不同生物有機肥對油菜生長和抗氧化系統的影響

宋以玲，于 建，陳士更，肖承澤，李玉環，蘇秀榮，丁方軍，

(1.山東農大肥業科技有限公司 山東泰安 271000； 2.山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心 山東泰安 271000； 3.山東農業大學資源與環境學院 山東泰安 271018；4.山東農業大學化學學院 山東泰安 271018)

油菜具有清熱解毒、祛風瀉火、降低血清膽固醇、減少動脈硬化的形成、減少色素沉著、美容養顏等功效。我國油菜種植面積和產量均居世界第1位[1]，已有研究表明油菜產量的提高和品質的改善與施肥量及施肥品種關系密切[2- 4]，選擇適宜的施肥量和肥料類型對提高我國油菜產量和改善油菜品質具有重要的意義。

生物有機肥是一種變廢為寶、減輕環境污染的環境友好型可持續發展肥料[5]。已有研究表明，添加生物有機肥可以提高土壤中微生物的種類和數量，從而改變土壤中養分的存在形式，提高其利用率[6]，可在一定范圍內提高作物的株高、有效葉片數、最大葉面積等農藝性狀[7- 8]。此外，生物有機肥在提高養分有效性的同時還能通過產生無機酸類物質(OA)和吲哚乙酸類物質來促進作物的生長[9- 10]。然而有關生物有機肥對植物生理特性影響的研究較少，本試驗以油菜為研究對象，探討2種不同用量的生物有機肥對油菜生長及抗氧化系統的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗設在山東省泰安市肥城市農大肥業科技有限公司蔬菜大棚內。

1.2 試驗材料

供試油菜品種：華綠1號。

供試土壤理化性狀：堿解氮58.38 mg/kg，有機質16.76 g/kg，全氮0.91 g/kg，有效磷13.15 mg/kg，速效鉀89.16 mg/kg。

供試肥料：農大肥業科技有限公司微生物肥料車間提供的一頂三生物有機肥和復合肥車間提供的農大復合肥，供試肥料的基本特性見表1。

表1 供試肥料的基本特性

項目菌數/(億·g-1)N?P2O5?K2O腐殖酸底料w(有機質)/%農大復合肥25?10?10微生物菌劑6w(總量)≥5%有稻殼雞糞+種雞糞≥60一頂三生物有機肥6w(總量)≥10%稻殼雞糞+種雞糞≥60

1.3 盆栽試驗設計

微生物菌劑和一頂三生物有機肥各設5個處理濃度，不施肥和僅施農大復合肥處理分別為空白和對照，所有肥料均以底肥施入，共計12個處理，試驗設計見表2。

每個處理設置3次重復，采用隨機分布試驗。把長有4片真葉的油菜幼苗移栽至長、寬和高分別為60，40和30 cm的泡沫種植箱內，每箱種植8棵，總計為36箱。移苗后統一管理，直至收獲。

表2 試驗設計

項目處理/(kg·畝-1)CK1CK2T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10農大復合肥5050505050505050505050微生物菌劑10306090120一頂三生物有機肥104080160200

注：1)1畝=666.67 m2，下同

1.4 測定項目與方法

鮮重和干重的測定：收獲植株并將地上部和地下部分開，根系先用5 mmol/L的CaCl2沖洗，再用蒸餾水沖洗干凈，稱鮮重；然后在110 ℃下殺青，于80 ℃下烘干至恒重，測干重。

光合色素含量的測定：用質量分數95%的乙醇研磨，25 mL定容后，分別在665，649和470 nm下測定吸光值[11]。

1.5 數據處理

采用Excel 2003軟件處理數據和制表，采用DPS 7.05軟件進行統計分析，采用最小顯著極差法(LSD)進行差異顯著性檢驗(p<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同生物有機肥施用量對油菜生長指標的影響

生物有機肥可為作物生長提供大量營養物質并改善土壤環境，從而促進植物生長。不同生物有機肥施用量對油菜生長指標的影響見表3。

表3 不同生物有機肥施用量對油菜生長指標的影響

處理葉面積/cm2根長/cm單株鮮重/g單株干重/g根冠比CK1117．72±5．15f7．43±0．40e43．99±1．15f4．06±0．11g0．16±0．013bcdCK2132．97±6．56e8．55±0．09bcd49．04±0．97de4．45±0．14fg0．13±0．013fT1175．60±8．21b8．78±0．40bc56．14±4．04c5．20±0．27e0．17±0．006abcT2209．97±16．13a8．86±0．41bc56．51±0．91c5．29±0．24cde0．19±0．017aT3217．96±2．67a9．79±0．63a73．89±0．74a6．90±0．27a0．18±0．022abcT4179．22±2．27b9．74±0．44a60．63±0．33b5．62±0．28bcd0．17±0．018abcT5128．61±2．15ef8．17±0．15d47．78±0．10e4．36±0．22fg0．14±0．016defT6137．71±6．42cde8．31±0．27cd50．66±2．28d4．63±0．29f0．14±0．025defT7133．49±4．33de8．55±0．39bcd57．51±1．82c5．24±0．35de0．13±0．012efT8138．96±4．65cde9．07±0．12b62．23±0．90b5．74±0．24b0．16±0．019cdeT9146．43±3．96c9．80±0．20a62．72±1．23b5．81±0．17b0．17±0．012abcT10144．26±1．13cd9．77±0．25a60．45±0．54b5．66±0．27bc0．19±0．019ab

由表3可知：施肥后提高了油菜的葉面積、根長、單株干重和鮮重，且葉面積和根長達到顯著水平(p<0.05)，而根冠比卻有所降低；施用農大復合肥的條件下進一步加施不同濃度的微生物菌劑和一頂三生物有機肥后，其葉面積、根長、單株干重和鮮重均隨添加濃度的升高而呈先升高后下降的趨勢，其中微生物菌劑的最佳處理為T3，即微生物菌劑用量為60 kg/畝時效果最好，其葉面積、根長、單株鮮重和干重與CK2處理相比分別顯著提高了63.92%，14.50%，50.67%和55.06%，然而隨添加量的進一步升高，其促進效果卻有所降低；一頂三生物有機肥的最佳處理為T9，即每畝施入50 kg農大復合肥和160 kg一頂三生物有機肥的效果最好，其葉面積、根長、單株鮮重和干重與CK2處理相比分別顯著提高了10.12%，14.62%，27.90%和30.56%，但與T8和T10處理間差異不顯著，即一頂三生物有機肥的施入量在80～200 kg/畝對油菜生長的促進效果相似。綜上所述，微生物菌劑對油菜生長的促進效果及增產方面較生物有機肥要明顯，但其最適宜的用量范圍較窄，最佳用量為60 kg/畝，且其他用量的效果與之差異顯著；一頂三生物有機肥的最適宜用量范圍在80～200 kg/畝。綜合考慮經濟效益，一頂三生物有機肥的最佳經濟用量為80 kg/畝。

2.2 不同生物有機肥施用量對油菜葉片內光合色素含量的影響

葉綠素是植物體內重要的色素分子，其含量和分布狀況與植物光合作用密切相關，直接影響碳水化合物的合成，最終影響到作物的產量和品質。不同生物有機肥施用量對油菜葉片內光合色素含量的影響如表4所示。

由表4可知：施肥后一定程度提高了油菜葉片內光合色素的含量，且隨微生物菌劑和一頂三生物有機肥添加量的增加，油菜葉片內葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a+b的含量呈先升高后降低并逐漸趨于平衡的趨勢；添加微生物菌劑后降低了葉綠素a/b的值，而添加一頂三生物有機肥后卻出現了相反的結果；微生物菌劑和一頂三生物有機肥的最佳處理分別為T3和T9，與CK1處理相比，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a+b的含量分別顯著提高了16.67%和21.43%，26.32%和18.42%，15.63%和21.88，18.79%和18.19%，以上結果表明不同生物有機肥施用量對不同色素的影響不同，但均能促進油菜葉片內光合色素的合成。類胡蘿卜素可以抑制單線態氧(1O2)的形成[17]，因此生物有機肥在提高油菜光合作用的同時還增強了其抵御光氧化脅迫的能力。

表4 不同生物有機肥施用量對油菜葉片內光合色素含量的影響

處理葉綠素a/(mg·g-1，鮮重)葉綠素b/(mg·g-1，鮮重)類胡蘿卜素/(mg·g-1，鮮重)葉綠素a+b/(mg·g-1，鮮重)葉綠素a/bCK11．26±0．034f0．38±0．016d0．32±0．017f1．65±0．031f3．30±0．20bcdCK21．31±0．014ef0．42±0．022bc0．32±0．012f1．74±0．034ef3．09±0．13dT11．46±0．056ab0．48±0．027a0．34±0．011def1．94±0．082ab3．07±0．06dT21．46±0．045abc0．45±0．020ab0．37±0．021abc1．91±0．050ab3．23±0．18cdT31．47±0．021ab0．48±0．012a0．36±0．019bcde1．96±0．014a3．04±0．11dT41．38±0．009cde0．45±0．009ab0．35±0．021cde1．82±0．009cde3．04±0．10dT51．37±0．017de0．43±0．010bc0．34±0．016ef1．81±0．017de3．24±0．06cdT61．41±0．095bcd0．40±0．007cd0．36±0．006bcde1．86±0．084bcd3．12±0．40cdT71．47±0．024ab0．42±0．017bcd0．38±0．015ab1．87±0．019abcd3．68±0．11aT81．48±0．021ab0．43±0．036ba0．37±0．003abc1．91±0．045abc3．46±0．28abcT91．53±0．092a0．45±0．035ab0．39±0．015a1．95±0．110ab3．62±0．07abT101．48±0．024ab0．43±0．042bc0．36±0．010bcd1．91±0．053ab3．45±0．33ab

2.3 不同生物有機肥施用量對油菜體內抗氧化物酶活性的影響

植物在生長過程中難免會遭受生物和非生物逆境脅迫，為了維持其體內正常的代謝水平，植物會通過調節體內抗氧化酶的活性來抵抗各種氧化損傷，SOD，POD和CAT都是植物體內重要的抗氧化酶。不同生物有機肥施用量對油菜葉片和根系內SOD，POD和CAT活性的影響如圖1所示。

由圖1a可見：施用農大復合肥后，油菜葉片內SOD活性提高，但根系內的SOD活性降低；隨著微生物菌劑施用量的提高，油菜葉片內SOD活性呈上升趨勢，根系內SOD活性卻呈先升高后降低的趨勢；葉片和根系的最佳處理分別為T5和T2，與CK1處理相比分別顯著提高了42.29%和85.00%；然而隨一頂三生物有機肥施入量的提高，油菜葉片內SOD活性呈先升高后降低趨勢，根系內SOD活性則呈平緩下降趨勢，因此葉片和根系內的最佳處理分別為T8和T6，與CK1處理相比分別顯著提高了62.51%和9.54%；微生物菌劑對根系內SOD活性的影響較一頂三生物有機肥顯著，而葉片內出現了相反的結果。

由圖1b可見：施入農大復合肥后，油菜葉片和根系內POD活性顯著降低，施入微生物菌劑和一頂三生物有機肥后，其活性又有所提高；與CK1處理相比，僅葉片內T3和T4處理、根系內T3，T8，T9和T10處理呈顯著升高差異，且葉片和根系內的最佳處理分別為T3和T9。

由圖1c可見：施入農大復合肥提高了油菜葉片和根系內CAT活性，且其活性隨微生物菌劑用量的提高呈先升高后降低趨勢，葉片和根系內的最佳處理均為T3，與CK2處理相比分別顯著提高了22.94%和65.53%；葉片和根系內CAT活性均隨一頂三生物有機肥用量的提高呈緩慢上升后趨于平穩的趨勢，其中T8，T9和T10處理均顯著高于CK2處理。

以上結果表明，僅施農大復合肥會抑制一些抗氧化酶的活性，而施入一定量的生物有機肥后均能提高各種酶的活性，且微生物菌劑和一頂三生物有機肥的適宜用量為60 kg/畝和80kg/畝。因此，生物有機肥可以通過提高油菜體內抗氧化酶的活性來緩解逆境脅迫下的氧化損傷，從而提高植物抵抗逆境脅迫的能力。

2.4 不同生物有機肥施用量對油菜體內丙二醛和超氧陰離子含量的影響

圖1 不同生物有機肥施用量對油菜體內抗氧化酶活性的影響

圖2 不同生物有機肥施用量對油菜葉片和根系內MDA含量和產生速率的影響

由圖2a可見，施入微生物菌劑和一頂三生物有機肥后，葉片和根系內MDA含量的最低點均出現在T3處理和T8處理，與CK2處理相比，葉片內MDA含量分別顯著降低了35.96%和25.28%，根系MDA含量分別顯著降低了73.68%和50.00%，且T3處理和T8處理與其他施入同類生物有機肥處理相比差異顯著。

以上結果表明，生物有機肥可以通過提高植物體內抗氧化酶的活性來降低活性氧的含量，從而提高植物的抗逆性，但施入量應適宜，太少效果不顯著，過多又會出現適得其反的效果，因此挑選適宜的施用量對充分發揮生物有機肥的優勢具有極其重要的意義。

3 結語

研究表明，油菜葉片內光合色素含量與肥料的施入量及種類密切相關，其中：微生物菌劑的最佳用量為60 kg/畝；一頂三生物有機肥的最佳用量為160 kg/畝，且用量在80～200 kg/畝的差異不顯著。葉綠素是植物體內重要的光合色素，其中葉綠素a是捕獲有效光能的主要色素，而葉綠素b是輔助色素，因此葉綠素a和葉綠素b是植物光合作用的基礎，并且植物體內碳水化合物的積累來源于光合作用[18]。已有研究表明，施用生物有機肥可以提高芥藍、草莓、黃瓜等作物葉片內葉綠素含量，增強光合作用，促進生長[19- 21]；生物有機肥還可以通過提高鹽脅迫下向日葵幼苗葉片內光合色素和可溶性蛋白的含量，以減輕高鹽脅迫[22]。因此，施入適量的生物有機肥在提高油菜葉片內色素含量的同時顯著提高了油菜的干鮮重及葉面積。

綜上所述，微生物菌劑和一頂三生物有機肥對優化油菜生長和提高油菜產量方面都起到了良好的促進效果：首先通過提高葉片內光合色素的含量來提高油菜的光合作用；然后通過提高油菜體內抗氧化酶的活性來提高油菜抵抗外界不良環境的能力；其次通過活化土壤養分促進根系生長，提高油菜吸收水分和養分的能力，促進葉面積的伸展和地上部的生長；最終提高了油菜接受轉化光能和貯存碳水化合物的能力。微生物菌劑的最佳用量為60 kg/畝，一頂三生物有機肥的最佳用量為160 kg/畝，且微生物菌劑對油菜生長的促進效果較一頂三生物有機肥要明顯，但適宜用量范圍較窄；而一頂三生物有機肥的適宜用量為80～200 kg/畝。綜合考慮經濟效益，一頂三生物有機肥可采用80 kg/畝的最佳經濟用量。

參考文獻

[1] 殷艷，王漢中.我國油菜生產現狀及發展趨勢[J].農業展望，2011(1)：43- 45.

[2] 周賤根，況晨光，余偉，等.不同施肥處理對優質雜交油菜產量及相關經濟性狀的影響[J].江西農業學報，2009(9)：33- 35.

[3] 鄒娟，魯劍巍，陳防，等.氮磷鉀硼肥施用對長江流域油菜產量及經濟效益的影響[J].作物學報，2009(1)：87- 92.

[4] 鄒小云，陳倫林，李書宇，等.氮、磷、鉀、硼肥施用對甘藍型雜交油菜產量及經濟效益的影響[J].中國農業科學，2011(5)：917- 924.

[5] 姜瑞波，張曉霞，吳勝軍.生物有機肥及其應用前景[J].磷肥與復肥，2003(4)：59，63.

[6] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant & Soil，2003(2)：571- 586.

[7] 吳恩彪.微生物肥料對云煙87根系生長及其根際土壤細菌群落多樣性影響[D].福州：福建農林大學，2015.

[8] THU V V, HONG L, HIRAOKA H. Effect of organic and bio- fertilizer on quality, grain yield and soil properties of soybean under rice based cropping system[J]. Omonrice，2001，9：55- 61.

[9] NAHER U A, RADZIAH O, SHAMSUDDIN Z H, et al. Isolation of diazotrophs from different soils of Tanjong Karang Rice growing area in Malaysia[J]. International Journal of Agriculture & Biology，2009(5)：547- 552.

[10] PANHWAR Q A, OTHMAN R, RAHMAN Z A, et al. Isolation and characterization of phosphate- solubilizing bacteria from aerobic rice [J]. African Journal of Biotechnology，2012(11)：2711- 2719.

[11] KNUDSON L L, TIBBITTS T W, EDWARDS G E. Measurement of ozone injury by determination of leaf chlorophyll concentration[J]. Plant Physiol，1977(4)：606- 608.

[12] 張志良，瞿偉菁.植物生理學實驗指導[M].3版.北京：高等教育出版社，2003.

[13] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14] 鄒奇.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業出版社，2001.

[15] HEATH R L, PACKER L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation[J]. Archives of Biochemistry & Biophysics，1968(1)：189- 198.

[16] SHI Q H, ZHU Z J. Effects of exogenous salicylic acid on manganese toxicity, element contents and antioxidative system in cucumber[J]. Environmental & Experimental Botany，2008(1- 3)：317- 326.

[17] MüLLER L, FR?HLICH K, B?HM V. Comparative antioxidant activities of carotenoids measured by ferric reducing antioxidant power (FRAP) ABTS, bleaching assay (αTEAC), DPPH assay and peroxyl radical scavenging assay[J]. Food Chemistry，2011(1)：139- 148.

[18] THOLEN D， PONS T L， VOESENEK L A C J, et al．Ethylene insensitivity results in down- regulation of Rubisco expression and photosynthetic capacity in tobacco[J]. Plant Physiology，2007(3)：1305- 1315.

[19] 李海達，宋世威，劉厚誠，等.生物有機肥對芥藍生長及光合特性的影響[J].中國農學通報，2014(22)：180- 185.

[20] 顧大路，梁曉輝，吳洪生，等.生物有機肥在日光溫室黃瓜上的應用效果研究[J].黑龍江八一農墾大學學報，2012(5)：5- 9.

[21] 王孝娣，王海波，秦菲菲，等.生物有機肥對日光溫室草莓生長發育的影響[J].落葉果樹，2005(2)：8- 10.

[22] 王善仙，劉宛，李培軍，等.生物有機肥調控對鹽堿脅迫下向日葵幼苗生長及生理指標的影響[J].生態學雜志，2011(4)：682- 688.

[23] 肖相政，劉可星，廖宗文.生物有機肥對番茄青枯病的防效研究及機理初探[J].農業環境科學學報，2009(11)：2368- 2373.

[24] 丁傳雨，喬煥英，沈其榮，等.生物有機肥對茄子青枯病的防治及其機理探討[J].中國農業科學，2012(2)：239- 245.

[25] 岑忠用.生物有機肥對木薯生長、生理生化和土壤理化性狀的效應研究[D].南寧：廣西大學，2005.

[26] 李國婧.超氧陰離子的產生及其在植物體內作用的研究[J].生物技術世界，2012(4)：24- 25.

[27] MITTLER R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance[J]. Trends in Plant Science，2002(9)：405- 410.

[28] DINA Z E L, ALBIDIN A K. Role of nitric oxide on iron homeostasis, chlorophyll biosynthesis and antioxidants system in two wheat cultivars[J]. American Journal of Plant Physiology，2007(4)：237- 250.