叶面喷施氧化型谷胱甘肽对马铃薯干物质积累及产量的影响

陈阳阳，康文钦，田步涛，张宏杰，吕 慧，窦淑贤，贾立国，樊明寿

（1.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031）

谷胱甘肽（glutathione，GSH），化学名为L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸，是广泛存在于生物体内最丰富的小分子硫醇类化合物，有氧化型（GSSG）和还原型（GSH）两大类存在于细胞质、线粒体和叶绿体中。在酶的调控下，生物体内GSH和GSSG 通常处于稳恒性动态平衡，表现为GSH/GSSG 比值约为50∶1[1]。谷胱甘肽具有抵抗环境胁迫[2-3]、促进光合性能和植株发育[4-6]、参与ROS 调节[7]等作用。近年来，植物谷胱甘肽生理作用的研究取得了较大进展，在青菜和大白菜[8]、大麦[9]、番茄[4，10]、小麦[11]、甜瓜[12]、菠菜[13]上均展开了研究，在水培试验中，谷胱甘肽通过抑制O2·、H2O2和丙二醛（MDA）的积累，改善矿物质的吸收和转运，减少大麦和水稻中Cd的积累以降低Cd 诱导的生长抑制作用[14-15]。外源GSH 能够促进农作物幼苗的生长、根系干重、根系长度和叶绿素含量，有效地减轻了盐胁迫对水稻造成的伤害[16-17]。FATMA 等[18]研究发现，通过增加芥菜中谷胱甘肽的含量，补充的硫可以改善盐胁迫下的光合作用和植物生长。然而，将氧化型谷胱甘肽（GSSG）应用于马铃薯生产鲜少报道。本研究明确GSSG对马铃薯光合特性及产量和品质的影响，确定GSSG最佳施用量，以期为GSSG 应用于马铃薯生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2017年5—9月在内蒙古乌兰察布市察哈尔右翼中旗西壕堑村进行。该地区无霜期100 d，马铃薯全生育期降水量181 mm，土壤类型为栗钙土，0～30 cm 土壤土层有机质含量16.75 g/kg、全氮含量1.29 g/kg、速效磷含量12.59 mg/kg、速效钾含量117.36 mg/kg，pH值8.46。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设置5个处理，4次重复，每个小区面积72 m2，小区间设0.9 m 隔离行，种植密度均为37 500株/hm2。供试马铃薯品种为费乌瑞它，在马铃薯出苗后20 d 采用背负式喷雾器分别喷施清水为对照（CK）、450 g/hm（2C1）、900 g/hm（2C2）、1 350 g/hm（2C3）、1 800 g/hm（2C4）水溶性GSSG，每次喷施水量保持一致。试验采用膜下滴灌模式。900 kg/hm2复合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶19∶16），75 kg/hm2磷酸二铵作为基肥一次性基施，其他管理措施与大田一致。

1.3 取样时间和方法

于出苗后20 d 喷施GSSG，试验分别在喷药前1 d，喷药后5、10、20 d 进行田间取样，每个小区选用有代表性的植株3株，分别取各个器官称鲜重，于105℃下杀青30 min，然后75℃烘干至恒重，测定干重，磨碎装袋进行室内分析。

1.4 测定指标与方法

叶面积指数：重量换算法；SPAD值：采用SPAD-502 叶绿素测定仪测定；产量：收获时，每个重复随机选定1.8 m2测定块茎鲜重，并计算公顷产量，其中，大于150 g为大薯。

淀粉含量：碘比色法；还原糖含量：3，5-二硝基水杨酸法。

1.5 数据分析

采用Excel 2016、SPSS 24.0 软件对试验数据进行整理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度GSSG对马铃薯叶面积指数的影响

由图1可知，随着生育时期的延长，马铃薯的叶面积指数呈现升高的趋势。喷施GSSG后马铃薯的叶面积指数随施用量增加呈先升高后下降的趋势，在C3 处理下叶面积指数最高，为10.43，C3 显著高于C4、C2 处理，对照CK最低，仅为8.45。

2.2 不同浓度GSSG对马铃薯SPAD值的影响

由图2可知，随着生育时期的延长，马铃薯SPAD值表现出单峰曲线变化，在喷药后10 d 达到最大值。从整体变化趋势来看，马铃薯SPAD值在C3 处理最高，为48.51，然后依次为C4、C1和CK 处理，分别为48.00、47.72、47.47。

2.3 不同浓度GSSG对马铃薯干物质积累的影响

由图3可知，随着生育时期的延长，马铃薯的块茎和整株干物质量均表现出增加的趋势。从喷药后的整体变化分析，马铃薯块茎和整株干物质量均呈现增加趋势，且在C3 处理下达到最大，分别为147.43、234.79 g/株。块茎干物质量表现为C3>C4>C2>C1>CK；马铃薯的整株干物质量表现为C3>C1>C2>C4>CK。

2.4 不同浓度GSSG对马铃薯产量和品质的影响

2.4.1 不同浓度GSSG对马铃薯产量及产量构成因子的影响 由表1可知，随着GSSG浓度的增加，马铃薯的单株结薯数、商品薯率以及产量均表现上升的趋势，当浓度达到C3时各指标均达到峰值。马铃薯产量表现为C3 显著高于C2、C4、C1、对照。C1、C2、C3、C4 马铃薯产量较对照分别增加了6.99%、7.27%、10.99%、4.60%；马铃薯单株结薯数较对照分别增加了8.74%、13.38%、17.92%、15.35%；马铃薯商品薯率较对照分别增加了1.53%、1.00%、3.14%、1.13%。

表1 不同浓度GSSG下马铃薯产量及其构成因子

2.4.2 不同浓度GSSG对马铃薯品质的影响 由图4可知，随着GSSG浓度的增加，马铃薯块茎中的淀粉含量呈现出单峰曲线变化，浓度高于C3时块茎淀粉含量开始下降，最大值为22.03%，较CK增加了18.94%。随着GSSG浓度的增加，马铃薯块茎中的还原糖含量呈现出降低趋势，在C3时达到最低0.31%，较CK 降低31.13%。

2.5 GSSG最佳推荐施用量

将GSSG施用量和产量关系用二次型、线性加平台模型进行拟合分析（图5），得出回归方程，x代表GSSG施用量，y代表马铃薯产量，计算最高产量的GSSG施用量。线性加平台模型的拟合度（R2=0.735 0）低于二次型模型的拟合度（R2=0.894 7）。其中，线性加平台拟合的最佳施用量为442.50 g/hm2，产量为51.87 t/hm2；二次型拟合的最佳施用量为1 025 g/hm2，达到最大产量为52.59 t/hm2。线性加平台的拟合在没有显著降低产量的同时，大幅度地降低了施用量。

3 讨论与结论

叶面施肥是植物吸收营养成分的一种补充，可以辅助根系吸收养分，与传统的施肥方式不同，是农作物施肥的直接高效辅助措施，已成为现代农业生产中重要的施肥技术。试验表明，马铃薯产量随着叶面喷施氧化型谷胱甘肽浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势，其中，C3 处理下（1 350 g/hm2）马铃薯产量最高，为53.21 t/hm2，比CK 处理（清水对照）增产4 877 kg/hm2，增产率为10.09%。本研究表明，叶面喷施GSSG 改善了马铃薯块茎品质。在C3 处理下，马铃薯块茎淀粉含量比CK增加18.94%、还原糖含量降低了31.13%。与产量的变化基本相同，马铃薯叶面积指数和SPAD值随着GSSG浓度增加呈现先升高后下降的趋势，C3 处理达到最佳效果，这说明适当的GSSG浓度可以促进马铃薯光合性状。这与刘会芳等[5]、单长卷等[7]的研究结果一致。此外，叶面喷施GSSG 还促进了马铃薯干物质量的增加，随着喷施浓度的增加，马铃薯的干物质量均表现出增加的趋势，当浓度为1 350 g/hm2（C3 处理）时效果最佳；继续增大GSSG 喷施浓度马铃薯干物质却不再增大。周艳[19]的研究结果也表明外源谷胱甘肽可以促进植株干物质量的增加。由此可见，叶面喷施适宜浓度GSSG可以有效促进马铃薯生长、改善块茎品质、增加产量。

综合分析，叶面喷施GSSG可以促进马铃薯叶面积指数、SPAD值、干物质积累量的增加，增加马铃薯产量，提高块茎淀粉含量，降低块茎还原糖含量，改善块茎品质。通过不同浓度梯度的比较并通过线性加平台模型拟合，GSSG的最佳推荐施用量为442.50 g/hm2。