叶喷黄腐酸钾对甜菜幼苗生理指标和光合特性的影响

张茜，宋昕，高中超，王中业，黄文功，王艳，宋柏权

（1.黑龙江大学现代农业与生态环境学院/国家糖料改良中心，哈尔滨 150080；2.黑龙江省黑土保护利用研究院，哈尔滨 150086；3.黑龙江省农垦科学院农作物开发研究所，黑龙江双鸭山 155811；4.黑龙江省农业科学院农产品质量安全研究所，哈尔滨 150086）

0 引言

甜菜是我国的主要糖料作物之一[1]，是中国西北、华北和东北地区主要的经济作物。甜菜种植面积大，抗逆性强，可作为发展燃料乙醇产业的重要原料，既能保证能源安全和改善生态，又能为农民和企业增加收入创造新的途径[2]。黄腐酸（Fulvic acid，简称FA）是一种分子量很小的可溶性有机物，作为一种自然的高分子有机酸[3]，其主体是一种含有羧基、羟基和醌基的活性基团物质，在农业上应用广泛[4-6]。

黄腐酸钾（Fulvic acid potassium，FA-K）是一种可以为作物提供必需的钾，可以调节植株生长，具有保肥和抗旱等功能的黄腐酸类肥料，由于其活性成分含量高、无毒副作用、可增加产量和品质被农业广泛应用[7-8]。矿源黄腐酸具有可使叶片气孔缩小，增加叶绿素含量，促进光合作用，改善酶活性，提高作物的抗逆性，提高产量和品质等特点[9]。相关研究表明，黄腐酸应用于小麦[10]、玉米[11]、水稻[12-13]等多种作物，能提高种子发芽率、作物抗旱能力和产量[14-15]。目前黄腐酸在粮食的应用已经得到较为广泛的验证，但黄腐酸钾类新型肥料对甜菜生长的影响尚未明确。因此，本试验研究不同黄腐酸钾喷施用量对甜菜生长及光合性能的影响，以期为黄腐酸钾肥料在甜菜生产上的推广与应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试甜菜品种‘KWS1176’。试验于2021 年3 月22 日－6 月20 日在国家糖料改良中心（哈尔滨）人工气候室进行。每5 d 更换一次营养液，至第3 对叶完全展开时进行叶喷处理，设置5 个浓度处理：F0.25、F0.5、F1、F2 分别为250、500、1 000、2 000 mg/L FA-K，CK（以蒸馏水为对照），每个处理重复3 次。6 月13 日上午进行喷施，每株喷施量为15 mL，均匀喷施到试验甜菜幼苗，使其叶面全部湿润无液滴滴下为宜。喷施7 d后测定光合指标和生长参数，各处理的叶片保存于-80 ℃超低温冰箱中用于酶活性的测定。培养室光照强度8 000 lx，光照时长12 h，温度25 ℃。黄腐酸钾肥料为购自哈尔滨维尔沃农业科技有限公司的矿源黄腐酸钾（有机质≥60%；矿源黄腐酸≥50%；腐殖酸≥3%；N≥5%；P2O5≥3%；K2O≥12%）。

1.2 测定指标

1.2.1 生长参数和生物量的测定

株高、叶长和叶宽用最小刻度为1 mm 直尺测定；植株在60 ℃下烘干至恒重后，称干物重；特殊叶面积=叶片长度×叶片宽度×0.802[16]。

1.2.2 SPAD值和光合色素含量的测定

从叶面喷施处理开始，测定动态SPAD 值。使用SPAD-502 仪选取距离生长点第3 片完全展开叶，进行SPAD 值测定，每片叶片选取上、中、下3 个部位分别读数，并取平均值[17]。选取测定形态参数的叶片避开叶脉位置取样称取0.200 g 鲜重叶片，用10 mL 95%的乙醇避光浸提，取上清液用紫外分光光度计（UV-800A）测定光合色素含量[17]。

1.2.3 酶活性和光合特性的测定

采用李合生的方法[18]测定氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化物酶（POD）活性；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定[19]；光合气体交换指标净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）采用CI-340便携式光合仪（CID，美国）测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2003 和SPSS 22.0 软件进行数据处理和统计分析，进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和最小显著性差异法（Duncan）检验（p<0.05)，采用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 黄腐酸钾对甜菜幼苗生长及生物量的影响

喷施黄腐酸钾对甜菜幼苗株高、叶长、特殊叶面积、叶片干重、根干重、根体积和总生物量有明显提高，随浓度增加呈现先升高后降低的趋势（图1）。与CK 处理相比，F0.25、F0.5、F1 和F2 株高分别提高13.90%、14.45%、14.65%和11.38%（图1A）；叶长分别提高了1.27%、2.36%、4.90%和2.87%（图1B）；叶宽分别提高了1.03%、6.19%、8.00%和6.71%（图1C）；特殊叶面积分别提高了4.97%、9.45%、15.05%和8.10%（图1D）；叶片干重分别提高了16.67%、29.86%、40.28%和20.14%（图1E）；叶柄干重分别提高了1.52%、4.55%、4.55%和3.03%（图1F）；根干重分别提高了4.55%、11.36%、25.00%和6.82%（图1G）；总生物量分别提高了7.66%、8.03%、16.79%和4.01%（图1H）；根体积分别提高了1.12%、13.75%、25.03%和4.34%（图1I）。由此可得出，喷施FA-K可有效增加甜菜幼苗株高、叶长、特殊叶面积和根体积等生长参数，从而促进甜菜生物量积累。

图1 黄腐酸钾对甜菜幼苗生长及生物量的影响Fig.1 Effects of fulvic acid potassium on growth and biomass of sugar beet seedlings

2.2 黄腐酸钾对甜菜幼苗叶片SPAD值和光合色素含量的影响

随着FA-K 处理浓度的增加，SPAD呈现先增加后下降的趋势（图2A）。F0.25、F0.5、F1和F2处理相比CK组的光合色素含量呈现先增长后降低的趋势，其中叶绿素a含量分别提高了9.15%、10.26%、14.33%和9.61%（图2B）；叶绿素b 含量提高了18.62%、20.63%、28.65%和1.72%（图2C）；总叶绿素含量分别提高了11.38%、12.71%、17.74%和6.84%（图2D）；类胡萝卜素含量分别提高了8.77%、25.88%、30.70%和11.84%（图2E）；叶绿素a/b 处理分别提高了0.38%、1.12%、1.98%和1.84%（图2F）。由此可知，施加FA-K 可以有效提高SPAD值，促进甜菜幼苗叶片光合色素的形成。

图2 黄腐酸钾对甜菜幼苗SPAD和光合色素含量的影响Fig.2 Effects of fulvic acid potassium on SPAD and photosynthetic pigment content of sugar beet seedlings

2.3 黄腐酸钾对甜菜光合参数的影响

喷施FA-K 可以有效促进甜菜幼苗叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci），且降低其自身的水分利用效率（WUE）（图3）。F0.25、F0.5、F1 和F2 比CK 处理净光合速率分别增加了29.44%、32.90%、34.39%和29.63%（图3A）；气孔导度分别增加了62.12%、81.25%、96.12%和36.89%（图3B）；蒸腾速率分别增加了68.29%、84.55%、100.81%和54.47%（图3C）；胞间CO2浓度分别增加了21.53%、65.93%、69.20%和28.13%（图3D）；瞬时水分利用率分别降低了23.09%、27.99%、33.08%和16.08%（图3E）。随着FA-K喷施浓度的增加，甜菜幼苗Pn、Gs、Tr和Ci均呈现先增长后降低的趋势。

图3 黄腐酸钾对甜菜叶片光合参数的影响Fig.3 Effects of fulvic acid potassium on photosynthetic parameters of sugar beet seedlings

2.4 黄腐酸钾对甜菜抗氧化酶活性的影响

随着FA-K 处理浓度的增加，F0.25、F0.5、F1 和F2 处理相比CK 组的SOD、POD 和CAT 的活性呈现先增长后降低的趋势，均在F1处理时达到最高酶活性。F0.25、F0.5、F1 和F2处理与CK 相比，SOD 活性分别提高了10.02%、14.72%、25.49%和23.67%（图4A）；POD 活性分别提高了6.25%、37.25%、81.25%和70.83%（图4B）；CAT 活性分别提高了0.62%、1.46%、4.47%和0.06%（图4C）。由此可知，喷施FA-K 可以有效提高甜菜幼苗叶片的SOD、POD 和CAT活性。

图4 黄腐酸钾对甜菜抗氧化酶活性的影响Fig.4 Effects of fulvic acid potassium on antioxidant enzyme activities of sugar beet seedlings

3 讨论

随着我国经济的发展，肥料施用从单纯的为了提高产量到产量提高与环境保护并重，而且进入绿色可持续发展时代，农业生产迫切需要养分效率高、环境友好型的肥料[20]。腐植酸肥料能显著提高土壤养分，降低土壤pH 值，促进甜菜生长发育，增加干物质积累，提高产量和含糖率[21]。黄腐酸肥料能够改良土壤，提高叶片光合作用，刺激作物生长发育，在农业生产中的应用效率高，实用性强，能有效地消除和减少各种污染的压力，对生态环境的保护起到重要的作用，该肥料的施肥技术是一项具有可持续发展的新型的生态施肥技术[22]。

黄腐酸钾（FA-K）是一种黄腐酸肥料，它既能起到对植物生长的调节作用，又能为植物生长提供钾元素，因此，黄腐酸钾是一种具有调控作物生长和供应钾功能的黄腐酸有机肥。矿源黄腐酸应用于西瓜[23]等果蔬，能促进种子发芽，幼苗生长健壮，根系发达。黄腐酸对种子的发芽和植株的生长有直接的促进作用[24]。本试验结果表明，喷施FA-K 能有效改善甜菜幼苗的株高、叶长、叶宽和特殊叶面积等生长参数，促进甜菜叶片和根系的生物量积累，与上述研究结果基本一致。

光合作用是植物进行生命活动的生理代谢基础，叶片作为植物光合作用的主要器官，叶绿素含量高低可以反映植物叶片生理活性、营养状况及衰老程度。光合作用是植物产生有机物和能量的重要途径，90%以上的干重都来源于光合作用，所以光合作用对农作物的生产起着至关重要的作用[25-27]。相关研究表明，适当浓度的黄腐酸可以增加叶片叶绿素含量[28]，减少作物的叶面水分蒸发，提高植株的吸收能力[29]，增加干旱条件下叶片中的叶绿素[30]。气孔是植物与外界水分、气体交换的主要通道，其开口的大小与植株的蒸腾和光合作用的强弱密切相关[31-32]。从光合作用与物质生产的角度看，光合速率对甜菜产量和品质的形成起着积极的作用。叶绿素是光合色素和功能物质，在光合作用中起着重要的吸收和转换作用[33]。本试验结果表明，喷施FA-K 能提高蒸腾速率，通过蒸腾作用降低叶片温度促进植物的运输，有助于增加气孔导度，进而增加植物通道的水分和气体的进出，通过提高光合作用可有效地促进甜菜幼苗叶片叶绿素的合成。

黄腐酸具有促进某些关键酶活力的功能，是一种应用较广的植物生长调节物质[34]。研究表明，黄腐酸钾对小麦的抗氧化酶有明显的促进作用，如SOD、POD、CAT等，可以降低膜脂的过氧化损伤，从而增强玉米的耐旱性[35]。黄腐酸钾对植株在低温胁迫下的抗氧化酶活力有明显的促进作用，并能促进植株在低温条件下的净光合能力，从而促进植株的抗逆性[36]。在高温条件下，适当添加黄腐酸钾能促进沙培甜辣椒苗中SOD、CAT、POD 的抗氧化作用[37]。消除游离基，减少细胞膜损伤，减少电导率和MDA，保持细胞的正常新陈代谢和增长[38]。本研究结果表明，喷施FA-K提高了甜菜幼苗叶片的酶活性。

4 结论

本研究结果表明，喷施黄腐酸钾可以有效增加甜菜幼苗的株高、叶长、叶宽和叶面积等生长参数，提高叶片的SOD、POD 和CAT 的活性，提升SPAD 值和光合色素含量，促进幼苗叶片的光合效率，从而促进甜菜幼苗生长和干物质量的积累。但随着黄腐酸钾浓度的增加至2 000 mg/L 时，甜菜的各项指标生长指标有所下降，当施用浓度为1 000 mg/L 时表现最佳，说明喷施的浓度过高会出现对甜菜生长抑制的趋势，因此在施用黄腐酸钾肥料时需要选择适宜的浓度。