葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯生理指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

馬光恕，劉偉，廉華，林曉影，王彥宏

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶，163319）

馬鈴薯（Solanum tubeosumL.）是茄科茄屬多年生草本植物，不僅是重要的糧食、蔬菜作物，還是重要的輕工業(yè)原料。隨著時(shí)代的發(fā)展，馬鈴薯生產(chǎn)已向著工業(yè)化、多元化的方向發(fā)展。

馬鈴薯的葉、莖及花果的綠色部分都能進(jìn)行光合作用，錳對(duì)維持葉綠體膜正常的結(jié)構(gòu)具有重要的作用，錳直接參加植物光合作用中電子傳遞系統(tǒng)的氧化還原過程及水的光解[1]，且錳是葉綠素的結(jié)構(gòu)成分，能夠促進(jìn)葉綠素的合成，增強(qiáng)光合作用[2]。因此，錳在馬鈴薯的光合作用、葉綠素的合成、光合產(chǎn)物積累及糖分物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)化中起著非常重要的作用。針對(duì)葉片葉綠素含量與產(chǎn)量、光合能力的關(guān)系等，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，張恒善等[3]認(rèn)為，結(jié)莢期葉綠素含量對(duì)大豆產(chǎn)量形成起重要作用，其含量可作為大豆高產(chǎn)生理指標(biāo)和高效育種種質(zhì)選擇的參考；Buttery等[4]認(rèn)為葉綠素含量會(huì)直接影響光合作用，糖是光合作用的產(chǎn)物，故植物各部位糖量高低體現(xiàn)植物光合產(chǎn)物合成、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化的能力，即源—流—庫的協(xié)調(diào)；鐘忠[5]的研究表明，適量硫酸錳液葉面噴施提高了葉片中葉綠素含量，使瓜葉菊的光合能力有所增強(qiáng)；劉惠芬等[6]的研究指出，施用硫酸錳能夠促進(jìn)莖部粗壯，利于冬小麥根系的發(fā)育，增加生物產(chǎn)量；田士明等[7]的研究表明，施用硫酸錳顯著增加了玉米乳熟期及成熟期地上部（莖葉）干物質(zhì)積累；張曉燕等[8]、楊寶川等[9]研究表明，適量硫酸錳能夠促進(jìn)植株生長發(fā)育，促進(jìn)地上部生長的同時(shí)，也影響著地下部根系的生長，增加根數(shù)、增大根體積、利于根部干物質(zhì)的積累和生物量增加。

本試驗(yàn)利用不同濃度的硫酸錳葉面噴施處理，研究馬鈴薯葉片內(nèi)糖分物質(zhì)及葉綠素含量、根系活力和光合速率的變化規(guī)律，旨在探明葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的作用效應(yīng)，為馬鈴薯營養(yǎng)調(diào)控研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，對(duì)其他微量元素的研究具有參考價(jià)值和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

馬鈴薯品種為克新 13號(hào)（Kexin No.13）。試驗(yàn)地為大慶市開發(fā)區(qū)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地，該區(qū)域位于松嫩平原西部地區(qū)，屬大陸性季風(fēng)氣候。全市年平均氣溫4.2℃，≥10℃活動(dòng)積溫為2 680～3 100℃，年日照時(shí)數(shù)為2 726 h，年太陽總輻射量 491.4 kJ/cm2，年均風(fēng)速 3.8 m/s，年均降雨量427.5 mm，干燥度為 1.2，年均無霜期為 124～135 d。

土壤類型為草甸黑鈣土，0～20 cm耕層土壤含堿解氮 184.70 mg/kg；速效磷 21.40 mg/kg；速效鉀237.70 mg/kg；土壤有效錳 38.32 mg/kg；土壤 pH 值7.88，土壤有機(jī)質(zhì)含量 3.12%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，硫酸錳濃度分別為0（噴施清水，T0）、0.05%（T1）、0.2%（T2）、0.5%（T3）、1.0%（T4）、1.5%（T5）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè) 3 次重復(fù)。各小區(qū)等行距種植，行株距65 cm×24 cm，每小區(qū)種植 5行，行長 10 m，小區(qū)面積 32.5 m2。2010年5月5日播種，播種密度57 000株/hm2，播種時(shí)每小區(qū)一次性施入尿素245 g、磷酸二銨490 g、硫酸鉀490 g作基肥，2010年6月5日出全苗，田間保苗率100%，田間管理按常規(guī)，2010年9月1日收獲。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

出苗后35 d（現(xiàn)蕾期），每處理按60 mL/m2第1次葉面噴施；出苗后65 d（塊莖膨大期），每處理按75 mL/m2進(jìn)行第2次葉面噴施。選無風(fēng)晴朗天氣，于 17∶00～17∶30噴施。第一次噴施后 7 d開始取樣，每7 d取樣1次，直至成熟收獲。選在晴天10∶00～11∶00取樣。葉片選取植株頂部完全展開葉倒數(shù)第4片復(fù)葉 （即從植株頂部第一片真葉往下數(shù)第4片），塊莖選取大小一致的樣品混合。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

蔗糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[10]；還原糖含量的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸法[11]；葉綠素含量的測(cè)定采用乙醇-丙酮混合提取法[12]；根系活力的測(cè)定采用α-萘胺氧化法[13]；光合速率采用ECA便攜式光合測(cè)定儀（北京益康農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)）測(cè)定。單株薯數(shù)（個(gè)/株）=取樣植株的總薯球數(shù)/取樣株數(shù)；單株薯質(zhì)量（g/株）=取樣植株的總薯球質(zhì)量/取樣株數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件進(jìn)行圖表制作，用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯葉片還原糖含量的影響

如表1所示，各處理葉片還原糖含量呈“M”形變化，即先上升、后下降、再上升、再下降。處理后7～28 d，各處理葉片還原糖含量大致呈上升趨勢(shì)，在處理后28 d達(dá)到第一次峰值，即為塊莖膨大期，說明葉面噴施硫酸錳溶液加快了馬鈴薯葉片中淀粉的轉(zhuǎn)化，提高了馬鈴薯葉片中還原糖含量，直接影響植株體內(nèi)的代謝強(qiáng)度。在此期間，各處理濃度間也表現(xiàn)出明顯差異∶T3處理葉片還原糖含量極顯著高于其他處理，說明該處理促進(jìn)了植株迅速生長，使植株生長繁茂，新陳代謝旺盛，導(dǎo)致葉片中還原糖含量上升。處理后35 d，各處理葉片還原糖含量降到谷底，說明葉面噴施硫酸錳溶液加快了馬鈴薯葉片中還原糖的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)代謝物質(zhì)向莖稈和塊莖中轉(zhuǎn)化。處理后42～56 d，各處理葉片還原糖含量大幅增加且達(dá)到第二次峰值，葉片同化功能加強(qiáng)，加速了同化物質(zhì)積累。處理后63 d，各處理葉片還原糖含量大致呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，與后期葉片同化功能下降、同化物質(zhì)快速運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)。

表1 硫酸錳葉面噴施對(duì)馬鈴薯葉片還原糖含量的影響

2.2 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯葉片蔗糖含量的影響

如表2所示，各處理葉片蔗糖含量變化趨勢(shì)與葉片還原糖含量大致相同。各處理葉片蔗糖含量在處理后28 d和56 d達(dá)到2次峰值，此期為塊莖膨大期及膨大盛期，說明葉面噴施硫酸錳溶液提高了馬鈴薯葉片中蔗糖含量，影響了植株體內(nèi)的代謝強(qiáng)度。處理后 7 d，T1、T2、T3、T5與 T0之間葉片蔗糖含量無顯著差異，但均極顯著高于T4；處理后14 d，葉片蔗糖含量T3極顯著高于其他處理，T2顯著高于T0，T1、T4、T5與 T0間差異不顯著；處理后 21～42 d，各處理間葉片蔗糖含量差異均不顯著；處理后49 d，T3、T0、T5、T2與 T4之間葉片蔗糖含量無顯著差異，但均顯著高于T1，T4與T1之間無顯著差異；處理后56 d，T3與 T1、T0之間葉片蔗糖含量無顯著性差異，但顯著高于T2與 T4，且極顯著高于T5；處理后63 d，各處理葉片中的蔗糖含量與T0無顯著性差異。

2.3 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯光合速率的影響

如表3所示，各處理光合速率的變化趨勢(shì)與葉片還原糖和蔗糖的大致相同，在處理后21 d和49 d達(dá)到2次峰值。處理后7d，T2、T3、T4光合速率極顯著高于T0、T1、T5；處理后21 d，T2、T3、T5光合速率極顯著高于 T0、T1、T4，T1、T4與 T0無顯著性差異；處理后42 d，T2、T3光合速率顯著高于 T0、T4、T5，T1、T4、T5光合速率與T0無顯著性差異；處理后 49 d，T3、T5光合速率顯著高于T0，T1、T2、T4光合速率與 T0無顯著性差異；處理后56 d，各處理光合速率無顯著性差異；處理后63 d，T1、T2、T3、T4、T5處理光合速率顯著高于T0。

表2 硫酸錳葉面噴施對(duì)馬鈴薯葉片蔗糖含量的影響

2.4 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯總?cè)~綠素含量的影響

如表4所示，各處理總?cè)~綠素含量變化基本呈雙峰曲線，峰值分別出現(xiàn)在處理后21 d和49 d，這與光合速率的變化規(guī)律相吻合，但是不同處理對(duì)馬鈴薯葉片中總?cè)~綠素含量影響效果不同。硫酸錳葉面噴施處理改變了馬鈴薯葉片中總?cè)~綠素含量的變化規(guī)律。處理后7 d，T1、T5總?cè)~綠素含量顯著低于 T0，T2、T3、T4總?cè)~綠素含量與 T0無顯著性差異；處理后21 d，T3總?cè)~綠素含量極顯著高于其他處理，T2、T0總?cè)~綠素含量顯著高于 T1、T4、T5，且 T1、T4、T5之間無差異顯著性；處理后 35 d，T4與 T2、T3、T0總?cè)~綠素含量無顯著性差異，但顯著高于T2，T2與T5總?cè)~綠素含量無顯著性差異；處理后49 d，T2、T3總?cè)~綠素含量極顯著高于 T0，T1、T4總?cè)~綠素含量顯著高于T0，T5總?cè)~綠素含量與T0無顯著性差異； 處理后 63 d，T2、T4、T5極顯著高于 T1、T3，T1、T3總?cè)~綠素含量極顯著低于 T0，T2、T4、T5總?cè)~綠素含量與T0無顯著性差異。

2.5 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯根系活力的影響

如表5所示，各處理根系活力變化基本呈雙峰曲線變化，峰值分別出現(xiàn)在處理后28 d和42 d。處理后 7 d，T2、T3根系活力顯著高于 T0、T1、T4、T5，T1、T4、T5根系活力與T0無顯著性差異；處理后28 d，T1、T2、T3根系活力顯著高于 T0，T4、T5根系活力顯著低于 T0； 處理后 42 d，T2、T3根系活力顯著高于 T0，T1、T4、T5根系活力與 T0無顯著性差異；處理后 56 d和63 d，各處理間根系活力變化規(guī)律同處理后28 d一致。T3處理對(duì)根系活力具有明顯促進(jìn)作用，說明葉面適量噴施硫酸錳可提高馬鈴薯整個(gè)生育期的根系活力，進(jìn)而提高根系吸收水分及礦質(zhì)營養(yǎng)的能力，加大對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的吸收，為光合作用提供足夠的養(yǎng)分和水分，從而促進(jìn)產(chǎn)量的增加。

表3 硫酸錳葉面噴施對(duì)馬鈴薯光合速率的影響

表4 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯總?cè)~綠素含量的影響

表5 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯根系活力的影響

2.6 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

如表6所示，從單株薯數(shù)看，T3極顯著高于T4、T5，且顯著高于 T0、T1、T2，T1、T2、T4、T5與 T0無顯著性差異。從單株薯質(zhì)量看，T2、T3極顯著高于 T0、T1、T4、T5，T3極顯著高于 T2，T1、T4、T5與 T0無顯著性差異。T1、T2、T3分別比 T0增產(chǎn) 1.27%、24.46%、48.05%，T4、T5分別比 T0減產(chǎn) 1.01%和 4.99%。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)研究表明，適量硫酸錳（0.2%～0.5%）葉面噴施處理顯著增加馬鈴薯葉片中還原糖含量，促進(jìn)蔗糖的轉(zhuǎn)化與運(yùn)輸。同時(shí)，適量硫酸錳顯著提高了馬鈴薯光合速率、葉綠素含量與根系活力，有利于馬鈴薯“源—流—庫”較好的協(xié)調(diào)發(fā)展，“源”和“庫”部強(qiáng)大，利于物質(zhì)“流”暢通，從而顯著促進(jìn)馬鈴薯塊莖膨大，這與硫酸錳可促使冬小麥莖葉內(nèi)還原性糖含量升高的觀點(diǎn)相一致[14]。同時(shí)研究表明，在馬鈴薯生育后期，葉片中蔗糖含量增加，還原糖的含量較少，這與Vizzotto等[15]在桃果實(shí)上的研究結(jié)果頗為相似，這主要是適量錳具有參與光合作用和氮的轉(zhuǎn)化、酶的組成、酶的激活及酶活性的調(diào)節(jié)作用，有助于增加碳水化合物在植物體內(nèi)的積累[16]。

根系活力泛指根系的吸收能力、合成能力、氧化能力和還原能力等，是一種較客觀地反映根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)[17]。根系吸收活力是根的質(zhì)量、數(shù)量和根系吸水、輸水性能等性狀的綜合表現(xiàn)，馬鈴薯根系吸收活力高說明馬鈴薯根的質(zhì)量、數(shù)量和根系吸水、輸水性能的綜合表現(xiàn)好，為馬鈴薯高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。馬鈴薯根系、莖葉的總干物質(zhì)量和塊莖產(chǎn)量之間顯著正相關(guān)[18]。通過適量硫酸錳葉面噴施處理，增強(qiáng)了根系活力，這既有利于增強(qiáng)馬鈴薯根系新陳代謝和營養(yǎng)運(yùn)輸能力，又有利于光合產(chǎn)物形成、運(yùn)輸與積累，為產(chǎn)量的形成奠定基礎(chǔ)。

表6 葉面噴施硫酸錳對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的95%以上來自光合產(chǎn)物，因此產(chǎn)量的高低與葉片的光合作用密切相關(guān)，葉片中葉綠素含量是反映作物營養(yǎng)和生長狀況的重要指標(biāo)。葉片葉綠素含量的高低與光合速率密切相關(guān)，特別是在同化物積累期間，葉片的葉綠素含量與其光合強(qiáng)度呈正相關(guān)[19]。通過適量硫酸錳葉面噴施處理，促進(jìn)葉片中葉綠素的合成，增強(qiáng)光合速率，葉片中的蔗糖與還原糖含量也同步增加。同時(shí)，馬鈴薯塊莖的形成受多種因素的影響，如溫度、光照等，其中微肥也起著十分重要的作用。本研究表明，適量硫酸錳葉面噴施處理能夠增加馬鈴薯產(chǎn)量，這與吳葉寬等[20]、李華等[21]研究結(jié)果一致。

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