高 玉,曾 明,2

(1 西南大學(xué)園藝園林學(xué)院,重慶,400715;2 南方山地園藝學(xué)教育部重點實驗室,重慶,400715)

磷(P)是植物生長發(fā)育所必需的關(guān)鍵元素,在細(xì)胞膜構(gòu)成、能量轉(zhuǎn)移、光合作用、代謝、細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)和基因復(fù)制與表達(dá)等方面有重大作用。鋅(Zn)作為一種必需的微量營養(yǎng)元素,在植物光合作用、各種代謝和調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[1,2]。植物生長發(fā)育以及很多酶的活性都受植物組織中磷和鋅的控制或影響[3]。在土壤中,游離的PO43-與Zn2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成磷酸鋅沉積物,很難被植物根系吸收,降低了磷和鋅的生物有效性[4]。土壤磷含量高會影響鋅從根向葉的轉(zhuǎn)移,并導(dǎo)致大多數(shù)植物缺鋅[5]。高水平鋅會抑制磷從根向地上部的轉(zhuǎn)移和分配到新葉,從而觸發(fā)磷饑餓[6]。單獨施用磷、鋅會破壞土壤和植物中養(yǎng)分平衡,過量施用更會抑制植物生長發(fā)育[7]?？梢?磷與鋅之間的交互作用十分復(fù)雜,或許適宜濃度的磷鋅配合施用會產(chǎn)生較好的效果。Amanullah等[8]研究證明,磷和鋅聯(lián)合施用提高了水稻產(chǎn)量,在P(80、120 kg/hm2)和Zn(10、15 kg/hm2)配合施用下,水稻品種的生產(chǎn)力和利潤率較高。Mondal等[9]揭示了磷和鋅相互作用的生理和分子機(jī)制,提出了水稻中磷和鋅之間串?dāng)_的工作模型,并且在鋅污染土壤中適當(dāng)施用磷肥是減少水稻吸收過量鋅的有效策略。Yu等[10]研究表明,施磷顯著降低了玉米、大豆和油菜3種作物的地上部和根系鋅濃度、鋅吸收和鋅吸收效率,而與鋅含量無關(guān),玉米和大豆的降低幅度大于油菜;施鋅緩解了磷對3種作物鋅吸收的抑制作用,并且發(fā)現(xiàn)菌根途徑也可以在磷供應(yīng)過高的情況下調(diào)節(jié)鋅的吸收。劉懷偉等[11]研究發(fā)現(xiàn),磷肥減量35%配施鋅肥對平和縣琯溪蜜柚具有顯著增產(chǎn)和提升果實品質(zhì)的效果。

總體上,重慶地區(qū)柑桔園磷肥投入水平較高[12],部分桔園磷肥投入量甚至達(dá)到450 kg/hm2[13];同時,一些桔園也存在磷肥施用不足的現(xiàn)象,需持續(xù)施肥才能保障柑桔產(chǎn)量不下降[14]。然而,重慶地區(qū)土壤有效鋅缺乏的柑桔園比例達(dá)72.1%[15],常出現(xiàn)缺鋅“小葉病”。目前,關(guān)于磷和鋅配施對柑桔等園藝作物生理影響方面的報道極少。本試驗通過分析不同濃度磷鋅配施對柑桔生長以及抗氧化酶方面的影響,以期探明不同磷和鋅的互作效應(yīng),并闡明生理機(jī)理,為生產(chǎn)實踐中合理配施磷鋅,提高肥料利用率提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料供試植物1年生沃柑/資陽香橙脫毒苗購于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院柑桔研究所無病毒良種苗木繁育基地。供試鋅肥(ZnSO4·7H2O,純度99%)購于重慶市鈦新化工有限公司,供試磷肥(H3PO4,濃度85%)購于重慶躍翔化工有限公司,均為分析純試劑。供試基質(zhì)(營養(yǎng)土)按V草炭∶V谷殼∶V砂土=1∶1∶1配制。其理化性質(zhì)為:pH值6.86,有機(jī)質(zhì)17.40 g/kg,全氮0.77 g/kg,全磷1.24 g/kg,全鉀5.83 g/kg,堿解氮11.79 mg/kg,速效磷23.27 mg/kg,速效鉀26.31 mg/kg,全鋅68.36 mg/kg,有效鋅1.01 mg/kg。栽培容器為塑料盆,高20 cm,上內(nèi)徑19.5 cm,下內(nèi)徑16 cm,每容器裝營養(yǎng)土2 kg。

1.2 試驗方法在西南大學(xué)園藝園林學(xué)院9號溫室進(jìn)行盆栽,自然溫度和光照。挑選長勢相對一致的植株進(jìn)行定植,常規(guī)管理4個月之后進(jìn)行不同濃度磷和鋅配施試驗,即每隔20 d澆灌1次不同濃度的ZnSO4溶液和H3PO4溶液(兩者間隔1天),每盆施用量100 mL,共澆灌3次。磷肥和鋅肥每個因素設(shè)置3個水平,磷肥為P0(0.0% H3PO4)、P2(0.2% H3PO4)、P4(0.4% H3PO4),鋅肥為Z0(0.0% ZnSO4)、Zn2(0.2% ZnSO4)、Zn4(0.4% ZnSO4)。兩因素三水平完全均衡組合,共設(shè)9個處理[P0Zn0(蒸餾水)、P0Zn2、P0Zn4、P2Zn0、P2Zn2、P2Zn4、P4Zn0、P4Zn2、P4Zn4],每處理5株(盆),重復(fù)3次,共計135株(盆),完全隨機(jī)區(qū)組排列。

1.3 取樣及指標(biāo)測定在處理3次之后20 d(2022年7月16日),從每小區(qū)隨機(jī)挑選3株,用卷尺測株高,游標(biāo)卡尺測莖粗,去除病老葉以及纖維化根系,將剩余葉片及根系及時清洗擦干,液氮冷凍后置于-80 ℃冰箱待測。采用直接浸提法測定葉片葉綠素含量,考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量,采用TTC染色法測定植株根系活力,蒽酮比色法測可溶性糖含量,氮藍(lán)四唑光還原法測超氧化物歧化酶活性,紫外吸收法測過氧化氫酶活性,愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶活性,硫代巴比妥酸法測丙二醛含量[16,17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析采用SPSS 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高、莖粗和根系活力方差分析結(jié)果表明,磷×鋅交互作用及鋅對柑桔株高均無顯著影響,磷對柑桔株高影響極顯著;磷×鋅交互作用、磷以及鋅對柑桔莖粗均無顯著影響;磷×鋅交互作用對柑桔根系活力影響顯著,磷對柑桔根系活力影響極顯著,鋅對柑桔根系活力無顯著影響(見表1)。進(jìn)一步的統(tǒng)計分析結(jié)果表明,柑桔株高表現(xiàn)為隨著磷水平的增加而增高(見表2);柑桔根系活力大致隨施磷水平的升高而降低,在低濃度磷(P2)時達(dá)到最高(見表3)。

表1 磷鋅配施對盆栽資陽香橙砧沃柑植株生長影響的方差分析結(jié)果

表2 磷肥水平對盆栽資陽香橙砧沃柑株高的影響

表3 磷鋅配施不同處理對盆栽資陽香橙砧沃柑根系活力的影響 μg/(g·h)

2.2 葉綠素含量方差分析結(jié)果表明,磷×鋅交互作用對柑桔總?cè)~綠素含量的效應(yīng)顯著,磷對柑桔葉綠素a、b及總?cè)~綠素含量的效應(yīng)極顯著,鋅對柑桔葉綠素含量的效應(yīng)不顯著(見表4)。進(jìn)一步的統(tǒng)計分析結(jié)果表明,低濃度磷(P2)處理的柑桔葉綠素含量顯著高于未施磷(P0)處理,且與高磷(P4)處理無顯著差異(見表5);低磷低鋅(P2Zn2)配施處理的總?cè)~綠素含量最高,較不施肥(P0Zn0)處理高94.04%(見表6)。

表4 磷鋅配施對盆栽資陽香橙砧沃柑葉片葉綠素含量影響的方差分析結(jié)果

表5 磷肥水平對盆栽資陽香橙砧沃柑植株葉綠素a和b含量的影響 mg/g

表6 磷鋅配施不同處理對盆栽資陽香橙砧沃柑葉片總?cè)~綠素含量的影響 mg/g

2.3 可溶性糖和可溶性蛋白含量方差分析結(jié)果表明,磷×鋅交互作用(F=4.99,p<0.05)以及鋅(F=5.02,p<0.05)均顯著影響根系可溶性糖含量,磷(F=2.76,p>0.05)對根系可溶性糖含量無顯著影響。進(jìn)一步的統(tǒng)計分析結(jié)果表明,使根系可溶性糖含量增加最明顯的是低磷低鋅(P2Zn2)處理,其次是高磷高鋅(P4Zn4)處理,分別較對照(P0Zn0)處理提高36.94%和38.86%。磷×鋅交互作用(F=2.16,p>0.05)對柑桔葉片可溶性糖含量影響不顯著,磷(F=3.57,p<0.05)和鋅(F=15.47,p<0.01)對柑桔葉片可溶性糖影響分別為顯著和極顯著,并隨著施磷水平的升高而升高,隨著施鋅水平的升高而降低;高磷低鋅(P4Zn2)處理葉片可溶性糖含量最高,較對照(P0Zn0)提高27.65%(見表7和表8)。

表7 鋅肥和磷肥水平對盆栽資陽香橙砧沃柑葉片可溶性糖含量的影響 mg/g

表8 磷鋅配施不同處理對盆栽資陽香橙砧沃柑根系和葉片可溶性蛋白含量的影響 mg/g

對根系可溶性蛋白含量的影響,磷×鋅交互作用(F=6.55,p<0.01)極顯著,鋅(F=2.80,p>0.05)不顯著,磷(F=4.21,p<0.05)顯著;根系可溶性蛋白含量在低磷低鋅(P2Zn2)處理時最高,其次是高磷高鋅(P4Zn4)處理。對葉片可溶性蛋白含量的影響,磷×鋅交互作用(F=5.96,p<0.01)極顯著,鋅(F=1.51,p>0.05)不顯著,磷(F=12.21,p<0.01)極顯著;葉片可溶性蛋白含量在低磷高鋅(P2Zn4)時最高,低磷低鋅(P2Zn2)處理其次(見表8)。

2.4 抗氧化酶活性及丙二醛含量對根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響,磷×鋅交互作用(F=4.32,p<0.05)顯著,但磷(F=1.29,p>0.05)、鋅(F=3.09,p>0.05)均不顯著,根系超氧化物歧化酶(SOD)活性在低磷無鋅(P2Zn0)時最高,較對照(P0Zn0)高30.39%,其次為低磷低鋅(P2Zn2)處理。對柑桔葉片SOD活性的影響,磷×鋅交互作用(F=1.72,p>0.05)不顯著,磷(F=11.76,p<0.01)和鋅(F=9.15,p<0.01)均極顯著,且隨磷、鋅水平的增加表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制,在低磷低鋅(P2Zn2)時達(dá)到最高,較對照(P0Zn0)高55.20%(見表9和表10)。

表9 鋅肥和磷肥水平對盆栽資陽香橙砧沃柑葉片超氧化物歧化酶活性的影響 U/(g·min)

對根系過氧化物酶(POD)活性的影響,磷×鋅交互作用(F=3.83,p<0.05)和鋅(F=4.14,p<0.05)均顯著,磷(F=14.07,p<0.01)極顯著,低磷高鋅(P2Zn4)和低磷低鋅(P2Zn2)時活性均最高,高磷高鋅(P4Zn4)和無磷高鋅(P0Zn4)時活性降低。對葉片過氧化物酶(POD)活性的影響,磷×鋅交互作用(F=3.87,p<0.05)作用顯著,磷(F=5.78,p<0.01)和(F=13.22,p<0.01)極顯著,低磷低鋅(P2Zn2)與高磷低鋅(P4Zn2)時活性最高,較對照(P0Zn0)分別提高45.36%和40.21%(見表10)。

對根系過氧化氫酶(CAT)活性的影響,磷×鋅交互作用(F=4.12,p<0.05)和鋅(F=4.82,p<0.05)均顯著,磷(F=6.27,p<0.01)極顯著,低磷無鋅(P2Zn0)和高磷低鋅(P4Zn2)時活性提高最明顯。對葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響,磷×鋅交互作用(F=5.88,p<0.01)極顯著,鋅(F=3.90,p<0.05)顯著,磷(F=2.26,p>0.05)不顯著,低磷高鋅(P2Zn4)時活性最高(見表10)。

對根系丙二醛含量的影響,磷×鋅交互作用(F=3.68,p<0.05)顯著,磷(F=11.78,p<0.01)極顯著,鋅(F=1.48,p>0.05)不顯著;低磷處理(P2Zn0、P2Zn2、P2Zn4)和無磷低鋅(P0Zn2)處理可以使根系丙二醛含量降低,其中,低磷無鋅處理(P2Zn0)的含量最低。對葉片丙二醛含量的影響,磷×鋅交互作用(F=4.73,p<0.05)和磷(F=4.88,p<0.05)均顯著,鋅(F=2.26,p>0.05)不顯著;無磷低鋅(P0Zn2)、低磷無鋅(P2Zn0)和低磷高鋅(P2Zn4)的葉片丙二醛含量降低,總體來看,葉片丙二醛含量略小于根系(見表10)。

3 討論

株高和莖粗是植株生長發(fā)育狀況最直觀的反應(yīng),根系是植物固定吸收、合成運輸養(yǎng)分的重要器官,根系活力是判斷根系優(yōu)良的重要指標(biāo),光合作用是植物生命活動的基礎(chǔ),葉綠素含量是影響光合作用的重要因素[18]。在本試驗條件下,施磷對盆栽柑桔的株高影響極顯著,施鋅和磷×鋅交互作用對株高影響不顯著,施磷、施鋅及磷×鋅交互作用對莖粗均無顯著影響,磷肥水平的提高促進(jìn)了盆栽柑桔植株的生長。有研究表明,在小麥和玉米中,施用鋅肥會顯著抑制磷從地下部向地上部的運輸效率,且隨供應(yīng)磷水平的提高抑制幅度增大[19]。本試驗中,磷×鋅交互作用對植株根系活力的影響顯著,高鋅(Zn4)可以緩解高磷(P4)脅迫。本試驗表明,平衡配施磷鋅(低磷低鋅,P2Zn2處理)可以提高根系活力、促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提高葉綠素含量和增加株高。

可溶性糖與可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),可以對生物膜和細(xì)胞質(zhì)起到保護(hù)作用[20],并且可溶性蛋白大多都是各種具有活性的酶,根系和葉片生理活性越強(qiáng),二者含量越高。本試驗發(fā)現(xiàn),磷×鋅交互作用對根系和葉片可溶性蛋白含量的影響極顯著,與低濃度磷(P2)處理相比,高濃度磷(P4)處理的根系和葉片可溶性蛋白含量顯著降低,其原因可能是高濃度磷抑制鋅的吸收,不利于葉片可溶性蛋白積累。磷×鋅交互作用對根系可溶性糖含量的影響顯著。在低磷低鋅(P2Zn2)時,根系可溶性糖和可溶性蛋白含量最高,葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量較高,綜合表現(xiàn)最佳。

當(dāng)植株體內(nèi)養(yǎng)分不均衡或者受到脅迫時,會產(chǎn)生一系列的自我保護(hù)機(jī)制。其中SOD、POD、CAT等抗氧化酶協(xié)同作用能夠清除超氧陰離子自由基降低丙二醛(MDA)、過氧化氫、活性氧對植株的毒害。SOD通過歧化反應(yīng)催化細(xì)胞中超氧陰離子自由基和氫離子,生成H2O2和O2-,H2O2再由CAT進(jìn)一步催化成H2O和O2[21-22]。MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物,可以間接反應(yīng)細(xì)胞膜受損壞程度[23-24]。適量磷、鋅供應(yīng)可以提高根系和葉片SOD、POD、CAT活性,增強(qiáng)根系和葉片抗氧化能力[25,26]。本試驗發(fā)現(xiàn),高鋅(Zn4)使葉片SOD活性,根系和葉片POD活性,根系和葉片CAT活性顯著降低,高磷(P4)使葉片SOD活性、根系POD活性顯著降低,高磷(P4)顯著增加了根系MDA含量?？傮w來說,高濃度的磷或鋅會降低葉片和根系抗氧化能力,低磷或低鋅時葉片和根系有較強(qiáng)的抗氧化能力,磷×鋅交互作用對葉片和根系抗氧化能力的影響顯著,適量磷鋅配施才會發(fā)揮磷、鋅協(xié)同增效作用,提高植株抗氧化能力,使膜脂過氧化程度減弱,從而減少傷害,延緩衰老[27-28]。

綜上所述,適宜濃度的磷、鋅配施可促進(jìn)柑桔幼苗的生長以及提高多種酶的活性,但是有效鋅和磷酸根之間的互作關(guān)系非常復(fù)雜,各地柑桔生產(chǎn)條件差異較大,磷鋅配施方案需經(jīng)過具體研究來確定。