一種液體肥對黃瓜抗寒性的效果研究

闞學(xué)飛，房欽飛，胡 萍，于明芯，高學(xué)文，陳 彬

（1. 深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司，廣東 深圳 518057；2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院 農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095）

溫度作為重要的環(huán)境因子之一，決定了植物的分布區(qū)域與生物產(chǎn)量，也對植物某些階段的生長具有制約或者決定性作用。在植物的非生物性脅迫中，低溫寒害是危害農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重影響植物的品質(zhì)與產(chǎn)量，直接影響著植物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［1-2］。一些喜溫農(nóng)作物如水稻、黃瓜、辣椒等經(jīng)常發(fā)生冷害現(xiàn)象。低溫不僅影響植物的生長和分布，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致植物死亡［3-4］。因此，研究提高植物抗寒性的有效方法一直為人們所重視。

芽孢桿菌是目前應(yīng)用最廣泛的生防微生物，其產(chǎn)品貨架期長且適合劑型加工。目前，市面上芽孢桿菌制劑的菌體多為中溫適生芽孢桿菌，在溫度≤10 ℃時(shí)，無法繁殖并發(fā)揮促生防病作用，無法對植物生長產(chǎn)生積極的影響。因此，開發(fā)能夠耐低溫、生防代謝物活性高的芽孢桿菌，并將其作為生防微生物制劑施用于低溫環(huán)境中，進(jìn)而提高植物的抗寒性是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵。

青藏高原是我國最大、世界海拔最高的高原，被稱為“世界屋脊”，海拔在3 000～5 000 m，平均海拔4 000 m 以上。青藏高原年平均溫度在0 ℃以下，大片地區(qū)最暖月平均溫度也不足10 ℃。極端的自然環(huán)境孕育著豐富多樣的微生物，并在長期極端環(huán)境壓力的選擇下，進(jìn)化出適應(yīng)極端環(huán)境的生理、遺傳與代謝特征，因而具有巨大的應(yīng)用潛力。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員從青藏高原分離鑒定了具有促生防病功能的芽孢桿菌，其中，一些菌株能夠在10 ℃時(shí)正常生長，并發(fā)揮良好的促生防病作用［5］。同時(shí)，耐冷芽孢桿菌能夠通過誘導(dǎo)植物體內(nèi)抗氧化通路、植物激素合成，誘導(dǎo)植物抗逆性等途徑緩解寒冷條件對植物生長的危害［6-7］。

雪中炭液體肥是一款含腐植酸、海藻提取物、抗寒芽孢桿菌菌劑的復(fù)合型抗寒液體肥料。腐植酸能夠改良土壤、保護(hù)作物生長、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)；海藻提取物不僅能夠保護(hù)植物、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增強(qiáng)作物耐寒抗病能力，還能夠保護(hù)微生物制劑使其更好地發(fā)揮生防作用；耐寒芽孢桿菌能夠在低溫條件下發(fā)揮促生防病作用。腐植酸+海藻提取物+高原抗寒微生物菌劑的組合，使得雪中炭液體肥具有很大的提升農(nóng)作物抗寒性能的潛力。筆者以黃瓜為試驗(yàn)作物，研究雪中炭液體肥對黃瓜抗寒性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司松崗分公司有機(jī)無機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試黃瓜品種為京研2號(hào)。本試驗(yàn)所用液體肥種類：雪中炭液體肥，深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)；根美美液體肥，深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)；進(jìn)口液體肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

適宜條件下，將黃瓜種子在穴盤中育苗，待黃瓜幼苗長到兩葉一心時(shí)移栽到一次性種植杯中。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)5 個(gè)處理：處理1 為清水處理，處理2 施用雪中炭液體肥，處理3 施用進(jìn)口液體肥，處理4施用根美美液體肥，處理5 為室外正常不施肥處理。每個(gè)處理10株，移栽后2～3 d緩苗成功，再進(jìn)行液體肥噴施，肥料連續(xù)噴施2次，中間間隔1 d，施肥處理后將其放入光照培養(yǎng)箱低溫（5 ℃）處理48 h，低溫處理后放置室溫（25 ℃）培養(yǎng)24 h，再進(jìn)行取樣及相關(guān)指標(biāo)測定。

1.3 測定方法

分別測定黃瓜的株高、單株質(zhì)量、可溶性糖含量、丙二醛含量、過氧化物酶及電導(dǎo)率。逆境對植物細(xì)胞膜傷害程度采用電導(dǎo)率儀［8］測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法［8］測定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［9］測定，過氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚法［9］測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片細(xì)胞膜透性的影響

低溫脅迫對植物細(xì)胞膜有嚴(yán)重的損傷作用，損傷生理機(jī)制是膜脂透性增加。電解質(zhì)滲透率高低能反映植物的受害程度，電解質(zhì)滲透率越高，電導(dǎo)率就越高，植物受害程度也就越重，反之亦然［10］。低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片細(xì)胞膜透性的影響見圖1。由圖1 可知，室外不施肥處理和低溫條件下噴施雪中炭液體肥處理的黃瓜葉片電導(dǎo)率都低于清水對照，分別低41.8%和35.1%，而其他處理與清水對照處理相比電導(dǎo)率無明顯差異。表明低溫脅迫下噴施雪中炭液體肥能夠減緩黃瓜葉片電解質(zhì)滲出，降低電導(dǎo)率，從而減小細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的受傷程度。

圖1 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片電導(dǎo)率的影響

2.2 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片MDA 含量的影響

MDA 是脂質(zhì)過氧化的一種典型產(chǎn)物，它的積累可對植物細(xì)胞膜和細(xì)胞造成進(jìn)一步的傷害進(jìn)而引起一系列生理生化變化，被作為脂質(zhì)過氧化程度指標(biāo)［11］。低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片MDA 含量的影響見圖2。由圖2 可知，低溫條件下噴施雪中炭液體肥的黃瓜葉片MDA 含量明顯低于噴施進(jìn)口液體肥和根美美液體肥，分別低20.2%和5.3%。說明低溫脅迫下噴施雪中炭液體肥可以降低黃瓜葉片MDA 含量，有效抑制了黃瓜低溫脅迫后的膜脂過氧化作用，從而減輕了MDA 對細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害。

圖2 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片MDA含量的影響

2.3 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片可溶性糖含量的影響

研究表明，低溫逆境下，植物的淀粉水解作用增強(qiáng)，可溶糖含量增加，增加了細(xì)胞的滲透壓，從而在抵御低溫環(huán)境方面起到重要保護(hù)作用［12］。低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片可溶性糖含量的影響見圖3。由圖3 可知，低溫條件下噴施雪中炭液體肥相對噴施進(jìn)口液體肥和根美美液體肥的黃瓜可溶性糖含量明顯增加，分別增加了17.9%和7.9%。說明低溫脅迫下噴施雪中炭液體肥可以顯著提高黃瓜葉片可溶性糖含量，增加葉片細(xì)胞滲透壓，降低外界低溫?fù)p傷。

圖3 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片可溶性糖含量的影響

2.4 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片過氧化物酶活性的影響

研究表明，作物在受到低溫脅迫時(shí)，會(huì)迅速啟動(dòng)保護(hù)酶系統(tǒng)，使酶活性增強(qiáng)，來抵抗逆境對自身的傷害［13］。低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片過氧化物酶活性的影響見圖4。由圖4 可知，在受到低溫脅迫時(shí)，施用雪中炭液體肥處理黃瓜葉片的過氧化物酶活性最高，其酶活性顯著高于施用進(jìn)口液體肥和根美美液體肥處理的黃瓜葉片，分別提高了14.7%和19.0%。說明低溫條件下噴施雪中炭液體肥可以明顯提高黃瓜葉片過氧化物酶活性，抵抗外界低溫傷害。

圖4 低溫條件對不同施肥處理黃瓜葉片過氧化物酶活性的影響

2.5 低溫條件對不同施肥處理黃瓜長勢的影響

低溫條件對不同施肥處理黃瓜長勢的影響見表1。如表1 所示，低溫處理結(jié)束后，施用雪中炭液體肥的黃瓜幼苗與施用進(jìn)口液體肥及根美美液體肥的黃瓜幼苗相比，株高分別增加了5.7%和23.0%，單株質(zhì)量分別增加了46.0%和28.0%。說明低溫脅迫后，施用雪中炭液體肥的黃瓜幼苗可以表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗低溫性，從而減輕低溫危害。

表1 低溫條件對不同施肥處理黃瓜長勢的影響

3 結(jié)論

低溫脅迫是植物生長過程中常見的自然災(zāi)害，對植物的生長代謝有著重要影響。低溫脅迫會(huì)使植物生長速率下降，蒸騰及光合速率降低，植物體內(nèi)活性氧逐漸累積，細(xì)胞膜脂過氧化程度、細(xì)胞損傷程度加??；同時(shí)，在低溫生長環(huán)境下，植物體內(nèi)抗氧化酶活性增強(qiáng)，滲透調(diào)節(jié)物數(shù)量增多。低溫脅迫下，植物細(xì)胞膜會(huì)受到嚴(yán)重的損傷，使膜脂透性增加。同時(shí)，植物膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛大量累積，導(dǎo)致自由基大量累積，自由基啟動(dòng)膜脂過氧化作用，從而造成膜的損傷和破壞，引起電解質(zhì)外滲。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噴施雪中炭液體肥可以有效降低黃瓜葉片電導(dǎo)率和丙二醛含量，減少電解質(zhì)滲出。證明施用雪中炭液體肥能夠減輕細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的受傷程度，與對照組相比，能夠使植物較好地維持細(xì)胞質(zhì)膜的完整性，保證黃瓜植物體內(nèi)各種代謝循環(huán)的正常進(jìn)行。

噴施雪中炭液體肥可以提高黃瓜葉片過氧化物酶活性，抵抗外界對黃瓜的低溫?fù)p傷。低溫脅迫下，植物生理表現(xiàn)為糖分積累，可溶糖含量的增加可以提高細(xì)胞原生質(zhì)濃度，降低細(xì)胞液的冰點(diǎn)，并減小細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰的機(jī)會(huì)，維持細(xì)胞膜在低溫下的正常功能，因此，糖是植物抗寒性的主要保護(hù)物質(zhì)［12］。本研究中噴施雪中炭液體肥可以有效提高可溶糖含量，使黃瓜在低溫下可溶性糖含量保持在較高水平，降低了細(xì)胞滲透勢，有利于黃瓜抗寒能力的提高，使植物在逆境環(huán)境下能夠正常的生長發(fā)育，從而提高黃瓜長勢。

抗寒性是一個(gè)受多基因控制、多因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀［14］，利用單一指標(biāo)鑒定植物的抗寒性有很多局限性，而且指標(biāo)間還有著一定的相關(guān)性，因此采用單一指標(biāo)很難既準(zhǔn)確又全面地反映植物實(shí)際抗寒能力的強(qiáng)弱，只有利用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，才能兼顧準(zhǔn)確與全面［15］。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對比得出，低溫處理后，與施用進(jìn)口液體肥和根美美液體肥的黃瓜相比較，施用雪中炭液體肥的黃瓜在長勢方面，株高分別增加了5.7%和23.0%，單株質(zhì)量分別增加了46.0%和28.0%；在抗逆指標(biāo)方面，b（可溶性糖）分別增加了17.9%和7.9%，b（丙二醛）分別降低20.2%和5.3%，過氧化物酶活性分別增加14.7%和19.0%；在植株細(xì)胞完整性方面，電導(dǎo)率分別降低21.9%和16.7%。綜上所述，雪中炭液體肥是一款顯著抗寒、提高品質(zhì)、助長且高吸收利用率的多功能抗寒性液體肥料。