腐植酸對西葫蘆幼苗生長、生理及水分利用率的影響

王 研，李靈芝，郭文忠，溫江麗，李銀坤，范鳳翠，武月勝，李海平

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西太谷 030801；2北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097；3河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，石家莊 050000）

0 引言

西葫蘆屬葫蘆科南瓜屬一年蔓生草本植物，因具有藥用價(jià)值高、儲(chǔ)運(yùn)方便、生長期短、產(chǎn)量高、適合間混套作等優(yōu)點(diǎn)[1]，成為冬春季設(shè)施栽培主要蔬菜作物之一。西葫蘆喜濕潤不耐干旱，苗期易受環(huán)境影響。西葫蘆生長過程缺水會(huì)影響生長、降低產(chǎn)量[2]。

腐植酸是一種主要來源于樹木和森林的天然有機(jī)混合物，主要由黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸組成，有較強(qiáng)的吸附能力和離子交換能力[3]，具有節(jié)肥增效、改良土壤、促進(jìn)作物生長、改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高作物抗逆性和產(chǎn)量等功能，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的作用已受到廣泛關(guān)注[4]。腐植酸促進(jìn)植物生長的作用機(jī)理已有報(bào)道，通過刺激植物根系生長及其對養(yǎng)分的吸收，調(diào)控土壤與肥料中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，影響土壤微生物及酶活性來促進(jìn)植物生長[5]。國內(nèi)外對腐植酸在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用研究已取得一定成果，在農(nóng)作物、蔬菜和果樹方面都有應(yīng)用。施用腐植酸可顯著提高小麥、水稻的生物量和產(chǎn)量[6-7]，葉面噴施腐植酸可提高油菜產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀[8]。腐植酸能調(diào)節(jié)植物的生理變化，或者改變植物的生長環(huán)境來增強(qiáng)植物抗逆性，從而緩解環(huán)境脅迫對植物生長的抑制作用，如腐植酸可促進(jìn)西葫蘆種子發(fā)芽，并提高對低溫脅迫的抗性[9]，腐植酸和其他外源物質(zhì)協(xié)同處理可緩解低溫弱光對西葫蘆幼苗的傷害[10]；施用純化腐植酸可緩解氮脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制作用[11]等。關(guān)于腐植酸在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用作用仍在研究中。

目前的研究多是一種腐植酸對水分脅迫的緩解作用，同時(shí)比較多種腐植酸的作用，對腐植酸的生產(chǎn)應(yīng)用有一定研究價(jià)值。筆者探究不同水分條件下腐植酸對西葫蘆幼苗生長、生理指標(biāo)及水分利用率的影響，篩選不同水分條件下利于西葫蘆幼苗生長施用的腐植酸種類，以期為進(jìn)一步深入研究腐植酸的作用機(jī)制及栽培生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

西葫蘆品種為‘農(nóng)園1號’，腐植酸由山西林海腐植酸科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020年9—11月在山西省晉中市榆次區(qū)蔬菜基地溫室進(jìn)行。挑選籽粒飽滿的西葫蘆種子，用0.2%高錳酸鉀消毒20 min，后用蒸餾水清洗干凈于25℃下浸種4 h。將種子放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，放在30℃培養(yǎng)箱催芽24 h。9月10日挑選出芽長度一致的種子播種于32孔穴盤，共播12盤，各處理如表1所示。9月12日長出子葉開始灌溉營養(yǎng)液，營養(yǎng)液配方為1/3濃度山崎配方。9月22日幼苗長到兩葉一心時(shí)添加3種腐植酸鉀（300 mg/L黃腐酸鉀、300 mg/L腐植酸鉀和300 mg/L生化腐植酸鉀）處理，2天一次，共處理5次，每次施用量為750 mL/盤。10月2日開始進(jìn)行水分處理，每天通過稱重記錄幼苗的蒸騰蒸發(fā)量(ET)，第1組幼苗按照前一天100%ET補(bǔ)充水分，第2～3組幼苗分別按照75%ET和50%ET補(bǔ)充水分，1天1次，共處理10天。10月12日取樣并測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長指標(biāo)的測定 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)（10月13日），每個(gè)處理隨機(jī)選取5株長勢均勻的西葫蘆幼苗，用直尺測量西葫蘆幼苗的株高（莖基部到生長點(diǎn)的距離）、葉長和葉寬；用游標(biāo)卡尺測量莖粗（基部粗度為莖粗）；用電子天平(0.01 g)稱量西葫蘆幼苗地上鮮重、地下鮮重和全株鮮重；在烘箱105℃殺青30 min后在85℃下烘干致恒重后稱量地上干重、地下干重和全株干重；計(jì)算葉面積[15]、根冠比和壯苗指數(shù)[10]，計(jì)算如式(1)～(3)。

1.3.2 生理指標(biāo)的測定 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)（10月13日），每個(gè)處理隨機(jī)選取5株，去掉主葉脈后將葉片用液氮速凍后保存于-80℃冰箱，參照文獻(xiàn)[16]的方法測定其生理指標(biāo)?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定，SOD活性采用氮藍(lán)四唑還原法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法測定。

1.3.3 水分利用率的計(jì)算 試驗(yàn)開始用稱重法每天記錄計(jì)算單株幼苗的耗水量，生長期間單株幼苗總耗水量即為單株有效供液體積，計(jì)算水分利用率[17]，如式(4)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2007、SAS 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸對不同水分條件下西葫蘆幼苗生長特性的影響

由表2可見，在不同水分條件下，西葫蘆幼苗在添加腐植酸后株高、莖粗、葉面積均顯著增加。在75%ET灌溉條件下，與CK相比，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗株高分別增加了6.48%、5.56%和8.80%，莖粗分別增加了3.78%、2.36%和4.25%，葉面積增加了2.86%、4.70%和13.08%。在50%ET灌溉條件下，經(jīng)過黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗，株高分別增加了16.67%、0.98%、4.88%，莖粗分別增加了3.37%、2.66%和5.06%，葉面積分別增加了6.63%、5.84%和18.72%。不同腐植酸鉀處理的幼苗壯苗指數(shù)也存在差異。100%ET灌溉條件下，與CK處理相比，添加黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗壯苗指數(shù)分別提高5.42%、2.90%和6.07%；在75%ET條件下，與CK處理相比，3種腐植酸處理的壯苗指數(shù)均顯著高于對照處理，且生化腐植酸鉀作用較CK增加8.40%；在50%ET灌溉條件下，與CK處理相比，經(jīng)3種腐植酸處理的幼苗壯苗指數(shù)分別增加6.09%、5.22%、9.99%，均達(dá)到顯著水平。因此，生化腐植酸鉀處理效果最顯著，腐植酸鉀次之，黃腐酸鉀的作用最小，但添加腐植酸處理幼苗生長狀況均優(yōu)于未添加腐植酸處理。

表2 不同處理西葫蘆幼苗的生長指標(biāo)

從生物量看，3種不同腐植酸作用下植株鮮重和干重差異顯著，在不同程度的水分脅迫下添加腐植酸的幼苗鮮重和干重均高于未添加腐植酸處理。在100%ET灌溉條件下，相比于CK處理，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用的幼苗鮮重分別增加了2.78%、2.12%、4.41%，干重增加了6.41%、3.19%、11.94%；在75%ET灌溉條件下，相比于CK處理，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用的幼苗鮮重分別增加了12.89%、4.69%、14.53%，干重分別增加了7.62%、7.47%、8.47%，生化腐植酸鉀作用下植株的鮮重和干重最大，腐植酸鉀作用次之，黃腐酸鉀作用下的植株鮮重和干重最?。辉?0%ET灌溉條件下，同樣是生化腐植酸鉀作用的幼苗生物量增加最大，與CK處理相比，添加生化腐植酸鉀處理的幼苗鮮重增加了10.21%，干重增加了9.21%，均達(dá)到顯著水平，表明腐植酸對提高植株生物量有明顯促進(jìn)作用。

2.2 腐植酸對不同水分條件下西葫蘆幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖1可知，添加腐植酸處理的幼苗葉片可溶性糖含量均高于未添加腐植酸的幼苗，且生化腐植酸鉀對可溶性糖的積累作用最大，黃腐酸鉀作用次之，腐植酸鉀作用最小。在100%ET灌溉條件下，相比于CK，黃腐酸鉀、腐植酸鉀、生化腐植酸鉀作用下幼苗葉片可溶性糖含量均有所增加，且生化腐植酸鉀處理的幼苗可溶性糖含量增加幅度最大，增加了18.52%；在75%ET灌溉條件下，相比于CK處理，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用下幼苗葉片可溶性糖含量均有所增加，且生化腐植酸鉀處理的幼苗可溶性糖含量增加幅度最大，增加了59.53%；在50%ET灌溉條件下，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用的幼苗葉片可溶性糖含量分別增加了75.78%、75.58%、95.12%，均達(dá)到顯著水平。隨著水分脅迫程度的增加，添加腐植酸鉀利于幼苗可溶性糖的積累，且對水分脅迫的緩解作用逐漸增強(qiáng)。如生化腐植酸鉀作用的幼苗在75%ET條件下，葉片可溶性糖含量相比100%ET處理增加30.72%，在50%ET處理?xiàng)l件下葉片可溶性糖含量相比100%ET處理增加55.56%。

圖1 不同處理西葫蘆幼苗可溶性糖含量的比較

由圖2可看出，添加腐植酸處理的幼苗葉片可溶性蛋白含量均高于未添加腐植酸的幼苗，且生化腐植酸鉀對可溶性蛋白的積累作用最大，黃腐酸鉀次之，腐植酸鉀作用最小。在100%ET灌溉條件下，相比于CK處理，黃腐酸鉀、腐植酸鉀、生化腐植酸鉀作用下幼苗葉片可溶性蛋白含量均有所增加，且生化腐植酸鉀處理的幼苗可溶性蛋白含量增加幅度最大，增加了27.32%；在75%ET灌溉條件下，幼苗可溶性蛋白含量有相同變化趨勢，相比于CK處理，生化腐植酸鉀處理的幼苗可溶性蛋白含量增加幅度最大，增加了34.16%；在50%ET灌溉條件下，相比于CK處理，黃腐酸鉀和生化腐植酸鉀作用的幼苗葉片可溶性蛋白含量分別增加了38.76%和86.94%，均達(dá)到顯著水平。腐植酸鉀對不同程度水分脅迫可溶性蛋白積累的作用也不同。隨著水分脅迫程度的增加，添加生化腐植酸鉀對幼苗可溶性蛋白積累作用逐漸增大，75%ET處理的葉片可溶性蛋白含量與100%ET處理相比，差異不顯著；而50%ET處理的葉片可溶性蛋白含量比100%ET處理增加了16.04%；隨著水分脅迫程度的增加，黃腐酸鉀和腐植酸鉀對幼苗積累可溶性蛋白的作用先增加后降低，與100%ET灌溉條件相比，在75%ET灌溉條件下，黃腐酸鉀和腐植酸鉀作用的幼苗可溶性蛋白含量分別增加17.17%和15.88%，而在50%ET灌溉條件下，黃腐酸鉀和腐植酸鉀作用的幼苗可溶性蛋白含量差異不顯著。

圖2 不同處理西葫蘆幼苗可溶性蛋白含量的比較

由圖3中可看出，添加腐植酸鉀處理的幼苗葉片脯氨酸含量均高于未添加腐植酸鉀的幼苗，且生化腐植酸鉀對脯氨酸的積累作用最大。在100%ET灌溉條件下，相比于CK，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用下幼苗葉片脯氨酸含量分別增加了15.95%、15.94%、26.26%；在75%ET灌溉條件下，相比于CK，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用下幼苗葉片脯氨酸含量分別增加了25.19%、18.41%、30.31%；在50%ET灌溉條件下，相比于CK，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀作用的幼苗葉片脯氨酸含量分別增加了33.76%、39.69%、64.38%。水分脅迫明顯抑制了幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，且脅迫程度越大抑制作用越明顯，而添加腐植酸能明顯改善脅迫效應(yīng)，提高葉片中游離脯氨酸含量，提高幼苗的抗逆性。如未添加腐植酸的幼苗在75%ET灌溉條件和50%ET灌溉條件下脯氨酸含量比100%ET灌溉條件下的脯氨酸含量分別減少20.47%和42.71%；生化腐植酸鉀會(huì)緩解水分脅迫對幼苗積累脯氨酸的影響，與100%ET灌溉處理相比，在75%ET灌溉條件和50%ET灌溉條件下，葉片脯氨酸含量分別減少17.91%和25.40%，減小幅度均低于CK處理。

圖3 不同處理西葫蘆幼苗脯氨酸含量的比較

2.3 腐植酸對不同水分條件下西葫蘆幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)是植物體內(nèi)普遍存在的抗氧化保護(hù)酶，酶活性的高低與植物抗逆性有關(guān)。由表3可知，添加腐植酸鉀對不同程度的水分脅迫響應(yīng)不同。在100%ET灌溉條件下，與CK處理相比，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗CAT活性分別增加了19.28%、23.74%和23.55%；在75%ET灌溉條件下，與對照CK處理相比，黃腐酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗CAT活性增加了16.41%和6.24%；在50%ET灌溉條件下，與CK處理相比，黃腐酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗CAT活性分別增加8.75%和16.75%。不同水分條件下，提高幼苗酶活性作用最大的腐植酸鉀是不同的，75%ET灌溉條件下黃腐酸鉀對提高幼苗CAT活性作用較好，在50%ET灌溉條件下生化腐植酸鉀對提高幼苗CAT活性作用較好。

表3 不同處理西葫蘆幼苗葉片CAT、POD、SOD活性的比較

POD是植物體內(nèi)普遍存在且活性較高的一種酶，其活性隨植物生長發(fā)育進(jìn)程以及環(huán)境條件的變化而變化，POD活性可以反映某一時(shí)期植物體內(nèi)的代謝及抗逆性的變化，在不同水分條件下，腐植酸鉀處理均可提高POD活性。在75%ET灌溉條件下，與對照CK處理相比，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗POD活性分別增加了36.22%、3.14%和36.83%；在50%ET灌溉條件下，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗POD活性分別增加了33.92%、81.32%和93.20%。同種腐植酸對不同水分條件下的幼苗POD活性影響不同。經(jīng)黃腐酸鉀處理的幼苗，與100%ET灌溉相比，在75%ET灌溉條件和50%ET灌溉條件下幼苗POD活性分別增加了26.22%和13.45%，說明在一定范圍內(nèi)，黃腐酸鉀提高幼苗POD活性隨水分脅迫程度的增加而降低；生化腐植酸鉀處理的幼苗，相比于100%ET灌溉，在75%ET和50%ET灌溉條件下幼苗POD活性分別增加21.25%和56.54%，說明在一定范圍內(nèi)隨著水分脅迫程度的增加，生化腐植酸鉀提高幼苗POD活性的作用逐漸增大。

SOD是植物體內(nèi)普遍存在的參與氧代謝的一種酶，與植物抗老及抗逆密切相關(guān)，是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶之一。添加腐植酸鉀處理的幼苗SOD活性均高于CK，且生化腐植酸鉀對提高酶活性作用最大，腐植酸鉀作用次之，黃腐酸鉀作用最小。在100%ET灌溉條件下，相比于CK處理，經(jīng)黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀處理的幼苗SOD活性差異不顯著；在75%ET灌溉條件下，與CK相比，添加黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀的幼苗SOD活性分別提高了12.59%、22.87%和30.49%；在50%ET灌溉條件下，與CK相比，黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸作用的幼苗SOD活性分別增加了32.72%、45.60%和46.82%。隨著水分脅迫程度的增加，添加生化腐植酸鉀對提高幼苗SOD活性的作用逐漸增強(qiáng)，相比于100%ET灌溉條件，在75%ET和50%ET灌溉條件下幼苗SOD活性分別增加了25.10%和34.00%。

2.4 腐植酸對不同水分條件下西葫蘆幼苗水分利用率的影響

由圖4可看出，在相同水分條件下，添加腐植酸均可提高幼苗水分利用率。在100%ET條件下，與CK相比，添加黃腐酸鉀、腐植酸鉀、生化腐植酸鉀的幼苗水分利用率分別顯著提高6.56%、3.65%、13.09%；在75%ET處理下，與CK處理相比，添加黃腐酸鉀、腐植酸鉀、生化腐植酸鉀的幼苗水分利用率分別顯著提高了8.89%、7.47%、9.23%；在50%ET條件下，與CK處理相比，添加生化腐植酸鉀的幼苗水分利用率最高，提高了8.59%。綜合分析，生化腐植酸鉀對提高幼苗水分利用率作用最佳。添加黃腐酸鉀和腐植酸鉀的幼苗水分利用率隨水分脅迫程度的增加而減小，黃腐酸鉀處理的幼苗相比于100%ET灌溉條件，在75%ET和50%ET條件下幼苗水分利用率分別提高了4.47%和1.88%，腐植酸鉀處理的幼苗相比于100%ET灌溉條件，在75%ET和50%ET條件下幼苗水分利用率分別提高了6.01%和1.93%。由此可知，在適宜的條件下，添加3種腐植酸均會(huì)提高幼苗水分利用率，而隨著水分脅迫程度的增加，腐植酸對提高水分利用率的作用會(huì)減弱。

圖4 不同處理西葫蘆幼苗水分利用率的比較

3 結(jié)論

腐植酸處理可明顯提高西葫蘆幼苗的株高、莖粗、葉面積，在不同水分條件下，使用3種腐植酸均不同程度地提高了西葫蘆幼苗的干重和鮮重；隨著水分脅迫程度的增加，腐植酸促進(jìn)西葫蘆幼苗生長的作用逐漸增強(qiáng)，其中生化腐植酸鉀處理的幼苗生長狀況最優(yōu)。

腐植酸處理提高了西葫蘆幼苗葉片可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，且生化腐植酸鉀作用最明顯；不同程度水分脅迫下，添加腐植酸均對幼苗抗逆性有幫助，增強(qiáng)了CAT、POD和SOD活性，及時(shí)清除細(xì)胞中的活性氧，說明腐植酸可以緩解水分脅迫對西葫蘆幼苗生長的抑制，促進(jìn)幼苗生長發(fā)育。本試驗(yàn)在不同水分條件下施用腐植酸，緩解了水分脅迫對幼苗生長的影響，且在75%ET灌溉條件下提高幼苗水分利用率作用最顯著，其中生化腐植酸鉀處理最佳。

4 討論

腐植酸促進(jìn)植物的生長發(fā)育，在西瓜[19]、黃瓜[20]、番茄[21]等多種蔬菜試驗(yàn)研究中已有證實(shí)，添加腐植酸對植株的株高、莖粗、葉面積提高明顯，且有利于干物質(zhì)的積累，與本試驗(yàn)中正常水分條件下，添加腐植酸促進(jìn)幼苗生長結(jié)果一致。而之前的研究大多是對一種腐植酸的論述[22-23]，筆者在腐植酸促進(jìn)西葫蘆幼苗生長的研究基礎(chǔ)上，同時(shí)比較3種不同腐植酸的作用效果，可以選擇對幼苗生長生理效果最優(yōu)的腐植酸應(yīng)用于生產(chǎn)。腐植酸類肥料對蔬菜果樹的生產(chǎn)栽培有顯著的促進(jìn)作用，且用量較少，在一定程度上減少了運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本，可以達(dá)到節(jié)本增效、提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的目的。

植物遭受逆境時(shí)體內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除的平衡被打破，細(xì)胞膜發(fā)生膜脂過氧化，膜透性增大，水分脅迫下植物會(huì)啟動(dòng)體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)來清除活性氧，SOD、POD和CAT等保護(hù)酶能有效緩解水分脅迫造成的傷害。同時(shí)，植物體內(nèi)的游離脯氨酸作為胞質(zhì)滲壓劑、酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保護(hù)劑及自由基清除劑[24]，對環(huán)境脅迫下的植物細(xì)胞起保護(hù)作用[25]。已有研究發(fā)現(xiàn)，噴施腐植酸可明顯提高小麥等作物體內(nèi)SOD活性[26]，腐植酸可提高西瓜幼苗CAT和SOD活性[19]，腐植酸可通過降低西瓜幼苗膜脂過氧化程度增強(qiáng)植株抗逆性能，與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。腐植酸可以改良土壤性狀，吸水性、保水性影響植物對水分的吸收，噴施新型腐植酸有機(jī)液肥可以減緩?fù)寥浪窒?，起到保水?jié)水和緩解干旱脅迫作用，能極顯著提高不同植物的水分利用率[27]。本試驗(yàn)研究得出在75%ET灌溉條件下腐植酸對提高幼苗水分利用率作用最明顯，在適宜水分條件下施用腐植酸效果最佳。

試驗(yàn)是在日光溫室內(nèi)進(jìn)行的，氣象環(huán)境不穩(wěn)定，幼苗生長易受氣象因子的影響，尤其日耗水量極易受到溫室溫度、濕度及太陽輻射等因素的影響，關(guān)于氣象因子對幼苗生長耗水及腐植酸施用量的影響還有待進(jìn)一步研究。