養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料對(duì)藜蒿抗寒性的影響

徐蕓，張建，蔣細(xì)旺

（江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢，430056）

藜蒿（Artemisia selengensis）又名蔞蒿，為菊科蒿屬多年生宿根草本植物，主要食用器官為地上嫩莖和地下匍匐莖，味道清香、脆嫩爽口，同時(shí)也具有較高的藥用價(jià)值[1]，主要分布在湖北、江蘇等長(zhǎng)江中下游地區(qū)[2]。

云南藜蒿是云南當(dāng)?shù)剞驾镌耘嗥贩N，由于適應(yīng)性強(qiáng)、耐貧瘠、產(chǎn)量高而被大面積引種。云南藜蒿生長(zhǎng)的最適溫度為20～25℃[2]，喜濕潤(rùn)忌澇漬，要求較高的溫度和土壤濕度。生產(chǎn)上一般在11月中下旬氣溫降至10℃之前搭棚保溫，防霜凍傷害。武漢地區(qū)藜蒿生產(chǎn)以秋季露地栽培和冬季大棚覆蓋栽培為主。冬季用大、中棚塑料薄膜覆蓋，棚內(nèi)可用地膜浮面覆蓋[2]，以保證在元旦、春節(jié)期間按時(shí)上市，即食用的時(shí)間集中在較寒冷的晚秋、冬季和早春，因此，提高藜蒿的抗寒性對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高藜蒿的產(chǎn)量、品質(zhì)等將具有十分重要的意義。

劉世亮等[3]研究表明，養(yǎng)殖廢棄物環(huán)保生物肥料不僅可以改善土壤理化性狀、提高土壤肥力效應(yīng)、促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、提高肥料利用率，還可以改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，其作用已經(jīng)在木薯[4]、豆角[5]、玉米[6]等植物上得到了證實(shí)。

此外，養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料對(duì)增強(qiáng)梨[7]和豇豆[8]等植物的抗逆性也有一定的作用。而關(guān)于養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料對(duì)藜蒿抗寒性影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，以藜蒿品種云南藜蒿為試材，探討施用養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料對(duì)低溫脅迫下的藜蒿葉片電導(dǎo)率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等生理指標(biāo)的影響，為生產(chǎn)實(shí)踐中減緩低溫脅迫對(duì)藜蒿傷害、提高藜蒿的產(chǎn)量和品質(zhì)及農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以藜蒿品種云南藜蒿為試材，材料由武漢荷香源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。供試土壤為普通棕壤土，土壤含有機(jī)質(zhì)11.24 g/kg，堿解氮58.42 mg/kg，有效磷21.22 mg/kg，速效鉀115.19 mg/kg，土壤pH值為6.22。供試肥料為養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料（N 1.17%，P2O50.44%，K2O 0.95%），由武漢江大高新農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。根據(jù)藜蒿養(yǎng)分需求特性，需在養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料中添加無(wú)機(jī)肥料，以滿(mǎn)足藜蒿生長(zhǎng)需求，氮肥來(lái)自尿素（含N 46%），磷肥來(lái)自鈣鎂磷肥（含P2O512%），鉀肥來(lái)自硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，露地栽培，試驗(yàn)于2014年9～12月在江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院園藝試驗(yàn)基地進(jìn)行。對(duì)藜蒿進(jìn)行施肥，共6個(gè)處理，①處理M1：純無(wú)機(jī)肥料（尿素 478.30 kg/hm2，鈣鎂磷肥666.70 kg/hm2，硫酸鉀 360.00 kg/hm2）；②處理 M2：3 700 kg/hm2生物有機(jī)肥料+化肥（尿素435.01 kg/hm2，鈣鎂磷肥650.42 kg/hm2，硫酸鉀324.85 kg/hm2）；③處理M3：5 600 kg/hm2生物有機(jī)肥料+化肥（尿素412.78 kg/hm2，鈣鎂磷肥642.06 kg/hm2，硫酸鉀306.80 kg/hm2）；④處理 M4：7 500 kg/hm2生物有機(jī)肥料+化肥（尿素 390.55 kg/hm2，鈣鎂磷肥 633.70 kg/hm2，硫酸鉀 288.75 kg/hm2）；⑤處理 M5：9 400 kg/hm2生物有機(jī)肥料+化肥（尿素368.32 kg/hm2，鈣鎂磷肥625.34 kg/hm2，硫酸鉀 270.70 kg/hm2）；⑥CK：空白處理。除純無(wú)機(jī)肥料外，利用無(wú)機(jī)氮（尿素）、磷（鈣鎂磷肥）、鉀（硫酸鉀）肥調(diào)節(jié)其他肥料處理，使6個(gè)處理氮素總量為220 kg/hm2，磷素總量為80 kg/hm2，鉀素含量為180 kg/hm。每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)面積為1 m2。藜蒿插條定植的株行距為10 cm×10 cm。各處理在種植前一周進(jìn)行施肥，均作為基肥，常規(guī)栽培管理。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

2014年12月中旬經(jīng)過(guò)連續(xù)10 d最低氣溫低于0℃（最高氣溫13℃）的寒冷時(shí)期后，剪取各小區(qū)藜蒿葉片，帶回實(shí)驗(yàn)室擦洗干凈組成混合樣。本試驗(yàn)?zāi)ね感缘臏y(cè)定采用電導(dǎo)儀法，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法，脯氨酸含量的測(cè)定采用酸性水合茚三酮法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法，過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定參照張志良等的方法稍作修改，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用NBT光還原法并略作修改[9]。

圖1 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片細(xì)胞膜透性的影響

圖2 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片可溶性蛋白含量的影響

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理并繪圖，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析（Duncan's新復(fù)極差法，p=0.05），并對(duì)各指標(biāo)作相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下云南藜蒿葉片細(xì)胞膜透性的影響

從圖1可知，在經(jīng)過(guò)低溫脅迫后，與空白對(duì)照（CK）相比，各處理藜蒿葉片的電解質(zhì)滲透率均顯著降低，說(shuō)明施肥可以降低低溫脅迫過(guò)程中藜蒿葉片的電解質(zhì)滲透率。M2～M5處理的藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率均低于M1處理，其中M4處理與M1處理的藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率相差20.6%，兩者間達(dá)到了差異顯著水平，說(shuō)明生物有機(jī)肥料比無(wú)機(jī)肥料在降低電解質(zhì)滲透率方面的作用更強(qiáng)。在M2～M4處理內(nèi)，隨著生物有機(jī)肥料施用量的提高，葉片電解質(zhì)滲透率也相應(yīng)地下降，M4處理藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率比M2處理下降12.5%，兩者間也達(dá)到了差異顯著水平，但是M5處理藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率比M4處理上升2.2%，說(shuō)明在一定用量范圍內(nèi)，生物有機(jī)肥料降低電解質(zhì)滲透率的作用隨施用量的增大而增強(qiáng)，而超過(guò)了這個(gè)用量后，藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率不再下降，反而上升。

2.2 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下云南藜蒿葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從圖2～4可知，經(jīng)過(guò)低溫脅迫后，與對(duì)照相比，各施肥處理均在不同程度上提高了藜蒿葉片中的可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸的含量，其中M5處理的可溶性糖含量是對(duì)照的2.1倍，可溶性蛋白含量是對(duì)照的2.0倍，而脯氨酸含量是對(duì)照的3.7倍，與對(duì)照相比，均達(dá)到差異顯著水平，說(shuō)明施肥可以顯著提高藜蒿葉片中的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量。

M2～M5處理的藜蒿葉片可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量均高于M1處理，其中M5處理的藜蒿葉片可溶性糖含量是M1處理的1.6倍，可溶性蛋白含量是M1處理的1.5倍，脯氨酸含量是M1處理的2.0倍，M5與M1處理間均達(dá)到差異顯著水平，說(shuō)明比起無(wú)機(jī)肥料，生物有機(jī)肥料在提高經(jīng)低溫脅迫后藜蒿葉片中可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量方面的效果更好。在M2～M5處理內(nèi)，隨著生物有機(jī)肥料施用量的增高，可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量也隨之提高，說(shuō)明生物有機(jī)肥料施用量與藜蒿葉片中的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量存在正相關(guān)關(guān)系。

圖3 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片可溶性糖含量的影響

圖4 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片脯氨酸（Pro）含量的影響

圖5 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片丙二醛（MDA）含量的影響

圖6 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下對(duì)藜蒿葉片POD活性的影響

圖7 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下藜蒿葉片SOD活性的影響

2.3 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下云南藜蒿葉片丙二醛（MDA）含量的影響

從圖5可知，經(jīng)低溫脅迫后，不同施肥處理的藜蒿葉片中的丙二醛含量均比對(duì)照顯著降低，其中M5處理的藜蒿葉片丙二醛含量?jī)H占對(duì)照的71.0%，與對(duì)照之間達(dá)到顯著差異水平，說(shuō)明施肥處理可以降低藜蒿葉片中的丙二醛含量。M2～M5處理的藜蒿葉片丙二醛含量均低于M1處理，其中，M4處理的藜蒿葉片丙二醛含量占M1處理的78.0%，兩者間達(dá)到差異顯著水平，說(shuō)明生物有機(jī)肥料在降低藜蒿葉片丙二醛含量方面的作用要優(yōu)于無(wú)機(jī)肥料。從M2～M4處理可以得知，藜蒿葉片丙二醛含量隨著生物有機(jī)肥料施用量的增加而提高；從M4、M5處理可以得知，藜蒿葉片丙二醛含量隨著生物有機(jī)肥料施用量的增加而降低，說(shuō)明在一定用量范圍內(nèi)，藜蒿葉片丙二醛含量隨著生物有機(jī)肥料施用量的增加而提高，而超過(guò)這個(gè)用量后，丙二醛含量開(kāi)始降低。

2.4 不同施肥處理對(duì)低溫脅迫下云南藜蒿葉片POD、SOD活性的影響

從圖6、7可知，經(jīng)施肥處理的藜蒿葉片POD及SOD活性比不施肥的顯著提高，其中M5處理的藜蒿葉片POD活性是對(duì)照的3.0倍，M4處理的藜蒿葉片SOD活性是對(duì)照的2.0倍，兩者達(dá)到差異顯著水平，說(shuō)明施肥處理可顯著提高低溫脅迫下藜蒿葉片的POD及SOD活性。M2～M5處理的藜蒿葉片POD及SOD活性均高于M1處理，其中M5處理的藜蒿葉片POD活性是M1處理的2.2倍，M4處理的藜蒿葉片SOD活性是M1處理的1.6倍，反映出生物有機(jī)肥料在提高藜蒿葉片POD及SOD活性方面的性能要優(yōu)于無(wú)機(jī)肥料。從M2～M5處理可以得知，藜蒿葉片POD活性隨著生物有機(jī)肥料施用量的增加而提高，兩者間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。從M2～M4處理可以得知，藜蒿葉片SOD活性隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而提高；從M4、M5處理可以得知，藜蒿葉片SOD活性隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而降低，說(shuō)明在一定用量范圍內(nèi)，藜蒿葉片SOD活性隨著生物有機(jī)肥料施用量的增加而提高，而超過(guò)了這個(gè)用量后，SOD活性開(kāi)始降低。

3 討論與結(jié)論

當(dāng)植株受到低溫脅迫時(shí)，細(xì)胞膜的功能與結(jié)構(gòu)首先受到傷害，植物細(xì)胞電解質(zhì)的外滲程度可以用相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表示，從而反映植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的低溫傷害程度[10]。本試驗(yàn)中施肥處理的藜蒿葉片電解質(zhì)滲透率均小于對(duì)照，說(shuō)明施肥處理可以在低溫脅迫下保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，而且生物有機(jī)肥料在維持膜結(jié)構(gòu)方面的作用比無(wú)機(jī)肥料更理想。

MDA是細(xì)胞在遭受逆境脅迫時(shí)膜脂產(chǎn)生的過(guò)氧化物，能夠使細(xì)胞正常功能紊亂、有害活性物質(zhì)積累，加重細(xì)胞膜的過(guò)氧化程度。MDA含量越高，說(shuō)明植物受傷害的程度越高[11]。從本試驗(yàn)結(jié)果可以得知，在低溫脅迫下，生物有機(jī)肥料和無(wú)機(jī)肥料均可以在一定程度上減輕藜蒿葉片細(xì)胞膜受MDA的毒害作用，從而保證藜蒿在低溫下正常生長(zhǎng)，而且生物有機(jī)肥料抵抗MDA毒害的效果優(yōu)于無(wú)機(jī)肥料。這可能是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥料中的養(yǎng)分均衡且全面，可促進(jìn)藜蒿植株發(fā)育，促進(jìn)植株機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累較多，使細(xì)胞在受到MDA毒害時(shí)有較強(qiáng)的自我恢復(fù)能力，最終表現(xiàn)出受傷害程度較低。

可溶性蛋白是植物組織內(nèi)的保護(hù)物質(zhì)，一方面可降低組織或細(xì)胞的冰點(diǎn)溫度，另一方面還可使細(xì)胞的水合度增大，保水能力增強(qiáng)，避免原生質(zhì)在低溫下的脫水傷害。可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可提高細(xì)胞液的濃度、降低細(xì)胞質(zhì)的冰點(diǎn)，從而降低低溫對(duì)細(xì)胞的損傷[12]。在低溫脅迫下，淀粉水解酶的活性被激發(fā)出來(lái)，淀粉水解速度加快，可溶性的含量增高，細(xì)胞液的濃度也隨之升高，冰點(diǎn)下降，同時(shí)也保護(hù)脫水的蛋白質(zhì)。因此，可溶性糖與抗寒性之間也同樣具有正相關(guān)關(guān)系，可溶性糖對(duì)低溫脅迫下的植株具有很好的保護(hù)作用。

脯氨酸是細(xì)胞內(nèi)的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，主要有溶解度高、在細(xì)胞內(nèi)積累無(wú)毒性、水溶液水勢(shì)較高等特點(diǎn)，因此，脯氨酸含量的升高可以降低低溫對(duì)植物的傷害程度[13]。本試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)施肥處理的藜蒿葉片中的脯氨酸含量顯著高于對(duì)照，并且經(jīng)生物有機(jī)肥料處理的藜蒿葉片脯氨酸含量均比經(jīng)無(wú)機(jī)肥料處理的高，說(shuō)明生物有機(jī)肥料更加有利于藜蒿在低溫脅迫下產(chǎn)生脯氨酸來(lái)抵御低溫逆境的影響。

超氧化物歧化酶（SOD）在活性氧清除系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用，是植物體內(nèi)活性氧自由基清除系統(tǒng)的第1道防線(xiàn)，它可以發(fā)生歧化反應(yīng)生成O2和H2O2，SOD活性的高低是判斷植物抗性的主要指標(biāo)。過(guò)氧化物酶（POD）在植物體內(nèi)的主要作用是清除H2O2，并將其分解為O2和H2O，有效地保護(hù)細(xì)胞免受損傷[14]。從本試驗(yàn)得知，與無(wú)機(jī)肥料相比，施用生物有機(jī)肥料更能增強(qiáng)藜蒿葉片中的POD和SOD活性，減輕植株體內(nèi)的氧化作用，平衡植株體內(nèi)活性氧代謝。這可能是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥料中富含的大量生物活性成分被植株利用之后，使得植株的光合作用增強(qiáng)，植株發(fā)育健壯，植株體內(nèi)的多種酶活性被激發(fā)，從而集中表現(xiàn)為植株體內(nèi)POD和SOD的活性的增強(qiáng)。

因此，本研究結(jié)果表明，養(yǎng)殖廢棄物生物有機(jī)肥料可以顯著提高藜蒿抗寒性，但植物抗寒性是受多種因素控制的綜合性狀[15]，因此，單項(xiàng)生理指標(biāo)無(wú)法全面反映出藜蒿的抗寒性。如何通過(guò)多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)藜蒿抗寒性以及如何使用生物有機(jī)肥料來(lái)提高藜蒿的產(chǎn)量、質(zhì)量還有待進(jìn)一步研究。

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