葉面噴施氧化型谷胱甘肽對馬鈴薯干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

陳陽陽，康文欽，田步濤，張宏杰，呂 慧，竇淑賢，賈立國，樊明壽

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

谷胱甘肽（glutathione，GSH），化學(xué)名為L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸，是廣泛存在于生物體內(nèi)最豐富的小分子硫醇類化合物，有氧化型（GSSG）和還原型（GSH）兩大類存在于細胞質(zhì)、線粒體和葉綠體中。在酶的調(diào)控下，生物體內(nèi)GSH和GSSG 通常處于穩(wěn)恒性動態(tài)平衡，表現(xiàn)為GSH/GSSG 比值約為50∶1[1]。谷胱甘肽具有抵抗環(huán)境脅迫[2-3]、促進光合性能和植株發(fā)育[4-6]、參與ROS 調(diào)節(jié)[7]等作用。近年來，植物谷胱甘肽生理作用的研究取得了較大進展，在青菜和大白菜[8]、大麥[9]、番茄[4，10]、小麥[11]、甜瓜[12]、菠菜[13]上均展開了研究，在水培試驗中，谷胱甘肽通過抑制O2·、H2O2和丙二醛（MDA）的積累，改善礦物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運，減少大麥和水稻中Cd的積累以降低Cd 誘導(dǎo)的生長抑制作用[14-15]。外源GSH 能夠促進農(nóng)作物幼苗的生長、根系干重、根系長度和葉綠素含量，有效地減輕了鹽脅迫對水稻造成的傷害[16-17]。FATMA 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，通過增加芥菜中谷胱甘肽的含量，補充的硫可以改善鹽脅迫下的光合作用和植物生長。然而，將氧化型谷胱甘肽（GSSG）應(yīng)用于馬鈴薯生產(chǎn)鮮少報道。本研究明確GSSG對馬鈴薯光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，確定GSSG最佳施用量，以期為GSSG 應(yīng)用于馬鈴薯生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗于2017年5—9月在內(nèi)蒙古烏蘭察布市察哈爾右翼中旗西壕塹村進行。該地區(qū)無霜期100 d，馬鈴薯全生育期降水量181 mm，土壤類型為栗鈣土，0～30 cm 土壤土層有機質(zhì)含量16.75 g/kg、全氮含量1.29 g/kg、速效磷含量12.59 mg/kg、速效鉀含量117.36 mg/kg，pH值8.46。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個處理，4次重復(fù)，每個小區(qū)面積72 m2，小區(qū)間設(shè)0.9 m 隔離行，種植密度均為37 500株/hm2。供試馬鈴薯品種為費烏瑞它，在馬鈴薯出苗后20 d 采用背負式噴霧器分別噴施清水為對照（CK）、450 g/hm（2C1）、900 g/hm（2C2）、1 350 g/hm（2C3）、1 800 g/hm（2C4）水溶性GSSG，每次噴施水量保持一致。試驗采用膜下滴灌模式。900 kg/hm2復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶19∶16），75 kg/hm2磷酸二銨作為基肥一次性基施，其他管理措施與大田一致。

1.3 取樣時間和方法

于出苗后20 d 噴施GSSG，試驗分別在噴藥前1 d，噴藥后5、10、20 d 進行田間取樣，每個小區(qū)選用有代表性的植株3株，分別取各個器官稱鮮重，于105℃下殺青30 min，然后75℃烘干至恒重，測定干重，磨碎裝袋進行室內(nèi)分析。

1.4 測定指標與方法

葉面積指數(shù)：重量換算法；SPAD值：采用SPAD-502 葉綠素測定儀測定；產(chǎn)量：收獲時，每個重復(fù)隨機選定1.8 m2測定塊莖鮮重，并計算公頃產(chǎn)量，其中，大于150 g為大薯。

淀粉含量：碘比色法；還原糖含量：3，5-二硝基水楊酸法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016、SPSS 24.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度GSSG對馬鈴薯葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，隨著生育時期的延長，馬鈴薯的葉面積指數(shù)呈現(xiàn)升高的趨勢。噴施GSSG后馬鈴薯的葉面積指數(shù)隨施用量增加呈先升高后下降的趨勢，在C3 處理下葉面積指數(shù)最高，為10.43，C3 顯著高于C4、C2 處理，對照CK最低，僅為8.45。

2.2 不同濃度GSSG對馬鈴薯SPAD值的影響

由圖2可知，隨著生育時期的延長，馬鈴薯SPAD值表現(xiàn)出單峰曲線變化，在噴藥后10 d 達到最大值。從整體變化趨勢來看，馬鈴薯SPAD值在C3 處理最高，為48.51，然后依次為C4、C1和CK 處理，分別為48.00、47.72、47.47。

2.3 不同濃度GSSG對馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

由圖3可知，隨著生育時期的延長，馬鈴薯的塊莖和整株干物質(zhì)量均表現(xiàn)出增加的趨勢。從噴藥后的整體變化分析，馬鈴薯塊莖和整株干物質(zhì)量均呈現(xiàn)增加趨勢，且在C3 處理下達到最大，分別為147.43、234.79 g/株。塊莖干物質(zhì)量表現(xiàn)為C3>C4>C2>C1>CK；馬鈴薯的整株干物質(zhì)量表現(xiàn)為C3>C1>C2>C4>CK。

2.4 不同濃度GSSG對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.4.1 不同濃度GSSG對馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響 由表1可知，隨著GSSG濃度的增加，馬鈴薯的單株結(jié)薯數(shù)、商品薯率以及產(chǎn)量均表現(xiàn)上升的趨勢，當(dāng)濃度達到C3時各指標均達到峰值。馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)為C3 顯著高于C2、C4、C1、對照。C1、C2、C3、C4 馬鈴薯產(chǎn)量較對照分別增加了6.99%、7.27%、10.99%、4.60%；馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)較對照分別增加了8.74%、13.38%、17.92%、15.35%；馬鈴薯商品薯率較對照分別增加了1.53%、1.00%、3.14%、1.13%。

表1 不同濃度GSSG下馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

2.4.2 不同濃度GSSG對馬鈴薯品質(zhì)的影響 由圖4可知，隨著GSSG濃度的增加，馬鈴薯塊莖中的淀粉含量呈現(xiàn)出單峰曲線變化，濃度高于C3時塊莖淀粉含量開始下降，最大值為22.03%，較CK增加了18.94%。隨著GSSG濃度的增加，馬鈴薯塊莖中的還原糖含量呈現(xiàn)出降低趨勢，在C3時達到最低0.31%，較CK 降低31.13%。

2.5 GSSG最佳推薦施用量

將GSSG施用量和產(chǎn)量關(guān)系用二次型、線性加平臺模型進行擬合分析（圖5），得出回歸方程，x代表GSSG施用量，y代表馬鈴薯產(chǎn)量，計算最高產(chǎn)量的GSSG施用量。線性加平臺模型的擬合度（R2=0.735 0）低于二次型模型的擬合度（R2=0.894 7）。其中，線性加平臺擬合的最佳施用量為442.50 g/hm2，產(chǎn)量為51.87 t/hm2；二次型擬合的最佳施用量為1 025 g/hm2，達到最大產(chǎn)量為52.59 t/hm2。線性加平臺的擬合在沒有顯著降低產(chǎn)量的同時，大幅度地降低了施用量。

3 討論與結(jié)論

葉面施肥是植物吸收營養(yǎng)成分的一種補充，可以輔助根系吸收養(yǎng)分，與傳統(tǒng)的施肥方式不同，是農(nóng)作物施肥的直接高效輔助措施，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的施肥技術(shù)。試驗表明，馬鈴薯產(chǎn)量隨著葉面噴施氧化型谷胱甘肽濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，其中，C3 處理下（1 350 g/hm2）馬鈴薯產(chǎn)量最高，為53.21 t/hm2，比CK 處理（清水對照）增產(chǎn)4 877 kg/hm2，增產(chǎn)率為10.09%。本研究表明，葉面噴施GSSG 改善了馬鈴薯塊莖品質(zhì)。在C3 處理下，馬鈴薯塊莖淀粉含量比CK增加18.94%、還原糖含量降低了31.13%。與產(chǎn)量的變化基本相同，馬鈴薯葉面積指數(shù)和SPAD值隨著GSSG濃度增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，C3 處理達到最佳效果，這說明適當(dāng)?shù)腉SSG濃度可以促進馬鈴薯光合性狀。這與劉會芳等[5]、單長卷等[7]的研究結(jié)果一致。此外，葉面噴施GSSG 還促進了馬鈴薯干物質(zhì)量的增加，隨著噴施濃度的增加，馬鈴薯的干物質(zhì)量均表現(xiàn)出增加的趨勢，當(dāng)濃度為1 350 g/hm2（C3 處理）時效果最佳；繼續(xù)增大GSSG 噴施濃度馬鈴薯干物質(zhì)卻不再增大。周艷[19]的研究結(jié)果也表明外源谷胱甘肽可以促進植株干物質(zhì)量的增加。由此可見，葉面噴施適宜濃度GSSG可以有效促進馬鈴薯生長、改善塊莖品質(zhì)、增加產(chǎn)量。

綜合分析，葉面噴施GSSG可以促進馬鈴薯葉面積指數(shù)、SPAD值、干物質(zhì)積累量的增加，增加馬鈴薯產(chǎn)量，提高塊莖淀粉含量，降低塊莖還原糖含量，改善塊莖品質(zhì)。通過不同濃度梯度的比較并通過線性加平臺模型擬合，GSSG的最佳推薦施用量為442.50 g/hm2。