酶解法和碱解法海藻提取物对梨树苗生长和养分吸收的影响

2022-05-10于会丽徐国益乔宪生

中国土壤与肥料 2022年3期

于会丽，徐国益，邵微，2，乔宪生，司鹏*

（1.中国农业科学院郑州果树研究所，河南郑州 450009；2.河南农业大学林学院，河南郑州 450002）

海藻提取物是以海藻为原料经过特殊处理提取的生物刺激物，不仅含有海藻多糖、糖醇类、氨基酸类、甜菜碱、天然激素和次生代谢产物等有利于植物生长的物质，还含有微量的氮、磷、钾、铁、硼等矿质元素[1]。单独使用或与化肥配施，不仅能改善土壤结构，提高种子发芽率[2]，促进作物生长和养分吸收，还可以促进果实发育，提高作物产量和品质[3-4]，增强作物抗逆能力[5]，常作为肥料的主剂或助剂在农业领域广泛应用。

海藻提取物的提取方法主要包括物理、化学、生物和复合提取法。其中，物理提取法的活性物质损失少，但内含物提取率低，成本较高；化学提取法的成本低，反应彻底，但活性成分少；生物提取法的活性损失少，但对反应条件要求高；复合提取法的提取效率较高，但工序复杂，技术不成熟[6-7]。海藻提取物提取工艺不同，使海藻提取物活性物质成分与含量均存在差异，对作物作用效果不同。耿银银[8]研究表明，不同工艺提取的海藻酸含量大小顺序为复合降解工艺＞酶解工艺＞碱解工艺＞菌解工艺＞酸解工艺，其成分海藻酸在促进菜心抗旱方面应用效果优于成分甘露醇、褐藻多酚和甜菜碱物质。目前，对海藻提取物的研究主要集中在其与植物、土壤的相互作用方面，即施用海藻提取物或海藻肥能够改善土壤结构，提高土壤酶活，促进根系生长，提高作物产量和品质[9-12]，但比较酶解法和碱解法两种工艺提取的海藻提取物对作物的应用效果研究较少。

因此，本文采用盆栽试验，选用梨树苗为试材，以清水为对照，研究酶解法和碱解法两种工艺提取的海藻提取物对梨树苗生物量、光合特性、叶片生理指标和氮、磷、钾养分吸收的影响，旨在明确两种工艺提取的海藻提取物对梨树苗生长的作用效果，为果树专用海藻功能性水溶肥的开发提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地点位于中国农业科学院郑州果树研究所试验田，区域气候为温带大陆性季风气候。

供试土壤为壤土，有机质为1.09%，全氮为4.53 g/kg，有效磷为70.26 mg/kg，速效钾为130.7 mg/kg，pH为7.23。

供试作物为1年生‘皇冠’梨，砧木为‘桃梨’。

供试材料为酶解法海藻提取物（咔唑硫酸比色法测定[13]的海藻酸类物质含量为1.9%）和碱解法海藻提取物（咔唑硫酸比色法测定[13]的海藻酸类物质含量为11%）。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，盆为圆筒形，内径31 cm，高38 cm。每盆装20 kg风干土。试验共设置8个处理，分别以浇施清水为对照（CK）处理；以酶解法海藻提取物和碱解法海藻提取物为处理，设3个浓度水平（用量以折算其海藻物质含量为基准，分别为5、25和50 mg/L），即T低、T中和T高。每个处理重复3次，随机区组排列。按照试验设计，从2017年6月2日开始，每次浇2 L/盆，每隔20 d浇1次，共浇4次，其他按照日常管理。

1.3 样品采集及测定

于2017年9月8日，将新鲜植株样品带回实验室，进行梨树苗生物量测定，并选取植株枝条倒2～3叶片，测定分析其可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量等指标。株高用直尺测量从露出土壤根部至顶端的距离，叶面积采用便携式叶面积仪CI-203CA测定，根系体积采用排水法测量。可溶性糖采用蒽酮比色法测定[14]，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[14]，脯氨酸采用茚三酮显色法测定[15]，丙二醛（MAD）采用硫代巴比妥酸比色法测定[15]。叶片光合参数值采用便携式光合作用仪Ci-340测定。叶片中氮、磷、钾含量采用H2SO4-H2O2消煮[16]，全自动间断化学分析仪（Clever Chem 380，德国）测定氮、钒钼黄比色法测定磷、火焰光度法测定钾[16]。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2003和SAS 9.2进行数据分析，采用SPSS 16.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 海藻提取物对梨树苗长势的影响

由表1看出，海藻提取物能促进梨树苗生长，海藻提取物处理平均较CK提高了梨树苗株高、叶面积、百叶鲜重、侧枝长和根体积。其中，酶解法海藻提取物处理梨树苗叶面积均高于CK，在T高处理梨树苗叶面积较CK显著提高27.76%，其他处理与CK和T高处理均无显著差异。碱解法海藻提取物处理的梨树苗株高和百叶鲜重平均增幅最大，较CK分别提高39.14%和23.10%；碱解法海藻提取物处理梨树苗叶面积均显著高于CK，但碱解法海藻提取物处理间差异不显著。此外，酶解法海藻提取物处理在T低处理下侧枝长和根体积最大，但处理间差异不显著。说明海藻提取物均增加梨树苗生物量，其浓度梯度对梨树苗长势影响不显著。

表1 海藻提取物对梨树苗长势的影响

2.2 海藻提取物对梨树苗叶片光合特性的影响

由表2可知，酶解法海藻提取物和碱解法海藻提取物处理的梨树苗叶片净光合速率平均较CK分别提高36.00%和40.09%，其中，酶解法海藻提取物处理净光合速率均显著高于CK，增加顺序依次为T低＞T高＞T中，且其处理间差异不显著，碱解法海藻提取物T高处理叶片净光合速率最高，较CK显著增加62.30%，且与其他处理呈显著差异。同时，海藻提取物处理均能提高梨树苗叶片蒸腾速率，其中，酶解法海藻提取物T中处理叶片蒸腾速率较CK显著增加99.22%，其他处理与CK无显著差异。与CK相比，海藻提取物均显著减少了叶片胞间CO2浓度，其中，酶解法海藻提取物处理间无显著差异，碱解法海藻提取物T高处理叶片胞间CO2浓度降幅最大，较CK显著降低6.24%。海藻提取物处理均降低叶片水分利用效率，各处理间差异未达到显著水平。

表2 海藻提取物对梨树苗叶片光合特性的影响

2.3 海藻提取物对梨树苗叶片抗逆指标的影响

由图1可知，海藻提取物对梨树苗叶片可溶性糖含量有一定的影响，但差异不显著。同时，海藻提取物均能增加梨树苗叶片丙二醛含量，其中，酶解法海藻提取物T低处理的叶片丙二醛含量较CK和其T高处理分别显著增加30.92%和28.87%，碱解法海藻提取物处理与CK无显著差异。与CK相比，海藻提取物均显著降低叶片可溶性蛋白和脯氨酸含量，海藻提取物不同浓度处理间差异不显著。由此说明，无论酶解法还是碱解法海藻提取物均对叶片可溶性糖和丙二醛含量具有一定的促进作用，而对叶片可溶性蛋白和脯氨酸含量具有抑制作用。

图1 海藻提取物对梨树苗叶片抗逆指标的影响

2.4 海藻提取物对梨树苗叶片养分吸收的影响

海藻提取物对梨树苗叶片氮、磷、钾吸收有一定的影响（图2）。与CK相比，海藻提取物处理降低了叶片氮含量，平均降低程度顺序为酶解法海藻提取物＞碱解法海藻提取物，其中，酶解法和碱解法海藻提取物的T中和T高处理叶片氮含量均显著低于CK，其T低处理叶片氮含量与CK无显著差异。海藻提取物处理平均提高了叶片磷和钾含量，其中，酶解法海藻提取物T低处理叶片磷含量最高，较CK显著提高18.86%，碱解法海藻提取物处理叶片磷含量均高于CK，但处理间差异不显著。同时，酶解法海藻提取物T中处理叶片钾含量最高，较CK显著增加7.00%，碱解法海藻提取物处理叶片钾含量均高于CK，T高处理叶片钾含量较CK显著增加5.93%，其他处理与CK无显著差异。可见，适量的海藻提取物能够促进叶片对磷和钾的吸收，高浓度反而降低叶片氮含量。

图2 海藻提取物对梨树苗叶片养分含量的影响

2.5 不同处理对梨树苗生物量、生理特性及养分吸收3因素综合影响主成分分析

根据主成分分析的方差分解结果（表3），第1主成分其特征值的变量解释度为39.42%，是最主要的解释变量，前2个成分的特征值为64.62%。各处理在5个成分中进行综合评价，酶解法海藻提取物T低处理得分最高，为1.21，其次为碱解法海藻提取物T低处理，CK处理得分最低，表明酶解法海藻提取物和碱解法海藻提取物均在低浓度（5 mg/L）下梨树苗长势、生理特性和养分吸收综合效果优于其他浓度，酶解法海藻提取物T低处理综合效果最优。

表3 不同处理对梨树苗生物量、生理特性及养分吸收3因素综合影响评价

3 讨论

本研究表明，海藻提取物均能提高梨树苗株高、叶面积和百叶鲜重，增加梨树苗叶片净光合速率，这与Kumari等[17]和冯敬涛等[18]研究结果一致，即施用海藻提取物能够增加番茄根长、株高和分枝数，提高叶绿素合成，增强苹果苗光合速率。同时，海藻提取物还能改善植物体生理指标，缓解非生物胁迫[19]。赵建锋等[20]研究表明，喷施400倍海藻肥显著提高了草莓叶片可溶性糖含量，促进其生长。何锐等[21]在不同营养液中添加海藻肥时发现，添加海藻肥后生菜可溶性糖含量较对照显著增加18.52%，可溶性蛋白含量较对照显著减少10.31%。本研究与其研究相似，酶解法和碱解法海藻提取物均在低浓度条件下提高了叶片可溶性糖和丙二醛含量，且海藻提取物均显著降低叶片可溶性蛋白含量，这可能与海藻提取物中褐藻寡糖抑制根系氮吸收有关[22]，进而影响蛋白质合成。同时发现，海藻提取物均显著降低叶片脯氨酸含量，这与冯敬涛等[18]研究不一致，即在干旱胁迫条件下喷施400倍海藻提取物苹果叶片脯氨酸含量较对照显著增加21.08%，这可能与海藻提取物中的成分有关，即在干旱胁迫下喷施海藻酸钠寡糖显著降低小麦叶片脯氨酸含量[23]，喷施水杨酸、脱落酸分别促进黄瓜和甘薯叶片脯氨酸积累[24-25]。

本研究还发现，海藻提取物在中、高浓度下均显著降低了叶片氮养分含量，分别在低浓度和中、高浓度下提高了叶片磷和钾含量，这与在葡萄上的研究结果相似，即海藻提取物与氮、磷、钾配施处理均可降低叶片氮含量，高浓度海藻提取物与氮、磷、钾水溶肥配施提高叶片磷、钾含量[26]。一方面可能是海藻提取物增加土壤磷、钾养分有效性和改善土壤物理条件[27]，进而促进梨树苗对磷、钾养分的吸收；另一方面可能是海藻提取物褐藻寡糖能促进根系对钾离子的吸收，增加植株钾含量，同时抑制根系对铵态氮的吸收，降低氮养分利用[22]。有研究表明，在中浓度条件下酶解法海藻提取物处理提高叶片磷、钾含量的幅度高于碱解法海藻提取物处理，可能是由于碱解法化学试剂对海藻细胞内活性物质成分的破坏性大，酶解法有目标地将海藻细胞中有效活性物质释放出来，更利于作物吸收利用其成分，促进磷、钾养分吸收[28]。本研究为盆栽试验结果，大田生产上的最佳施用量还需要进一步进行田间试验验证和探索。