基施鋅肥對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯抗病性相關(guān)酶活性、土傳病害和產(chǎn)量的影響

謝奎忠 孫小花 羅愛(ài)花 柳永強(qiáng) 唐德晶 朱永永 胡新元

（1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，730070，甘肅蘭州；2西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，730070，甘肅蘭州；3甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，730020，甘肅蘭州）

馬鈴薯是甘肅省地理標(biāo)志產(chǎn)品，品質(zhì)好，產(chǎn)量高，享譽(yù)國(guó)內(nèi)外[1]。馬鈴薯種植的高效益促進(jìn)當(dāng)?shù)胤N植面積不斷擴(kuò)大，集約化種植程度不斷提高，使得當(dāng)?shù)伛R鈴薯連作現(xiàn)象越來(lái)越普遍，甚至連作年限長(zhǎng)達(dá)7～8年[2]。連作使得土壤營(yíng)養(yǎng)元素逐漸缺失且得不到及時(shí)補(bǔ)充，出現(xiàn)缺素癥，土壤養(yǎng)分比例逐漸失調(diào)。卜東升等[3]研究表明，新疆棉田土壤有效鋅在連作超過(guò)5年后呈下降趨勢(shì)。多年連作使作物根系有選擇地吸收利于自身抵御逆境的物質(zhì)，造成土壤單一養(yǎng)分過(guò)度消耗，導(dǎo)致植株缺乏某些必需營(yíng)養(yǎng)元素，使作物抗逆能力下降、病蟲(chóng)害加重，直接影響正常生長(zhǎng)和發(fā)育，產(chǎn)量和品質(zhì)會(huì)隨之下降[4-6]。

鋅是動(dòng)植物體內(nèi)必需微量元素之一，一旦缺鋅，作物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞[7]，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)小分子有機(jī)物向外界大量滲漏[8]，根系滲漏小分子有機(jī)物質(zhì)是土壤中病原菌的誘餌[9]。需要適量鋅保護(hù)根細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和通透性來(lái)調(diào)控根系分泌物變化，阻止土壤中病原菌入侵根系[10]，減少土傳病害發(fā)生。鋅肥的施入可以促進(jìn)植物根系的養(yǎng)分吸收，還可以促進(jìn)生長(zhǎng)素的合成，鋅也是調(diào)節(jié)酶活性的活化劑，能提高作物生長(zhǎng)過(guò)程中抗病和抗蟲(chóng)害能力[11-16]。

甘肅馬鈴薯生產(chǎn)中大多施用氮肥和磷肥，鋅肥施用較少，加上長(zhǎng)期連作使得馬鈴薯的品質(zhì)和產(chǎn)量停滯不前，甚至可能倒退。為探明增施鋅肥對(duì)連作馬鈴薯抗病性及產(chǎn)量的影響，對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯增施不同量的鋅肥，研究其對(duì)馬鈴薯抗病性相關(guān)酶活性、土傳病害發(fā)生和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響，為甘肅馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在甘肅省定西市安定區(qū)寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)紅土村甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，耕作層土壤有機(jī)質(zhì)13.89g/kg、全氮1.02g/kg、全磷0.83g/kg、全鉀23.72g/kg、堿解氮58mg/kg、速效磷30.07mg/kg、速效鉀393mg/kg、pH 8.31。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在連續(xù)5年種植馬鈴薯的大田進(jìn)行，共設(shè)5個(gè)處理，基肥中分別加入0（CK）、15、30、45、60kg/hm2ZnSO4·7H2O，各處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積21.0m2（5.0m×4.2m）。

試驗(yàn)于2020和2021年4月下旬播種，品種為隴薯14號(hào)，行距60.00cm，株距33.00cm，密度為50 500株/hm2，施肥參照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)，施純N 150kg/hm2、P2O5120kg/hm2、K2O75kg/hm2、農(nóng)家肥37500kg/hm2，各處理ZnSO4·7H2O和基肥混勻一起施入。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 馬鈴薯根系相關(guān)酶活性 在馬鈴薯薯塊膨大期，每個(gè)小區(qū)挖出5株馬鈴薯，抖動(dòng)根系土壤，收集所有挖出的毛根，剪取距根尖10cm處部分毛根作為樣品，用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供的試劑盒測(cè)定根系中超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量。

1.3.2 土傳病害的調(diào)查和統(tǒng)計(jì) 參照曲延軍等[17]和朱亞萍等[18]對(duì)馬鈴薯枯萎病和黑痣病病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），調(diào)查和統(tǒng)計(jì)馬鈴薯枯萎病和黑痣病發(fā)病率和病情指數(shù)。

表1 馬鈴薯枯萎病和黑痣病病情指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification criteria for potato Fusarium Wilt and Rhizoctonia solani

發(fā)病率和病情指數(shù)的計(jì)算：

發(fā)病率（%）=發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100；病情指數(shù)=∑（病級(jí)株數(shù)×代表值）/（調(diào)查總株數(shù)×最高級(jí)代表值）。

1.3.3 產(chǎn)量 參照文獻(xiàn)[2]的方法進(jìn)行馬鈴薯考種和測(cè)產(chǎn)。收獲前分小區(qū)選擇正常的植株20株，挖出薯塊稱(chēng)重，求其平均值，并且記錄腐爛薯塊的數(shù)量和重量，記錄≥75g及＜75g薯塊的重量和數(shù)量，計(jì)算病薯率。分小區(qū)收獲記產(chǎn)，并且折算成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鋅肥基施量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯根系抗病性相關(guān)酶活性的影響

圖1表明，2020和2021年馬鈴薯根系內(nèi)POD活性隨鋅肥基施量變化的曲線基本一致，當(dāng)鋅肥基施量為0kg/hm2時(shí)，馬鈴薯根系POD活性最低，約為800U/g FW。隨著鋅肥基施量的增加，POD活性呈上升趨勢(shì)，當(dāng)鋅肥基施量為30kg/hm2時(shí)，根系POD活性最強(qiáng)，2020年達(dá)到1123U/g FW，2021年達(dá)到1075U/g FW，分別比對(duì)照顯著增加了33.67%和36.94%。繼續(xù)增加鋅肥基施量時(shí)，發(fā)現(xiàn)POD活性不再增強(qiáng)，反而呈下降趨勢(shì)，當(dāng)鋅肥基施量增加到60kg/hm2時(shí)，根系POD活性下降到約900U/g FW，高于對(duì)照，但是差異不顯著。

圖1 鋅肥基施量對(duì)馬鈴薯根系POD活性的影響Fig.1 Effects of zinc fertilizer base application rate on POD activity of potato roots

由圖2可知，當(dāng)鋅肥基施量為0kg/hm2時(shí)，根系SOD活性為2.25U/g FW左右，開(kāi)始增施鋅肥后SOD活性逐漸增加。當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到30kg/hm2時(shí)，2020年馬鈴薯根系SOD活性達(dá)到最大值，為2.62U/g FW，比對(duì)照顯著增加18.08%；當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到45kg/hm2時(shí)，2021年馬鈴薯根系SOD活性增加到最大值，為2.60U/g FW，比對(duì)照顯著增加14.69%；之后隨著鋅肥基施量的增加，根系SOD活性開(kāi)始顯著下降。當(dāng)鋅肥基施量為60kg/hm2時(shí)，SOD活性顯著下降到2.35～2.38U/g FW之間，比對(duì)照略高，且差異不顯著。

圖2 鋅肥基施量對(duì)馬鈴薯根系SOD活性的影響Fig.2 Effects of zinc fertilizer base application rate on SOD activity of potato roots

由圖3可知，當(dāng)鋅肥基施量為0kg/hm2時(shí)，根系CAT活性為42.85～44.47 U/g FW，開(kāi)始增施鋅肥后，CAT活性顯著增加。當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到30kg/hm2時(shí)，2020年馬鈴薯根系CAT活性達(dá)到最大值，為50.32U/g FW，比對(duì)照顯著增加17.44%；當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到45kg/hm2時(shí)，2021年馬鈴薯根系CAT活性增加到最大值，為49.85U/g FW，比對(duì)照顯著增加12.10%；之后隨著鋅肥基施量的增加，根系CAT活性開(kāi)始顯著下降。當(dāng)鋅肥基施量為60kg/hm2時(shí)，2020年下降到47.72U/g FW，比對(duì)照顯著提高11.37%，2021年下降到47.84U/g FW，比對(duì)照顯著提高7.59%。

圖3 鋅肥基施量對(duì)馬鈴薯根系CAT活性的影響Fig.3 Effects of zinc fertilizer base application rate on CAT activity of potato roots

由圖4可知，當(dāng)鋅肥基施量為0kg/hm2時(shí)，馬鈴薯根系的MDA含量為0.63nmol/g FW。施用鋅肥后，馬鈴薯根系內(nèi)MDA含量開(kāi)始顯著下降，當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到45kg/hm2時(shí)，根系中MDA含量最低，2020年為0.58nmol/g FW，2021年為0.59nmol/g FW，分別比對(duì)照顯著降低7.45%和7.16%；之后隨鋅肥基施量的增加，根系內(nèi)MDA含量增加。當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到60kg/hm2時(shí)，2年根系內(nèi)MDA含量均為0.62nmol/g FW，比對(duì)照低，且差異不顯著。

圖4 鋅肥基施量對(duì)馬鈴薯根系中MDA含量的影響Fig.4 Effects of zinc fertilizer base application rate on MDA content of potato roots

2.2 不同鋅肥基施量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯土傳病害的影響

表2顯示，與對(duì)照相比，施用鋅肥能顯著減輕連作馬鈴薯的土傳病害。隨著鋅肥基施量的增加，土傳枯萎病、黑痣病的發(fā)病率和病情指數(shù)顯著降低，當(dāng)鋅肥基施量達(dá)到30kg/hm2時(shí)，2種土傳病害的發(fā)病率和病情指數(shù)均達(dá)到最低值，與對(duì)照相比，2020年枯萎病發(fā)病率為4.00%，顯著降低8.67個(gè)百分點(diǎn)，病情指數(shù)為2.00，顯著降低70.46%，黑痣病發(fā)病率為1.24%，顯著降低7.90個(gè)百分點(diǎn)，病情指數(shù)為2.06，顯著降低79.34%；2021年與對(duì)照相比，枯萎病發(fā)病率為12.00%，降低17.33個(gè)百分點(diǎn)，病情指數(shù)為3.67，顯著降低64.47%，黑痣病發(fā)病率為12.00%，顯著降低4.00個(gè)百分點(diǎn)，病情指數(shù)為3.07，顯著降低39.45%。此時(shí)土傳病害最輕，馬鈴薯田間長(zhǎng)勢(shì)最好。當(dāng)鋅肥基施量由30kg/hm2增加到60kg/hm2，馬鈴薯土傳枯萎病和黑痣病的發(fā)病率和病情指數(shù)均有升高的趨勢(shì)，但差異不顯著。

表2 鋅肥施用量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯土傳病害的影響Table 2 Effects of zinc fertilizer application rate on soil borne diseases of long-term continuous cropping potato

2.3 不同鋅肥基施量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.3.1 對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響 由表3可知，與對(duì)照相比，基施鋅肥能顯著降低長(zhǎng)期連作馬鈴薯收獲后的病薯率，當(dāng)開(kāi)始施加鋅肥，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯的病薯率逐漸減低，病薯的重量也逐漸降低，當(dāng)鋅肥基施量增加到30kg/hm2時(shí)，病薯個(gè)數(shù)和重量占比都達(dá)到最低值，馬鈴薯病薯個(gè)數(shù)占比在1.24%～2.87%，病薯重量占比在0.80%～2.06%。當(dāng)鋅肥基施量由30kg/hm2增加到60kg/hm2時(shí)，馬鈴薯病薯個(gè)數(shù)和重量占比反而有顯著增高。與對(duì)照相比，基施鋅肥能顯著提高長(zhǎng)期連作馬鈴薯商品薯率，當(dāng)開(kāi)始施加鋅肥，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯的商品薯個(gè)數(shù)和重量占比顯著增高，當(dāng)鋅施用量增加到30kg/hm2時(shí)，商品薯個(gè)數(shù)和重量占比基本達(dá)到最高值。當(dāng)鋅肥基施量由30kg/hm2增加到60kg/hm2時(shí)，商品薯個(gè)數(shù)和重量占比反而呈降低趨勢(shì)。

表3 鋅肥施用量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響Tabel 3 Effects of zinc fertilizer application rate on yield and its components of long-term continuous cropping potato

2.3.2 對(duì)連作馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響 表3顯示，與對(duì)照相比，施加鋅肥能夠顯著提高長(zhǎng)期連作馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，當(dāng)施加鋅肥量為30kg/hm2時(shí)，馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高，2020年為51 178.03kg/hm2，2021年為 30 206.50kg/hm2。當(dāng)鋅肥基施量由30kg/hm2增加到60kg/hm2時(shí)，長(zhǎng)期連作的馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有降低的趨勢(shì)，但差異不顯著。

3 討論

目前，鋅元素的缺乏問(wèn)題在世界范圍內(nèi)普遍存在，并且引起了廣泛的關(guān)注[19-20]，作物缺鋅問(wèn)題與人體缺鋅問(wèn)題存在著直接聯(lián)系[21-22]。施加鋅肥是提高農(nóng)作物可食部位鋅含量的有效措施，對(duì)馬鈴薯施用鋅肥的研究已取得了一系列的重要成果[22]，主要集中在鋅對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)影響等方面。本研究從施用鋅肥對(duì)馬鈴薯抗病性入手，研究鋅肥基施量對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯根系抗病性酶POD、SOD、CAT活性以及MDA含量的影響，進(jìn)一步研究施用鋅肥對(duì)長(zhǎng)期連作馬鈴薯抗病性、土傳病害和生長(zhǎng)的影響。POD是植物體內(nèi)常見(jiàn)的氧化還原酶，具有較強(qiáng)的抗氧化活性，可以使體內(nèi)的毒性物質(zhì)失活，催化有毒物質(zhì)氧化分解[23-24]。SOD是超氧自由基清除劑，是植物體內(nèi)清除自由基最關(guān)鍵的保護(hù)酶之一，SOD活性增加能提高植物的適應(yīng)能力，被認(rèn)為是衡量植物抗逆性狀的一種重要指標(biāo)蛋白[24-26]。CAT又稱(chēng)觸酶，存在于植物體內(nèi)的末端氧化酶，能催化細(xì)胞內(nèi)H2O2分解，清除作物體內(nèi)的活性氧[27]。POD、SOD和CAT通常共同清除細(xì)胞內(nèi)的自由基，組成了一個(gè)完整的防氧化鏈條，構(gòu)成植物體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)[28]。楊文英等[23]研究表明，鋅可以提高辣椒POD活性，鋅濃度達(dá)到一定值時(shí)，POD活性最大，此后活力隨鋅濃度的增加而減小。孫天國(guó)等[24]研究表明，甜瓜幼苗的POD、SOD和CAT活性均隨著鋅濃度升高呈先升高后下降的趨勢(shì)。這與本試驗(yàn)在馬鈴薯根系的研究結(jié)果一致，當(dāng)增加鋅肥基施量后，能夠有效提高長(zhǎng)期連作馬鈴薯根系抗病性酶活性，馬鈴薯根系中POD、SOD和CAT活性隨著鋅肥施用量的增大呈先升高后降低的趨勢(shì)，呈拋物線狀。

MDA是生物體內(nèi)自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，可同植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸和不飽和脂肪酸等發(fā)生反應(yīng)，會(huì)加劇膜脂的損傷，故可以通過(guò)MDA了解膜脂過(guò)氧化的程度，以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性[29-30]。高質(zhì)等[31]研究發(fā)現(xiàn)，缺鋅土壤施鋅肥有利于降低玉米體內(nèi)MDA含量，從而降低氧自由基的傷害，這與本試驗(yàn)在馬鈴薯根系上的研究結(jié)果基本一致。本研究中馬鈴薯根系MDA含量隨著鋅肥基施量的增大表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)。在適宜的濃度范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)ZnSO4浸種處理可有效地促進(jìn)馬鈴薯的種薯萌發(fā)與幼芽伸長(zhǎng)和增粗，從而增強(qiáng)芽勢(shì)，保證苗齊和苗壯，同時(shí)也能有效地提高根系活力和壯苗指數(shù)，進(jìn)而改善幼苗質(zhì)量[32-33]。施用適量鋅肥可以改善其結(jié)薯量和薯塊質(zhì)量，能降低病薯率，提高商品薯率，從而提高馬鈴薯的產(chǎn)量和種植的經(jīng)濟(jì)效益[34-35]。這與本研究部分結(jié)果相一致，施用適量鋅肥能降低馬鈴薯病薯率，有效提高商品薯率和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，直接提升種植的經(jīng)濟(jì)效益；然而，當(dāng)鋅肥施用量超過(guò)45kg/hm2后，反而會(huì)影響馬鈴薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高。

4 結(jié)論

當(dāng)鋅肥施用量為30kg/hm2時(shí)，長(zhǎng)期連作馬鈴薯根系抗病性相關(guān)酶POD、SOD和CAT活性最高，土傳枯萎病和黑痣病的發(fā)病率和病情指數(shù)達(dá)到最低，病薯率最低，商品薯率最高，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也最高。