SOD、POD和CAT)是植物的保護系統,它們可以通過調節其活性或含量傳遞信號來保護細胞防御病原菌侵染。施用鋅肥能提高花生抗病性,減少花生病害的發生,提高花生產量[15]。本研究表明,鋅對馬鈴薯生長同樣具有重要作用,通過噴施鋅肥,可以提高抗病性酶(如SOD、POD和CAT)活性,這些酶活性的提高,能有效地將植物細胞保護起來,從而有效降低病原菌入侵,提高馬鈴薯抗病性,達到施肥防病的作用。孫天國等[17]在研究甜瓜幼苗發現POD、SOD和CAT活性均隨著鋅濃度升高呈現先升高后下降趨勢,這也與本研究結果一致。

王孝忠等[18]研究表明,各種施用鋅肥的方式均能使小麥、玉米和水稻的產量提高10%左右,三者的增產率均隨施加鋅肥量的增加呈先上升后下降趨勢,由于作物不同,最佳施肥量也不同。吳俊蘭等[19]在有效鋅較缺的山西太谷石灰性褐土上施用鋅肥,馬鈴薯增產率為37.8%～49.9%,且馬鈴薯淀粉、維生素C的含量也有所提高。索海翠等[20]研究表明適宜的鋅濃度(3.5～7.0 mmol·L-1)能提高馬鈴薯葉片光合效率,增加馬鈴薯產量。馬振勇等[21]進一步研究發現施鋅肥對馬鈴薯干物質、葉綠素含量和根系活性增加影響顯著,這與本研究增產結果基本一致。本研究通過葉面噴施鋅提高馬鈴薯抗病性酶活性,提高馬鈴薯抗病性,從而降低早疫病和晚疫病病害發生率,減少病薯率,進而提高馬鈴薯經濟產量。