施用沼渣沼液肥對PEG滲透脅迫下辣椒幼苗生理特性的影響

孟清波 田佳 李青云 張謹薇 馬萬成 馮倩

摘? ? 要：以朝天椒‘辣椒王為試驗材料，PEG（聚乙二醇）模擬干旱脅迫，以根施營養液、葉面噴清水為對照，研究了根施沼渣腐殖酸肥、葉面噴施不同濃度沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗生理特性的影響。結果表明，施用沼渣沼液肥顯著促進了辣椒幼苗的生長發育，減輕了干旱脅迫的傷害。葉面噴施20倍液處理的各項生理指標最好，在干旱脅迫48 h時，與對照相比，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別高14.6%、16.6%和7.8%，根系活力達到最高327.92 μg·g-1·h-1，比對照提高24.8%，葉片凈光合速率、蒸騰速率分別提高69.9%和64.3%，SOD、POD、CAT酶活性分別提高4.37%、33.8%和16.8%，同時葉片MDA含量和O2-產生速率分別比對照降低11.4%和18.7%，萎蔫系數降低25%。可見，在干旱脅迫下，根施沼渣腐殖酸肥（500倍液）、葉面噴施沼液肥（20倍液）可通過增強辣椒幼苗抗氧化酶活性，提高凈光合速率，減少活性氧積累，減輕干旱對辣椒幼苗的傷害。

關鍵詞：辣椒;幼苗;沼渣沼液肥;干旱脅迫;生理特性

中圖分類號：S641.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2020）09-028-06

Abstract： Effects of biogas residue humic acid fertilizer applied to roots and biogas slurry fertilizer applied to leaves at different concentrations on the growth and physiological characteristics of pepper seedlings under drought stress were studied by using pod pepper ‘Chili King as the experimental material， PEG simulation of drought stress， and root application of nutrient solution and leaf spray as control. The results showed that the application of biogas residue biogas slurry fertilizer significantly promoted the growth and development of pepper seedlings and reduced the damage of drought stress. At 48h of drought stress， compared with the control group， chlorophyll a， chlorophyll b and carotenoids increased by 14.6%， 16.6% and 7.8%? respectively. The root activity reached a maximum of 327.92 μg·g-1·h-1， 24.8% higher than that of the control group. The net photosynthetic rate and transpiration rate of leaves were 69.9% and 64.3% higher， respectively. SOD， POD and CAT enzyme activities were 4.37%， 33.8% and 16.8% higher， while MDA content and O2- production rate in leaves were 11.4% and 18.7% lower and wilting coefficient was 25% lower than the control. It indicated that under drought stress， root application of biogas residue humic acid fertilizer （500 times liquid）， leaf application of biogas slurry fertilizer （20 times liquid） can enhance the antioxidant enzyme activity of pepper seedlings， improve the net photosynthetic rate， reduce the accumulation of reactive oxygen species， and the damage of drought to pepper seedlings.

Key words：Chili; Seedlings; Biogas slurry fertilizer; Drought stress; Physiological characteristics

隨著全球氣溫的升高，干旱脅迫對植物的影響越來越嚴重，干旱通常會阻礙辣椒等植物的呼吸作用和光合作用等，進而影響植物的生長發育和生理代謝[1-2]。辣椒（Capsicum annuum L.）在我國栽培面積很大，露地辣椒在生長過程中常遭遇季節性干旱，產量損失較大，因此，提高辣椒耐旱性對于夏季辣椒生產至關重要[3]。

沼渣和沼液是沼氣發酵后的產物，富含有機質、腐殖酸、氨基酸、生長素、植物生長調節劑及鈣、鎂、鐵等礦物質，而且還含有大量的氮、磷、鉀等營養元素[4]，能滿足植物生長所需，易被吸收利用，可長久保持肥力，是一種優質的有機液肥[5]。研究表明，適宜濃度的沼液肥噴施處理能顯著提高植物株高、莖粗[6-7]、葉片葉綠素含量，提高光合強度[8-9]，此外沼液與營養液混合施用，還能夠降低MDA含量，緩解細胞膜的損傷[10]。

筆者在前期的田間試驗中發現，根施沼渣腐殖酸肥、葉面噴施沼液肥可提高簇生朝天椒‘辣椒王的產量，同時也發現沼渣沼液肥提高了土壤速效氮、磷、鉀含量，增強了土壤微生物多樣性。然而，夏季的高溫和干旱是露地辣椒生長必然要承受的逆境，沼渣沼液肥能否通過提高植株的抗逆性進而提高產量，沼渣沼液肥與辣椒耐旱性的關系鮮見報道，有待研究。為此，筆者利用聚乙二醇（PEG6000）模擬干旱環境，研究了根施沼渣腐殖酸肥、葉面噴施沼液肥對干旱脅迫辣椒生理指標的影響，探討沼渣沼液肥提高辣椒耐旱性的作用機制，為露地辣椒高效生產提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試辣椒品種為簇生朝天椒‘辣椒王，由河北乾億食品股份有限公司提供。供試肥料“果實樂”純秸稈沼液肥（全氮質量分數≥50 g·L-1，全磷質量分數≥2 g·L-1，全鉀質量分數≥28 g·L-1）和“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥（腐殖酸質量分數≥30 g·L-1，N+K2O+P2O5≥200 g·L-1）由河北省滄州市青縣耿忠生物質能源開發有限公司提供。

2019年7—10月在河北農業大學創新實驗園溫室內播種育苗。育苗容器采用50孔穴盤，基質為草炭、蛭石（體積比為2∶1），每隔5 d澆灌1次1/4 Hoagland營養液，待幼苗長至4葉1心時，挑選生長整齊的幼苗移栽到（10 cm×10 cm）營養缽，開始葉面噴清水或沼液肥，隔7 d噴1次。同時澆灌1次1/2 Hoagland營養液或沼渣腐殖酸肥500倍液，連續葉面噴施3次后進行干旱脅迫。采用20%的PEG6000溶液模擬干旱環境，每盆澆PEG6000溶液100 mL。

設4個處理，分別為：CK（葉面噴施清水+根施1/4 Hoagland營養液）、20×（葉面噴施20倍沼液肥+根施500倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）、30×（葉面噴施30倍沼液肥+根施500倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）、40×（葉面噴施40倍沼液肥+根施500倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）。采用隨機區組設計，3次重復，每個重復40株幼苗。在干旱脅迫0、6、12、24、36、48 h取樣測定葉片葉綠素含量、葉綠素熒光參數、根系活力和超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛和超氧陰離子含量，其中在48 h測定萎蔫指數與光合參數。

1.2 方法

1.2.1 葉綠素含量、根系活力、光合和葉綠素熒光參數的測定 根系活力參照鄭堅[11]的方法測定;葉綠素含量參照李合生[12]的方法測定;用FMS-2型便攜式熒光儀測定葉片初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、PSII光化學效率（Fv/Fm）[13];用Li-6400光合儀測定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci），測定時設定光強為500 μmol·m-2·s-1。

1.2.2 抗氧化酶相關指標的測定 超氧物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量參照李合生[12]的方法測定;過氧化氫酶（CAT）活性參照郭允娜[14]的方法測定;超氧陰離子（O2-）產生速率參照吳雪霞[15]的方法測定。

1.2.3 萎蔫指數的測定 萎蔫指數參照富春元[16]的方法測定。

1.3 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 23統計軟件對數據進行差異顯著性分析，用Microsoft Excel 2010軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗葉片葉綠素含量的影響

干旱脅迫下，沼渣沼液肥處理的辣椒幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均顯著增加（圖1～3）。各處理相比，20×處理的葉綠素b含量在脅迫12 h顯著高于CK和其他處理。在脅迫48 h，20×葉綠素含量最高，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素分別達到22.33、8.23和4.01 mg·g-1，比CK高15.57%、16.57%和7.5%。說明施用適宜濃度的沼渣沼液肥，有利于干旱脅迫下辣椒光合色素的積累。

2.2 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗根系活力的影響

在干旱脅迫過程中，CK和各處理辣椒的根系活力均呈現先升高再降低、再升高再降低的趨勢（圖4），最高值均出現在干旱脅迫36 h。在脅迫48 h，辣椒根系活力從高到低依次為20×>CK>30×>40×，20×處理的根系活力在干旱脅迫48 h后維持在327.92 μg·g-1·h-1，較對照高24.83%。同正常生長的植株（0 h）相比，在干旱脅迫48 h，CK和各處理的根系活力均大幅提高，20×處理增幅最大，達78.81%，其次是40×和30×處理，增幅分別為71.70%和61.32%，CK增幅最小，為41.4%。說明施用適宜濃度的沼渣沼液肥能夠促進根系的生長發育，提高植株抗逆性。

2.3 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗葉片MDA含量、O2-產生速率的影響

從圖5可以看出，在干旱脅迫過程中，CK辣椒葉片MDA含量呈先下降再上升、再下降的趨勢，其中20×處理的MDA含量始終最低，且在脅迫期間（0 h除外）始終顯著低于CK，表明20×處理可顯著減輕辣椒葉片的膜脂過氧化傷害。

從圖6可以看出，在干旱脅迫下，CK和各處理辣椒葉片O2-產生速率均呈先增大后減小的趨勢，其中沼渣沼液肥各處理的O2-產生速率均在脅迫24 h下降了，而CK在脅迫48 h才下降， 二者相差了24 h。與正常生長的植株相比（脅迫0 h），在干旱脅迫48 h，20×處理和30×處理辣椒葉片的O2-產生速率分別下降了10.3%和13.8%，而CK和40×處理分別提高了23%和16.7%;與脅迫期間O2-產生速率最高的時期相比，在干旱脅迫48 h，20×處理的O2-降幅最大，下降了35.7%，其次是30×處理，降幅為29.1%，40×處理和CK降幅最小，分別為10%和6.7%。

結果表明，沼渣沼液肥處理提高了辣椒植株清除O2-的速度和能力，抑制了過氧化物的產生和積累，20×處理效果最好，在脅迫48 h，MDA含量與O2-產生速率達到0.659 nmol·g-1 與2.294 nmol·g-1·min-1，比CK分別低11.38%和18.66%。

2.4 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗葉片抗氧化酶活性影響

從圖7～9中可以看出，隨脅迫時間的延長，CK和各處理辣椒葉片的SOD活性呈整體下降趨勢，POD活性則表現先下降后上升趨勢，CAT活性為先升高后降低趨勢。其中20×和30×處理在干旱脅迫24 h以內葉片SOD活性始終保持較高水平，在脅迫36 h，CK和各處理的SOD活性均大幅度降低，并在48 h維持較低水平。各處理之間相比，20×處理的SOD活性在脅迫24 h和36 h均顯著高于CK和其他處理，CAT活性在脅迫36 h、POD活性在脅迫48 h均顯著高于CK和其他處理。在脅迫36 h，20×處理的SOD、CAT活性活性分別為10.64 U·g-1和260.80 U·g-1，分別比CK高8.2%和21%，在脅迫48 h，POD活性為194.13 U·g-1，高于CK33.8%。結果表明，施用適宜濃度的沼渣沼液肥能夠提高干旱脅迫下葉片抗氧化酶活性，減少干旱對生物膜造成的損傷。

2.5 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗光合作用的影響

從表1可以看出，施用沼渣沼液肥能提高干旱脅迫下辣椒葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，降低胞間二氧化碳濃度。在脅迫48 h，20×處理的凈光合速率、氣孔導度及蒸騰速率分別比CK高69.95%、33.34%和62.29%，胞間二氧化碳濃度比CK低9.11%，且與CK差異顯著。說明適宜濃度的沼渣沼液肥處理能提高辣椒葉片的光合能力 。

2.6 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗葉綠素熒光參數的影響

由圖10可知，隨著干旱脅迫時間的延長，各處理的Fv/Fm、Fo、Fm呈現先下降再上升的趨勢。施用沼渣沼液肥能顯著提高辣椒植株的Fv/Fm、Fo、Fm，在脅迫48 h，20×與30×處理的Fv/Fm、Fo和Fm均顯著高于CK，其中20×處理的Fo顯著高于30×處理;20×處理的Fv/Fm、Fo、Fm分別比CK高0.84%、7.89%和8.73%。表明追施適宜濃度沼渣沼液肥能夠提高辣椒葉片的光能轉換效率，促進光合作用的積累。

2.7 沼渣沼液肥對干旱脅迫下辣椒幼苗萎蔫指數的影響

由表2可知，在干旱脅迫48 h，20×處理的辣椒幼苗萎蔫指數最低，達到26.67，萎蔫指數降幅最大，為25%。其次是30×和40×處理，萎蔫指數達到28.89與30，降幅分別為18.76%與15.64%。說明根施沼渣腐殖酸肥（500倍液）、葉面噴施沼液肥（20倍液）能夠顯著提高植株抗旱性，使萎蔫指數達到最低，緩解了干旱脅迫對辣椒幼苗生長造成的抑制作用。

3 討論與結論

干旱是影響植物進行光合作用與生長發育的重要環境因素[17]。其對植物的影響涉及諸多方面，嚴重時會影響植物的生長發育，造成植株生長緩慢、落花落果以及產量降低等[18-19]。

葉綠素是植物進行光合作用時吸收和傳遞光能的主要物質，含量高低與葉片光合能力密切相關[20]。通過施用適宜濃度的沼渣沼液肥增加了葉片葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量，提高了干旱脅迫條件下辣椒幼苗光合作用，緩解了干旱對辣椒幼苗生長的抑制作用，這與趙秀梅[21]的研究結果一致。光合作用是植物生長的基本代謝過程，主要通過葉綠素含量、凈光合速率和蒸騰速率等來反映[22]。一些研究表明，干旱脅迫顯著降低植物葉片光合色素含量，導致葉片呼吸速率下降，葉綠體結構受破壞嚴重等[23]。本試驗中追施沼渣沼液肥能夠提高植株葉片的光合速率與蒸騰速率，從而在一定程度上促進植物的生長，這與李然[24]、何梅等[25]的研究結果一致。

植物在逆境脅迫中最初的傷害部位是葉片的PSII光反應中心[26]。在干旱脅迫下，植物利用光能的效率下降，PSII反應中心的電子傳遞嚴重受阻，從而使光合作用效率降低[27-28]。本試驗結果表明，通過施用適宜濃度的沼渣沼液肥顯著提高干旱脅迫下Fv/Fm，有效緩解干旱脅迫對PSII反應中心活性的傷害，增強辣椒幼苗對干旱逆境的適應性。馮偉等[29]的研究發現，基施沼液與追施尿素可以顯著提高冬小麥葉片PSII光化學最大效率Fv/Fm，增強光合作用，與本研究結果一致。

植物在干旱脅迫條件下，細胞內活性氧（ROS）的產生與清除之間的平衡被破壞，致使植物體內的活性氧大量產生，導致膜通透性增強，細胞膜內物質外滲，產生氧化性損傷[30-32]。在本試驗中，施用適宜濃度的沼渣沼液肥處理減少了葉片中丙二醛含量的積累，降低了超氧陰離子產生速率，有效緩解了干旱脅迫對辣椒幼苗的傷害，增強了細胞膜穩定性。李彧等[10]研究發現，沼液與營養液混合澆施能夠降低番茄幼苗葉片中MDA含量，保持細胞膜的穩定性，進而增強幼苗耐旱性，與本研究結果一致。

一般在干旱等逆境處理之前，試驗材料的生長、生理等指標應該沒有顯著差異，這對判斷處理效果是必要的，而本研究在干旱脅迫開始之前（0 h），辣椒的葉綠素a含量、根系活力、超氧陰離子發生速率、SOD活性4個指標在CK和各處理之間就存在顯著差異，這與干旱脅迫試驗開始前植株已經進行了3次追施沼渣沼液肥處理有關。然而，從本試驗的結果分析中看到，在脅迫期間施用沼渣沼液肥的處理尤其是20×處理的各指標均表現為緩解了干旱脅迫對辣椒幼苗的傷害，這個調控作用與各指標在脅迫開始前處理間是否存在差異無關。

綜上所述，施用沼渣沼液肥可調節干旱脅迫下辣椒幼苗生理代謝，減少辣椒葉片中MDA和O2-的積累，增加葉綠素含量、增強根系活力，以及提高光合速率，提高光能轉換效率，促進抗氧化酶和滲透調節物質的積累，降低過氧化物對細胞造成的傷害，進而增強辣椒植株抗干旱脅迫的能力。然而，這些只是在對植物生理方面進行地淺層研究，沼渣沼液肥目前沒有被充分普及利用，誘導植物抗逆性的作用途徑和分子機制，仍需要進行廣泛而深入的研究。

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