不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒生长发育及品质的影响

程云霞, 吴慧*, 刘迁杰, 时振宇, 贾凯, 陈奕琳, 俞安伟, 申金秀

(新疆农业大学林学与园艺学院, 新疆特色园艺作物种质资源与高效生产实验室, 乌鲁木齐 830000)

辣椒(CapsicumannuumL.)为茄科辣椒属一年生或多年生草本植物，果实具有较高的食疗作用及营养价值，在我国各地被广泛种植[1-2]。辣椒具有喜温、喜水和喜肥的特性，但我国水资源匮乏，近年来干旱频发对我国农业生产及生态安全的可持续发展构成了严重威胁[3-4]。因此，大力推广节水灌溉农业，提高水肥利用效率，不仅是现代农业的发展趋势，更是我国干旱、半干旱地区解决水资源匮乏的重要举措。保水剂的诞生，为现代农业开辟了一条新的发展道路。保水剂是利用强吸水树脂或淀粉等材料制成的高分子聚合物[5-6]，通过反复吸水，增加土壤的保水、保肥功能，同时改善土壤结构，提高作物的水肥利用效率[7-9]。目前部分作物已将保水剂运用于大田试验，主要包括青稞[10]、烟草[11]、小麦[12]和马铃薯[13]等，而保水剂对袋式复合沙培辣椒影响的研究较少。本研究通过袋式复合沙培模式，将不同剂量的淀粉保水剂施入基质中，测定辣椒植株的生长、叶片的生理和光合、果实的产量和品质等性状，研究不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒生长发育的影响，期望筛选出袋式复合沙培的最适保水剂剂量，为袋式复合沙培辣椒的高产栽培模式提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年5—9月在新疆农业大学林学与园艺学院试验基地(E 87.57°，N 43.82°)进行。供试辣椒品种为‘瑞霸五号’，由乌鲁木齐市瑞祥农业科技有限公司提供；保水剂为淀粉型保水剂(河南化工产品有限公司)；有机颗粒肥为一种生物有机肥，有效活菌数≥2.0×107CFU·g-1(细黄链霉菌)，有机质含量≥40%，容重为0.86 kg·L-1，由山川秀丽生物有限公司和乌鲁木齐市辛化绿农农资有限公司联合生产。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，保水剂添加量按照基质体积设置：0 (B0)、0.075(B1)、0.150(B2)、0.225(B3)、0.300(B4)和0.375(B5) g·L-16种剂量浓度处理，3次重复，每个处理10个栽培袋，每个栽培袋为1穴，每穴定植2株幼苗，栽培袋的株行距为35 cm×70 cm。

2019年3月11日，将辣椒种子经55 ℃温汤浸种后，28 ℃恒温催芽至80%“露白”，播种于72孔穴盘中；定植前将沙、椰糠和腐熟羊粪按2∶1∶1混合均匀后装入栽培袋，每个栽培袋装入8 L基质(即高25 cm，直径20 cm)，每袋按设计要求穴施不同剂量保水剂。5月11日将孔穴盘中的幼苗定植于穴施不同剂量保水剂的栽培袋中，定植时浇透定植水，定植20 d后，各处理每隔1 d用滴箭定时定量统一灌水，每次灌水1 L，并喷施等量钙肥和磷酸二氢钾，基施0.2 g左右的有机颗粒肥，在后期追施0.4 g左右的有机肥。及时抹除门椒以下的叶腋并预防病虫害的发生。在辣椒盛果期(8月20日)进行采样(叶片和果实)及各项指标的测定。

1.3 测定指标与方法

1.3.1生长指标 随机选取10株，分别用卷尺、数显游标卡尺(上海芬析测控科技有限公司，mm)和直尺测量株高(基质表面以上至自然高度)、茎粗(第一片真叶以下1 cm处)和第一节间长(子叶节至第一片真叶间的距离)；每株于上、中、下部各取1片叶，用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素相对含量SPAD值，同时测定最大叶长、最大叶宽，并用公式(1)计算叶面积[14]。

叶面积 = 最大叶长×最大叶宽×0.573 8(矫正系数)

(1)

1.3.2生理指标 随机摘取10片功能叶，放入装有冰袋的泡沫箱迅速带回实验室。称取0.5 g叶片放入冷冻研钵中，加入5 mL pH 7.5 的磷酸缓冲液，再用5 mL的磷酸缓冲液冲洗研钵，并将粗提酶液定容至10 mL，冷冻离心机5 000 r·min-1冷冻离心30 min，将上清液冷藏备用。按照Pinheiro等[15]方法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase activity，SOD)、过氧化氢酶(catalase activity，CAT)活性；采用愈创木酚法[16]测定过氧化物酶(peroxidase activity，POD)活性；采用磺基水杨酸法[16]测定游离脯氨酸(proline content，Pro)含量；采用硫代巴比妥酸法[17]测定丙二醛含量(malondialdehyde content，MDA)；采用蒽酮-浓H2SO4法[17]测定可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝G-250染色法[17]测定可溶性蛋白含量；采用96%乙醇浸泡法[17]测定叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量。

1.3.3光合指标 在晴朗无云天气，每个处理随机选取5株，每株选择植株中部的3片功能叶，用LI-6400型便携式光合仪(北京力高泰科技有限公司)于中午11:00—12:00测定叶片净光合速率(transpiration rate，Pn)、气孔导度(stomatal conductance，Gs)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr)和胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration，Ci)。并利用净光合速率和蒸腾速率计算叶片的水分利用效率(water use efficiency，WUE)[18]。

WUE=Pn/Tr

(2)

1.3.4果实品质指标 每个处理随机选取5个辣椒，用数显游标卡尺测量辣椒果实的横径、纵径和果肉厚(果腔位置的果肉)，用邵式硬度计(北京沃威科技有限公司)测量果实硬度，并采用公式(3)和(4)分别计算果形指数和果腔大小[19]。采用蒽酮-浓H2SO4法[17]测定果实的可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝G-250染色法[17]测定果实的可溶性蛋白含量；采用2,6-二氯靛酚滴定法[17]测定果实的维生素C含量；采用紫外吸收法[17]测定果实的硝酸盐含量。

果形指数=纵径/横径

(3)

果腔大小=(果宽-2×果肉厚度)/果宽

(4)

1.3.5产量 每个处理选取6株植株，从对椒开始采收，记录辣椒单株结果数，称取果实的单果重，根据单株结果数和单果重计算单株产量。

1.4 数据统计及分析

采用Microsoft Excel 2010分析试验数据，SPSS 19.0软件进行差异显著性分析，用Duncon多重比较进行显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对辣椒植株生长的影响

除叶长无显著影响外，不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒的生长指标均有影响(表1)。使用保水剂后辣椒植株的株高增加、茎秆变粗、真叶数增多、叶面积增大。其中，B4处理的茎粗、第一节间长、真叶数、叶宽和叶面积较对照(B0)分别显著增加28.57%、13.11%、40.00%、21.39%和33.15%；B5处理的株高和SPAD较对照(B0)分别显著增加11.93%和22.02%，随着保水剂用量的进一步增加，B5处理的叶宽较B4处理减少16.19%。

表1 不同处理对袋式复合沙培辣椒生长指标的影响Table 1 Effects of different treatments on the growth index of bag-type compound sape pepper

2.2 不同处理对辣椒叶片生理指标的影响

不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片生理指标的影响见表2，栽培袋中添加保水剂后，叶片SOD活性、叶片游离脯氨酸和叶绿素含量降低；且随着施用量的增加，呈下降趋势。而叶片中POD和CAT活性、叶片MDA含量及可溶性糖和蛋白含量随着保水剂施用量的增加呈先升后降的趋势。其中，B1处理叶片的可溶性糖和蛋白含量较高，分别为对照(B0)的1.13和1.37倍；B2处理的MDA含量、POD和CAT活性较高，分别为对照(B0)的3.12、1.62和2.70倍。

表2 不同处理对袋式复合沙培辣椒叶片生理指标的影响Table 2 Effects of different treatments on physiological characteristics of leaves of bag-type compound saponin pepper

2.3 不同处理对辣椒果实品质的影响

不同剂量保水剂的施用对果实形状(果腔大小、果实纵径和果形指数)无显著影响，对果实品质影响较大(表3)。随着保水剂施用量的增加，果实中硝酸盐含量呈显著上升趋势；而果实硬度呈下降趋势。果实厚度、果实中可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量随保水剂剂量的增加呈先升后降的趋势。其中，B1处理的果肉厚度和果实中可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量较高，可溶性糖和维生素C含量分别是对照(B0)的1.20和13.57倍。

表3 不同处理对袋式复合沙培辣椒果实品质的影响Table 3 Effects of different treatments on fruit quality of bagged composite sape pepper

2.4 不同处理对辣椒叶片光合参数的影响

不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片光合特性的影响见表4，保水剂的添加对叶片的水分利用效率无显著影响；对叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度有显著影响。随着栽培基质中保水剂施用量的增加，叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈逐渐上升的趋势；而胞间CO2浓度呈先升后降的趋势。其中，B5处理的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度较高，分别为对照(B0)的1.82、1.83倍和1.92倍；B1处理的胞间CO2浓度较高，是对照(B0)的1.24倍。

表4 不同处理对袋式复合沙培辣椒叶片光合特性的影响Table 4 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of sachet pepper

2.5 不同处理对辣椒产量的影响

不同剂量保水剂的施用影响袋式复合沙培辣椒的单株结果数、单果重及产量(表5)。随着保水剂剂量的增加，辣椒果实的单果重呈上升趋势；而单株结果数呈先升后降的趋势；由单株结果数和单果重决定的单株产量也呈先升后降的趋势。其中，B5处理的单果重较高，较对照(B0)增加26.51%；B4处理的单株结果数较高且单株产量较高，较对照(B0)分别提高17.06%和36.92%。依据单株产量与保水剂剂量，采用多项式方程进行模拟，得到回归方程y=-3 586.1x2+1 991.8x+748.92(R2=0.999 5**)，x表示保水剂剂量，y表示复合袋式沙培辣椒单株产量，且该方程的相关系数达到极显著水平(P<0.01)。由此表明，辣椒单株产量和保水剂剂量呈极显著相关。由模拟回归方程式可得出单株产量y的最大值为1 025.49 g，对应的保水剂剂量x应为0.278 g·L-1，即最适保水剂剂量介于B3处理与B4处理之间。

表5 不同处理对辣椒产量的影响Table 5 Effects of different treatments on pepper yield

3 讨论

干旱是导致蔬菜减产的重要因素之一。据报道,全球有三分之一的土地处于干旱和半干旱状态，即使在我国雨水充足的南方，也时常发生季节性或阶段性干旱。植物受到干旱胁迫后，生长速度受到抑制[20-22]。本研究表明，在辣椒栽培基质中施加一定剂量的保水剂后，植株各项生长指标均表现较好，但随着保水剂剂量的增加，辣椒植株的真叶数、叶面积等又会有所降低。由此可见，适宜剂量的保水剂有助于促进辣椒植株生长。与Tripathi等[23]和方峰等[24]研究结果一致，表明充足的供水能促进植株生长，而水分胁迫会延缓植株生长。

叶片的生理指标与光合参数可以反映植物对所处环境的敏感程度，以及植物的生长状况[25-27]。其中POD、SOD和CAT都是植物体内重要的保护酶类，能防御外界胁迫伤害，且酶活性与植物抗逆性正相关。随着外界胁迫的增加，植物细胞中清除活性氧自由基的能力逐渐减弱，导致细胞中活性氧自由基的产生与清除失衡，加速细胞膜脂的过氧化作用，使得植株体内MDA大量积累[28]。而在栽培基质中增施保水剂能够显著提高植株叶片的光合速率，促进光合物质的积累[29-30]。本研究表明，随着保水剂剂量的增加，叶片的各项生理指标均呈现先升高后降低的趋势；光合指标则一直呈现上升趋势，与史华和张力等[31-32]研究结果一致，表明保水剂虽然可以有效缓解植物自身水分的流失，但过量的保水剂也会对植物造成一定的伤害。

不同剂量的保水剂对果实品质和产量的影响不同，适宜剂量的保水剂可以提高产量，但随着剂量的增加产量逐渐降低，且果实品质逐渐降低[33]。本研究表明，随着保水剂剂量的增加，辣椒果实的可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量逐渐下降，硝酸盐含量逐渐增加。这与包开花等[34]和华仁锐等[35]研究结果一致，表明在栽培袋式沙培辣椒时，适宜剂量(0.300 g·L-1左右)的保水剂有助于增加辣椒的产量，品质虽有所下降但差异不显著。但过量的施用保水剂则会造成鲜食辣椒中硝酸盐含量可能超过国家规定的鲜食辣椒硝酸盐含量的卫生标准(432 mg·kg-1)[36]。由此可见0.300 g·L-1的保水剂施用量可作为袋式沙培辣椒的最适保水剂用量。