复配基质对辣椒/番茄幼苗生长及其干旱胁迫下生理代谢的影响

王 灿， 袁恩平， 王绍祥， 屈用函， 张雪廷， 李 云， 赵水灵*

(1.云南省文山州农业科学院 蔬菜研究所， 云南 文山 663000； 2.云南农业大学 云南省滇台特色农业产业化工程研究中心， 云南 昆明 650201)

随着蔬菜工厂化育苗规模的扩大，育苗基质的需求量呈急剧上升趋势。目前，常用的育苗基质主要成分是草炭，其作为一种短期内不可再生资源，大量开发会对生态环境造成危害[1]。农业有机废弃物是农业生产、农产品加工和农村居民生活排放废弃物的总称，含有丰富的有机质，大量废弃物的排放对生活环境造成污染。因此，通过堆肥发酵等方式，利用农业有机废弃物开发价格低廉、品质优良的育苗基质不仅可提高其利用率，同时也可改善环境恶化问题，已成为目前研究的热点。李晓丽等[2]研究发现，用中药渣与鸡粪(1∶1)的混合物以70%～75%的占比与草炭复配形成有机废弃物基质，对黄瓜育苗的综合表现较好，可达到减少草炭用量的目的。郭金岭等[3]研究腐熟与未腐熟的玉米秸秆对莴苣生长的影响发现，腐熟玉米秸秆与蛭石比例为3∶1时最有利于莴苣生长，较传统基质(草炭∶蛭石=3∶1)显著提高莴苣的根活性、光合速率、维生素C及产量。陈菲[4]研究菇渣基质化利用发现，腐熟菇渣与蛭石按4∶1混合形成的基质培育黄瓜，其幼苗的生长质量明显优于其他处理；腐熟菇渣与蛭石按3∶2混合形成的基质培育番茄，其育苗生长效果最佳。王灿等[5]研究发现，常规发酵的甘蔗渣中添加16 g/L壳聚糖处理辣椒幼苗的生长质量显著高于EM菌添加处理，其幼苗生长与对照(商品育苗基质)最接近。

辣椒(Capsicumannuum)和番茄(Lycopersiconesculentum)育苗主要采用穴盘基质育苗。目前国内生产的育苗基质品种较多，但良莠不齐，一些基质存在发酵不完全、灭菌不彻底等问题，严重影响幼苗生长；另外单一有机物配制的育苗基质不能满足幼苗根际环境和生长需求。鉴于此，在前期研究基础上，以添加壳聚糖的稻壳生物炭、发酵茶渣为主要基底材料，与珍珠岩、蛭石及发酵鸡粪形成复配基质，采用单因素试验方法研究其对辣椒和番茄穴盘育苗幼苗生长与基质酶活性，以及对干旱胁迫下幼苗生理代谢的影响，旨在为农业有机废弃物基质化应用提供参考。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1植物种子辣椒，品种为京滇皱皮椒，云南京滇种业有限公司生产，由文山州农业科学院蔬菜研究所提供；番茄，品种为305，由云南农业大学云南省滇台特色农业产业化工程研究中心提供。

1.1.2仪器设备NanoPhotometer-NP80超微量紫外分光光度计，德国implen公司生产；Li-3000C便携式叶面积仪，美国LI-COR公司生产；塑料穴盘，32孔，540 mm×280 mm，单个容积为110 mL的穴盘。

1.1.3其他壳聚糖(CTS)，河南华悦化工产品有限公司生产(脱乙酰度>90%，灰分<1%，粒径为100目)；发酵鸡粪，购买自当地养鸡场，风干后粉碎过70目筛；茶渣，熟普洱，购买自云南普洱景谷普洱茶树良种厂；稻壳生物炭，云南省滇台特色农业产业化工程研究中心提供；商品育苗基质，主要成分为草炭土、蘑菇渣、珍珠岩、矿石及豆粕渣，连云港恒奥达肥料科技有限公司生产；蛭石，粒径为3～6 mm；珍珠岩，粒径为5～8 mm。

1.2方法

1.2.1试验设计试验于2019年8月在云南农业大学云南省滇台特色农业产业化工程研究中心温室大棚进行。 1) 复配基质对辣椒、番茄穴盘育苗幼苗生长的影响。试验设2个处理，T，参照前期研究结果，按稻壳生物炭∶茶渣∶蛭石∶珍珠岩∶发酵鸡粪=4∶3∶1∶1∶1配制育苗复配基质，添加壳聚糖8 g/L；以商品育苗基质作对照(CK)。3次重复(每个穴盘记为1次重复，每重复32株幼苗)。2种基质的物理和化学性质详见表1和表2。辣椒和番茄种子用55～60℃热水浸种催芽后从中选取出芽一致的种子播种于穴盘中，每孔1粒，随后进行常规管理。育苗结束时测定幼苗的各项生长指标及基质酶活性。2) 不同基质对干旱胁迫辣椒、番茄幼苗生长的影响。待育苗结束后，每个处理选取长势一致的辣椒和番茄(5～6片真叶)幼苗32株(1盘)进行自然干旱胁迫处理(基质含水量15%～30%)3 d；以未经干旱胁迫处理(基质含水量75%)的幼苗为对照(CK)，测定幼苗的各项生理代谢指标。

表2 基质化学性状

1.2.2指标测定1) 生长指标。辣椒和番茄幼苗生长至5～6片真叶左右(苗龄分别为42 d和35 d)，5点取样法测定生长指标，用刻度尺、游标卡尺测量株高和茎粗，分析天平测量干重，排水法测定根体积，参照文献[6]的方法计算出苗率、生长函数和壮苗指数。2) 生理生化指标。叶片低温保存，第2天测定生理生化指标。包括：TTC法测定根系活力〔μg/(h·g)〕[7]，丙酮法测定叶片叶绿素含量(mg/g)[8]，蒽酮比色法测定叶片可溶性糖含量(mg/g)[9]，脯氨酸(PRO)含量(μg/g)和丙二醛(MDA)含量(nmol/g)采用微板法测定，可溶性蛋白含量(mg/g)采用BCA(Bicinchoninic acid)法试剂盒测定，叶面积采用叶面积仪测量。3) 基质酶活性。蔗糖酶活性〔mg/(d·g)〕、脲酶活性〔μg/(d·g)〕、多酚氧化酶活性〔mg/(d·g)〕及过氧化氢酶活性〔μmol/(h·g)〕均采用微板法测定(由云南晶亚科技有限公司代测)。

出苗率=出苗数/种子总数×100%

生长函数(mg/d)=全株干重/苗龄

壮苗指数=(地下部分干重/地上部分干重+茎粗/株高)×全株干重

1.3数据统计与分析

采用Excel 2010、DPS 7.05和SPSS 21.0进行数据的统计与分析。

2结果与分析

2.1不同基质处理辣椒及番茄幼苗的生长状况

由表3看出，复配基质处理(T)辣椒和番茄幼苗除出苗率均较商品育苗基质(CK)低外，其余生长指标均较CK高。

2.1.1辣椒幼苗的株高、茎粗、单株干重、生长函数及壮苗指数，T分别较CK提高1.05%、5.60%、7.09%、7.06%和42.68%；茎粗和壮苗指数，T与CK差异显著，其余指标差异不显著；出苗率，T为88.38%，较CK下降5.73%，T与CK差异极显著。

2.1.2番茄幼苗的株高、茎粗、单株干重、生长函数及壮苗指数，T分别较CK提高9.18%、3.89%、25.37%、25.36%和25.45%；壮苗指数，T与CK差异显著，其余指标差异不显著；出苗率，T为90.73%，较CK下降5.99%，T与CK差异极显著。

综上看，使用复配基质进行辣椒和番茄穴盘育苗生产，虽然出苗率极显著低于CK，但一定程度上可提高幼苗的株高、茎粗、单株干重、生长函数及壮苗指数，且壮苗指数显著高于CK。表明，该复配基质具有作为辣椒、番茄穴盘育苗基质的潜力。

表3 不同基质处理辣椒及番茄幼苗的生长状况

2.2不同基质处理辣椒和番茄幼苗的叶面积及根体积

从图1看出，不同基质处理辣椒及番茄幼苗的叶面积和根体积存在显著或极显著差异。

2.2.1叶面积辣椒和番茄幼苗的叶面积，T分别为22.28 cm2和39.61 cm2，CK分别为18.89 cm2和30.62 cm2，T较CK分别提高17.95%和29.36%；不同基质处理辣椒幼苗的叶面积处理间差异达显著水平，番茄幼苗的叶面积处理间差异达极显著水平。

2.2.2根体积辣椒和番茄幼苗的根体积，T分别为1.27 cm3和2.05 cm3，CK分别为1.15 cm3和1.75 cm3，T较CK分别提高10.43%和17.54%；辣椒幼苗根体积T与CK差异显著，番茄幼苗根体积T与CK差异极显著。

2.3不同基质处理辣椒及番茄幼苗的叶绿素含量和根系活力

从图2看出，不同基质处理辣椒及番茄幼苗的叶绿素含量和根系活力存在显著或极显著差异。

2.3.1叶绿素含量辣椒和番茄幼苗的叶绿素含量，T分别为1.64 mg/g和1.87 mg/g，分别较CK提高24.24%和19.87%；辣椒幼苗的叶绿素含量，T与CK差异显著，番茄幼苗T与CK差异达极显著水平。

2.3.2根系活力辣椒和番茄幼苗的根系活力，T分别为37.76 μg/(h·g)和44.47 μg/(h·g)，分别比CK提高12.25%和23.60%；辣椒幼苗的根系活力，T显著高于CK，番茄幼苗处理间差异达极显著水平。说明，复配基质可提高辣椒和番茄幼苗的叶绿素含量和根系活力。

2.4不同基质处理基质的酶活性

从表4看出，不同处理基质的酶活性存在显著或极显著差异。 1) 辣椒。T和CK幼苗的脲酶活性分别为445.208 μg/(d·g)和475.577 μg/(d·g)，T较CK低6.39%，二者差异显著；T幼苗的蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性和过氧化氢酶活性分别为12.660 mg/(d·g)、5.070 mg/(d·g)和530.392 μmol/(h·g)，分别较CK提高10.89%、12.12%和30.61%，蔗糖酶活性T与CK差异显著，多酚氧化酶和过氧化氢酶活性，T均极显著高于CK。2) 番茄。与辣椒类似，幼苗脲酶活性，T和CK分别为419.403 μg/(d·g)和560.841 μg/(d·g)，T较CK低25.22%，二者差异极显著；幼苗蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性和过氧化氢酶活性，T分别较CK提高50.34%、54.66%和14.89%，二者差异均达极显著水平。说明，复配基质处理可提高基质蔗糖酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶酶活性，降低脲酶活性。

表4 不同基质处理辣椒及番茄幼苗穴盘基质的酶活性

2.5不同基质处理干旱胁迫下辣椒和番茄幼苗的生理代谢

2.5.1可溶性蛋白从图3看出，不同基质处理辣椒和番茄幼苗的可溶性蛋白含量存在差异。1) 辣椒。正常情况下，幼苗的可溶性蛋白含量T与CK无显著差异；受干旱胁迫时，辣椒幼苗的可溶性蛋白含量T与CK分别较正常情况下提高3.68%和4.48%，但各处理间均无显著差异。2) 番茄。正常情况下，幼苗的可溶性蛋白含量T与CK无显著差异；受干旱胁迫时，幼苗可溶性蛋白含量T与CK分别为35.53 mg/g和31.48 mg/g，分别比正常情况下提高23.11%和23.31%，且胁迫条件下番茄幼苗可溶性蛋白含量T显著高于CK。

2.5.2可溶性糖从图4看出，不同基质处理辣椒和番茄幼苗的可溶性糖含量存在差异。1) 辣椒。正常情况下，幼苗可溶性糖含量T和CK分别为7.88 mg/g和7.70 mg/g，T较CK高，但二者无显著差异；干旱胁迫时，T的可溶性糖含量较正常情况下提高24.37%，达9.81 mg/g，CK提高25.19%，达9.64 mg/g，二者均无显著差异。2) 番茄。正常情况下，T和CK幼苗的可溶性糖含量分别为3.72 mg/g和3.38 mg/g，二者无显著差异；受干旱胁迫时，T和CK幼苗的可溶性糖含量分别为15.64 mg/g和11.56 mg/g，T较CK提高35.29%，二者差异达极显著水平。说明，干旱胁迫条件下T可显著提高番茄幼苗的可溶性糖含量。

2.5.3脯氨酸从图5看出，不同基质处理辣椒和番茄幼苗的脯氨酸含量存在显著或极显著差异。

1) 辣椒。正常情况下，幼苗的脯氨酸含量T和CK分别为12.71 μg/g和18.69 μg/g，T较CK低，二者差异显著；干旱胁迫后，各处理的脯氨酸含量均较正常情况下大幅提高，T升至44.56 μg/g，CK升至43.17 μg/g，二者无显著差异，但T的增加量较CK提高30.11%。2) 番茄。正常情况下，幼苗的脯氨酸含量T较CK高，二者差异显著；干旱胁迫下，各处理的脯氨酸含量均较正常情况下大幅提高，T的脯氨酸含量从12.36 μg/g升至51.48 μg/g，显著高于CK(35.53 μg/g)，其增加量较CK提高44.89%。说明，干旱胁迫下复配基质能显著促进幼苗脯氨酸含量增加，缓解逆境伤害。

2.5.4丙二醛从图6看出，不同基质处理辣椒和番茄幼苗的丙二醛含量存在显著或极显著差异。1) 辣椒。正常情况下，幼苗丙二醛含量T和CK分别为22.78 nmol/g和28.49 nmol/g，T极显著低于CK；干旱胁迫时，T和CK的丙二醛含量均较正常情况下升高，T和CK的丙二醛含量分别为25.70 nmol/g和29.57 nmol/g，T较CK低13.09%，二者差异极显著。2) 番茄。正常情况下，幼苗的丙二醛含量T和CK分别为13.44 nmol/g和13.55 nmol/g，T低于CK，但二者间无显著差异；干旱胁迫时，CK的丙二醛含量显著提高，达28.34 nmol/g，较正常情况下提高109.15%，T为19.92 nmol/g，较正常情况下提高48.21%，且较干旱胁迫下CK低29.71%，二者差异极显著。说明，干旱胁迫时，复配基质能有效降低丙二醛含量，缓解干旱胁迫所造成的伤害，此现象在番茄中尤为明显。

3结论与讨论

研究结果表明，不同基质处理的辣椒和番茄幼苗株高、单株干重及生长函数无显著差异，复配基质处理辣椒和番茄的壮苗指数显著高于商品育苗基质(CK)，但出苗率极显著低于CK。对比基质理化性质发现，复配基质除容重低于CK外，总孔隙度、通气孔隙度及持水孔隙度均显著高于CK，但二者间水汽比无显著差异；另外，复配基质的EC值显著低于CK，因此，排除因基质孔隙度较低、EC值偏高抑制种子出苗的可能性。进一步分析认为，可能是由于复配基质中添加过量壳聚糖所致。与尹程程等[10-11]“过量壳聚糖抑制种子发芽、出苗，适量壳聚糖可促进幼苗生长，提高抗逆性”的结果相近。脯氨酸和丙二醛含量是在一定程度上反映植物受逆境胁迫伤害的重要指标[11-12]。在干旱胁迫下，复配基质处理辣椒、番茄幼苗的脯氨酸含量较CK显著提高，丙二醛含量显著降低，说明，在干旱胁迫下该复配基质更有利于缓解幼苗受到的干旱胁迫伤害。

在土壤养分转化、释放及固定等生物学过程中，土壤酶作为主要的参与者，是其生态系统中重要的动力源[13]。土壤蔗糖酶和脲酶酶活性强弱是评价土壤肥力的参数之一。其中，土壤脲酶能促进尿素的转换，其活性用于表征土壤含氮情况[14]。研究结果表明，复配基质处理辣椒、番茄基质酶活性除脲酶外，蔗糖酶、多酚氧化酶及过氧化氢酶活性显著或极显著高于CK，可能是复配基质速效氮含量显著低于CK的原因所致。土壤多酚氧化酶可降解土壤中酚类物质，减缓植物间的化感作用[15]，复配基质处理辣椒、番茄基质多酚氧化酶活性极显著高于CK，可能是由于其中茶渣腐解后存在大量化感物质，导致基质多酚氧化酶活性提高。根系呼吸强度提高使土壤过氧化氢酶活性增加[16]。复配基质处理辣椒、番茄基质过氧化氢酶活性极显著高于CK，说明其根系呼吸强度高于CK，复配基质显著提高辣椒和番茄幼苗根系呼吸强度，与前面结果一致。

综上表明，在辣椒、番茄育苗中，该复配基质可促进幼苗生理代谢，提高幼苗耐逆性，增强基质酶活性。同时也进一步表明，农业有机废弃物通过合理的配制，适当添加外源物可用于辣椒和番茄的育苗，具有一定的利用价值。研究结果可为下一步从微观角度分析有机废弃物基质化在穴盘育苗中对幼苗生长、生理代谢、基质肥力及促生长机制的影响研究提供参考依据。