曹夢琳 趙智勇 畢紅園 司冠
(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所,山西 運城 044000)
鋅是人體及動植物生長中必不可少的微量元素[1],早在1986年就有學(xué)者提出鋅為真菌生長提供必要條件[2],后來更多學(xué)者對這一觀點加以證實,并證明鋅在高等植物的生長方面也發(fā)揮必需作用[3]。適量鋅施用可以促進作物生長,提高抗氧化酶活性,抑制有害物質(zhì)生成,提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)[4],但是缺鋅或過度施用都會對作物產(chǎn)生負面影響[5]。張盼盼等[6]認為,噴施ZnSO4·7H2O溶液可以提高玉米抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT),降低有害物質(zhì)MDA(丙二醛)含量。黃珊珊等[7]研究表明,谷子葉片葉綠素含量、凈光合速率(Pn)以及產(chǎn)量在灌漿期噴施鋅肥后提高。其他研究也表明,施用外源鋅可以提高作物葉綠素含量以及產(chǎn)量,促進作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
小麥是我國主糧作物,全國糧食作物種植面積中有1/5以上是小麥[8],對于其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)研究是一個亙古不變的主題[9]。本文研究了不同濃度外源鋅對小麥生理特性以及產(chǎn)量的影響,篩選出最適小麥生長的鋅噴施濃度,為ZnSO4·7H2O溶液在小麥上的合理施用提供理論基礎(chǔ),為作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供有利支持。
供試小麥品種為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所旱地小麥育種課題組所育品種“晉麥47”和后代材料“運旱2166”。供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。
試驗于2021年9月—2022年6月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所所內(nèi)試驗基地進行。采用隨機區(qū)組設(shè)計,在灌漿期對“晉麥47”及“運旱2166”噴施0g·L-1(CK)、0.2g·L-1(0.12Zn)、0.4g·L-1(0.4Zn)、0.6g·L-1(0.6Zn)、0.8g·L-1(0.8Zn)、1.0g·L-1(1.0Zn)鋅溶液(以Zn計,噴施2次,每次噴施間隔3d)共12個處理,每個處理重復(fù)3次,小區(qū)面積為6m2(3m×2m),在最后1次噴施鋅溶液后7d進行各項指標測定。
1.3.1 生理指標測定
SOD活性測定采用氮藍四唑光化還原法[10],POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚氧化法[10],CAT活性測定采用紫外分光光度法[10],MDA含量測定采用硫代巴比妥酸分光光度法[10]。
1.3.2 葉綠素含量及凈光合速率測定
葉綠素含量測定采用丙酮浸泡法[10]。凈光合速率采用CI-340便攜式光合儀測定。每個處理隨機選取10株小麥,測定其倒二葉。
1.3.3 產(chǎn)量測定
小麥成熟期,每個小區(qū)單打單收,稱重計算產(chǎn)量,并測定穗數(shù),在每個小區(qū)隨機選取小麥10穗,測定其千粒重,穗粒數(shù)。
使用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)和繪制圖表,用SPSS 17.0進行顯著性分析,Duncan新復(fù)極差法進行方差分析。
從圖1可以看出,隨著鋅濃度的增加,2個品種抗氧化酶活性均呈先升后降的趨勢。0.2Zn、0.4Zn、0.6Zn、0.8Zn處理后,“晉麥47”SOD活性較對照分別上升8.31%、18.26%、25.23%、15.08%,在0.6Zn處理時達到最大;“運旱2166”SOD活性較對照分別上升25.17%、40.21%、29.56%、18.64%,在0.4Zn處理達到最大。但1.0Zn處理后,“晉麥47”及“運旱2166”SOD活性降低,較對照分別降低7.69%、10.25%。
0.2Zn、0.4Zn、0.6Zn、0.8Zn處理后,“晉麥47”POD活性較對照分別上升6.10%、14.14%、11.92%、2.50%,在0.4Zn處理時達到最大;“運旱2166”POD活性較對照分別上升16.12%、27.52%、30.04%、14.14%,在0.6Zn處理達到最大。1.0Zn處理后,“晉麥47”及“運旱2166”POD活性降低,較對照分別降低5.64%、8.44%。
CAT活性均在0.4Zn處理達到最大,在此處理時,“晉麥47”和“運旱2166”分別提升14.96%、30.84%,1.0Zn處理后,“晉麥47”及“運旱2166”CAT活性降低,較對照分別降低3.32%、5.81%。
其中“晉麥47”變化程度較“運旱2166”小,且對SOD活性影響最大。
圖1 鋅對小麥葉片抗氧化酶活性的影響
由圖2可知,隨著鋅噴施濃度的增加,MDA含量呈先降低后升高的趨勢,均在0.4Zn處理時降低程度最大。“晉麥47”較對照分別降低5.16%、14.19%、9.03%、1.94%,“運旱2166”較對照分別降低11.48%、26.79%、14.83%、5.74%,1.0Zn處理后,“晉麥47”及“運旱2166”較對照分別上升4.52%、10.05%,“運旱2166”變化程度大于“晉麥47”。
從圖3可以看出,隨著鋅濃度的增加,2個品種葉綠素及凈光合速率均呈先升后降的趨勢,均在0.4Zn處理時達到最大。
0.2Zn、0.4Zn、0.6Zn、0.8Zn處理后,“晉麥47”葉綠素含量較對照分別上升4.79%、7.37%、3.53%、0.38%,1.0Zn處理較對照降低3.55%;“運旱2166”葉綠素含量較對照分別上升8.36%、14.35%、7.27%、2.35%,1.0Zn處理較對照降低6.75%。
0.2Zn、0.4Zn、0.6Zn、0.8Zn處理后,“晉麥47”凈光合速率較對照分別上升8.31%、18.26%、25.23%、15.08%,1.0Zn處理較對照降低7.69%;“運旱2166”凈光合速率較對照分別上升25.17%、40.21%、29.56%、18.64%,1.0Zn處理較對照降低10.25%。
圖2 鋅對小麥葉片MDA含量的影響
圖3 鋅對小麥葉片葉綠素含量及凈光合速率的影響
表1 鋅對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響
由表1可知,隨著新濃度增加,2個品種千粒重、穗粒重、穗數(shù)、產(chǎn)量均呈先升高后降低的趨勢,在0.4Zn處理時達到最大。在此處理下,“晉麥47”千粒重、穗粒重、穗數(shù)、產(chǎn)量分別提升2.34%、1.80%、6.81%、9.63%,“運旱2166”千粒重、穗粒重、穗數(shù)、產(chǎn)量分別提升3.11%、3.03%、15.64%、16.18%,但1.0Zn處理時各指標均有不同程度的降低,“晉麥47”千粒重、穗粒重、穗數(shù)、產(chǎn)量分別降低0.28%、1.20%、2.93%、3.21%,“運旱2166”千粒重、穗粒重、穗數(shù)、產(chǎn)量分別降低1.04%、2.42%、5.67%、6.36%。
鋅作為維持植物生命的必需微量元素,在小麥生長過程中起到舉足輕重的作用[11]??寡趸缚梢詫⑿←滙w內(nèi)的有害物質(zhì)(超氧陰離子、過氧化氫、丙二醛等)通過氧化還原作用,轉(zhuǎn)變?yōu)樗葘ψ魑餆o害的物質(zhì)[12]。鋅會提升作物抗氧化酶活性以及降低有害物質(zhì)含量,對作物生長起到有益作用[13]。張涵彤等[14]研究表明,低濃度鋅會促進提升水稻幼苗SOD及POD活性,但高濃度鋅則會抑制水稻生長,產(chǎn)生毒害作用。杜雪等[15]認為,鋅對火炬樹生長表現(xiàn)為低促高抑的現(xiàn)象,低濃度鋅可以提升抗氧化酶活性,促進生長,但是高濃度則對火炬樹的生長起到抑制作用。本研究結(jié)果表明,噴施適宜濃度鋅溶液可以提升小麥葉片SOD、POD、CAT活性,并對有害物質(zhì)MDA含量起到降低作用,但是高濃度鋅溶液則對小麥起到有害作用。
光合作用對作物產(chǎn)量形成具有重要作用,鋅會通過影響光合作用中部分酶合成等影響光合作用的進行,從而影響產(chǎn)量[16]。葉綠素是光合作用中的一個重要色素,凈光合速率也對光合作用的高低具有指示作用[17]。司賢宗等[18]認為,施鋅可以增加花生葉片的SOD活性,提高葉片凈光合速率以及花生產(chǎn)量,增強花生的抗逆能力。李俊麗等[19]研究表明,氮鋅配施可以促進水稻生長,提高水稻產(chǎn)量,其中對每公頃穗數(shù)的影響最為顯著。葉面噴施鋅肥還可以增加夏玉米的干物質(zhì)積累量以及千粒重,對籽粒產(chǎn)量也有提升作用[20]。稅楊等[21]對紫粒小麥及品質(zhì)對鋅肥的響應(yīng)進行研究,結(jié)果表明,葉片噴施適量鋅肥可以顯著提升紫粒小麥產(chǎn)量、鋅含量以及蛋白、蔗糖、濕面筋等營養(yǎng)品質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明,噴施鋅肥可以提升小麥葉綠素含量以及凈光合速率,并顯著提升小麥產(chǎn)量,但高濃度鋅肥施用則會造成負面影響,產(chǎn)生明顯的減產(chǎn)作用。
本研究結(jié)果表明,在灌漿期噴施鋅肥可以提高抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT),降低丙二醛含量,提升小麥光合作用(葉綠素含量及凈光合速率),提高小麥產(chǎn)量,葉面噴施0.4g·L-1鋅溶液對小麥生長效果最好。