施肥模式对菠菜幼苗的生理响应

李堆淑，顷少琨，刘少欢，周雪林，杨佳敏

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

随着社会经济的发展，人民生活水平逐渐提高，人们对绿色蔬菜、有机蔬菜的需求越来越大。但在实际生产中，菜农们一味追求经济效益，过量施用化肥，同时滥用农药，严重影响了蔬菜产品的安全质量[1]。由于化肥的利用率较低，未被利用的化肥变成了污染物，不但污染了蔬菜、空气、水体、土壤，而且造成了严重的资源浪费[2]。敖玉琴等[3]研究认为合理施肥能减少土壤氨挥发。Weitza A M等[4]认为，施肥后1周内N2O排放量较高。唐丽玲等[5]研究认为，不合理施用氮肥导致硝态氮污染地下水。龚林等[6]研究认为，合理地使用液体肥料，可以提高作物品质和产量。贾娟等[7]研究认为，微生物菌剂能提高土壤养分、修复土壤环境污染、提高土壤酶活性、提高作物产量和品质、调节植物生长、增强植株抗逆性。菠菜(SpinaciaoleraceaL.)为藜科菠菜属草本植物，是人类生活中不可缺少的蔬菜。鉴于此，笔者采用NPK单施、NPK和不同浓度菌肥等体积混合施用，研究菠菜幼苗过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量的变化，以期为菌肥的有效利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年4月10日至5月20日在商洛学院实验室楼下盆栽进行。陕西省商洛市属于亚热带向暖温带地渡地带，年均气温在25 ℃，年均降雨量为710～930 mm，土壤平均速效氮含量为20.11 mg·kg-1，平均速效磷含量为39.87 mg·kg-1，平均速效钾含量为78.83 mg·kg-1，土壤pH值在6.9～7.2，土壤的持水量控制在45%左右。

1.2 材料

四季大叶菠菜：陕西省商洛市种子公司购买；菌肥：购于中国工业微生物菌种保藏管理中心。

1.3 实验方法

1.3.1 肥料的制备 菌肥配制成有效微生物1×106个·g-1(M1)、1×107个·g-1(M2)、1×108个·g-1(M3)；NPK为N-240 kg·hm-2，P-96 kg·hm-2，K2O-336 kg·hm-2，备用。设置5组处理，蒸馏水为对照(CK)，G1(NPK)，G2(NPK+M1)，G3(NPK+M2)，G4(NPK+M3)，NPK与菌肥等体积混合。

1.3.2 菠菜的培养与处理 挑选大小均匀、无病虫害的四季大叶菠菜的饱满种子，种于含有沙质土壤的花盆(外径21.8 cm×底径15 cm×高度15 cm)里，每盆土量为2.5 kg，并且每盆种10株，浇足量水，待菠菜幼苗生长至四叶期时，采用喷施叶面肥(水滴不流)，每组施肥处理5盆，分别于施肥后第10、12、14、16、18天取菠菜幼苗叶片，检测不同时间菠菜幼苗过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量，每组处理设置3个重复。

1.3.3 菠菜生理生化指标测定 过氧化氢酶(CAT)活性测定采用高锰酸钾滴定法[8]，过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法[9]，超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用四氮唑蓝光还原法[8]，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法[10]。

1.3.4 数据分析 采用Excel 2010和SPSS 20.0软件对数据进行方差分析和LDS。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对菠菜幼苗过氧化氢酶(CAT)活性的影响

由图1可见，经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分别对菠菜幼苗进行喷施叶面肥，蒸馏水为对照(CK)，处理后从第10～18天菠菜幼苗叶片的过氧化氢酶(CAT)活性变化趋势均是随着时间延长，菠菜幼苗叶片的CAT活性也逐渐升高，但升高到一定时间均又逐渐下降。但经G1(NPK)与CK处理的菠菜幼苗叶片的CAT活性均在第16天达到了高峰分别为4.75 U·min-1·g-1和3.82 U·min-1·g-1，而G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)和G4(NPK+M3)处理的菠菜幼苗叶片的CAT活性均在第14天达到了高峰分别为5.53 U·min-1·g-1、6.81 U·min-1·g-1和5.28 U·min-1·g-1。G3(NPK+M2)处理的菠菜幼苗叶片的CAT活性在第10～18天均显著高于其他4个处理(P<0.05)，G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)处理的菠菜幼苗叶片的CAT活性在第10～18天均显著高于CK(P<0.05)，而G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)处理的菠菜幼苗叶片的CAT活性在第10～18天呈现出不显著性(P>0.05)。由此可见，不同施肥模式均能不同程度地清除菠菜体内的过氧化氢，减少其对细胞的氧化作用，尤其NPK配施菌肥，菌肥随着有效微生物浓度增大，能加强促进CAT活性，而且菌肥中有效微生物浓度达到1×107个·g-1时，菠菜幼苗叶片的CAT活性最大，随后再增加菌肥浓度，菠菜幼苗叶片的CAT活性则逐渐下降。说明菌肥中有效微生物在一定的较低浓度对菠菜幼苗叶片的CAT活性诱导作用较高。

注：不同小写字母表示相同时间不同处理浓度间差异达0.05显著水平，下同。

2.2 不同施肥对菠菜幼苗过氧化物酶(POD)活性的影响

过氧化物酶(POD)是细胞活性氧保护酶，由图2可见，经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分别对菠菜幼苗进行喷施叶面肥，蒸馏水为对照(CK)，处理后从第10～18天菠菜幼苗叶片的过氧化物酶(POD)活性变化趋势均为先升高再降低。经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)处理后，第10～18天菠菜幼苗叶片的POD活性均显著高于CK(P<0.05)，5组处理的菠菜幼苗叶片的POD活性均呈现出显著差异(P<0.05)，G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)处理的菠菜幼苗叶片的POD活性均比G1(NPK)、G2(NPK+M1)处理先达到峰值，并且G3(NPK+M2)处理的菠菜幼苗叶片POD活性的峰值最高(2.44 U·g-1)，比CK、G1(NPK)、G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)分别升高了54.51%、47.54%、17.62%、22.54%。说明菌肥中有效微生物能较好地激活菠菜细胞中过氧化物酶(POD)活性，尤其菌肥中有效微生物为1×107个·g-1时，菠菜幼苗叶片的POD活性最活跃，可见，较低浓度的菌肥诱导酶活性效果更好。

图2 不同施肥对菠菜幼苗叶片POD活性的影响

2.3 不同施肥对菠菜幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)也能清除活性氧。由图3可见，经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分别对菠菜幼苗进行喷施叶面肥，蒸馏水为对照(CK)，处理后从第10～18天菠菜幼苗叶片的过氧化物酶(POD)活性变化趋势均为先升高到一定程度，开始下降。叶面喷施处理后第10～18天，经G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)三种肥料处理，菠菜幼苗叶片的SOD活性变化较显著(P<0.05)，尤其G3(NPK+M2)处理菠菜幼苗叶片的SOD活性变化最显著(P<0.05)，并且与CK以及其他处理呈现出显著的差异(P<0.05)。5组处理中，NPK与菌肥配施的三种处理，菠菜幼苗叶片的SOD活性均比CK和G1(NPK)提前到达峰值，CK和G1(NPK)处理，菠菜幼苗叶片的SOD活性均在处理后第16天到达峰值，而G2(NPK+M1)、G3(NPK+M1)、G4(NPK+M3)三种处理，菠菜幼苗叶片的SOD活性均在处理后第14天到达峰值。在处理后第16～18天，G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G4(NPK+M3)三种处理，菠菜幼苗叶片的SOD活性呈现出不显著性(P>0.05)。可见，不同施肥模式对菠菜幼苗叶片的SOD活性均有所激发，但一定浓度菌肥的有效微生物(1×107个·g-1)对菠菜幼苗叶片的SOD活性诱导能力最强。

图3 不同施肥对菠菜幼苗叶片SOD活性的影响

2.4 不同施肥对菠菜幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

由图4可见，经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分别对菠菜幼苗进行喷施叶面肥，蒸馏水为对照(CK)，处理后，从第10～18天，各处理组的菠菜幼苗叶片的丙二醛(MDA)含量变化趋势均随着时间的增加先逐渐降低，随后逐渐升高。各组处理后第10～18天，G3(NPK+M2)处理，菠菜幼苗叶片的MDA含量变化与其他处理在同一时间呈现出显著性差异(P<0.05)，且在处理后第14天菠菜幼苗叶片的MDA含量出现了最低峰(0.0021 mol·g-1)比CK、G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)处理菠菜幼苗叶片的MDA含量的最低峰降低了69.56%、59.61%、40%、44.74%。G2(NPK+M1)和G4(NPK+M3)处理，在处理后第10～18天，菠菜幼苗叶片的MDA含量变化在同一时间呈现出不显著性(P>0.05)，但与CK、G1(NPK)处理在同一时间呈现出显著性差异(P<0.05)。可见，不同施肥模式对菠菜幼苗叶片的MDA含量变化较大，并且菌肥中有效微生物可能容易启动菠菜相关基因系统，尤其菌肥中有效微生物为1×107个·g-1时，更有利于减少菠菜幼苗叶片的丙二醛(MDA)含量的合成。

图4 不同施肥对菠菜幼苗叶片MDA含量影响

2.5 不同施肥对菠菜幼苗生理生化指标的相关性分析

由表1可见，经G1(NPK)、G2(NPK+M1)、G3(NPK+M2)、G4(NPK+M3)分别对菠菜幼苗进行喷施叶面肥，蒸馏水为对照(CK)，处理后，从第10～18天，各处理组的菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性和MDA含量均两两呈现出极显著相关关系(P<0.01)，其中POD、CAT、SOD活性两两之间呈现出极显著正相关(P<0.01)，而POD、CAT、SOD活性与MDA含量分别呈现出极显著负相关(P<0.01)。可见，不同施肥模式能不同程度地启动菠菜幼苗的保护酶系统，限制菠菜幼苗中MDA合成。

表1 不同施肥对菠菜幼苗叶片生理生化指标的相关性分析

3 讨论与结论

合理地施肥能够改善土壤性状，促进植物生长发育，显著提升作物的产量和品质[11～12]，但不合理地施肥从长远利益看，将会破坏生态系统，影响整个食物链，危及人类健康[13]。笔者研究发现，不同施肥模式对菠菜幼苗叶片的防御酶系统(过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD))以及丙二醛(MDA)含量的影响差异显著。由于过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)均是生物防御体系的关键酶。过氧化物酶(POD)是一种氧化还原酶，具有消除H2O2和酚类毒性的双重作用[14]。过氧化氢酶(CAT)是一种酶类清除剂，使细胞免于遭受H2O2的毒害[15]。超氧化物歧化酶(SOD)是一类能催化超氧阴离子自由基(O2-)，歧化为H2O2和O2，从而对生物膜起到保护作用[16]。丙二醛(MDA)是植物在逆境条件下发生膜脂过氧化产物，其含量与植物抗逆性有密切的关系[17]。

笔者研究发现，不同施肥模式菠菜幼苗叶片的POD活性、CAT活性、SOD活性均显著高于CK(P<0.05)，而MDA含量均显著低于CK(P<0.05)。NPK与菌肥配施菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性和MDA含量均提前达到峰值，并且菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性显著高于CK和NPK单施(P<0.05)，而菠菜幼苗叶片的MDA含量均显著低于CK和NPK单施(P<0.05)。随着菌肥中有效微生物浓度的增加，菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性也逐渐增加，而菠菜幼苗叶片的MDA含量逐渐减少，直到菌肥中有效微生物浓度为1×107个·g-1时，菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性均达到最高值，而菠菜幼苗叶片的MDA含量达到最低值。可见，菌肥中有效微生物在较低浓度的条件下，能有效地启动植物体内的防御酶系统，阻止丙二醛(MDA)合成。研究还发现，不同施肥模式菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性与MDA含量分别呈现出极显著负相关关系(P<0.01)，而菠菜幼苗叶片的POD、CAT、SOD活性两两呈现出极显著正相关关系(P<0.01)。