施肥模式對菠菜幼苗的生理響應

李堆淑，頃少琨，劉少歡，周雪林，楊佳敏

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

隨著社會經濟的發展，人民生活水平逐漸提高，人們對綠色蔬菜、有機蔬菜的需求越來越大。但在實際生產中，菜農們一味追求經濟效益，過量施用化肥，同時濫用農藥，嚴重影響了蔬菜產品的安全質量[1]。由于化肥的利用率較低，未被利用的化肥變成了污染物，不但污染了蔬菜、空氣、水體、土壤，而且造成了嚴重的資源浪費[2]。敖玉琴等[3]研究認為合理施肥能減少土壤氨揮發。Weitza A M等[4]認為，施肥后1周內N2O排放量較高。唐麗玲等[5]研究認為，不合理施用氮肥導致硝態氮污染地下水。龔林等[6]研究認為，合理地使用液體肥料，可以提高作物品質和產量。賈娟等[7]研究認為，微生物菌劑能提高土壤養分、修復土壤環境污染、提高土壤酶活性、提高作物產量和品質、調節植物生長、增強植株抗逆性。菠菜(SpinaciaoleraceaL.)為藜科菠菜屬草本植物，是人類生活中不可缺少的蔬菜。鑒于此，筆者采用NPK單施、NPK和不同濃度菌肥等體積混合施用，研究菠菜幼苗過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量的變化，以期為菌肥的有效利用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4月10日至5月20日在商洛學院實驗室樓下盆栽進行。陜西省商洛市屬于亞熱帶向暖溫帶地渡地帶，年均氣溫在25 ℃，年均降雨量為710～930 mm，土壤平均速效氮含量為20.11 mg·kg-1，平均速效磷含量為39.87 mg·kg-1，平均速效鉀含量為78.83 mg·kg-1，土壤pH值在6.9～7.2，土壤的持水量控制在45%左右。

1.2 材料

四季大葉菠菜：陜西省商洛市種子公司購買；菌肥：購于中國工業微生物菌種保藏管理中心。

1.3 實驗方法

1.3.1 肥料的制備 菌肥配制成有效微生物1×106個·g-1(M1)、1×107個·g-1(M2)、1×108個·g-1(M3)；NPK為N-240 kg·hm-2，P-96 kg·hm-2，K2O-336 kg·hm-2，備用。設置5組處理，蒸餾水為對照(CK)，G1(NPK)，G2(NPK+M1)，G3(NPK+M2)，G4(NPK+M3)，NPK與菌肥等體積混合。

1.3.2 菠菜的培養與處理 挑選大小均勻、無病蟲害的四季大葉菠菜的飽滿種子，種于含有沙質土壤的花盆(外徑21.8 cm×底徑15 cm×高度15 cm)里，每盆土量為2.5 kg，并且每盆種10株，澆足量水，待菠菜幼苗生長至四葉期時，采用噴施葉面肥(水滴不流)，每組施肥處理5盆，分別于施肥后第10、12、14、16、18天取菠菜幼苗葉片，檢測不同時間菠菜幼苗過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量，每組處理設置3個重復。

1.3.3 菠菜生理生化指標測定 過氧化氫酶(CAT)活性測定采用高錳酸鉀滴定法[8]，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創木酚法[9]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用四氮唑藍光還原法[8]，丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[10]。

1.3.4 數據分析 采用Excel 2010和SPSS 20.0軟件對數據進行方差分析和LDS。

2 結果與分析

2.1 不同施肥對菠菜幼苗過氧化氫酶(CAT)活性的影響

由圖1可見，經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分別對菠菜幼苗進行噴施葉面肥，蒸餾水為對照(CK)，處理后從第10～18天菠菜幼苗葉片的過氧化氫酶(CAT)活性變化趨勢均是隨著時間延長，菠菜幼苗葉片的CAT活性也逐漸升高，但升高到一定時間均又逐漸下降。但經G1(NPK)與CK處理的菠菜幼苗葉片的CAT活性均在第16天達到了高峰分別為4.75 U·min-1·g-1和3.82 U·min-1·g-1，而G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)和G4(NPK+M3)處理的菠菜幼苗葉片的CAT活性均在第14天達到了高峰分別為5.53 U·min-1·g-1、6.81 U·min-1·g-1和5.28 U·min-1·g-1。G3(NPK+M2)處理的菠菜幼苗葉片的CAT活性在第10～18天均顯著高于其他4個處理(P<0.05)，G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)處理的菠菜幼苗葉片的CAT活性在第10～18天均顯著高于CK(P<0.05)，而G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)處理的菠菜幼苗葉片的CAT活性在第10～18天呈現出不顯著性(P>0.05)。由此可見，不同施肥模式均能不同程度地清除菠菜體內的過氧化氫，減少其對細胞的氧化作用，尤其NPK配施菌肥，菌肥隨著有效微生物濃度增大，能加強促進CAT活性，而且菌肥中有效微生物濃度達到1×107個·g-1時，菠菜幼苗葉片的CAT活性最大，隨后再增加菌肥濃度，菠菜幼苗葉片的CAT活性則逐漸下降。說明菌肥中有效微生物在一定的較低濃度對菠菜幼苗葉片的CAT活性誘導作用較高。

注：不同小寫字母表示相同時間不同處理濃度間差異達0.05顯著水平，下同。

2.2 不同施肥對菠菜幼苗過氧化物酶(POD)活性的影響

過氧化物酶(POD)是細胞活性氧保護酶，由圖2可見，經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分別對菠菜幼苗進行噴施葉面肥，蒸餾水為對照(CK)，處理后從第10～18天菠菜幼苗葉片的過氧化物酶(POD)活性變化趨勢均為先升高再降低。經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)處理后，第10～18天菠菜幼苗葉片的POD活性均顯著高于CK(P<0.05)，5組處理的菠菜幼苗葉片的POD活性均呈現出顯著差異(P<0.05)，G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)處理的菠菜幼苗葉片的POD活性均比G1(NPK)、G2(NPK+M1)處理先達到峰值，并且G3(NPK+M2)處理的菠菜幼苗葉片POD活性的峰值最高(2.44 U·g-1)，比CK、G1(NPK)、G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)分別升高了54.51%、47.54%、17.62%、22.54%。說明菌肥中有效微生物能較好地激活菠菜細胞中過氧化物酶(POD)活性，尤其菌肥中有效微生物為1×107個·g-1時，菠菜幼苗葉片的POD活性最活躍，可見，較低濃度的菌肥誘導酶活性效果更好。

圖2 不同施肥對菠菜幼苗葉片POD活性的影響

2.3 不同施肥對菠菜幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)也能清除活性氧。由圖3可見，經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分別對菠菜幼苗進行噴施葉面肥，蒸餾水為對照(CK)，處理后從第10～18天菠菜幼苗葉片的過氧化物酶(POD)活性變化趨勢均為先升高到一定程度，開始下降。葉面噴施處理后第10～18天，經G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)三種肥料處理，菠菜幼苗葉片的SOD活性變化較顯著(P<0.05)，尤其G3(NPK+M2)處理菠菜幼苗葉片的SOD活性變化最顯著(P<0.05)，并且與CK以及其他處理呈現出顯著的差異(P<0.05)。5組處理中，NPK與菌肥配施的三種處理，菠菜幼苗葉片的SOD活性均比CK和G1(NPK)提前到達峰值，CK和G1(NPK)處理，菠菜幼苗葉片的SOD活性均在處理后第16天到達峰值，而G2(NPK+M1)、G3(NPK+M1)、G4(NPK+M3)三種處理，菠菜幼苗葉片的SOD活性均在處理后第14天到達峰值。在處理后第16～18天，G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G4(NPK+M3)三種處理，菠菜幼苗葉片的SOD活性呈現出不顯著性(P>0.05)。可見，不同施肥模式對菠菜幼苗葉片的SOD活性均有所激發，但一定濃度菌肥的有效微生物(1×107個·g-1)對菠菜幼苗葉片的SOD活性誘導能力最強。

圖3 不同施肥對菠菜幼苗葉片SOD活性的影響

2.4 不同施肥對菠菜幼苗丙二醛(MDA)含量的影響

由圖4可見，經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分別對菠菜幼苗進行噴施葉面肥，蒸餾水為對照(CK)，處理后，從第10～18天，各處理組的菠菜幼苗葉片的丙二醛(MDA)含量變化趨勢均隨著時間的增加先逐漸降低，隨后逐漸升高。各組處理后第10～18天，G3(NPK+M2)處理，菠菜幼苗葉片的MDA含量變化與其他處理在同一時間呈現出顯著性差異(P<0.05)，且在處理后第14天菠菜幼苗葉片的MDA含量出現了最低峰(0.0021 mol·g-1)比CK、G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)處理菠菜幼苗葉片的MDA含量的最低峰降低了69.56%、59.61%、40%、44.74%。G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)處理，在處理后第10～18天，菠菜幼苗葉片的MDA含量變化在同一時間呈現出不顯著性(P>0.05)，但與CK、G1(NPK)處理在同一時間呈現出顯著性差異(P<0.05)。可見，不同施肥模式對菠菜幼苗葉片的MDA含量變化較大，并且菌肥中有效微生物可能容易啟動菠菜相關基因系統，尤其菌肥中有效微生物為1×107個·g-1時，更有利于減少菠菜幼苗葉片的丙二醛(MDA)含量的合成。

圖4 不同施肥對菠菜幼苗葉片MDA含量影響

2.5 不同施肥對菠菜幼苗生理生化指標的相關性分析

由表1可見，經G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分別對菠菜幼苗進行噴施葉面肥，蒸餾水為對照(CK)，處理后，從第10～18天，各處理組的菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性和MDA含量均兩兩呈現出極顯著相關關系(P<0.01)，其中POD、CAT、SOD活性兩兩之間呈現出極顯著正相關(P<0.01)，而POD、CAT、SOD活性與MDA含量分別呈現出極顯著負相關(P<0.01)。可見，不同施肥模式能不同程度地啟動菠菜幼苗的保護酶系統，限制菠菜幼苗中MDA合成。

表1 不同施肥對菠菜幼苗葉片生理生化指標的相關性分析

3 討論與結論

合理地施肥能夠改善土壤性狀，促進植物生長發育，顯著提升作物的產量和品質[11～12]，但不合理地施肥從長遠利益看，將會破壞生態系統，影響整個食物鏈，危及人類健康[13]。筆者研究發現，不同施肥模式對菠菜幼苗葉片的防御酶系統(過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD))以及丙二醛(MDA)含量的影響差異顯著。由于過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)均是生物防御體系的關鍵酶。過氧化物酶(POD)是一種氧化還原酶，具有消除H2O2和酚類毒性的雙重作用[14]。過氧化氫酶(CAT)是一種酶類清除劑，使細胞免于遭受H2O2的毒害[15]。超氧化物歧化酶(SOD)是一類能催化超氧陰離子自由基(O2-)，歧化為H2O2和O2，從而對生物膜起到保護作用[16]。丙二醛(MDA)是植物在逆境條件下發生膜脂過氧化產物，其含量與植物抗逆性有密切的關系[17]。

筆者研究發現，不同施肥模式菠菜幼苗葉片的POD活性、CAT活性、SOD活性均顯著高于CK(P<0.05)，而MDA含量均顯著低于CK(P<0.05)。NPK與菌肥配施菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性和MDA含量均提前達到峰值，并且菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性顯著高于CK和NPK單施(P<0.05)，而菠菜幼苗葉片的MDA含量均顯著低于CK和NPK單施(P<0.05)。隨著菌肥中有效微生物濃度的增加，菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性也逐漸增加，而菠菜幼苗葉片的MDA含量逐漸減少，直到菌肥中有效微生物濃度為1×107個·g-1時，菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性均達到最高值，而菠菜幼苗葉片的MDA含量達到最低值。可見，菌肥中有效微生物在較低濃度的條件下，能有效地啟動植物體內的防御酶系統，阻止丙二醛(MDA)合成。研究還發現，不同施肥模式菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性與MDA含量分別呈現出極顯著負相關關系(P<0.01)，而菠菜幼苗葉片的POD、CAT、SOD活性兩兩呈現出極顯著正相關關系(P<0.01)。