硫?qū)υO(shè)施水培大蒜光合特性及NPK元素吸收的影響

王傳勝　劉中良

摘 要：為研究硫?qū)Υ笏夤夂咸匦院蚇、P、K元素吸收的影響，試驗采取設(shè)施水培大蒜。結(jié)果表明，在0～2.25 mmol·L-1硫濃度范圍內(nèi)，光合色素含量、光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）隨施硫濃度增加而升高，至硫濃度為2.25 mmol·L-1時最高；蒸騰速率（E）在1.50 mmol·L-1時最高；當(dāng)硫處理濃度為3.75 mmol·L-1時，鱗莖和蒜薹中全氮含量最高；鱗莖和蒜薹中全P和全K含量均以2.25 mmol·L-1時最高，較不施硫處理分別高出235.98%，152.03%，41.11%和44.85%。

關(guān)鍵詞： 硫；大蒜；光合特性；NPK吸收

中圖分類號：S633.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.021

硫是作物生長發(fā)育的主要營養(yǎng)元素之一，僅次于氮、磷和鉀元素之后居第4位的大量元素，與作物生長發(fā)育、品質(zhì)及產(chǎn)量形成具有極大關(guān)系，而品質(zhì)的提高、產(chǎn)量的形成主要依賴于葉片的光合特性和根系的吸收作用[1-8]。硫主要以SO42-的形式被植株吸收，而谷胱甘肽是植株硫酸鹽吸收的調(diào)節(jié)信使，通過調(diào)節(jié)根系和地上部硫素營養(yǎng)，保證了根系和地上部硫素營養(yǎng)的協(xié)調(diào)，促進(jìn)了植株的正常生長發(fā)育[9-10]。但由于長期以來種植戶對氮肥的過量施用，加上不合理的施肥方式，導(dǎo)致土壤肥料失衡。一方面，作物產(chǎn)量明顯提高，增加了土壤中的硫肥消耗，另一方面隨著各國對環(huán)境安全意識的提高和重視，減少了對大氣中二氧化硫的排放量，向土壤沉降的硫也相應(yīng)減少[11-12]，缺硫已成為限制農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)提高的因素之一[13]，以往的研究主要局限于土壤施硫，對大蒜的影響研究較少[7]，且在水培條件下硫素營養(yǎng)對大蒜地上部、地下部代謝的影響還缺乏研究[14]。

本研究旨在設(shè)施水培條件下，排除其他元素的干擾，探究硫?qū)Υ笏夤夂仙睾?、光合速率及氮、磷、鉀營養(yǎng)元素吸收的影響，旨在探明大蒜的適宜硫肥施用量，以便為無土農(nóng)業(yè)種植提供指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2008年10月—2009年5月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜實驗基地及教育部園藝作物生物學(xué)重點(diǎn)開放實驗室中開展。試驗以金鄉(xiāng)紫皮蒜為試材，以Hoagland營養(yǎng)液為基礎(chǔ)[15]，設(shè)6個硫水平梯度：S1（0 mmol·L-1）、S2（0.75 mmol·L-1）、S3（1.50 mmol·L-1）、S4（2.25 mmol·L-1）、S5（3.00 mmol·L-1）和S6（3.75 mmol·L-1），硫由Na2SO4提供，營養(yǎng)液pH值控制在5.8～6.2。

試材于2008年10月7日播種，試驗材料種植于拱棚水培箱中種植，水培箱規(guī)格長寬深為70，50，15 cm，每個試材處理種植200株，自然光照，棚溫控制在0～25 ℃之間，種植大蒜株行距為15 cm×15 cm。試材生長初期，營養(yǎng)液每12 d換1次，進(jìn)入旺盛生長期，7 d更換1次營養(yǎng)液，除硫處理外，均常規(guī)管理。

1.2 測定項目與方法

光合參數(shù)采用CIRAS-Ⅱ光合儀于2009年4月19日上午10：00—10：30進(jìn)行測定，從頂部數(shù)第4片葉中間測定，3次重復(fù)，每個處理測10株。光合色素含量采用丙酮比色法測定[16]。氮含量采用凱氏定氮法測定，磷和鉀含量分別用釩鉬黃比色法和火焰光度法測定[17]。

試驗數(shù)據(jù)采用DPS6.0和EXCEL2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫?qū)Υ笏馊~綠素及類胡蘿卜素含量的影響

葉綠體是植物光合作用的主要場所。圖1和圖2表明，硫可顯著提高大蒜葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，隨營養(yǎng)液中硫濃度的提高，葉綠素和類胡蘿卜素含量隨著增加，至2.25 mmol·L-1時最高，當(dāng)硫濃度超過2.25 mmol·L-1時，色素含量隨硫處理濃度的增加而降低。在2.25 mmol·L-1處理濃度時，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素（a+b）的含量均達(dá)到最大；各硫濃度處理之間，葉綠素b含量增加不顯著。由此可見，硫處理濃度為2.25 mmol·L-1時最有利于光合色素的積累。

2.2 硫?qū)Υ笏馊~片光合參數(shù)的影響

2.3 硫?qū)Υ笏釴PK元素吸收的影響

3 結(jié)論與討論

本試驗就硫?qū)Υ笏夤夂仙睾?、光合速率和NPK吸收的影響進(jìn)行了探究。結(jié)果顯示，當(dāng)硫的處理濃度為2.25 mmol·L-1時，光合色素含量最高，光合速率最強(qiáng)，其主要原因是有機(jī)硫是構(gòu)成葉肉細(xì)胞中葉綠體蛋白的主要成分之一，所以生產(chǎn)中硫的供應(yīng)水平對植物葉片葉綠體的形成和功能發(fā)揮起重要的作用[18-21]，陳屏昭等[22]認(rèn)為硫以硫脂形式參與葉綠體基粒片層構(gòu)成，此外，硫參與氧化蛋白半胱氨酸-SH的組成，并在光合作用中起傳遞電子的作用，從而提高葉綠素含量，促進(jìn)光合速率。本試驗結(jié)果與楊鳳娟等[5]和閆冰杰[7]通過土壤施硫提高大蒜光合特性的結(jié)論一致。張秋芳等[21]和Jarvan[23]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)硫是葉肉細(xì)胞中葉綠體蛋白的主要成分之一，植株生長過程中缺硫可導(dǎo)致包括類囊體在內(nèi)的所有膜結(jié)構(gòu)發(fā)育不全或出現(xiàn)功能缺陷，從而影響葉綠體形成和功能的發(fā)揮。李海云等[24]研究發(fā)現(xiàn)，硫?qū)Υ蟀撞斯夂仙睾考肮夂纤俾室灿写龠M(jìn)作用。當(dāng)硫的處理濃度超過2.25 mmol·L-1時，光合色素含量和光合速率下降，主要在于硫過量時會產(chǎn)生一些有害含硫成分，如SO2、SO32-、HSO3-等，這些成份具有氧化作用，可以將光合色素漂白而“清除”，導(dǎo)致其含量下降，光合速率下降[22]，同時，施硫可以促進(jìn)ATP反應(yīng)，加速光合磷酸化以及與光合磷酸化活力有關(guān)的跨類囊體膜質(zhì)子梯度，繼而提高光合速率[25]。本研究表明，營養(yǎng)液中加入一定的硫可以促使大蒜葉片凈光合速率和胞間CO2濃度成正比，這與楊鳳娟等[5]試驗測定結(jié)果不同，究其原因可能是與氣孔限制有關(guān)[25]。

已有研究結(jié)果表明，硫能促進(jìn)作物NPK含量[7，27]，這與本研究結(jié)果一致。本研究表明，鱗莖和蒜薹中全氮的吸收隨著硫處理濃度而增加，成一定的正相關(guān)，這與Daigger[27]、Mahler[28]和閆冰潔[7]的試驗結(jié)果一致。也有報道認(rèn)為，硫肥對植株中氮的吸收影響不大[29]。馬友華[30]研究表明，煙草前期各部位的氮含量與施硫密切關(guān)聯(lián)，但施硫過量反而會降低煙草中氮含量。鱗莖和蒜薹中全磷和全鉀的含量在2.25 mmol·L-1時最高，高于此濃度產(chǎn)生抑制作用，這主要在于硫、磷之間存在拮抗作用，這種拮抗作用是由硫酸根和磷酸根以相同途徑進(jìn)入植物體內(nèi)或者植株吸收部位相互競爭所致。Mahler[28]、Modaish[31]指出，適量的硫促進(jìn)植株對磷的吸收，只有二者在高濃度下，才顯現(xiàn)拮抗作用。鉀、硫之間在營養(yǎng)吸收上有相互促進(jìn)的作用[4]。本研究表明，當(dāng)營養(yǎng)液中硫的處理濃度為2.25 mmol·L-1時，最利于大蒜光合特性的提高及NPK元素的吸收、積累。

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