磷锌配施对柑桔幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

高 玉,曾 明,2

(1 西南大学园艺园林学院,重庆,400715;2 南方山地园艺学教育部重点实验室,重庆,400715)

磷(P)是植物生长发育所必需的关键元素,在细胞膜构成、能量转移、光合作用、代谢、细胞内信号传导和基因复制与表达等方面有重大作用。锌(Zn)作为一种必需的微量营养元素,在植物光合作用、各种代谢和调节中发挥重要作用[1,2]。植物生长发育以及很多酶的活性都受植物组织中磷和锌的控制或影响[3]。在土壤中,游离的PO43-与Zn2+发生化学反应生成磷酸锌沉积物,很难被植物根系吸收,降低了磷和锌的生物有效性[4]。土壤磷含量高会影响锌从根向叶的转移,并导致大多数植物缺锌[5]。高水平锌会抑制磷从根向地上部的转移和分配到新叶,从而触发磷饥饿[6]。单独施用磷、锌会破坏土壤和植物中养分平衡,过量施用更会抑制植物生长发育[7]。可见,磷与锌之间的交互作用十分复杂,或许适宜浓度的磷锌配合施用会产生较好的效果。Amanullah等[8]研究证明,磷和锌联合施用提高了水稻产量,在P(80、120 kg/hm2)和Zn(10、15 kg/hm2)配合施用下,水稻品种的生产力和利润率较高。Mondal等[9]揭示了磷和锌相互作用的生理和分子机制,提出了水稻中磷和锌之间串扰的工作模型,并且在锌污染土壤中适当施用磷肥是减少水稻吸收过量锌的有效策略。Yu等[10]研究表明,施磷显著降低了玉米、大豆和油菜3种作物的地上部和根系锌浓度、锌吸收和锌吸收效率,而与锌含量无关,玉米和大豆的降低幅度大于油菜;施锌缓解了磷对3种作物锌吸收的抑制作用,并且发现菌根途径也可以在磷供应过高的情况下调节锌的吸收。刘怀伟等[11]研究发现,磷肥减量35%配施锌肥对平和县琯溪蜜柚具有显著增产和提升果实品质的效果。

总体上,重庆地区柑桔园磷肥投入水平较高[12],部分桔园磷肥投入量甚至达到450 kg/hm2[13];同时,一些桔园也存在磷肥施用不足的现象,需持续施肥才能保障柑桔产量不下降[14]。然而,重庆地区土壤有效锌缺乏的柑桔园比例达72.1%[15],常出现缺锌“小叶病”。目前,关于磷和锌配施对柑桔等园艺作物生理影响方面的报道极少。本试验通过分析不同浓度磷锌配施对柑桔生长以及抗氧化酶方面的影响,以期探明不同磷和锌的互作效应,并阐明生理机理,为生产实践中合理配施磷锌,提高肥料利用率提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料供试植物1年生沃柑/资阳香橙脱毒苗购于中国农业科学院柑桔研究所无病毒良种苗木繁育基地。供试锌肥(ZnSO4·7H2O,纯度99%)购于重庆市钛新化工有限公司,供试磷肥(H3PO4,浓度85%)购于重庆跃翔化工有限公司,均为分析纯试剂。供试基质(营养土)按V草炭∶V谷壳∶V砂土=1∶1∶1配制。其理化性质为:pH值6.86,有机质17.40 g/kg,全氮0.77 g/kg,全磷1.24 g/kg,全钾5.83 g/kg,碱解氮11.79 mg/kg,速效磷23.27 mg/kg,速效钾26.31 mg/kg,全锌68.36 mg/kg,有效锌1.01 mg/kg。栽培容器为塑料盆,高20 cm,上内径19.5 cm,下内径16 cm,每容器装营养土2 kg。

1.2 试验方法在西南大学园艺园林学院9号温室进行盆栽,自然温度和光照。挑选长势相对一致的植株进行定植,常规管理4个月之后进行不同浓度磷和锌配施试验,即每隔20 d浇灌1次不同浓度的ZnSO4溶液和H3PO4溶液(两者间隔1天),每盆施用量100 mL,共浇灌3次。磷肥和锌肥每个因素设置3个水平,磷肥为P0(0.0% H3PO4)、P2(0.2% H3PO4)、P4(0.4% H3PO4),锌肥为Z0(0.0% ZnSO4)、Zn2(0.2% ZnSO4)、Zn4(0.4% ZnSO4)。两因素三水平完全均衡组合,共设9个处理[P0Zn0(蒸馏水)、P0Zn2、P0Zn4、P2Zn0、P2Zn2、P2Zn4、P4Zn0、P4Zn2、P4Zn4],每处理5株(盆),重复3次,共计135株(盆),完全随机区组排列。

1.3 取样及指标测定在处理3次之后20 d(2022年7月16日),从每小区随机挑选3株,用卷尺测株高,游标卡尺测茎粗,去除病老叶以及纤维化根系,将剩余叶片及根系及时清洗擦干,液氮冷冻后置于-80 ℃冰箱待测。采用直接浸提法测定叶片叶绿素含量,考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量,采用TTC染色法测定植株根系活力,蒽酮比色法测可溶性糖含量,氮蓝四唑光还原法测超氧化物歧化酶活性,紫外吸收法测过氧化氢酶活性,愈创木酚法测过氧化物酶活性,硫代巴比妥酸法测丙二醛含量[16,17]。

1.4 数据分析采用SPSS 26软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 株高、茎粗和根系活力方差分析结果表明,磷×锌交互作用及锌对柑桔株高均无显著影响,磷对柑桔株高影响极显著;磷×锌交互作用、磷以及锌对柑桔茎粗均无显著影响;磷×锌交互作用对柑桔根系活力影响显著,磷对柑桔根系活力影响极显著,锌对柑桔根系活力无显著影响(见表1)。进一步的统计分析结果表明,柑桔株高表现为随着磷水平的增加而增高(见表2);柑桔根系活力大致随施磷水平的升高而降低,在低浓度磷(P2)时达到最高(见表3)。

表1 磷锌配施对盆栽资阳香橙砧沃柑植株生长影响的方差分析结果

表2 磷肥水平对盆栽资阳香橙砧沃柑株高的影响

表3 磷锌配施不同处理对盆栽资阳香橙砧沃柑根系活力的影响 μg/(g·h)

2.2 叶绿素含量方差分析结果表明,磷×锌交互作用对柑桔总叶绿素含量的效应显著,磷对柑桔叶绿素a、b及总叶绿素含量的效应极显著,锌对柑桔叶绿素含量的效应不显著(见表4)。进一步的统计分析结果表明,低浓度磷(P2)处理的柑桔叶绿素含量显著高于未施磷(P0)处理,且与高磷(P4)处理无显著差异(见表5);低磷低锌(P2Zn2)配施处理的总叶绿素含量最高,较不施肥(P0Zn0)处理高94.04%(见表6)。

表4 磷锌配施对盆栽资阳香橙砧沃柑叶片叶绿素含量影响的方差分析结果

表5 磷肥水平对盆栽资阳香橙砧沃柑植株叶绿素a和b含量的影响 mg/g

表6 磷锌配施不同处理对盆栽资阳香橙砧沃柑叶片总叶绿素含量的影响 mg/g

2.3 可溶性糖和可溶性蛋白含量方差分析结果表明,磷×锌交互作用(F=4.99,p<0.05)以及锌(F=5.02,p<0.05)均显著影响根系可溶性糖含量,磷(F=2.76,p>0.05)对根系可溶性糖含量无显著影响。进一步的统计分析结果表明,使根系可溶性糖含量增加最明显的是低磷低锌(P2Zn2)处理,其次是高磷高锌(P4Zn4)处理,分别较对照(P0Zn0)处理提高36.94%和38.86%。磷×锌交互作用(F=2.16,p>0.05)对柑桔叶片可溶性糖含量影响不显著,磷(F=3.57,p<0.05)和锌(F=15.47,p<0.01)对柑桔叶片可溶性糖影响分别为显著和极显著,并随着施磷水平的升高而升高,随着施锌水平的升高而降低;高磷低锌(P4Zn2)处理叶片可溶性糖含量最高,较对照(P0Zn0)提高27.65%(见表7和表8)。

表7 锌肥和磷肥水平对盆栽资阳香橙砧沃柑叶片可溶性糖含量的影响 mg/g

表8 磷锌配施不同处理对盆栽资阳香橙砧沃柑根系和叶片可溶性蛋白含量的影响 mg/g

对根系可溶性蛋白含量的影响,磷×锌交互作用(F=6.55,p<0.01)极显著,锌(F=2.80,p>0.05)不显著,磷(F=4.21,p<0.05)显著;根系可溶性蛋白含量在低磷低锌(P2Zn2)处理时最高,其次是高磷高锌(P4Zn4)处理。对叶片可溶性蛋白含量的影响,磷×锌交互作用(F=5.96,p<0.01)极显著,锌(F=1.51,p>0.05)不显著,磷(F=12.21,p<0.01)极显著;叶片可溶性蛋白含量在低磷高锌(P2Zn4)时最高,低磷低锌(P2Zn2)处理其次(见表8)。

2.4 抗氧化酶活性及丙二醛含量对根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响,磷×锌交互作用(F=4.32,p<0.05)显著,但磷(F=1.29,p>0.05)、锌(F=3.09,p>0.05)均不显著,根系超氧化物歧化酶(SOD)活性在低磷无锌(P2Zn0)时最高,较对照(P0Zn0)高30.39%,其次为低磷低锌(P2Zn2)处理。对柑桔叶片SOD活性的影响,磷×锌交互作用(F=1.72,p>0.05)不显著,磷(F=11.76,p<0.01)和锌(F=9.15,p<0.01)均极显著,且随磷、锌水平的增加表现为先促进后抑制,在低磷低锌(P2Zn2)时达到最高,较对照(P0Zn0)高55.20%(见表9和表10)。

表9 锌肥和磷肥水平对盆栽资阳香橙砧沃柑叶片超氧化物歧化酶活性的影响 U/(g·min)

对根系过氧化物酶(POD)活性的影响,磷×锌交互作用(F=3.83,p<0.05)和锌(F=4.14,p<0.05)均显著,磷(F=14.07,p<0.01)极显著,低磷高锌(P2Zn4)和低磷低锌(P2Zn2)时活性均最高,高磷高锌(P4Zn4)和无磷高锌(P0Zn4)时活性降低。对叶片过氧化物酶(POD)活性的影响,磷×锌交互作用(F=3.87,p<0.05)作用显著,磷(F=5.78,p<0.01)和(F=13.22,p<0.01)极显著,低磷低锌(P2Zn2)与高磷低锌(P4Zn2)时活性最高,较对照(P0Zn0)分别提高45.36%和40.21%(见表10)。

对根系过氧化氢酶(CAT)活性的影响,磷×锌交互作用(F=4.12,p<0.05)和锌(F=4.82,p<0.05)均显著,磷(F=6.27,p<0.01)极显著,低磷无锌(P2Zn0)和高磷低锌(P4Zn2)时活性提高最明显。对叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响,磷×锌交互作用(F=5.88,p<0.01)极显著,锌(F=3.90,p<0.05)显著,磷(F=2.26,p>0.05)不显著,低磷高锌(P2Zn4)时活性最高(见表10)。

对根系丙二醛含量的影响,磷×锌交互作用(F=3.68,p<0.05)显著,磷(F=11.78,p<0.01)极显著,锌(F=1.48,p>0.05)不显著;低磷处理(P2Zn0、P2Zn2、P2Zn4)和无磷低锌(P0Zn2)处理可以使根系丙二醛含量降低,其中,低磷无锌处理(P2Zn0)的含量最低。对叶片丙二醛含量的影响,磷×锌交互作用(F=4.73,p<0.05)和磷(F=4.88,p<0.05)均显著,锌(F=2.26,p>0.05)不显著;无磷低锌(P0Zn2)、低磷无锌(P2Zn0)和低磷高锌(P2Zn4)的叶片丙二醛含量降低,总体来看,叶片丙二醛含量略小于根系(见表10)。

3 讨论

株高和茎粗是植株生长发育状况最直观的反应,根系是植物固定吸收、合成运输养分的重要器官,根系活力是判断根系优良的重要指标,光合作用是植物生命活动的基础,叶绿素含量是影响光合作用的重要因素[18]。在本试验条件下,施磷对盆栽柑桔的株高影响极显著,施锌和磷×锌交互作用对株高影响不显著,施磷、施锌及磷×锌交互作用对茎粗均无显著影响,磷肥水平的提高促进了盆栽柑桔植株的生长。有研究表明,在小麦和玉米中,施用锌肥会显著抑制磷从地下部向地上部的运输效率,且随供应磷水平的提高抑制幅度增大[19]。本试验中,磷×锌交互作用对植株根系活力的影响显著,高锌(Zn4)可以缓解高磷(P4)胁迫。本试验表明,平衡配施磷锌(低磷低锌,P2Zn2处理)可以提高根系活力、促进养分吸收、提高叶绿素含量和增加株高。

可溶性糖与可溶性蛋白是重要的渗透调节物质,可以对生物膜和细胞质起到保护作用[20],并且可溶性蛋白大多都是各种具有活性的酶,根系和叶片生理活性越强,二者含量越高。本试验发现,磷×锌交互作用对根系和叶片可溶性蛋白含量的影响极显著,与低浓度磷(P2)处理相比,高浓度磷(P4)处理的根系和叶片可溶性蛋白含量显著降低,其原因可能是高浓度磷抑制锌的吸收,不利于叶片可溶性蛋白积累。磷×锌交互作用对根系可溶性糖含量的影响显著。在低磷低锌(P2Zn2)时,根系可溶性糖和可溶性蛋白含量最高,叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量较高,综合表现最佳。

当植株体内养分不均衡或者受到胁迫时,会产生一系列的自我保护机制。其中SOD、POD、CAT等抗氧化酶协同作用能够清除超氧阴离子自由基降低丙二醛(MDA)、过氧化氢、活性氧对植株的毒害。SOD通过歧化反应催化细胞中超氧阴离子自由基和氢离子,生成H2O2和O2-,H2O2再由CAT进一步催化成H2O和O2[21-22]。MDA是膜脂过氧化的最终产物,可以间接反应细胞膜受损坏程度[23-24]。适量磷、锌供应可以提高根系和叶片SOD、POD、CAT活性,增强根系和叶片抗氧化能力[25,26]。本试验发现,高锌(Zn4)使叶片SOD活性,根系和叶片POD活性,根系和叶片CAT活性显著降低,高磷(P4)使叶片SOD活性、根系POD活性显著降低,高磷(P4)显著增加了根系MDA含量。总体来说,高浓度的磷或锌会降低叶片和根系抗氧化能力,低磷或低锌时叶片和根系有较强的抗氧化能力,磷×锌交互作用对叶片和根系抗氧化能力的影响显著,适量磷锌配施才会发挥磷、锌协同增效作用,提高植株抗氧化能力,使膜脂过氧化程度减弱,从而减少伤害,延缓衰老[27-28]。

综上所述,适宜浓度的磷、锌配施可促进柑桔幼苗的生长以及提高多种酶的活性,但是有效锌和磷酸根之间的互作关系非常复杂,各地柑桔生产条件差异较大,磷锌配施方案需经过具体研究来确定。