硫对设施水培大蒜光合特性及NPK元素吸收的影响

2014-12-09王传胜刘中良

天津农业科学 2014年11期

王传胜　刘中良

摘要：为研究硫对大蒜光合特性和N、P、K元素吸收的影响，试验采取设施水培大蒜。结果表明，在0～2.25 mmol·L-1硫浓度范围内，光合色素含量、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）随施硫浓度增加而升高，至硫浓度为2.25 mmol·L-1时最高；蒸腾速率（E）在1.50 mmol·L-1时最高；当硫处理浓度为3.75 mmol·L-1时，鳞茎和蒜薹中全氮含量最高；鳞茎和蒜薹中全P和全K含量均以2.25 mmol·L-1时最高，较不施硫处理分别高出235.98%，152.03%，41.11%和44.85%。

关键词：硫；大蒜；光合特性；NPK吸收

中图分类号：S633.4 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.021

硫是作物生长发育的主要营养元素之一，仅次于氮、磷和钾元素之后居第4位的大量元素，与作物生长发育、品质及产量形成具有极大关系，而品质的提高、产量的形成主要依赖于叶片的光合特性和根系的吸收作用[1-8]。硫主要以SO42-的形式被植株吸收，而谷胱甘肽是植株硫酸盐吸收的调节信使，通过调节根系和地上部硫素营养，保证了根系和地上部硫素营养的协调，促进了植株的正常生长发育[9-10]。但由于长期以来种植户对氮肥的过量施用，加上不合理的施肥方式，导致土壤肥料失衡。一方面，作物产量明显提高，增加了土壤中的硫肥消耗，另一方面随着各国对环境安全意识的提高和重视，减少了对大气中二氧化硫的排放量，向土壤沉降的硫也相应减少[11-12]，缺硫已成为限制农作物产量品质提高的因素之一[13]，以往的研究主要局限于土壤施硫，对大蒜的影响研究较少[7]，且在水培条件下硫素营养对大蒜地上部、地下部代谢的影响还缺乏研究[14]。

本研究旨在设施水培条件下，排除其他元素的干扰，探究硫对大蒜光合色素含量、光合速率及氮、磷、钾营养元素吸收的影响，旨在探明大蒜的适宜硫肥施用量，以便为无土农业种植提供指导。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2008年10月—2009年5月在山东农业大学蔬菜实验基地及教育部园艺作物生物学重点开放实验室中开展。试验以金乡紫皮蒜为试材，以Hoagland营养液为基础[15]，设6个硫水平梯度：S1（0 mmol·L-1）、S2（0.75 mmol·L-1）、S3（1.50 mmol·L-1）、S4（2.25 mmol·L-1）、S5（3.00 mmol·L-1）和S6（3.75 mmol·L-1），硫由Na2SO4提供，营养液pH值控制在5.8～6.2。

试材于2008年10月7日播种，试验材料种植于拱棚水培箱中种植，水培箱规格长宽深为70，50，15 cm，每个试材处理种植200株，自然光照，棚温控制在0～25 ℃之间，种植大蒜株行距为15 cm×15 cm。试材生长初期，营养液每12 d换1次，进入旺盛生长期，7 d更换1次营养液，除硫处理外，均常规管理。

1.2 测定项目与方法

光合参数采用CIRAS-Ⅱ光合仪于2009年4月19日上午10：00—10：30进行测定，从顶部数第4片叶中间测定，3次重复，每个处理测10株。光合色素含量采用丙酮比色法测定[16]。氮含量采用凯氏定氮法测定，磷和钾含量分别用钒钼黄比色法和火焰光度法测定[17]。

试验数据采用DPS6.0和EXCEL2003软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 硫对大蒜叶绿素及类胡萝卜素含量的影响

叶绿体是植物光合作用的主要场所。图1和图2表明，硫可显著提高大蒜叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，随营养液中硫浓度的提高，叶绿素和类胡萝卜素含量随着增加，至2.25 mmol·L-1时最高，当硫浓度超过2.25 mmol·L-1时，色素含量随硫处理浓度的增加而降低。在2.25 mmol·L-1处理浓度时，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素（a+b）的含量均达到最大；各硫浓度处理之间，叶绿素b含量增加不显著。由此可见，硫处理浓度为2.25 mmol·L-1时最有利于光合色素的积累。

2.2 硫对大蒜叶片光合参数的影响

2.3 硫对大蒜NPK元素吸收的影响

3 结论与讨论

本试验就硫对大蒜光合色素含量、光合速率和NPK吸收的影响进行了探究。结果显示，当硫的处理浓度为2.25 mmol·L-1时，光合色素含量最高，光合速率最强，其主要原因是有机硫是构成叶肉细胞中叶绿体蛋白的主要成分之一，所以生产中硫的供应水平对植物叶片叶绿体的形成和功能发挥起重要的作用[18-21]，陈屏昭等[22]认为硫以硫脂形式参与叶绿体基粒片层构成，此外，硫参与氧化蛋白半胱氨酸-SH的组成，并在光合作用中起传递电子的作用，从而提高叶绿素含量，促进光合速率。本试验结果与杨凤娟等[5]和闫冰杰[7]通过土壤施硫提高大蒜光合特性的结论一致。张秋芳等[21]和Jarvan[23]研究发现有机硫是叶肉细胞中叶绿体蛋白的主要成分之一，植株生长过程中缺硫可导致包括类囊体在内的所有膜结构发育不全或出现功能缺陷，从而影响叶绿体形成和功能的发挥。李海云等[24]研究发现，硫对大白菜光合色素含量及光合速率也有促进作用。当硫的处理浓度超过2.25 mmol·L-1时，光合色素含量和光合速率下降，主要在于硫过量时会产生一些有害含硫成分，如SO2、SO32-、HSO3-等，这些成份具有氧化作用，可以将光合色素漂白而“清除”，导致其含量下降，光合速率下降[22]，同时，施硫可以促进ATP反应，加速光合磷酸化以及与光合磷酸化活力有关的跨类囊体膜质子梯度，继而提高光合速率[25]。本研究表明，营养液中加入一定的硫可以促使大蒜叶片净光合速率和胞间CO2浓度成正比，这与杨凤娟等[5]试验测定结果不同，究其原因可能是与气孔限制有关[25]。

已有研究结果表明，硫能促进作物NPK含量[7，27]，这与本研究结果一致。本研究表明，鳞茎和蒜薹中全氮的吸收随着硫处理浓度而增加，成一定的正相关，这与Daigger[27]、Mahler[28]和闫冰洁[7]的试验结果一致。也有报道认为，硫肥对植株中氮的吸收影响不大[29]。马友华[30]研究表明，烟草前期各部位的氮含量与施硫密切关联，但施硫过量反而会降低烟草中氮含量。鳞茎和蒜薹中全磷和全钾的含量在2.25 mmol·L-1时最高，高于此浓度产生抑制作用，这主要在于硫、磷之间存在拮抗作用，这种拮抗作用是由硫酸根和磷酸根以相同途径进入植物体内或者植株吸收部位相互竞争所致。Mahler[28]、Modaish[31]指出，适量的硫促进植株对磷的吸收，只有二者在高浓度下，才显现拮抗作用。钾、硫之间在营养吸收上有相互促进的作用[4]。本研究表明，当营养液中硫的处理浓度为2.25 mmol·L-1时，最利于大蒜光合特性的提高及NPK元素的吸收、积累。

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