不同生物有机肥对油菜生长和抗氧化系统的影响

宋以玲，于 建，陈士更，肖承泽，李玉环，苏秀荣，丁方军，

(1.山东农大肥业科技有限公司 山东泰安 271000； 2.山东省腐植酸高效利用工程技术研究中心 山东泰安 271000； 3.山东农业大学资源与环境学院 山东泰安 271018；4.山东农业大学化学学院 山东泰安 271018)

油菜具有清热解毒、祛风泻火、降低血清胆固醇、减少动脉硬化的形成、减少色素沉着、美容养颜等功效。我国油菜种植面积和产量均居世界第1位[1]，已有研究表明油菜产量的提高和品质的改善与施肥量及施肥品种关系密切[2- 4]，选择适宜的施肥量和肥料类型对提高我国油菜产量和改善油菜品质具有重要的意义。

生物有机肥是一种变废为宝、减轻环境污染的环境友好型可持续发展肥料[5]。已有研究表明，添加生物有机肥可以提高土壤中微生物的种类和数量，从而改变土壤中养分的存在形式，提高其利用率[6]，可在一定范围内提高作物的株高、有效叶片数、最大叶面积等农艺性状[7- 8]。此外，生物有机肥在提高养分有效性的同时还能通过产生无机酸类物质(OA)和吲哚乙酸类物质来促进作物的生长[9- 10]。然而有关生物有机肥对植物生理特性影响的研究较少，本试验以油菜为研究对象，探讨2种不同用量的生物有机肥对油菜生长及抗氧化系统的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验设在山东省泰安市肥城市农大肥业科技有限公司蔬菜大棚内。

1.2 试验材料

供试油菜品种：华绿1号。

供试土壤理化性状：碱解氮58.38 mg/kg，有机质16.76 g/kg，全氮0.91 g/kg，有效磷13.15 mg/kg，速效钾89.16 mg/kg。

供试肥料：农大肥业科技有限公司微生物肥料车间提供的一顶三生物有机肥和复合肥车间提供的农大复合肥，供试肥料的基本特性见表1。

表1 供试肥料的基本特性

项目菌数/(亿·g-1)N⁃P2O5⁃K2O腐殖酸底料w(有机质)/%农大复合肥25⁃10⁃10微生物菌剂6w(总量)≥5%有稻壳鸡粪+种鸡粪≥60一顶三生物有机肥6w(总量)≥10%稻壳鸡粪+种鸡粪≥60

1.3 盆栽试验设计

微生物菌剂和一顶三生物有机肥各设5个处理浓度，不施肥和仅施农大复合肥处理分别为空白和对照，所有肥料均以底肥施入，共计12个处理，试验设计见表2。

每个处理设置3次重复，采用随机分布试验。把长有4片真叶的油菜幼苗移栽至长、宽和高分别为60，40和30 cm的泡沫种植箱内，每箱种植8棵，总计为36箱。移苗后统一管理，直至收获。

表2 试验设计

项目处理/(kg·亩-1)CK1CK2T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10农大复合肥5050505050505050505050微生物菌剂10306090120一顶三生物有机肥104080160200

注：1)1亩=666.67 m2，下同

1.4 测定项目与方法

鲜重和干重的测定：收获植株并将地上部和地下部分开，根系先用5 mmol/L的CaCl2冲洗，再用蒸馏水冲洗干净，称鲜重；然后在110 ℃下杀青，于80 ℃下烘干至恒重，测干重。

光合色素含量的测定：用质量分数95%的乙醇研磨，25 mL定容后，分别在665，649和470 nm下测定吸光值[11]。

1.5 数据处理

采用Excel 2003软件处理数据和制表，采用DPS 7.05软件进行统计分析，采用最小显著极差法(LSD)进行差异显著性检验(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同生物有机肥施用量对油菜生长指标的影响

生物有机肥可为作物生长提供大量营养物质并改善土壤环境，从而促进植物生长。不同生物有机肥施用量对油菜生长指标的影响见表3。

表3 不同生物有机肥施用量对油菜生长指标的影响

处理叶面积/cm2根长/cm单株鲜重/g单株干重/g根冠比CK1117．72±5．15f7．43±0．40e43．99±1．15f4．06±0．11g0．16±0．013bcdCK2132．97±6．56e8．55±0．09bcd49．04±0．97de4．45±0．14fg0．13±0．013fT1175．60±8．21b8．78±0．40bc56．14±4．04c5．20±0．27e0．17±0．006abcT2209．97±16．13a8．86±0．41bc56．51±0．91c5．29±0．24cde0．19±0．017aT3217．96±2．67a9．79±0．63a73．89±0．74a6．90±0．27a0．18±0．022abcT4179．22±2．27b9．74±0．44a60．63±0．33b5．62±0．28bcd0．17±0．018abcT5128．61±2．15ef8．17±0．15d47．78±0．10e4．36±0．22fg0．14±0．016defT6137．71±6．42cde8．31±0．27cd50．66±2．28d4．63±0．29f0．14±0．025defT7133．49±4．33de8．55±0．39bcd57．51±1．82c5．24±0．35de0．13±0．012efT8138．96±4．65cde9．07±0．12b62．23±0．90b5．74±0．24b0．16±0．019cdeT9146．43±3．96c9．80±0．20a62．72±1．23b5．81±0．17b0．17±0．012abcT10144．26±1．13cd9．77±0．25a60．45±0．54b5．66±0．27bc0．19±0．019ab

由表3可知：施肥后提高了油菜的叶面积、根长、单株干重和鲜重，且叶面积和根长达到显著水平(p<0.05)，而根冠比却有所降低；施用农大复合肥的条件下进一步加施不同浓度的微生物菌剂和一顶三生物有机肥后，其叶面积、根长、单株干重和鲜重均随添加浓度的升高而呈先升高后下降的趋势，其中微生物菌剂的最佳处理为T3，即微生物菌剂用量为60 kg/亩时效果最好，其叶面积、根长、单株鲜重和干重与CK2处理相比分别显著提高了63.92%，14.50%，50.67%和55.06%，然而随添加量的进一步升高，其促进效果却有所降低；一顶三生物有机肥的最佳处理为T9，即每亩施入50 kg农大复合肥和160 kg一顶三生物有机肥的效果最好，其叶面积、根长、单株鲜重和干重与CK2处理相比分别显著提高了10.12%，14.62%，27.90%和30.56%，但与T8和T10处理间差异不显著，即一顶三生物有机肥的施入量在80～200 kg/亩对油菜生长的促进效果相似。综上所述，微生物菌剂对油菜生长的促进效果及增产方面较生物有机肥要明显，但其最适宜的用量范围较窄，最佳用量为60 kg/亩，且其他用量的效果与之差异显著；一顶三生物有机肥的最适宜用量范围在80～200 kg/亩。综合考虑经济效益，一顶三生物有机肥的最佳经济用量为80 kg/亩。

2.2 不同生物有机肥施用量对油菜叶片内光合色素含量的影响

叶绿素是植物体内重要的色素分子，其含量和分布状况与植物光合作用密切相关，直接影响碳水化合物的合成，最终影响到作物的产量和品质。不同生物有机肥施用量对油菜叶片内光合色素含量的影响如表4所示。

由表4可知：施肥后一定程度提高了油菜叶片内光合色素的含量，且随微生物菌剂和一顶三生物有机肥添加量的增加，油菜叶片内叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素a+b的含量呈先升高后降低并逐渐趋于平衡的趋势；添加微生物菌剂后降低了叶绿素a/b的值，而添加一顶三生物有机肥后却出现了相反的结果；微生物菌剂和一顶三生物有机肥的最佳处理分别为T3和T9，与CK1处理相比，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素a+b的含量分别显著提高了16.67%和21.43%，26.32%和18.42%，15.63%和21.88，18.79%和18.19%，以上结果表明不同生物有机肥施用量对不同色素的影响不同，但均能促进油菜叶片内光合色素的合成。类胡萝卜素可以抑制单线态氧(1O2)的形成[17]，因此生物有机肥在提高油菜光合作用的同时还增强了其抵御光氧化胁迫的能力。

表4 不同生物有机肥施用量对油菜叶片内光合色素含量的影响

处理叶绿素a/(mg·g-1，鲜重)叶绿素b/(mg·g-1，鲜重)类胡萝卜素/(mg·g-1，鲜重)叶绿素a+b/(mg·g-1，鲜重)叶绿素a/bCK11．26±0．034f0．38±0．016d0．32±0．017f1．65±0．031f3．30±0．20bcdCK21．31±0．014ef0．42±0．022bc0．32±0．012f1．74±0．034ef3．09±0．13dT11．46±0．056ab0．48±0．027a0．34±0．011def1．94±0．082ab3．07±0．06dT21．46±0．045abc0．45±0．020ab0．37±0．021abc1．91±0．050ab3．23±0．18cdT31．47±0．021ab0．48±0．012a0．36±0．019bcde1．96±0．014a3．04±0．11dT41．38±0．009cde0．45±0．009ab0．35±0．021cde1．82±0．009cde3．04±0．10dT51．37±0．017de0．43±0．010bc0．34±0．016ef1．81±0．017de3．24±0．06cdT61．41±0．095bcd0．40±0．007cd0．36±0．006bcde1．86±0．084bcd3．12±0．40cdT71．47±0．024ab0．42±0．017bcd0．38±0．015ab1．87±0．019abcd3．68±0．11aT81．48±0．021ab0．43±0．036ba0．37±0．003abc1．91±0．045abc3．46±0．28abcT91．53±0．092a0．45±0．035ab0．39±0．015a1．95±0．110ab3．62±0．07abT101．48±0．024ab0．43±0．042bc0．36±0．010bcd1．91±0．053ab3．45±0．33ab

2.3 不同生物有机肥施用量对油菜体内抗氧化物酶活性的影响

植物在生长过程中难免会遭受生物和非生物逆境胁迫，为了维持其体内正常的代谢水平，植物会通过调节体内抗氧化酶的活性来抵抗各种氧化损伤，SOD，POD和CAT都是植物体内重要的抗氧化酶。不同生物有机肥施用量对油菜叶片和根系内SOD，POD和CAT活性的影响如图1所示。

由图1a可见：施用农大复合肥后，油菜叶片内SOD活性提高，但根系内的SOD活性降低；随着微生物菌剂施用量的提高，油菜叶片内SOD活性呈上升趋势，根系内SOD活性却呈先升高后降低的趋势；叶片和根系的最佳处理分别为T5和T2，与CK1处理相比分别显著提高了42.29%和85.00%；然而随一顶三生物有机肥施入量的提高，油菜叶片内SOD活性呈先升高后降低趋势，根系内SOD活性则呈平缓下降趋势，因此叶片和根系内的最佳处理分别为T8和T6，与CK1处理相比分别显著提高了62.51%和9.54%；微生物菌剂对根系内SOD活性的影响较一顶三生物有机肥显著，而叶片内出现了相反的结果。

由图1b可见：施入农大复合肥后，油菜叶片和根系内POD活性显著降低，施入微生物菌剂和一顶三生物有机肥后，其活性又有所提高；与CK1处理相比，仅叶片内T3和T4处理、根系内T3，T8，T9和T10处理呈显著升高差异，且叶片和根系内的最佳处理分别为T3和T9。

由图1c可见：施入农大复合肥提高了油菜叶片和根系内CAT活性，且其活性随微生物菌剂用量的提高呈先升高后降低趋势，叶片和根系内的最佳处理均为T3，与CK2处理相比分别显著提高了22.94%和65.53%；叶片和根系内CAT活性均随一顶三生物有机肥用量的提高呈缓慢上升后趋于平稳的趋势，其中T8，T9和T10处理均显著高于CK2处理。

以上结果表明，仅施农大复合肥会抑制一些抗氧化酶的活性，而施入一定量的生物有机肥后均能提高各种酶的活性，且微生物菌剂和一顶三生物有机肥的适宜用量为60 kg/亩和80kg/亩。因此，生物有机肥可以通过提高油菜体内抗氧化酶的活性来缓解逆境胁迫下的氧化损伤，从而提高植物抵抗逆境胁迫的能力。

2.4 不同生物有机肥施用量对油菜体内丙二醛和超氧阴离子含量的影响

图1 不同生物有机肥施用量对油菜体内抗氧化酶活性的影响

图2 不同生物有机肥施用量对油菜叶片和根系内MDA含量和产生速率的影响

由图2a可见，施入微生物菌剂和一顶三生物有机肥后，叶片和根系内MDA含量的最低点均出现在T3处理和T8处理，与CK2处理相比，叶片内MDA含量分别显著降低了35.96%和25.28%，根系MDA含量分别显著降低了73.68%和50.00%，且T3处理和T8处理与其他施入同类生物有机肥处理相比差异显著。

以上结果表明，生物有机肥可以通过提高植物体内抗氧化酶的活性来降低活性氧的含量，从而提高植物的抗逆性，但施入量应适宜，太少效果不显著，过多又会出现适得其反的效果，因此挑选适宜的施用量对充分发挥生物有机肥的优势具有极其重要的意义。

3 结语

研究表明，油菜叶片内光合色素含量与肥料的施入量及种类密切相关，其中：微生物菌剂的最佳用量为60 kg/亩；一顶三生物有机肥的最佳用量为160 kg/亩，且用量在80～200 kg/亩的差异不显著。叶绿素是植物体内重要的光合色素，其中叶绿素a是捕获有效光能的主要色素，而叶绿素b是辅助色素，因此叶绿素a和叶绿素b是植物光合作用的基础，并且植物体内碳水化合物的积累来源于光合作用[18]。已有研究表明，施用生物有机肥可以提高芥蓝、草莓、黄瓜等作物叶片内叶绿素含量，增强光合作用，促进生长[19- 21]；生物有机肥还可以通过提高盐胁迫下向日葵幼苗叶片内光合色素和可溶性蛋白的含量，以减轻高盐胁迫[22]。因此，施入适量的生物有机肥在提高油菜叶片内色素含量的同时显著提高了油菜的干鲜重及叶面积。

综上所述，微生物菌剂和一顶三生物有机肥对优化油菜生长和提高油菜产量方面都起到了良好的促进效果：首先通过提高叶片内光合色素的含量来提高油菜的光合作用；然后通过提高油菜体内抗氧化酶的活性来提高油菜抵抗外界不良环境的能力；其次通过活化土壤养分促进根系生长，提高油菜吸收水分和养分的能力，促进叶面积的伸展和地上部的生长；最终提高了油菜接受转化光能和贮存碳水化合物的能力。微生物菌剂的最佳用量为60 kg/亩，一顶三生物有机肥的最佳用量为160 kg/亩，且微生物菌剂对油菜生长的促进效果较一顶三生物有机肥要明显，但适宜用量范围较窄；而一顶三生物有机肥的适宜用量为80～200 kg/亩。综合考虑经济效益，一顶三生物有机肥可采用80 kg/亩的最佳经济用量。

参考文献

[1] 殷艳，王汉中.我国油菜生产现状及发展趋势[J].农业展望，2011(1)：43- 45.

[2] 周贱根，况晨光，余伟，等.不同施肥处理对优质杂交油菜产量及相关经济性状的影响[J].江西农业学报，2009(9)：33- 35.

[3] 邹娟，鲁剑巍，陈防，等.氮磷钾硼肥施用对长江流域油菜产量及经济效益的影响[J].作物学报，2009(1)：87- 92.

[4] 邹小云，陈伦林，李书宇，等.氮、磷、钾、硼肥施用对甘蓝型杂交油菜产量及经济效益的影响[J].中国农业科学，2011(5)：917- 924.

[5] 姜瑞波，张晓霞，吴胜军.生物有机肥及其应用前景[J].磷肥与复肥，2003(4)：59，63.

[6] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant & Soil，2003(2)：571- 586.

[7] 吴恩彪.微生物肥料对云烟87根系生长及其根际土壤细菌群落多样性影响[D].福州：福建农林大学，2015.

[8] THU V V, HONG L, HIRAOKA H. Effect of organic and bio- fertilizer on quality, grain yield and soil properties of soybean under rice based cropping system[J]. Omonrice，2001，9：55- 61.

[9] NAHER U A, RADZIAH O, SHAMSUDDIN Z H, et al. Isolation of diazotrophs from different soils of Tanjong Karang Rice growing area in Malaysia[J]. International Journal of Agriculture & Biology，2009(5)：547- 552.

[10] PANHWAR Q A, OTHMAN R, RAHMAN Z A, et al. Isolation and characterization of phosphate- solubilizing bacteria from aerobic rice [J]. African Journal of Biotechnology，2012(11)：2711- 2719.

[11] KNUDSON L L, TIBBITTS T W, EDWARDS G E. Measurement of ozone injury by determination of leaf chlorophyll concentration[J]. Plant Physiol，1977(4)：606- 608.

[12] 张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].3版.北京：高等教育出版社，2003.

[13] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14] 邹奇.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业出版社，2001.

[15] HEATH R L, PACKER L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation[J]. Archives of Biochemistry & Biophysics，1968(1)：189- 198.

[16] SHI Q H, ZHU Z J. Effects of exogenous salicylic acid on manganese toxicity, element contents and antioxidative system in cucumber[J]. Environmental & Experimental Botany，2008(1- 3)：317- 326.

[17] MÜLLER L, FRÖHLICH K, BÖHM V. Comparative antioxidant activities of carotenoids measured by ferric reducing antioxidant power (FRAP) ABTS, bleaching assay (αTEAC), DPPH assay and peroxyl radical scavenging assay[J]. Food Chemistry，2011(1)：139- 148.

[18] THOLEN D， PONS T L， VOESENEK L A C J, et al．Ethylene insensitivity results in down- regulation of Rubisco expression and photosynthetic capacity in tobacco[J]. Plant Physiology，2007(3)：1305- 1315.

[19] 李海达，宋世威，刘厚诚，等.生物有机肥对芥蓝生长及光合特性的影响[J].中国农学通报，2014(22)：180- 185.

[20] 顾大路，梁晓辉，吴洪生，等.生物有机肥在日光温室黄瓜上的应用效果研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2012(5)：5- 9.

[21] 王孝娣，王海波，秦菲菲，等.生物有机肥对日光温室草莓生长发育的影响[J].落叶果树，2005(2)：8- 10.

[22] 王善仙，刘宛，李培军，等.生物有机肥调控对盐碱胁迫下向日葵幼苗生长及生理指标的影响[J].生态学杂志，2011(4)：682- 688.

[23] 肖相政，刘可星，廖宗文.生物有机肥对番茄青枯病的防效研究及机理初探[J].农业环境科学学报，2009(11)：2368- 2373.

[24] 丁传雨，乔焕英，沈其荣，等.生物有机肥对茄子青枯病的防治及其机理探讨[J].中国农业科学，2012(2)：239- 245.

[25] 岑忠用.生物有机肥对木薯生长、生理生化和土壤理化性状的效应研究[D].南宁：广西大学，2005.

[26] 李国婧.超氧阴离子的产生及其在植物体内作用的研究[J].生物技术世界，2012(4)：24- 25.

[27] MITTLER R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance[J]. Trends in Plant Science，2002(9)：405- 410.

[28] DINA Z E L, ALBIDIN A K. Role of nitric oxide on iron homeostasis, chlorophyll biosynthesis and antioxidants system in two wheat cultivars[J]. American Journal of Plant Physiology，2007(4)：237- 250.