不同生物有機(jī)肥對油菜生長和抗氧化系統(tǒng)的影響

宋以玲，于 建，陳士更，肖承澤，李玉環(huán)，蘇秀榮，丁方軍，

(1.山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 山東泰安 271000； 2.山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 山東泰安 271000； 3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018；4.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 山東泰安 271018)

油菜具有清熱解毒、祛風(fēng)瀉火、降低血清膽固醇、減少動(dòng)脈硬化的形成、減少色素沉著、美容養(yǎng)顏等功效。我國油菜種植面積和產(chǎn)量均居世界第1位[1]，已有研究表明油菜產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善與施肥量及施肥品種關(guān)系密切[2- 4]，選擇適宜的施肥量和肥料類型對提高我國油菜產(chǎn)量和改善油菜品質(zhì)具有重要的意義。

生物有機(jī)肥是一種變廢為寶、減輕環(huán)境污染的環(huán)境友好型可持續(xù)發(fā)展肥料[5]。已有研究表明，添加生物有機(jī)肥可以提高土壤中微生物的種類和數(shù)量，從而改變土壤中養(yǎng)分的存在形式，提高其利用率[6]，可在一定范圍內(nèi)提高作物的株高、有效葉片數(shù)、最大葉面積等農(nóng)藝性狀[7- 8]。此外，生物有機(jī)肥在提高養(yǎng)分有效性的同時(shí)還能通過產(chǎn)生無機(jī)酸類物質(zhì)(OA)和吲哚乙酸類物質(zhì)來促進(jìn)作物的生長[9- 10]。然而有關(guān)生物有機(jī)肥對植物生理特性影響的研究較少，本試驗(yàn)以油菜為研究對象，探討2種不同用量的生物有機(jī)肥對油菜生長及抗氧化系統(tǒng)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)在山東省泰安市肥城市農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司蔬菜大棚內(nèi)。

1.2 試驗(yàn)材料

供試油菜品種：華綠1號(hào)。

供試土壤理化性狀：堿解氮58.38 mg/kg，有機(jī)質(zhì)16.76 g/kg，全氮0.91 g/kg，有效磷13.15 mg/kg，速效鉀89.16 mg/kg。

供試肥料：農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司微生物肥料車間提供的一頂三生物有機(jī)肥和復(fù)合肥車間提供的農(nóng)大復(fù)合肥，供試肥料的基本特性見表1。

表1 供試肥料的基本特性

項(xiàng)目菌數(shù)/(億·g-1)N?P2O5?K2O腐殖酸底料w(有機(jī)質(zhì))/%農(nóng)大復(fù)合肥25?10?10微生物菌劑6w(總量)≥5%有稻殼雞糞+種雞糞≥60一頂三生物有機(jī)肥6w(總量)≥10%稻殼雞糞+種雞糞≥60

1.3 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥各設(shè)5個(gè)處理濃度，不施肥和僅施農(nóng)大復(fù)合肥處理分別為空白和對照，所有肥料均以底肥施入，共計(jì)12個(gè)處理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，采用隨機(jī)分布試驗(yàn)。把長有4片真葉的油菜幼苗移栽至長、寬和高分別為60，40和30 cm的泡沫種植箱內(nèi)，每箱種植8棵，總計(jì)為36箱。移苗后統(tǒng)一管理，直至收獲。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目處理/(kg·畝-1)CK1CK2T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10農(nóng)大復(fù)合肥5050505050505050505050微生物菌劑10306090120一頂三生物有機(jī)肥104080160200

注：1)1畝=666.67 m2，下同

1.4 測定項(xiàng)目與方法

鮮重和干重的測定：收獲植株并將地上部和地下部分開，根系先用5 mmol/L的CaCl2沖洗，再用蒸餾水沖洗干凈，稱鮮重；然后在110 ℃下殺青，于80 ℃下烘干至恒重，測干重。

光合色素含量的測定：用質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%的乙醇研磨，25 mL定容后，分別在665，649和470 nm下測定吸光值[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和制表，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜生長指標(biāo)的影響

生物有機(jī)肥可為作物生長提供大量營養(yǎng)物質(zhì)并改善土壤環(huán)境，從而促進(jìn)植物生長。不同生物有機(jī)肥施用量對油菜生長指標(biāo)的影響見表3。

表3 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜生長指標(biāo)的影響

處理葉面積/cm2根長/cm單株鮮重/g單株干重/g根冠比CK1117．72±5．15f7．43±0．40e43．99±1．15f4．06±0．11g0．16±0．013bcdCK2132．97±6．56e8．55±0．09bcd49．04±0．97de4．45±0．14fg0．13±0．013fT1175．60±8．21b8．78±0．40bc56．14±4．04c5．20±0．27e0．17±0．006abcT2209．97±16．13a8．86±0．41bc56．51±0．91c5．29±0．24cde0．19±0．017aT3217．96±2．67a9．79±0．63a73．89±0．74a6．90±0．27a0．18±0．022abcT4179．22±2．27b9．74±0．44a60．63±0．33b5．62±0．28bcd0．17±0．018abcT5128．61±2．15ef8．17±0．15d47．78±0．10e4．36±0．22fg0．14±0．016defT6137．71±6．42cde8．31±0．27cd50．66±2．28d4．63±0．29f0．14±0．025defT7133．49±4．33de8．55±0．39bcd57．51±1．82c5．24±0．35de0．13±0．012efT8138．96±4．65cde9．07±0．12b62．23±0．90b5．74±0．24b0．16±0．019cdeT9146．43±3．96c9．80±0．20a62．72±1．23b5．81±0．17b0．17±0．012abcT10144．26±1．13cd9．77±0．25a60．45±0．54b5．66±0．27bc0．19±0．019ab

由表3可知：施肥后提高了油菜的葉面積、根長、單株干重和鮮重，且葉面積和根長達(dá)到顯著水平(p<0.05)，而根冠比卻有所降低；施用農(nóng)大復(fù)合肥的條件下進(jìn)一步加施不同濃度的微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥后，其葉面積、根長、單株干重和鮮重均隨添加濃度的升高而呈先升高后下降的趨勢，其中微生物菌劑的最佳處理為T3，即微生物菌劑用量為60 kg/畝時(shí)效果最好，其葉面積、根長、單株鮮重和干重與CK2處理相比分別顯著提高了63.92%，14.50%，50.67%和55.06%，然而隨添加量的進(jìn)一步升高，其促進(jìn)效果卻有所降低；一頂三生物有機(jī)肥的最佳處理為T9，即每畝施入50 kg農(nóng)大復(fù)合肥和160 kg一頂三生物有機(jī)肥的效果最好，其葉面積、根長、單株鮮重和干重與CK2處理相比分別顯著提高了10.12%，14.62%，27.90%和30.56%，但與T8和T10處理間差異不顯著，即一頂三生物有機(jī)肥的施入量在80～200 kg/畝對油菜生長的促進(jìn)效果相似。綜上所述，微生物菌劑對油菜生長的促進(jìn)效果及增產(chǎn)方面較生物有機(jī)肥要明顯，但其最適宜的用量范圍較窄，最佳用量為60 kg/畝，且其他用量的效果與之差異顯著；一頂三生物有機(jī)肥的最適宜用量范圍在80～200 kg/畝。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，一頂三生物有機(jī)肥的最佳經(jīng)濟(jì)用量為80 kg/畝。

2.2 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜葉片內(nèi)光合色素含量的影響

葉綠素是植物體內(nèi)重要的色素分子，其含量和分布狀況與植物光合作用密切相關(guān)，直接影響碳水化合物的合成，最終影響到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。不同生物有機(jī)肥施用量對油菜葉片內(nèi)光合色素含量的影響如表4所示。

由表4可知：施肥后一定程度提高了油菜葉片內(nèi)光合色素的含量，且隨微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥添加量的增加，油菜葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a+b的含量呈先升高后降低并逐漸趨于平衡的趨勢；添加微生物菌劑后降低了葉綠素a/b的值，而添加一頂三生物有機(jī)肥后卻出現(xiàn)了相反的結(jié)果；微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥的最佳處理分別為T3和T9，與CK1處理相比，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a+b的含量分別顯著提高了16.67%和21.43%，26.32%和18.42%，15.63%和21.88，18.79%和18.19%，以上結(jié)果表明不同生物有機(jī)肥施用量對不同色素的影響不同，但均能促進(jìn)油菜葉片內(nèi)光合色素的合成。類胡蘿卜素可以抑制單線態(tài)氧(1O2)的形成[17]，因此生物有機(jī)肥在提高油菜光合作用的同時(shí)還增強(qiáng)了其抵御光氧化脅迫的能力。

表4 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜葉片內(nèi)光合色素含量的影響

處理葉綠素a/(mg·g-1，鮮重)葉綠素b/(mg·g-1，鮮重)類胡蘿卜素/(mg·g-1，鮮重)葉綠素a+b/(mg·g-1，鮮重)葉綠素a/bCK11．26±0．034f0．38±0．016d0．32±0．017f1．65±0．031f3．30±0．20bcdCK21．31±0．014ef0．42±0．022bc0．32±0．012f1．74±0．034ef3．09±0．13dT11．46±0．056ab0．48±0．027a0．34±0．011def1．94±0．082ab3．07±0．06dT21．46±0．045abc0．45±0．020ab0．37±0．021abc1．91±0．050ab3．23±0．18cdT31．47±0．021ab0．48±0．012a0．36±0．019bcde1．96±0．014a3．04±0．11dT41．38±0．009cde0．45±0．009ab0．35±0．021cde1．82±0．009cde3．04±0．10dT51．37±0．017de0．43±0．010bc0．34±0．016ef1．81±0．017de3．24±0．06cdT61．41±0．095bcd0．40±0．007cd0．36±0．006bcde1．86±0．084bcd3．12±0．40cdT71．47±0．024ab0．42±0．017bcd0．38±0．015ab1．87±0．019abcd3．68±0．11aT81．48±0．021ab0．43±0．036ba0．37±0．003abc1．91±0．045abc3．46±0．28abcT91．53±0．092a0．45±0．035ab0．39±0．015a1．95±0．110ab3．62±0．07abT101．48±0．024ab0．43±0．042bc0．36±0．010bcd1．91±0．053ab3．45±0．33ab

2.3 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜體內(nèi)抗氧化物酶活性的影響

植物在生長過程中難免會(huì)遭受生物和非生物逆境脅迫，為了維持其體內(nèi)正常的代謝水平，植物會(huì)通過調(diào)節(jié)體內(nèi)抗氧化酶的活性來抵抗各種氧化損傷，SOD，POD和CAT都是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶。不同生物有機(jī)肥施用量對油菜葉片和根系內(nèi)SOD，POD和CAT活性的影響如圖1所示。

由圖1a可見：施用農(nóng)大復(fù)合肥后，油菜葉片內(nèi)SOD活性提高，但根系內(nèi)的SOD活性降低；隨著微生物菌劑施用量的提高，油菜葉片內(nèi)SOD活性呈上升趨勢，根系內(nèi)SOD活性卻呈先升高后降低的趨勢；葉片和根系的最佳處理分別為T5和T2，與CK1處理相比分別顯著提高了42.29%和85.00%；然而隨一頂三生物有機(jī)肥施入量的提高，油菜葉片內(nèi)SOD活性呈先升高后降低趨勢，根系內(nèi)SOD活性則呈平緩下降趨勢，因此葉片和根系內(nèi)的最佳處理分別為T8和T6，與CK1處理相比分別顯著提高了62.51%和9.54%；微生物菌劑對根系內(nèi)SOD活性的影響較一頂三生物有機(jī)肥顯著，而葉片內(nèi)出現(xiàn)了相反的結(jié)果。

由圖1b可見：施入農(nóng)大復(fù)合肥后，油菜葉片和根系內(nèi)POD活性顯著降低，施入微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥后，其活性又有所提高；與CK1處理相比，僅葉片內(nèi)T3和T4處理、根系內(nèi)T3，T8，T9和T10處理呈顯著升高差異，且葉片和根系內(nèi)的最佳處理分別為T3和T9。

由圖1c可見：施入農(nóng)大復(fù)合肥提高了油菜葉片和根系內(nèi)CAT活性，且其活性隨微生物菌劑用量的提高呈先升高后降低趨勢，葉片和根系內(nèi)的最佳處理均為T3，與CK2處理相比分別顯著提高了22.94%和65.53%；葉片和根系內(nèi)CAT活性均隨一頂三生物有機(jī)肥用量的提高呈緩慢上升后趨于平穩(wěn)的趨勢，其中T8，T9和T10處理均顯著高于CK2處理。

以上結(jié)果表明，僅施農(nóng)大復(fù)合肥會(huì)抑制一些抗氧化酶的活性，而施入一定量的生物有機(jī)肥后均能提高各種酶的活性，且微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥的適宜用量為60 kg/畝和80kg/畝。因此，生物有機(jī)肥可以通過提高油菜體內(nèi)抗氧化酶的活性來緩解逆境脅迫下的氧化損傷，從而提高植物抵抗逆境脅迫的能力。

2.4 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜體內(nèi)丙二醛和超氧陰離子含量的影響

圖1 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜體內(nèi)抗氧化酶活性的影響

圖2 不同生物有機(jī)肥施用量對油菜葉片和根系內(nèi)MDA含量和產(chǎn)生速率的影響

由圖2a可見，施入微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥后，葉片和根系內(nèi)MDA含量的最低點(diǎn)均出現(xiàn)在T3處理和T8處理，與CK2處理相比，葉片內(nèi)MDA含量分別顯著降低了35.96%和25.28%，根系MDA含量分別顯著降低了73.68%和50.00%，且T3處理和T8處理與其他施入同類生物有機(jī)肥處理相比差異顯著。

以上結(jié)果表明，生物有機(jī)肥可以通過提高植物體內(nèi)抗氧化酶的活性來降低活性氧的含量，從而提高植物的抗逆性，但施入量應(yīng)適宜，太少效果不顯著，過多又會(huì)出現(xiàn)適得其反的效果，因此挑選適宜的施用量對充分發(fā)揮生物有機(jī)肥的優(yōu)勢具有極其重要的意義。

3 結(jié)語

研究表明，油菜葉片內(nèi)光合色素含量與肥料的施入量及種類密切相關(guān)，其中：微生物菌劑的最佳用量為60 kg/畝；一頂三生物有機(jī)肥的最佳用量為160 kg/畝，且用量在80～200 kg/畝的差異不顯著。葉綠素是植物體內(nèi)重要的光合色素，其中葉綠素a是捕獲有效光能的主要色素，而葉綠素b是輔助色素，因此葉綠素a和葉綠素b是植物光合作用的基礎(chǔ)，并且植物體內(nèi)碳水化合物的積累來源于光合作用[18]。已有研究表明，施用生物有機(jī)肥可以提高芥藍(lán)、草莓、黃瓜等作物葉片內(nèi)葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)生長[19- 21]；生物有機(jī)肥還可以通過提高鹽脅迫下向日葵幼苗葉片內(nèi)光合色素和可溶性蛋白的含量，以減輕高鹽脅迫[22]。因此，施入適量的生物有機(jī)肥在提高油菜葉片內(nèi)色素含量的同時(shí)顯著提高了油菜的干鮮重及葉面積。

綜上所述，微生物菌劑和一頂三生物有機(jī)肥對優(yōu)化油菜生長和提高油菜產(chǎn)量方面都起到了良好的促進(jìn)效果：首先通過提高葉片內(nèi)光合色素的含量來提高油菜的光合作用；然后通過提高油菜體內(nèi)抗氧化酶的活性來提高油菜抵抗外界不良環(huán)境的能力；其次通過活化土壤養(yǎng)分促進(jìn)根系生長，提高油菜吸收水分和養(yǎng)分的能力，促進(jìn)葉面積的伸展和地上部的生長；最終提高了油菜接受轉(zhuǎn)化光能和貯存碳水化合物的能力。微生物菌劑的最佳用量為60 kg/畝，一頂三生物有機(jī)肥的最佳用量為160 kg/畝，且微生物菌劑對油菜生長的促進(jìn)效果較一頂三生物有機(jī)肥要明顯，但適宜用量范圍較窄；而一頂三生物有機(jī)肥的適宜用量為80～200 kg/畝。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，一頂三生物有機(jī)肥可采用80 kg/畝的最佳經(jīng)濟(jì)用量。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷艷，王漢中.我國油菜生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)展望，2011(1)：43- 45.

[2] 周賤根，況晨光，余偉，等.不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)雜交油菜產(chǎn)量及相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的影響[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009(9)：33- 35.

[3] 鄒娟，魯劍巍，陳防，等.氮磷鉀硼肥施用對長江流域油菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2009(1)：87- 92.

[4] 鄒小云，陳倫林，李書宇，等.氮、磷、鉀、硼肥施用對甘藍(lán)型雜交油菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(5)：917- 924.

[5] 姜瑞波，張曉霞，吳勝軍.生物有機(jī)肥及其應(yīng)用前景[J].磷肥與復(fù)肥，2003(4)：59，63.

[6] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers[J]. Plant & Soil，2003(2)：571- 586.

[7] 吳恩彪.微生物肥料對云煙87根系生長及其根際土壤細(xì)菌群落多樣性影響[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2015.

[8] THU V V, HONG L, HIRAOKA H. Effect of organic and bio- fertilizer on quality, grain yield and soil properties of soybean under rice based cropping system[J]. Omonrice，2001，9：55- 61.

[9] NAHER U A, RADZIAH O, SHAMSUDDIN Z H, et al. Isolation of diazotrophs from different soils of Tanjong Karang Rice growing area in Malaysia[J]. International Journal of Agriculture & Biology，2009(5)：547- 552.

[10] PANHWAR Q A, OTHMAN R, RAHMAN Z A, et al. Isolation and characterization of phosphate- solubilizing bacteria from aerobic rice [J]. African Journal of Biotechnology，2012(11)：2711- 2719.

[11] KNUDSON L L, TIBBITTS T W, EDWARDS G E. Measurement of ozone injury by determination of leaf chlorophyll concentration[J]. Plant Physiol，1977(4)：606- 608.

[12] 張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].3版.北京：高等教育出版社，2003.

[13] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14] 鄒奇.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[15] HEATH R L, PACKER L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation[J]. Archives of Biochemistry & Biophysics，1968(1)：189- 198.

[16] SHI Q H, ZHU Z J. Effects of exogenous salicylic acid on manganese toxicity, element contents and antioxidative system in cucumber[J]. Environmental & Experimental Botany，2008(1- 3)：317- 326.

[17] MüLLER L, FR?HLICH K, B?HM V. Comparative antioxidant activities of carotenoids measured by ferric reducing antioxidant power (FRAP) ABTS, bleaching assay (αTEAC), DPPH assay and peroxyl radical scavenging assay[J]. Food Chemistry，2011(1)：139- 148.

[18] THOLEN D， PONS T L， VOESENEK L A C J, et al．Ethylene insensitivity results in down- regulation of Rubisco expression and photosynthetic capacity in tobacco[J]. Plant Physiology，2007(3)：1305- 1315.

[19] 李海達(dá)，宋世威，劉厚誠，等.生物有機(jī)肥對芥藍(lán)生長及光合特性的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014(22)：180- 185.

[20] 顧大路，梁曉輝，吳洪生，等.生物有機(jī)肥在日光溫室黃瓜上的應(yīng)用效果研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(5)：5- 9.

[21] 王孝娣，王海波，秦菲菲，等.生物有機(jī)肥對日光溫室草莓生長發(fā)育的影響[J].落葉果樹，2005(2)：8- 10.

[22] 王善仙，劉宛，李培軍，等.生物有機(jī)肥調(diào)控對鹽堿脅迫下向日葵幼苗生長及生理指標(biāo)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011(4)：682- 688.

[23] 肖相政，劉可星，廖宗文.生物有機(jī)肥對番茄青枯病的防效研究及機(jī)理初探[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009(11)：2368- 2373.

[24] 丁傳雨，喬煥英，沈其榮，等.生物有機(jī)肥對茄子青枯病的防治及其機(jī)理探討[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(2)：239- 245.

[25] 岑忠用.生物有機(jī)肥對木薯生長、生理生化和土壤理化性狀的效應(yīng)研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2005.

[26] 李國婧.超氧陰離子的產(chǎn)生及其在植物體內(nèi)作用的研究[J].生物技術(shù)世界，2012(4)：24- 25.

[27] MITTLER R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance[J]. Trends in Plant Science，2002(9)：405- 410.

[28] DINA Z E L, ALBIDIN A K. Role of nitric oxide on iron homeostasis, chlorophyll biosynthesis and antioxidants system in two wheat cultivars[J]. American Journal of Plant Physiology，2007(4)：237- 250.