有机碳肥对叶用莴苣生长品质及碳氮代谢酶活性的影响

李俊鹏 陈日远 刘厚诚 宋世威 苏 蔚 孙光闻

（华南农业大学园艺学院，广东广州 510642）

有机碳肥主要是指在水中能够快速溶解、植物容易吸收的有机碳化合物肥料，如糖、醇、酸等，根据结构复杂程度分为简单有机碳肥（如氨基酸、单糖等）和复杂有机碳肥（如腐殖酸、多糖等）（廖宗文 等，2017）。项国栋和邹德乙（2017）研究表明，叶面喷施600 倍液液态腐殖酸肥料（可溶性腐殖酸≥3%，养分含量N+P2O5+K2O≥15%）的甘蓝产量显著高于清水对照，增产13.48%。林翠兰等（2006）研究表明，叶面喷施800 倍液天露腐殖酸有机碳肥（腐殖酸含量≥40 g·L-1，NPK 含量≥200 g·L-1），菜薹（菜心）增产10.0%～16.2%，苦瓜增产14.2%～18.7%。

在植物生长过程中，碳营养主要通过自然界中的CO2获得，但这种天然补碳方式难以满足植物对碳的大量需求，导致植物产生缺碳现象。同时碳是光合作用中必需的底物，植物体中缺乏碳元素，会限制植物正常的生长发育。虽然目前研究发现有机碳肥对植物生长发育具有一定影响，但有机碳肥如何影响植物内在生理活动和代谢水平仍需进一步探讨。

叶用莴苣（Lactuca sativaL.）又名生菜，为菊科莴苣属一、二年生草本植物，按照叶片的形态可以分为结球、皱叶和散叶类型。其含有多种营养物质，市场需求量大，生长周期较短，是人们餐桌上常见的蔬菜种类之一。本试验采用水培方式，以全年耐抽薹生菜为试材，研究叶面喷施不同浓度液态有机碳肥对叶用莴苣生长、品质以及碳、氮代谢相关酶活性的影响，从而确定有机碳肥在水培叶用莴苣上的最佳使用浓度，以期为有机碳肥在蔬菜生产中应用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020 年10—12 月在华南农业大学园艺学院设施园艺温室内进行。供试叶用莴苣品种为全年耐抽薹生菜，高华种子有限公司生产，以水培方式进行栽培。供试肥料为超级活力碳液态有机碳肥，加拿大黑土有限责任公司生产，主要成分为腐殖酸，含量为12%。

设置5 个有机碳肥浓度处理：CK，清水；T1，有机碳肥稀释1 600 倍；T2，有机碳肥稀释1 200 倍；T3，有机碳肥稀释800 倍；T4，有机碳肥稀释400 倍。每处理4 次重复，每重复10 株。

10 月27 日播种育苗，育苗基质为泥炭∶椰糠＝1∶1（体积比）；幼苗三叶一心时，定植于15 L 水培箱中，营养液为1/2 霍格兰配方营养液。定植7 d 后，进行不同浓度有机碳肥处理，均匀、定量喷施于叶片的正面和背面，对照喷施等量清水；每隔7 d 喷施1 次，共喷施3 次，第1 次每株喷施5 mL，第2、3 次每株喷施10 mL。之后常规栽培管理，12 月15 日采收，每处理随机选取6 株，测定生长指标、总叶绿素含量、氮积累量；剩余植株液氮速冻研磨，-80 ℃冰箱保存，后续测定品质指标和碳、氮代谢相关酶活性。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 生长指标 使用直尺测量株高、最大叶长、最大叶宽；植株根部用自来水清洗干净，并用吸水纸吸干，从茎基部分开，使用电子天平分别称量地上部、根鲜质量，然后分别置于烘箱105 ℃杀青15 min，75 ℃烘干至恒重，再使用万分之一电子天平分别称量地上部、根干质量。

1.2.2 总叶绿素含量 取新鲜叶片0.5 g，采用分光光度法测定总叶绿素含量（张宪政，1986）。

1.2.3 品质指标 取速冻研磨后的样品，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白质含量，采用钼蓝比色法测定VC含量，采用水杨酸法测定硝酸盐含量（李合生，2000）。

1.2.4 碳、氮代谢酶活性 取速冻研磨后的样品，参照张志良和瞿伟菁（2003）的方法测定蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）活性；参照李合生（2000）的方法测定硝酸还原酶（NR）活性；参照Magalhaes 和Huber（1991）的方法测定谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性；参照Singh 和Srivastava（1986）的方法测定谷氨酸合成酶（GOGAT）活性。

1.2.5 植株地上部氮积累量 取地上部烘干样品，研磨成粉，采用硫酸-双氧水消煮，凯氏定氮法（鲍士旦，2000）测定氮含量，计算氮积累量。

地上部氮积累量＝地上部氮含量×地上部干质量

1.3 数据处理

试验数据处理与分析均使用SPSS 22.0 软件，作图采用Excel 软件。

2 结果与分析

2.1 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣生长指标和总叶绿素含量的影响

由表1 可以看出，叶面喷施有机碳肥各浓度处理的叶用莴苣株高、最大叶长、最大叶宽、地上部及根鲜干质量均高于对照，其中1 200 倍液（T2）处理的效果最佳，各指标均显著高于对照。

表1 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣生长指标和总叶绿素含量的影响

随着有机碳肥施用浓度的增加，叶用莴苣叶片总叶绿素含量呈先增加后减少的变化趋势，1 200倍液（T2）处理下达到最大值（表1）。

2.2 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣品质的影响

由表2 可以看出，随着有机碳肥施用浓度的增加，叶用莴苣叶片可溶性蛋白质含量和VC 含量呈先增加后减少的变化趋势，均在1 200 倍液（T2）处理下达到最大值，且VC 含量显著高于对照。而800 倍液（T3）处理的可溶性糖含量最高，硝酸盐含量最低。

表2 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣品质的影响

2.3 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣碳、氮代谢相关酶活性的影响

由图1 可见，叶面喷施不同浓度有机碳肥的叶用莴苣叶片蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性均高于对照，除1 600 倍液（T1）处理外均与对照差异达显著水平，且在1 200 倍液（T2）处理下SPS 活性最高；蔗糖合成酶（SS）活性同样在1 200 倍液（T2）处理下最高，但各处理间差异不显著。

图1 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣碳代谢相关酶活性的影响

由图2 可见，与对照相比，1 200 倍液（T2）、800 倍液（T3）和400 倍液（T4）有机碳肥处理均显著提高了叶用莴苣叶片硝酸还原酶（NR）活性，1 600 倍液（T1）和1 200 倍液（T2）处理显著提高了谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性，1 200 倍液（T2）和800 倍液（T3）处理显著提高了谷氨酸脱氢酶（GDH）活性；NR、GS、GDH、GOGAT 活性均为1 200 倍液（T2）处理最高。

图2 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣氮代谢相关酶活性的影响

2.4 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣地上部氮积累量的影响

由图3 可见，叶面喷施有机碳肥各浓度处理的叶用莴苣地上部氮积累量均显著高于对照，其中1 200 倍液（T2）处理下达到最大值。

图3 不同浓度有机碳肥对叶用莴苣地上部氮积累量的影响

3 结论与讨论

碳元素是植物必需的基础元素之一，施用有机碳肥对植物生长发育具有一定的促进作用。例如，竹炭处理对甘蓝（卷心菜）叶绿素含量、光合作用和荧光特性均有促进影响，从而提高了其光能利用效率，对干物质的积累产生积极效果（张敏霞 等，2016）。本试验结果表明，叶面喷施液态有机碳肥促进了叶用莴苣生长和生物量积累，其中1 200 倍液处理的效果最佳，株高、最大叶长、最大叶宽、地上部及根鲜干质量均显著高于对照。叶用莴苣干质量的增加可能是由于有机碳肥通过扩大叶用莴苣的叶长和叶宽，使叶面积得到增加，光合色素含量也相应增多，因此光合作用产生更多光合产物促进生物量的提高从而影响其干质量，而且总叶绿素含量显著高于对照，碳代谢中SPS 活性显著增加，也表明有更多的光合产物生成，对干质量的增加具有积极影响；叶用莴苣鲜质量增加可能是由于有机碳肥使叶面积增加促进蒸腾作用，导致吸水量增多。

周超等（2013）研究表明，叶面喷施600 倍液腐殖酸叶面肥的西瓜产量显著高于对照，增产43.75%；并且显著改善西瓜品质，可溶性糖、可溶性蛋白质、VC 含量均显著增加。柳洪鹃等（2011）研究表明，施用腐殖酸可以显著提高收获期甘薯块根中可溶性糖含量。本试验中，与对照相比，1 200倍液液态有机碳肥处理能够增加水培叶用莴苣可溶性蛋白质和可溶性糖含量，显著增加VC 含量，同时降低硝酸盐含量。可溶性蛋白质含量的增加可能与氮代谢相关酶活性的显著增加有关。液态有机碳肥稀释1 200 倍时，NR、GS、GDH、GOGAT 等氮代谢相关酶活性与对照相比显著增加，从而促进了叶用莴苣氮代谢过程，形成更多氨基酸，蛋白质含量也因此增加，同样NR 活性提高有利于硝态氮的转化，从而使硝酸盐含量降低。可溶性糖含量的增加可能与碳代谢相关酶SPS 的活性增强有关。SPS 是催化蔗糖合成的相关酶，液态有机碳肥稀释1 200 倍处理可以显著增加SPS 活性，从而促进蔗糖的生成，而由于糖类的增加，通过半乳糖、糖醛酸等途径所形成VC 所需底物也相应增多，因此VC 含量亦增加（刘永立 等，2006）。吴婷婷等（2021）研究表明，叶面喷施有机碳肥能够显著提高铁皮石斛中蔗糖合成酶活性，进而提高可溶性多糖含量。潘庆民等（2002）、孙蕾（2021）的研究也表明，植物中蔗糖的含量与蔗糖磷酸合成酶活性呈显著正相关关系。

碳代谢是植物最基本的代谢过程之一，通过光合作用、呼吸作用和糖代谢从而对植物的生长发育产生影响。SPS、SS 是蔗糖代谢中2 种关键的酶。适宜浓度的有机碳肥处理可以增加甜菜叶片中SPS 活性，同时对甜菜生育期后期块根中的SS、SPS 活性均具有促进作用（刘娜 等，2015）。代重阳（2020）研究表明，壳聚糖处理能够提高菜用大豆叶片和根系中SPS 活性，从而显著提高叶片和根系中蔗糖及还原性糖含量。本试验中，当液态有机碳肥稀释倍数为1 200 倍时，水培叶用莴苣SPS 活性显著高于对照，且达到最大值，这与水培叶用莴苣在1 200 倍液液态有机碳肥处理时可溶性糖含量与对照相比增加表现一致，这表明适宜浓度的液态有机碳肥喷施水培叶用莴苣，可以相应提高SPS 活性，促进蔗糖合成，使可溶性糖含量增加，而糖类的增加，通过半乳糖、糖醛酸等途径可增加VC 的合成量，从而提高水培叶用莴苣品质。

张晓宇等（2021）研究表明，施用黄腐酸明显提高了辣椒GOGAT、GS 和GDH 活性，提高了氮素利用效率，进而促进氮代谢。庞强强等（2015）研究表明，外源添加黄腐酸可以提高普通白菜（小白菜）氮代谢相关酶（NR、GS、GOGAT、GDH）活性，降低叶片中铵态氮和硝态氮含量。杜丹凤（2021）研究表明，施用腐殖酸可提高玉米氮代谢相关酶活性，增加NR、拔节期GOGAT 和GS 活性。本试验中，叶面喷施1 200 倍液液态有机碳肥处理的水培叶用莴苣NR、GS、GDH、GOGAT 活性均达到最大值，显著高于对照进而增强植株氮代谢水平，提高氨基酸和蛋白质的合成效率，形成更多有机氮，有利于其品质的提升，减少硝酸盐含量，同时还可增加植株干、鲜质量。这与1 200 倍液处理叶用莴苣地上部和根干鲜质量显著高于对照的表现一致；该处理的地上部氮积累量也达到最大值，亦与对照差异显著。

本试验结果表明，当液态有机碳肥稀释倍数为1 200 倍时，水培叶用莴苣地上部氮积累量显著增加，这可能是由于有机碳肥的喷施，促进了叶用莴苣地上部干质量的增加，从而使氮积累量显著增加。

综上，叶面喷施有机碳肥可以通过促进叶用莴苣相关碳、氮代谢酶活性的提高，增强碳、氮代谢效率，增加氮积累量，提高总叶绿素含量，产生更多有机物质，减少硝酸盐含量，进而促进生物量的增加。其中，1 200 倍液处理的效果最佳，叶用莴苣株高、最大叶长、最大叶宽、地上部及根鲜干质量、总叶绿素含量均显著高于对照，品质亦得到改善，VC 含量显著高于对照。