聚谷氨酸对不同施肥水平下丹参幼苗生长和光合生理特性的影响

2023-06-17杨文龙张小清杨东风单长卷

江苏农业科学 2023年10期

杨文龙张小清杨东风单长卷

摘要：为了提高丹参的产量和品质，以紫花丹参为研究对象，采用盆栽试验，以正常施肥水平为对照，探究不同减肥水平对丹参幼苗生长的影响。以不施聚谷氨酸（PGA）为对照，探究施用不同水平PGA对丹参幼苗生长的影响，测定了丹参幼苗的生长指标、相对叶绿素含量（SPAD值）及叶绿素荧光参数等指标数值，应用数据分析软件进行差异显著性性分析。结果表明，在未施用PGA时，不同减肥水平均显著降低了丹参幼苗生长指标、SPAD值、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、气孔限制值（Ls）、水分利用效率（WUE）以及PSⅡ实际光化学效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化学量子产额（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化学量子产额（Fv′/Fm′）、表观电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP），均显著提高了气孔限制值（Ls）、非光化学淬灭系数（NPQ），丹参幼苗的生长情况为CF1＞CF2＞CF3；在不同复合肥施用水平下，施用不同水平PGA均显著提高了丹参幼苗生长指标、SPAD值、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ实际光化学效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化学量子产额（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化学量子产额（Fv′/Fm′）、表观电子传递速率（ETR）和光化学淬灭系数（qP），均显著降低了气孔限制值（Ls）和非光化学淬灭系数（NPQ）。在同一施肥水平下，P2水平（0.044g/桶）PGA处理对丹参幼苗上述指标的影响最显著；在所有处理中，CF2P2处理对丹参幼苗上述指标的影响最显著。這说明，在减肥15%的施肥水平下，施用P2水平的PGA对丹参幼苗生长和光合生理产生了显著的积极作用，这为PGA在丹参减肥增效栽培技术体系中的应用提供了理论基础。

关键词：聚谷氨酸；丹参；生长指标；气体交换参数；叶绿素荧光参数

中图分类号：S567.5+30.6文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）10-0143-06

丹参为唇形科植物，其干燥的根茎可以入药，不仅能够活血化瘀、凉血消痈，还具有改善微循环、扩张血管、防治动脉硬化、抗炎、抗肿瘤、降血压、降血脂等多种作用［1-4］。近年来，药材市场对丹参的需求量急剧增加，从而导致丹参大田生产中过度施用化肥，进而对土壤造成不良影响［5］。因此，探索减肥不减产的绿色栽培技术是目前丹参生产中亟需解决的问题。聚谷氨酸（PGA）是一种绿色环保型高分子聚合材料，可以被生物体完全降解，具有良好的吸附性和保水性，还具有富集营养成分、提高肥料利用率和促进根系生长的功能［6-8］。因此，可以将PGA与传统肥料混合使用，不但能够减少肥料的使用量，而且还能够促进作物生长，提高产量及质量。

已有研究表明，PGA可以明显促进粮食作物水稻、玉米以及蔬菜作物番茄等的光合性能，进而达到增产的目的［9-11］。郭猛等研究表明，叶面喷施PGA能够显著促进丹参幼苗光合作用，进而促进其生长［12］。胡中盛等研究发现，PGA处理可以显著提高丹参产量和根中药用成分含量［13］。但在减肥条件下有关PGA对丹参植株生长指标和光合性能影响方面的研究尚未见报道。

本试验以紫花丹参为材料，采用盆栽试验研究了根灌不同水平PGA对不同减肥水平下丹参幼苗生长指标、气体交换参数、相对叶绿素含量（SPAD值）、叶绿素荧光参数的影响，以期筛选出适宜丹参减肥增效的施肥水平和PGA施用水平的最佳组合，进而为PGA在丹参大田生产减肥增效中的应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

所用植物材料为紫花丹参幼苗，由江苏省丹阳市丹参种植基地提供。

1.2供试肥料和PGA

供试肥料为史丹利牌复合肥，N∶P2O5∶K2O=15%∶15%∶15%；供试PGA为农业级PGA（含量25%），由陕西省西安市西安晋恒化工有限公司生产。

1.3试验方法和处理

本试验于2022年4—6月在河南科技学院试验场进行。试验方法为盆栽法，所用培养土为营养土和田间土按质量比1∶6混合均匀，分装入直径35cm、高50cm的塑料桶中，每桶装14kg培养土。每桶栽植2棵大小一致的丹参幼苗。利用称质量法将每桶的土壤含水量控制在田间持水量的55%～60%。待幼苗成活后进行不同肥料和PGA水平处理。采用穴施法进行不同肥料水平处理，采用根灌法进行PGA处理，不同处理用量见表1。在复合肥和PGA处理后7d和14d，分别测定丹参植株的株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径。在肥料和PGA处理后14d，测定丹参幼苗光合生理特性指标，包括气体交换参数、相对叶绿素含量（SPAD值）和叶绿素荧光参数。

1.4测定指标和方法

1.4.1植株生长指标测定

利用刻度尺测定株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽，利用游标卡尺测定基径，每个处理各指标均重复测定3次。

1.4.2叶片气体交换参数测定

利用Li-6400便携式光合仪测定叶片的气体交换参数：净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、气孔限制值（Ls），每个处理各指标均重复测定3次，利用公式WUE=Pn/Tr计算水分利用效率（WUE）。

1.4.3相对叶绿素含量（SPAD值）测定

利用叶绿素仪测定丹参叶片的SPAD值，每个处理重复测定3次。

1.4.4叶绿素荧光参数测定

利用PAM-2500荧光仪测定丹参植株的叶绿素荧光参数PSⅡ实际光化学效率［Y（Ⅱ）］、PSⅡ最大光化学量子产额（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化学量子产额（Fv′/Fm′）、表观电子传递速率（ETR）、非光化学淬灭系数（NPQ）、光化学淬灭系数（qP），每个处理下上述各个指标均重复测定3次。

1.5数据分析与统计处理

所得数据用Origin2017软件进行计算及制图，并用SPSSstatistics25在α=0.05水平上进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1PGA对不同施肥水平下丹参幼苗生长指标的影响

由表2可知，根灌处理后7d，正常施肥水平下PGA能够显著促进丹参幼苗的生长，且不同PGA施用水平对生长指标株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径的促进趋势基本一致，均随着PGA用量的增加而呈先增后降的趋势。在所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗株高、横幅、縱幅、叶长、叶宽、基径的促进效果最好。与未使用PGA处理的CF1相比，P2水平PGA处理分别使丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径提高了74.7%、39.6%、44.2%、7.7%、47.0%、25.2%。根灌处理后14d，正常施肥水平下PGA处理对丹参幼苗生长指标的促进趋势与7d后基本一致。在所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径的促进效果最好。与未使用PGA处理的CF1相比，P2水平PGA处理分别使丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径提高了35.5%、37.2%、45.0%、25.3%、24.8%、22.5%。

由表2还可知，根灌处理后7d，与单独减肥15%、30%相比，不同PGA处理也均能显著促进减肥水平下丹参幼苗的生长，且不同PGA施用水平对各个生长指标的促进趋势基本一致，均随着PGA用量的增加而呈先增后降的趋势。在同一减肥水平下不同PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径的促进效果最好；在不同减肥水平下不同PGA处理中CF2P2处理的促进效果最好。与未使用PGA处理的CF2相比，CF2P2处理分别使丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径提高了76.3%、62.2%、52.7%、22.2%、44.5%、45.5%。根灌处理后14d，减肥15%、30%水平下PGA处理对丹参幼苗生长指标的促进趋势与处理后7d基本一致。与未使用PGA处理的CF2相比，CF2P2促进效果最好，分别使丹参幼苗株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径提高了66.2%、55.4%、53.0%、38.3%、40.7%、42.5%。

2.2PGA对不同施肥水平下丹参幼苗叶片气体交换参数的影响

由图1可知，根灌处理后14d，正常施肥水平下PGA能够显著提高丹参幼苗叶片气体交换参数Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，同时显著降低Ls，且不同PGA施用水平对丹参幼苗气体交换参数Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的影响基本一致，均随着PGA用量的增加而呈先增后降的趋势，但对Ls的影响则随PGA用量的增加而呈先降后增的趋势。在所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗叶片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的提高效果最好，对Ls降低效果最好。与未使用PGA处理的CF1相比，P2水平PGA处理分别使丹参幼苗叶片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE提高了40.0%、23.0%、20.2%、40.2%、31.6%，使Ls降低了29.8%。

由图1还可知，根灌处理后14d，与单独减肥15%、30%相比，不同PGA能够显著提高减肥水平下丹参幼苗气叶片体交换参数Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，同时显著降低Ls，且不同PGA施用水平对丹参幼苗叶片气体交换参数Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的影响则随PGA用量的增加而呈先增后降的趋势，但对Ls的影响则随PGA用量的增加而表现为先降后增的趋势。在同一减肥水平下所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗叶片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的促进效果最好，对Ls的降低效果最好；在不同减肥水平下不同PGA处理中，CF2P2处理对丹参幼苗叶片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE的促进效果最好，对Ls的降低效果最好。与未使用PGA处理的CF2相比，CF2P2处理分别使丹参幼苗叶片Pn、Tr、Ci、Gs、WUE提高了57.2%、41.4%、38.9%、52.5%、40.3%，使Ls降低了32.6%。

2.3PGA对不同施肥水平下丹参幼苗叶片SPAD值的影响

由图2可知，根灌处理后14d，正常施肥水平下不同PGA处理均能显著提高丹参幼苗叶片SPAD值，且SPAD值的影响均随PGA用量的增加而呈先增后降的趋势。在所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗叶片SPAD值的提高效果最好，与未使用PGA处理的CF1相比，提高了38.2%。

由图2还可知，根灌处理14d后，与单独减肥15%、30%相比，不同PGA处理均显著提高了减肥条件下丹参幼苗叶片SPAD值，且随着PGA用量的增加SPAD值呈先增后降的趋势。在同一减肥水平下不同PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗叶片SPAD值的促进效果最好；在不同减肥水平下不同PGA处理中，CF2P2处理对丹参幼苗叶片SPAD值的促进效果最好。与未使用PGA处理的CF2相比，CF2P2处理使丹参幼苗叶片SPAD值提高了43.6%。

2.4PGA对不同施肥水平下丹参幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由图3可知，根灌处理后14d，正常施肥水平下不同PGA处理均显著提高了丹参幼苗叶片叶绿素荧光参数Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，同时显著降低了NPQ。随着PGA用量的增加，叶绿素荧光参数Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP均呈先增后降的趋势，但NPQ则呈先降后增的趋势。在所有PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗的Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的提高效果最好，对NPQ的降低效果最好。与未使用PGA处理的CF1相比，P2水平PGA处理分别使丹参幼苗的Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP提高了23.6%、26.7%、13.4%、44.2%、15.3%，使NPQ降低了22.9%。

由图3还可知，根灌处理后14d，与单独减肥15%、30%相比，减肥15%、30%水平PGA处理显著提高了减肥条件下丹参幼苗叶绿素荧光参数Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，同时显著降低了NPQ。随着PGA用量的增加，Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP均呈先增后降的趋势，但NPQ则呈先降后增的趋势。在同一减肥水平下不同PGA处理中，P2水平PGA处理对丹参幼苗Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的促进效果最好，对NPQ的降低效果最好；在不同减肥水平下所有PGA处理中，CF2P2处理对Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP的促进效果最好，对NPQ的降低效果最好。与未使用PGA处理的CF2相比，CF2P2处理分别使Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP提高了34.7%、45.0%、29.8%、50.5%、25.9%，使NPQ降低了29.9%。

3結论与讨论

宗琪等研究表明，使用PGA处理能够显著促进柑橘幼苗的生长指标［14］。本试验研究表明，在正常施肥情况下使用PGA处理能够显著增加丹参幼苗的株高、横幅、纵幅、叶长、叶宽、基径，与宗琪等研究结果基本一致。王百顺等研究表明，在减肥20%情况下喷施PGA处理，能够显著促进花生的生长指标［15］。马川等研究表明，在减氮30%条件下使用PGA处理，能够显著增加玉米的株高和茎粗［16］。本研究表明，在N、P、K肥均减少的情况下使用不同水平PGA处理，均能显著促进丹参幼苗的生长指标，其中减肥15%水平下P2水平（0.044g/桶）PGA处理促进效果最好。本研究结果表明，不但减氮可以促进丹参幼苗生长，减少P、K肥的用量也可以促进丹参幼苗生长。

光合作用反映了植物制造和储存有机物的能力。郭猛等的研究表明，喷施PGA能够显著促进丹参幼苗的光合参数［12］。鲍聪聪研究表明，外源添加PGA能促进桃实生苗根系生长，显著提高植株净光合速率和叶绿素SPAD值，从而促进干物质积累［17］。张中魁研究表明，喷施PGA处理能显著促进夏玉米叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、SPAD值［18］。本试验研究结果表明，在正常施肥水平下使用PGA处理能够显著促进丹参幼苗生长指标、气体交换参数、叶绿素指数、叶绿素荧光参数，这与前人在其他作物上的研究结果基本一致。本研究表明，减肥15%、30%水平下使用不同水平PGA处理能显著提高丹参幼苗SPAD值和气体交换参数Pn、Tr、Ci、Gs、WUE，这说明减肥条件下根灌PGA可以提高丹参幼苗叶片光合机构的性能，从而促进丹参植株的生长。

叶绿素荧光参数能够反映出植物光合作用机理和光合生理状况。巩雪峰等研究表明，叶面喷施PGA能够显著促进辣椒叶片Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、qP，显著降低NPQ，从而有效提高了叶片的光能利用率［19］。本研究表明，正常施肥水平下不同水平PGA处理均显著提高了丹参幼苗叶绿素荧光参数Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP值，显著降低了NPQ值，这与巩雪峰等的研究结果基本一致。本研究结果表明，在相同减肥水平下不同PGA处理均可提高丹参幼苗叶片叶绿素荧光参数Y（Ⅱ）、Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR、qP，这也说明减肥条件下根灌PGA可以促进丹参幼苗叶片的光合性能，进而促进其生长。

综上所述，正常施肥水平下PGA处理能够促进丹参幼苗生长、气体交换参数、叶绿素指数、叶绿素荧光参数；在减施15%、30%条件下，PGA处理亦显著提高了丹参幼苗生长指标、光合参数、相对叶绿素含量、叶绿素荧光参数，且高于或与正常施肥水平下PGA处理的效果保持基本一致。不同施肥水平下，均以P2水平PGA处理对上述指标的影响效果最好，促进效果均表现为CF2P2>CF3P2>CF1P2，这说明适当减肥与PGA结合的施用促进效果最好。因此，在丹参大田栽培实践中，可以在减肥15%条件下根灌P2水平PGA，从而达到减肥增效的目的。

本试验结果表明，正常施肥水平下和减肥条件下使用不同水平PGA均能显著促进丹参幼苗生长和提高其光合性能。这一结果填补了减肥条件下PGA处理对丹参生长和光合生理特性影响方面的研究空白，为PGA在丹参减肥增效栽培技术体系中的应用提供了理论基础。但本研究仅从光合生理角度进行分析，并未揭示PGA增强丹参植株光合性能的深层机制，减肥条件下PGA增强丹参植株光合性能的分子机制亟待进一步研究。

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