氨基酸配合硼噴施對(duì)油麥菜硼營養(yǎng)及生長、品質(zhì)的影響

梁志雄 彭智平 涂玉婷 吳雪娜 楊林香 林志軍 黃繼川

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640)

硼是維持作物正常生長所必需的微量元素，對(duì)作物根系生長、光合產(chǎn)物的合成與運(yùn)轉(zhuǎn)、生育器官的發(fā)育等方面均有廣泛影響[1-3]。在植物體內(nèi)，硼主要以難溶性大分子化合物的形式存在，且大部分被固定在細(xì)胞壁中，移動(dòng)性較差，因此植物體內(nèi)的硼難以通過有效方式運(yùn)輸?shù)叫律课唬参镌谡麄€(gè)生長期內(nèi)都必須從外界吸收硼來滿足自身代謝需求[4]。硼缺乏會(huì)導(dǎo)致植物生長減緩，光合產(chǎn)物合成減少，生育器官發(fā)育受抑制，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)；而過量施硼又會(huì)增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，且易導(dǎo)致土壤硼殘留累積，對(duì)后茬作物造成生理毒害[5-6]。目前生產(chǎn)上常見補(bǔ)充硼肥的方法有土壤施用和葉面噴施，其中土施硼肥的有效性受土壤理化性質(zhì)尤其是土壤pH值影響較大[7]，而葉面噴施由于不受土壤條件制約，可有針對(duì)性地作用于缺硼器官。相較土壤基施，葉面噴施硼肥是迅速緩解作物缺硼癥狀的有效手段，但是由于硼在植物體內(nèi)主要通過木質(zhì)部進(jìn)行運(yùn)輸，葉面噴施硼肥一般難以通過韌皮部將硼轉(zhuǎn)運(yùn)至植物根中。如果在缺硼的土壤中僅采用葉面噴施硼肥的方式，極有可能加劇根的缺硼癥狀，導(dǎo)致根系不能正常吸收其他元素[8-9]。因此探尋科學(xué)合理的施硼方法和手段，對(duì)缺硼作物的正常生長和發(fā)育意義重大。

前人研究發(fā)現(xiàn)，某些小分子有機(jī)物如氨基酸、糖醇等不僅能直接被作物吸收利用，而且具有螯合(絡(luò)合)中、微量元素的功能，常作為主劑或助劑添加到肥料中螯合(絡(luò)合)中、微量元素，從而提高中、微量元素的有效性[10-11]。沈欣等[12]研究發(fā)現(xiàn)，甘氨酸、谷氨酸、蘇氨酸與硫酸鋅混合噴施能顯著提升鋅肥的應(yīng)用效果，與單施硫酸鋅相比，3種混合噴施處理植株的鋅吸收量平均提高了48.2%，鋅利用率平均提高了14.6%。此外，丁雙雙等[13]研究發(fā)現(xiàn)，糖醇和氨基酸與硝酸鈣混合噴施不僅能增加小白菜鈣吸收量，而且對(duì)小白菜生物量和常規(guī)養(yǎng)分吸收量的增加同樣具有明顯的促進(jìn)作用。雖然目前關(guān)于小分子有機(jī)物與中、微量元素混合配施已有較多研究報(bào)道，但鮮見有關(guān)小分子有機(jī)物與硼配合施用對(duì)作物生長影響的研究。因此，為探究氨基酸等小分子有機(jī)物與硼配合噴施的應(yīng)用效果，本研究選用谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸作為配施氨基酸，以油麥菜為試驗(yàn)材料，通過盆栽試驗(yàn)，探究3種氨基酸與硼配合噴施對(duì)油麥菜生長發(fā)育和硼營養(yǎng)的影響，以期初步明確有機(jī)營養(yǎng)類物質(zhì)氨基酸與硼配合噴施對(duì)油麥菜生長和硼營養(yǎng)的應(yīng)用效果，為新型葉面有機(jī)營養(yǎng)液的研發(fā)以及科學(xué)施用硼肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所網(wǎng)室進(jìn)行。供試油麥菜品種為板針香油麥，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。供試土壤為椰糠基質(zhì)土，含有機(jī)質(zhì)70.6%，堿解氮352.5 mg·kg-1， 有效磷44.1 mg·kg-1，有效鉀1 528.4 mg·kg-1， 有效硼0.23 mg·kg-1，pH值5.2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置11個(gè)處理，包括單獨(dú)噴施1%硼酸，谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸各設(shè)3個(gè)噴施濃度(5、10、20 mmol·L-1)與1%硼酸混合噴施，并以只噴施清水為對(duì)照(CK)。每個(gè)處理3盆，每盆定植油麥菜4棵。每盆裝椰糠土5 kg，共施20 mL液體肥料(含N 200 g·L-1、 P2O5100 g·L-1、K2O 200 g·L-1)，于菜苗移栽成活后分4次稀釋100倍施用，每次施肥時(shí)間間隔10 d。試劑噴施伴隨第2、第3、第4次施肥進(jìn)行，共噴施3次，每個(gè)處理每次均勻噴施100 mL處理液。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

收獲時(shí)測定地上部鮮重即為油麥菜生物量。鮮重測定結(jié)束后每個(gè)處理取長勢均勻的植株6棵，洗凈擦干，一半只取可食用部分切碎混勻研磨，用于可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、硝酸鹽含量等品質(zhì)指標(biāo)測定。其中，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法；蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法；硝酸鹽含量測定采用紫外差減法[14]。另一半將地上部和地下部分開烘干制樣，地上部烘干樣測定氮、磷、鉀養(yǎng)分含量和硼含量，地下部烘干樣只測定硼含量。其中氮、磷、鉀含量采用濃硫酸-過氧化氫消煮法測定；硼含量采用姜黃素比色法測定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2017進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，使用Graph Pad Prism 8作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度氨基酸溶液與硼配合噴施對(duì)油麥菜生物量的影響

由圖1可知，與CK相比，單獨(dú)噴施1%硼酸使油麥菜生物量有一定增長，但二者差異不顯著。氨基酸溶液與硼配合噴施，隨著同種配施氨基酸噴施濃度提高，油麥菜生物量均不斷下降。

5 mmol·L-1谷氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量分別較CK和單獨(dú)噴施1%硼酸處理增長了4.8%和4.0%，隨著配施谷氨酸濃度的提高，油麥菜生物量大幅度降低，其中20 mmol·L-1谷氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量顯著低于單獨(dú)噴施1%硼酸處理和CK，降幅分別為13.5%和12.9%。3種濃度丙氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量均顯著高于CK和單獨(dú)噴施1%硼酸處理，隨著噴施液中丙氨酸濃度提高，增產(chǎn)作用逐漸遞減，與CK相比，5、10和20 mmol·L-1丙氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量平均增加了9.4%；與單獨(dú)噴施1%硼酸處理相比，丙氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量平均增加了8.6%。5 mmol·L-1天冬氨酸-硼噴施處理油麥菜生物量分別較CK和單獨(dú)噴施1%硼酸處理顯著增加了6.2%和5.3%；隨著配施天冬氨酸濃度的提高，油麥菜生物量均較5 mmol·L-1天冬氨酸-硼噴施處理顯著降低，但與CK以及單獨(dú)噴施1%硼酸處理無顯著差異。

綜合來看，單獨(dú)噴施1%硼酸溶液對(duì)油麥菜生物量無顯著影響；在試驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，低濃度氨基酸溶液與硼配合噴施均可顯著提高油麥菜生物量，其中丙氨酸-硼配合噴施對(duì)油麥菜增產(chǎn)作用最為明顯。

2.2 不同濃度氨基酸溶液與硼配合噴施對(duì)油麥菜品質(zhì)的影響

由表1可知，與CK比較，單獨(dú)噴施1%硼酸處理對(duì)油麥菜葉片總蛋白含量無明顯影響，二者蛋白質(zhì)含量處于同一水平。而氨基酸與硼配合噴施均能顯著提高油麥菜總蛋白質(zhì)含量，但不同氨基酸與硼配施作用效果存在一定差異。與CK相比，不同濃度谷氨酸-硼、丙氨酸-硼、天冬氨酸-硼噴施處理油麥菜總蛋白含量分別平均增加了15.3%、21.4%、24.1%。

注：不同小寫字母表示同種氨基酸不同處理 間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments of the same amino acid at 0.05 level. The same as following.圖1 不同處理對(duì)油麥菜生物量的影響Fig.1 Effects of different treatments on biomass of Lactuca sativa L.

與CK相比，單獨(dú)噴施1%硼酸對(duì)油麥菜硝酸鹽含量無顯著影響，但是在合適濃度條件下，3種氨基酸和硼配合噴施均能顯著降低油麥菜硝酸鹽含量，尤以天冬氨酸-硼噴施處理降低硝酸鹽含量綜合效果最明顯。5、10、20 mmol·L-1天冬氨酸-硼噴施處理油麥菜硝酸鹽含量分別較CK降低了23.3%、23.6%和23.8%。

噴施一定濃度氨基酸-硼混合液和單獨(dú)噴施1%硼酸處理均較CK顯著提高了油麥菜葉片的可溶性糖含量，其中單獨(dú)噴施1%硼酸后油麥菜可溶性糖含量較CK提高了11.9%；不同氨基酸-硼配合噴施處理中，谷氨酸-硼噴施處理對(duì)油麥菜可溶性糖含量的提升效果整體最優(yōu)，可溶性糖含量較CK平均增加了34.6%。

表1 不同處理對(duì)油麥菜品質(zhì)的影響Table 1 Effects of different treatments on quality of Lactuca sativa L

2.3 不同濃度氨基酸溶液與硼配合噴施對(duì)油麥菜養(yǎng)分積累量的影響

植株的氮、磷、鉀積累量能夠反映試驗(yàn)油麥菜的營養(yǎng)水平，也是油麥菜產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)建的重要因素。由表2可知，單獨(dú)噴施1%硼酸處理油麥菜的氮、磷、鉀積累量均與CK無顯著差異，表明本試驗(yàn)中硼的單獨(dú)噴施對(duì)油麥菜氮、磷、鉀養(yǎng)分利用與積累并無明顯影響。與單獨(dú)噴施1%硼酸處理相比，不同種類氨基酸-硼配合噴施均能顯著提高油麥菜氮積累量，不同濃度谷氨酸-硼、丙氨酸-硼和天冬氨酸-硼噴施處理油麥菜氮積累量平均增幅分別為9.8%、14.8%、13.7%。不同種類氨基酸-硼配合噴施處理中，5 mmol·L-1谷氨酸-硼和天冬氨酸-硼以及10 mmol·L-1丙氨酸-硼噴施處理油麥菜氮積累量分別顯著高于同種氨基酸其他濃度與硼配合噴施處理，表明在試驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，較低濃度的氨基酸與硼配合噴施更有利于油麥菜對(duì)氮的吸收和積累。與單獨(dú)噴施1%硼酸處理相比，不同濃度谷氨酸-硼和天冬氨酸-硼噴施處理均能顯著提高油麥菜磷積累量，平均分別增加16.7%和22.2%，但不同濃度丙氨酸-硼噴施處理對(duì)油麥菜磷積累量無顯著影響。與氮積累量變化規(guī)律相似，低濃度谷氨酸-硼和天冬氨酸-硼噴施均能顯著提高油麥菜鉀積累量，其中5 mmol·L-1谷氨酸-硼、丙氨酸-硼和天冬氨酸-硼噴施處理油麥菜鉀積累量分別較單獨(dú)噴施1%硼酸處理增加了10.6%、11.1%和15.2%。

表2 不同處理對(duì)油麥菜氮、磷、鉀積累量的影響Table 2 Effects of different treatments on N, P, K accumulation of Lactuca sativa L.

2.4 不同濃度氨基酸溶液與硼配合噴施對(duì)油麥菜地上部和地下部硼含量的影響

由圖2可知，單獨(dú)噴施1%硼酸處理油麥菜地上部硼含量約為49.5 mg·kg-1，較CK地上部硼含量增加了24.2%，差異達(dá)到顯著水平；單獨(dú)噴施1%硼酸處理油麥菜地下部硼含量較CK增加3.4%，但差異不顯著。由此可見，外源葉面增施的硼肥主要被作物地上部分吸收和利用。

在合適的濃度條件下，氨基酸與硼配合噴施均能較CK顯著提高油麥菜地上部硼含量，其增效作用整體強(qiáng)于單獨(dú)噴施硼。3種配施氨基酸中，丙氨酸對(duì)硼利用的增效作用最優(yōu)，與單獨(dú)噴施1%硼酸處理比較，5、10、和20 mmol·L-1丙氨酸-硼噴施處理油麥菜植株地上部硼含量分別增加了20.9%、38.6%和63.5%。

此外，3種配施氨基酸中，唯有丙氨酸與硼配合噴施能較CK顯著提高油麥菜地下部硼含量。谷氨酸和天冬氨酸與硼配施均對(duì)油麥菜地下部硼含量無明顯影響。隨著配施丙氨酸濃度的提高，油麥菜地下部硼含量逐漸增加，與單獨(dú)噴施1%硼酸處理相比，5、10、和20 mmol·L-1丙氨酸-硼噴施處理油麥菜植株地下部硼含量分別增加了9.1%、15.3%和22.3%。

圖2 不同處理對(duì)油麥菜地上部和地下部硼含量的影響Fig.2 Effect of different treatments on aboveground and underground boron content of Lactuca sativa L

2.5 氨基酸-硼噴施液中氨基酸濃度與油麥菜生物量和養(yǎng)分吸收的相關(guān)性

配施氨基酸濃度與油麥菜生物量和養(yǎng)分吸收之間的相關(guān)性分析如表3所示，谷氨酸配施濃度與油麥菜的生物量呈極顯著三次曲線相關(guān)(y=692+17.815x3-2.918x2+0.09x)，與油麥菜磷積累量的相關(guān)性也達(dá)到顯著三次曲線相關(guān)水平(y=0.243+0.011x3-0.001x2)，表明在一定濃度范圍內(nèi)，谷氨酸的配施濃度對(duì)油麥菜的生長和磷的吸收積累有良好的促進(jìn)作用，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果(圖1、表2)，在試驗(yàn)所設(shè)置濃度范圍內(nèi)，谷氨酸的適宜配施濃度應(yīng)為5 mmol·L-1。丙氨酸的配施濃度與油麥菜地上部硼含量(y=-32.358+0.635x)和地下部硼含量(y=-58.907+3.677x)均呈線性極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明在試驗(yàn)設(shè)置濃度范圍內(nèi)，提高配施丙氨酸濃度能有效提高試驗(yàn)油麥菜地上部和地下部硼含量。

表3 氨基酸配施濃度與油麥菜生物量和養(yǎng)分吸收之間的相關(guān)性(r值)Table 3 The correlations between the spraying densities of amino acid and the biomass and nutrient uptakes of Lactuca sativa L. (r value)

3 討論

葉面噴施硼肥不僅能快速緩解作物的缺硼癥狀，對(duì)作物的產(chǎn)量建成和品質(zhì)提升也具有重要影響。吳海勇等[16]研究表明，葉面噴施硼肥能提早水稻生育期，促進(jìn)水稻分蘗，增加有效穗數(shù)，最終提高水稻產(chǎn)量。陳玲玲等[17]指出硼的施用效果主要表現(xiàn)為增加苜?；ǚ蹟?shù)量、花粉活力以及種子產(chǎn)量組成成分，提高結(jié)實(shí)率和結(jié)莢率，從而達(dá)到增產(chǎn)效果。本試驗(yàn)中，單獨(dú)噴施1%硼酸對(duì)油麥菜地上部生物量和養(yǎng)分積累量無明顯影響，這與前人的研究結(jié)果存在一定差異。考慮到本試驗(yàn)中油麥菜屬于葉菜類作物，產(chǎn)量主要依賴于植株的營養(yǎng)生長，從前人研究結(jié)果來看[16-18]，硼肥主要從作物生殖生長方面影響作物的產(chǎn)量，因此硼的主要增產(chǎn)效應(yīng)在本試驗(yàn)油麥菜生長過程中可能并未得到充分體現(xiàn)。另外，本試驗(yàn)中葉面單獨(dú)噴施1%硼酸噴施能顯著提高油麥菜地上部含硼量，這與前人研究結(jié)果相似[5,19]，但對(duì)油麥菜地下部的硼含量無明顯影響，說明被油麥菜葉面所吸收的硼主要保留在植株的地上部分。

本研究中，適宜濃度的谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸與1%硼酸配合噴施在增加油麥菜生物量以及氮、磷、鉀積累量，改善油麥菜品質(zhì)等方面均顯著優(yōu)于單獨(dú)噴施硼酸。一方面是因?yàn)榘被岱肿颖旧砗刑?、氮元素，是一種性質(zhì)優(yōu)良的植物營養(yǎng)劑，能顯著促進(jìn)植物生長以及根系發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)作物對(duì)土壤中氮、磷、鉀的吸收[11,13]。另一方面，配施氨基酸能為植物體內(nèi)代謝過程提供能量，調(diào)控植物體內(nèi)生理生化過程，減少硝酸鹽積累，提高總蛋白和可溶性糖含量，從而明顯改善作物品質(zhì)[20-22]。隨著配施氨基酸濃度的提高，油麥菜生物量以及品質(zhì)均出現(xiàn)不同程度的下降，推測配施濃度過高的氨基酸容易傷害植株葉片，對(duì)葉面生長產(chǎn)生抑制作用。另外，前人無菌培養(yǎng)試驗(yàn)指出，培養(yǎng)液中低濃度氨基酸更有利于植物吸收[23]。

與單獨(dú)噴施1%硼酸相比，3種氨基酸與硼配合噴施均能顯著提高油麥菜地上部硼含量，呈現(xiàn)出良好的增效作用。這主要是因?yàn)?，氨基酸溶液本身具備較好的滲透、吸附性，當(dāng)溶液噴施至葉片表面時(shí)，能迅速在葉面上擴(kuò)散，從而增加葉面的吸收范圍；另外，氨基酸溶液具有良好的保濕性，有助于延長養(yǎng)分的吸收時(shí)間[12]。前人研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸能有效螯合Cu、Zn、Fe和Ca等元素，使養(yǎng)分元素以氨基酸螯合態(tài)的形式存在并轉(zhuǎn)移至植物體內(nèi)[11-13]。閆磊等[24]研究發(fā)現(xiàn)，丙三醇能與硼發(fā)生絡(luò)合作用，在水培溶液中添加丙三醇和硼能顯著提高油菜地上部硼含量。因此，氨基酸和硼配合噴施除了能在物理層面上提高硼的有效性，可能還存在某種化學(xué)作用對(duì)硼的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生影響。3種配施氨基酸中，丙氨酸與硼配合噴施不僅能增加油麥菜地上部硼含量(硼含量平均增幅41.0%)，對(duì)油麥菜地下部硼含量也有顯著提高作用(硼含量平均增幅15.6%)，并且噴施丙氨酸的濃度與油麥菜地上部和地下部硼含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。丙氨酸與硼配合噴施能顯著提高油麥菜地下部硼含量，說明部分噴施液中的硼被油麥菜葉面吸收后，可能通過韌皮部轉(zhuǎn)運(yùn)至植株根系。關(guān)于硼在韌皮部中運(yùn)輸方式，前人研究指出硼(B)能與一些特定可溶性有機(jī)物如甘露醇、山梨醇(L)等形成BL2復(fù)合物，進(jìn)而通過韌皮部轉(zhuǎn)運(yùn)至植株的其他部位[25-27]；Lehto等[28]利用同位素標(biāo)記試驗(yàn)指出植物體內(nèi)硼可與部分營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合通過韌皮部從植株地上部運(yùn)輸至地下部。區(qū)別于酸性氨基酸谷氨酸和天冬氨酸，丙氨酸作為分子量較小的非極性氨基酸，有可能與硼形成某種復(fù)合物，從而在植株韌皮部的堿性環(huán)境中具有一定移動(dòng)能力，但其具體運(yùn)輸機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

雖然3種供試氨基酸與硼配合噴施均可以在一定濃度范圍內(nèi)促進(jìn)油麥菜生長，提高其品質(zhì)及體內(nèi)硼含量，但作用效果因氨基酸的種類、使用濃度有所區(qū)別，這與前人的研究結(jié)果一致[12-13]?？紤]到不同氨基酸分子雖然結(jié)構(gòu)相似，但不同種類氨基酸的物理、化學(xué)性質(zhì)以及在植物新陳代謝中的作用存在一定差異。因此，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)目的系統(tǒng)分析不同氨基酸對(duì)作物生長和生理的影響，以明確適宜采用的氨基酸種類和濃度。

4 結(jié)論

適宜濃度的谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸與1%硼酸配合噴施均能不同程度改善油麥菜的品質(zhì)，提高油麥菜的生物量和氮、磷、鉀積累量，地上部硼含量較單獨(dú)噴施硼酸也得以提高。其中丙氨酸和硼配合噴施在促進(jìn)油麥菜生長發(fā)育，提高油麥菜生物量方面表現(xiàn)更為突出，顯著提高了油麥菜地上部和地下部硼含量，可作為增效劑添加到硼肥中施用。