铁肥形态对马铃薯块茎内源激素、产量及品质的影响

周春涛，张茹艳，石铭福，张卫娜，袁文雅，王 勇，陈喜鹏，秦舒浩

(甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州730070)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)是全球四大重要粮食作物之一[1]。因其兼备粮、菜、饲、工业原料等多种功能，且具有产量高、营养丰富齐全等特性而活跃于国际贸易市场[2]。因此提高马铃薯产量和优化品质对促进我国经济发展具有重要意义。

在马铃薯生产中，除了选择良种和设置适宜的生长环境外，合理供给马铃薯所需养分也是提质增产的有效途径之一。马铃薯生长除了所需的大量元素外，微量元素的供给也尤为重要。铁(Fe)元素作为植物需求量较大的微量元素[3]，直接或间接地参与光合作用、呼吸作用、固氮作用、激素合成等重要的生命活动[4]。近年来，铁肥在甜瓜[5]、小麦[6]、黄瓜[7]、玉米[8]等多种作物上已得到广泛应用。研究表明，铁素可通过调节植物内源激素水平进而影响植物生长发育[9-10]。例如，施用纳米铁颗粒Fe2O3NPs可调节花生激素水平，促进花生生长，增加花生植株的生物量[11]；叶面补铁可促进酿酒葡萄和山地梨枣光合作用，提高其产量和品质，且螯合铁效果最优[12-13]；喷施不同浓度铁螯合肥对当归鲜产量、干产量影响显著[14]；喷施0.1%铁肥(FeSO4·7H2O)能显著改善胡萝卜品质及增加产量[15]。在高粱、冬小麦生育过程中，叶面喷施适量Fe、Zn、Mn等微量元素，可以促进植株生长发育，进而提高产量和品质[16-17]；同时，马铃薯块茎中淀粉、还原糖、维生素 C 含量均有所增加[18]。但生产中不同类型铁肥在马铃薯块茎激素、产量和品质等方面应用的研究较少。铁在土壤中多以Fe3+形式存在，但植物根系对其吸收利用率较低，铁的有效性也会降低[19]。从铁的功能来看，其影响了叶绿素合成，植物缺铁最先影响色素的合成，进而导致植物叶片失绿黄化，影响植株生长。为提高铁素吸收利用效率，本研究以陇薯7号马铃薯为材料，在苗期采用叶面喷施的方式对植株补充铁肥，探究不同形态铁肥对马铃薯块茎内源激素、产量和品质的影响，探索适宜马铃薯生产的经济高效的铁肥类型，为马铃薯微量元素的补给及马铃薯产业经济可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年5-10月在甘肃省农业科学院马铃薯试验基地进行。该区域属北温带半干旱大陆季风型气候，年均气温9.6 ℃，年日照时数2 634 h，年平均气温日较差为13.3 ℃，年降水量349.8 mm，年均蒸发量为1 446.4 mm。试验区土壤为砂性灌淤土，土层深厚[20]，土壤整体偏碱性，有效铁较缺乏，土壤概况详见表1。4月26日整地时将尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O516%)、硫酸钾(K2O 52%)按m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=2∶1∶2的比例施入，尿素、过磷酸钙、硫酸钾的施用量分别为326.1，468.75，288.45 kg/hm2。

1.2 试验材料

马铃薯品种陇薯7号原原种，由甘肃省定西市农业科学研究院提供。

1.3 试验设计

依据预试验不同铁肥最适浓度配比的筛选结果，试验共设置6个喷施处理，分别为喷施等量清水(CK)、硫酸铁36 mg/L(T1)、硫酸亚铁20 mg/L(T2)、柠檬酸15 mg/L+硫酸铁36 mg/L混合(T3)、柠檬酸15 mg/L+硫酸亚铁20 mg/L混合(T4)、6 mg/L螯合铁EDTA-Fe Na(T5)。采用随机区组设计，小区面积为6.9 m×7.1 m，株距30 cm，行距70 cm，播种深度15 cm，栽培密度为5.25×104株/hm2。每小区重复3次。马铃薯种薯采用覆膜垄播种模式于2020年5月8日下播，6月4日(齐苗)后开始处理，以7 d为1个周期处理1次，苗期到块茎形成期(田间植株全部开花)共处理4次，喷施时间为11:00之前和16:00之后，从植株自下而上喷至叶面成水滴开始下滴为止。于2020年10月8日(块茎成熟期)收获薯块。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 内源激素含量 成熟期选取生长一致的3株马铃薯块茎，将其去皮后用匀浆机匀浆后迅速用液氮冷冻，置于超低温冰箱-80 ℃保存备用。准确称取2 g冷冻的待测样品，置于研钵中快速充分研磨后，加入5 mL体积分数80%色谱甲醇，于4 ℃冰箱浸提12 h，注意全程需避光操作，期间每隔1 h振荡1次。充分浸提后于4 ℃、8 000 r/min离心10 min，取上清液。再于残渣中加入2.5 mL体积分数80%色谱甲醇，4 ℃下二次浸提4 h，将两次浸提后的上清液合并后，置于36 ℃冷冻浓缩仪浓缩去除甲醇，加入1.5 mL体积分数80%色谱甲醇复溶，0.22 μm的有机膜过滤处理。吸取1 mL滤液转移至棕色进样瓶，利用液相色谱仪(C18，4.6 mm×250 mm，5 μm)测定内源激素(ABA、ZT、IAA、GA3)含量，为保证数据可靠性，各处理重复测定3次。

1.4.2 产 量 马铃薯收获时以小区单收后计算公顷产量，并计算各处理增产率。

1.4.3 品 质 马铃薯块茎收获后于4 ℃冷藏库保存待测。利用近红外品质分析仪(丹麦FOSS，NIRS DS 2500)测定块茎中淀粉、还原糖、维生素C、蛋白质含量[22]。每指标设置3次生物学重复，以保证能代表此品种中待测指标的平均含量。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行试验数据统计，通过SPSS 25.0软件用Duncan’s新复极差法(P<0.05)对试验数据进行方差分析，利用Origin 2018进行绘图，相关性分析及聚类分析采用基迪奥云平台(OmicShare Tools)进行绘图。

2 结果与分析

2.1 铁肥形态对马铃薯块茎内源激素含量的影响

铁肥形态对马铃薯块茎内源激素含量的影响如图1所示。

图柱上标不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图2和图3同

由图1可知，不同形态铁肥处理均可调控马铃薯块茎内源激素水平，与对照相比，喷施铁肥显著提高了马铃薯块茎ABA和ZT含量，降低了IAA和GA3含量。其中，T5处理马铃薯块茎ABA含量较CK、T1、T2、T3和T4分别提高了105.24%，67.47%，55.46%，7.80%和42.26%；ZT含量较其他处理提高8.26%～82.69%；IAA含量较CK和其他铁肥处理分别降低了38.90%，36.23%，31.6%，7.04%和23.95%，除T3处理外均差异显著；GA3含量较CK及其他铁肥处理分别降低了31.42%，25.96%，18.77%，4.88%和16.86%，T2与T4处理和T3与T5处理GA3含量差异不显著。

综上可知，不同形态铁肥处理均可提高马铃薯块茎ABA和ZT含量，降低IAA和GA3含量，其中螯合铁(T5)处理对马铃薯块茎内源激素的影响最大，柠檬酸+硫酸铁混合(T3)次之，硫酸亚铁(T2)与柠檬酸+硫酸亚铁混合(T4)的影响程度相近，硫酸铁(T1)的影响相对最小。

2.2 铁肥形态对马铃薯块茎产量的影响

铁肥形态对马铃薯块茎产量的影响如图2所示。

图2 铁肥形态对马铃薯块茎产量的影响

由图2可知，叶面喷施不同形态铁肥均可提高陇薯7号块茎产量。T1～T5处理马铃薯块茎产量分别较CK提高了5.41%，12.35%，21.12%，12.12%和27.39%。与CK相比，T5处理产量最高，为76 160.10 kg/hm2，显著高于其他处理；T3处理次之，为72 416.50 kg/hm2。这说明叶面喷施柠檬酸+硫酸铁混合(T3)和螯合铁(T5)时，对马铃薯产量的影响最明显，硫酸亚铁(T2)与柠檬酸+硫酸亚铁混合(T4)次之，硫酸铁(T1)处理的影响相对最小。

2.3 铁肥形态对马铃薯品质的影响

由图3可知，与CK相比，不同铁肥处理马铃薯块茎中淀粉含量增加了14.60%～32.95%，其中T5处理最高，为19.00%；T3处理次之，为18.95%；且T2、T3、T4、T5处理间差异不显著。T1～T5处理马铃薯块茎中还原糖含量较CK增加了16.21%～56.75%，其中T5处理还原糖含量最高，且显著高于其他铁肥处理及CK。喷施铁肥后马铃薯块茎中VC含量较CK增加了3.42%～6.33%，但各铁肥处理间差异不显著。各铁肥处理马铃薯块茎中蛋白质含量较CK增加了19.18%～40.41%，其中T5处理最高，达3.44%；T3处理次之，为3.33%。

图3 铁肥形态对马铃薯块茎品质的影响

综上可知，不同形态铁肥处理均可提高马铃薯块茎淀粉、还原糖、VC和蛋白质含量，其中螯合铁(T5)对马铃薯块茎品质的影响最大，柠檬酸+硫酸铁混合(T3)次之。

2.4 不同形态铁肥对马铃薯指标的综合效果评价

对本试验中马铃薯块茎内源激素、产量、品质共9项指标数据进行主成分分析，最终提取出特征值大于0.1的3个主成分F1、F2、F3，其特征值和方差贡献率见表2。

表2 不同形态铁肥处理马铃薯块茎内源激素、产量及品质指标主成分的特征值和方差贡献率

由表2可以看出，3个主成分F1、F2、F3所产生的特征值分别为8.43，0.33，0.16，方差贡献率分别为93.64%，3.67%和1.73%，累积方差贡献率达到了99.04%，说明3个主成分总体上可以反映这9个指标的所有信息。

对各处理马铃薯的内源激素含量、产量和品质指标进行主成分分析，得出各处理综合评价方程为F=0.94×FAC1+0.04×FAC2+0.02×FAC3，其中FAC1、FAC2、FAC3分别为每个处理主成分1(F1)、主成分2(F2)和主成分3(F3)的得分。由表3可知，各铁肥处理的综合得分均高于CK，综合排名由高到低依次是T5>T3>T2>T4>T1>CK，可见，T5处理肥效最佳，T3次之。

表3 不同形态铁肥处理马铃薯块茎内源激素、产量及品质指标主成分综合评价结果

2.5 马铃薯块茎内源激素、产量及品质的相关性和聚类结果

马铃薯块茎内源激素、产量及块茎品质的相关性如图4所示。马铃薯块茎内源激素、产量及块茎品质的聚类结果如图5所示。

利用Origin软件对数据进行无量纲化。红色越深，越接近1，说明正相关性越大；蓝色越深，越接近-1，说明负相关性越大，图5同

图5 马铃薯块茎内源激素、产量及块茎品质的聚类结果

从图4可以看出，马铃薯块茎产量与蛋白质、还原糖、维生素C、ABA、ZT含量均呈极显著正相关，与淀粉含量呈显著正相关，与IAA和GA3含量呈极显著负相关，其中产量与ABA和ZT含量正相关性最大(r=0.98)，与GA3负相关性最大(r=-0.99)。

由图5可以看出，根据不同指标间的差异，可将所有处理分为2类，分别是CK、T1、T2和T4处理为一类，T3和T5处理为一类，可知T3和T5处理的相似性较大，且与其他几个处理的差异较大。

3 讨 论

铁(Fe)作为植物必需微量元素之一，在植物的生长发育过程中担任着重要角色。缺铁会影响作物正常的生理功能，从而影响其经济价值和营养价值[23-25]。本试验采用叶面喷施法来补充马铃薯生长所需的铁素，不仅有效规避了土壤高pH的影响，也避免了土壤中铁素的流失，进而提高植株对铁素的吸收利用效率。本研究结果表明，喷施不同形态铁肥均能有效调控马铃薯块茎内源激素水平，提高马铃薯产量，改善块茎品质。

铁素参与植物内源激素合成，而内源激素不同程度调控植物的生长发育[9-10]。本研究中，叶面喷施铁肥提高了马铃薯块茎内源激素ABA和ZT含量，降低IAA和GA3含量，有利于抑制营养生长，促进储藏物质积累，从而为块茎产量和品质的提高奠定了基础。研究认为，内源激素含量对马铃薯块茎的形成有明显的调控作用，在马铃薯块茎膨大过程中，ABA对块茎形成起正向调控作用，其对营养生长具有抑制作用，ABA含量升高使根茎迅速衰老的同时，也会促进块茎内光合产物积累，即促进块茎膨大和多糖的积累；ZT含量在马铃薯的生长发育过程中变化较小，在块茎膨大初期对薯块形成具有促进作用，在薯块成熟时细胞分裂不活跃，其含量趋于平稳[26-27]。GA3和IAA含量与块茎形成表现为负相关关系，GA3含量过高抑制马铃薯块茎形成，阻遏甘薯中贮藏蛋白的合成[28]；IAA含量在块茎膨大初期开始下降，并且在块茎中含量较低[28-30]。这与本研究结论一致。

研究表明，叶面施铁可提高葡萄[12]和草莓[9]产量，且施用螯合铁处理效果最佳，这与本研究中铁肥可提高马铃薯块茎产量且螯合铁效果突出的结论一致。淀粉含量、蛋白质含量、维生素C含量和还原糖含量是评价马铃薯块茎品质的重要指标。本研究中，不同形态铁肥处理下马铃薯淀粉、还原糖含量均有所增加，这可能与铁参与植物光合作用和激素调控，从而促进块茎形成及多糖和储藏物质的积累有关[31-32]。本试验结果显示，喷施铁肥对维生素C含量的提高幅度并不大，而冯密等[4]、张丽等[12]研究认为叶面施用铁肥会显著提高作物VC含量，与本试验结果略有差异。铁参与合成固氮酶，所以施铁肥会促进氮素代谢，从而加快氮素转化为蛋白质[33-34]。本研究中，喷施不同种类的铁肥均可不同程度地提高马铃薯块茎蛋白质含量。综上所述，叶面喷施铁肥可有效提高马铃薯营养品质，可作为新型铁肥补充方式提高马铃薯品质。

硫酸亚铁中Fe2+在空气中易被氧化为Fe3+而缩短肥效，且可溶性无机铁肥对碱性钙质土壤有效铁含量的提高作用不大；有机铁肥很容易吸附在土壤颗粒上，从而降低铁肥效用[35-38]。螯合铁性质稳定，在本试验环境下，喷施螯合铁处理(T5)的铁肥效果最佳，但施肥成本的高投入降低了其相对产投比。因此在实际生产过程中，若以经济效益为目的，建议喷施柠檬酸+硫酸铁(T3)混合而成的络合物，其喷施效果与螯合铁相近，既可达到优质增产的效果，又可降低经济成本。

4 结 论

叶面喷施不同形态铁肥提高了陇薯7号马铃薯块茎ABA和ZT的含量、降低了IAA和GA3含量，增加了块茎产量，提高了鲜薯品质，其中螯合铁(T5)处理肥效最佳，柠檬酸+硫酸铁混合液(T3)肥效次之。

志谢：甘肃省农业科学院蔬菜所胡志峰副研究员提供了试验田支持，甘肃农业大学园艺学院蔬菜栽培及逆境生物学实验室提供试了试验材料和仪器设备，在此表示衷心感谢。