土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗生長(zhǎng)的影響

趙銀，練雪萌，耿貴，於麗華，王宇光

（黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

甜菜（Beta vulgarisL.）是我國(guó)北方制糖產(chǎn)業(yè)的重要原料[1]，是黎科甜菜屬二年生草本植物，在我國(guó)主要分布在新疆、黑龍江、內(nèi)蒙古等地，具有喜溫、抗旱和強(qiáng)耐鹽堿特性，種植甜菜對(duì)北方尤其對(duì)黑龍江大面積鹽堿土的修復(fù)及開(kāi)發(fā)利用具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿2]。

近年來(lái)，干旱、高鹽度、極端天氣（風(fēng)、高溫、寒冷）、重金屬、光、農(nóng)藥等多種環(huán)境因素阻礙了植物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物遭受重大損失[3]。甜菜在風(fēng)的作用下發(fā)育緩慢，疾病嚴(yán)重程度增加，光合作用減弱[4]，甜菜種株倒伏也是影響甜菜產(chǎn)量、質(zhì)量的因素之一。因此，抵御甜菜環(huán)境脅迫，提高甜菜產(chǎn)量對(duì)甜菜發(fā)展具有重要意義。

TM35 是生產(chǎn)縮節(jié)胺的廢渣，經(jīng)測(cè)定其主要成分70%以上為石灰（碳酸鈣），其余成分為氧化鈣、氫氧化鈣、縮節(jié)胺及季胺鹽等物質(zhì)。縮節(jié)胺為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，又名助壯素[Mepiquat chloricie（MC）]，商用名稱為Pix，通用名為甲哌嗡[5]，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)生理方面起重要作用。潘香玉[6]研究發(fā)現(xiàn)土壤施用石灰可提高土壤pH，使水稻增產(chǎn)。陳鑫等[7]研究發(fā)現(xiàn)施用一定量的熟石灰可提高土壤pH，促進(jìn)附子的生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量?？s節(jié)胺通過(guò)抑制赤霉素的生物合成減少棉花細(xì)胞伸長(zhǎng)和降低細(xì)胞分裂速率，進(jìn)而縮短植株節(jié)間長(zhǎng)度，使株形緊湊，防止植物旺長(zhǎng)[8-10]。柳延濤等[11]研究發(fā)現(xiàn)縮節(jié)胺可以提高向日葵葉片的葉綠素、可溶性蛋白含量，降低丙二醛的產(chǎn)生。鐘瑞春等[12]研究發(fā)現(xiàn)噴施縮節(jié)胺可提高花生葉片的葉綠素含量和光合速率。王汝娟等[13]研究發(fā)現(xiàn)縮節(jié)胺噴施甘薯可顯著提高塊根中可溶性糖、淀粉、蛋白質(zhì)含量，明顯改善甘薯食用品質(zhì)。

目前，縮節(jié)胺在植物生理生長(zhǎng)抗環(huán)境脅迫方面被廣泛研究，但是在甜菜上相關(guān)研究還有所缺失。因此，本研究以TM35 為試驗(yàn)材料，研究不同施用濃度TM35 對(duì)甜菜形態(tài)和生理生化指標(biāo)的影響，以期探索出最適合甜菜生長(zhǎng)的施用濃度，用以指導(dǎo)甜菜的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及培養(yǎng)條件

本試驗(yàn)選用抗性較強(qiáng)的甜菜品種‘KWS1176’為試驗(yàn)材料，于2021 年11 月22 日在黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院甜菜耕作與栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土培試驗(yàn)。土壤為哈爾濱市黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)黑土，土壤養(yǎng)分情況：土壤無(wú)機(jī)氮含量39.85 mg/kg、有效磷含量47.71 mg/kg、速效鉀含量196.31 mg/kg、土壤有機(jī)質(zhì)含量2.48%、土壤pH 7.25。使用圓形花盆，上直徑11.5 cm，下直徑8.5 cm，高10 cm。播種時(shí)每盆下部土壤混施不同濃度TM35 共600 g，后均勻放置20 粒甜菜種子，再在種子上部覆土100 g，播種后，澆灌100 mL 1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。在播種后12 d再次澆灌100 mL 1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。試驗(yàn)共設(shè)有5個(gè)處理，TM35濃度分別為0%、1%、2%、3%和4%，9 個(gè)重復(fù)，光周期為14 h/10 h（光/暗），溫度為25 ℃/20 ℃（晝/夜），相對(duì)濕度65%～70%。2021 年12 月14 日對(duì)甜菜幼苗進(jìn)行光合參數(shù)和生物量的測(cè)定，將除去葉柄和葉脈的葉片剪碎立即放置于液氮中進(jìn)行速凍，之后保存于-80℃的冰箱中待測(cè)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2021 年12月14日試驗(yàn)結(jié)束后用相機(jī)對(duì)甜菜幼苗植株表型進(jìn)行拍照；用直尺測(cè)定甜菜幼苗株高、葉長(zhǎng)和葉寬；用面積儀掃描第一、第二和第三對(duì)真葉葉面積；用萬(wàn)分之一電子天平秤出葉片、植株、根的鮮重，然后放入烘箱105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重即干重，葉片厚度=植株鮮重/葉面積，根冠比=地上部鮮重/地下部鮮重；參照王堽等[14]的方法測(cè)量葉片相對(duì)含水量。

利用便攜式光合系統(tǒng)在收獲日上午9:00 對(duì)第二對(duì)完全展開(kāi)的幼苗葉片測(cè)量光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間二氧化碳濃度（Ci）等光合參數(shù)；采用乙醇提取比色法進(jìn)行葉綠素含量的測(cè)定[15]。

參考侯占山[16]的方法采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量和考馬斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定可溶性蛋白的含量；采用酸性茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量[17]。采用鉬銻抗比色法測(cè)量土壤有效磷含量[18]；采用乙酸銨提取法測(cè)定土壤速效鉀含量[19]；采用pH計(jì)測(cè)定土壤pH。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，GraphPad Prism8.0.2軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤施用TM35對(duì)土壤pH、土壤養(yǎng)分的影響

土壤pH 隨TM35 施用濃度的升高而升高，在濃度為4%達(dá)到最高值，與施用濃度0%相比，4%處理中土壤pH在第1 d和第22 d分別提高了25.38%、10.91%。土壤鉀含量隨施用濃度的升高而降低，變化趨勢(shì)穩(wěn)定，與施用濃度0%相比，4%處理中土壤速效鉀含量降低了16.94%。土壤磷含量隨施用濃度的升高而升高，變化趨勢(shì)穩(wěn)定，與施用濃度0%相比，4%處理中土壤有效磷含量提高了30.43%（見(jiàn)表1）。

表1 土壤施用TM35 對(duì)土壤pH 和土壤養(yǎng)分的影響Table 1 Effects of soil mixed with TM35 on soil pH and soil nutrients

2.2 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗生物量的影響

土壤混施不同濃度的TM35 以后播甜菜種子培養(yǎng)22 d，隨著施用濃度從0%到4%的增加，甜菜幼苗地上部和地下部的生長(zhǎng)狀況均有顯著變化。圖1 為土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗長(zhǎng)勢(shì)的影響，土壤施用TM35 對(duì)甜菜幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，隨著施用濃度的升高甜菜幼苗的生長(zhǎng)勢(shì)逐漸變強(qiáng)，植株矮壯，株形緊湊，葉色深厚。在施用濃度為0%時(shí)生長(zhǎng)勢(shì)弱，在施用濃度為4%時(shí)生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)。表明施用濃度4%最適宜甜菜生長(zhǎng)。

圖1 甜菜幼苗表型圖Fig.1 Phenotype of sugar beet seedlings

圖2為土壤混施不同濃度的TM35 對(duì)甜菜幼苗地上部生物量的影響，甜菜幼苗的葉片長(zhǎng)度（圖2A）和株高（圖2J）均隨施用濃度的升高而降低，在施用濃度為4%時(shí)達(dá)到最低值，與施用濃度0%相比，4%處理中甜菜株高和葉片長(zhǎng)度分別下降了25.74%、25.37%。植株鮮重（圖2I）、葉片寬度（圖2B）、葉片鮮重（圖2D）、葉片干重（圖2E）、葉面積（圖2H）和葉片相對(duì)含水量（圖2G）均隨施用濃度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)有不同，在施用濃度為2%達(dá)到最高值，與施用濃度0%相比，2%處理中甜菜地上部鮮重、葉片鮮重和葉片相對(duì)含水量分別提高了25.00%、35.68%、11.25%。葉片數(shù)（圖2F）、葉片厚度（圖2C）、根鮮重（圖3A）、根干重（圖3B）和根冠比（圖3C）隨施用濃度的升高而逐漸升高，在施用濃度為4%時(shí)達(dá)到最高值,與施用濃度0%相比，4%處理中甜菜根鮮重和根干重分別上升了202.46%、123.62%。研究數(shù)據(jù)表明，本試驗(yàn)5 個(gè)處理中，甜菜幼苗在施用濃度為2%時(shí)地上部植株生長(zhǎng)最好；在施用濃度為4%時(shí)地下部根系生長(zhǎng)最好。

圖2 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗地上部的影響Fig.2 Effect of soil mixed with TM35 on the aboveground of sugar beet seedlings

圖3 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗地下部的影響Fig.3 Effects of soil mixed with TM35 on the underground of sugar beet seedlings

2.3 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗光合作用和葉綠素含量的影響

為了分析土壤混施不同濃度的TM35 對(duì)植物光合作用的影響，統(tǒng)計(jì)了反映光合指標(biāo)的相關(guān)參數(shù)（見(jiàn)圖4）。凈光合速率（Pn）（圖4A）、蒸騰速率（Tr）（圖4B）和氣孔導(dǎo)度（Gs）（圖4C）隨施用濃度的升高而逐漸升高，在施用濃度為4%時(shí)達(dá)到最高值，與施用濃度0%相比，4%處理中甜菜Pn、Tr、Gs 分別上升了573.56%、417.65%、522.81%。Ci（圖4D）隨濃度的升高呈降低趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)有不同，在施用濃度為1%時(shí)降到最低值,然后升高又逐漸降低。Chla（圖4E）、Chlb（圖4F）和Chl（圖4H）隨施用濃度的升高而逐漸升高，在施用濃度為4%時(shí)達(dá)到最高值，與施用濃度0%相比，4%處理中甜菜Chla、Chlb 和Chl 含量分別上升了21.54%、19.19%、19.96%。Chla/Chlb（圖4G）各處理變化不明顯。數(shù)據(jù)表明，施用濃度越高對(duì)甜菜幼苗的光合參數(shù)、葉綠素含量越有積極影響，施用濃度高會(huì)促進(jìn)幼苗的光合參數(shù)、葉綠素含量增長(zhǎng)。

圖4 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗光合作用和葉綠素含量的影響Fig.4 Effects of soil mixed with TM35 on photosynthesis and chlorophyll content of sugar beet seedlings

2.4 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

可溶性糖（圖5A）、脯氨酸（圖5B）和可溶性蛋白（圖5C）含量均隨施用濃度的升高而呈降低趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)有所不同?？扇苄蕴窃谑┯脻舛葹?%時(shí)達(dá)到最低值，然后緩慢上升，與施用濃度0%相比降低了25.18%；可溶性蛋白含量隨施用濃度的升高呈下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不穩(wěn)定，在濃度為2%時(shí)呈上升的趨勢(shì)，與施用濃度為0%相比，施用濃度為4%時(shí)下降了29.01%；脯氨酸含量隨濃度升高逐漸降低，在施用濃度4%時(shí)達(dá)到最低值，與施用濃度0%相比降低了46.82%。

圖5 土壤施用TM35對(duì)甜菜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Fig.5 Effects of soil mixed with TM35 on osmotic regulation of sugar beet seedlings

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用濃度4%TM35 可使土壤pH 值高達(dá)9.09，比施用石灰之前增長(zhǎng)了25.43%，此結(jié)果與饒孝沛等[20]土壤施用石灰可提高馬鈴薯pH和產(chǎn)量研究結(jié)果一致。土壤pH 值是制約作物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的主要因素，但較高pH 值可以促進(jìn)甜菜植株和根系生長(zhǎng)[21]。但在高水平的堿性脅迫下，甜菜出苗率會(huì)降低[22].本試驗(yàn)為了保證種子出苗率，覆土?xí)r土壤沒(méi)有施用TM35，很好地解決了出苗率降低這一問(wèn)題。

縮節(jié)胺可降低植株體內(nèi)赤霉素的活性，從而抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)使植株節(jié)間縮短，葉色深厚。通過(guò)比較甜菜在施用濃度為0%～4%的TM35生長(zhǎng)狀況，在施用濃度為2%時(shí)，植株生長(zhǎng)最好；施用濃度為4%時(shí)，根系生長(zhǎng)最好。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高濃度顯著降低了株高和葉長(zhǎng)，李林等[23-25]認(rèn)為施用縮節(jié)胺可抑制棉花細(xì)胞伸長(zhǎng)，縮短節(jié)間，降低株高，提高棉花葉片二氧化碳交換率，施用縮節(jié)胺的棉花莖稈降低了50%。與本研究結(jié)果相似。此外，根系通過(guò)提供地上機(jī)械支持和控制水分與養(yǎng)分的獲取，對(duì)植物生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用[26]，本研究中施用TM35 顯著提高了甜菜根鮮重、根干重和根面積，促進(jìn)了甜菜光合作用的增加。此結(jié)果與大豆中改良的根系可以促進(jìn)大豆光合作用的研究結(jié)果一致[27]。

凈光合速率和葉綠素含量是植物重要生理指標(biāo)，光合作用是決定產(chǎn)量的基本因素。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著TM35 施用濃度從0%～4%的增加，光合速率和葉綠素含量逐漸上升，施用TM35 可提高植物光合作用能力和葉綠素含量與此前玉米中研究結(jié)果一致[28]。生理數(shù)據(jù)還表明，施用濃度為4%時(shí)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量降低，這與此前在棉花研究的結(jié)果相反[5，29]，具體原因還需要深入研究。

本研究土壤混施TM35可提高土壤pH值和土壤有效磷含量，促進(jìn)甜菜根部生長(zhǎng)；可提高甜菜葉片的Pn、Tr、Gs和葉綠素含量，降低Ci，從而提高甜菜光合作用，其中在施用濃度為4%時(shí)效果最佳；在施用濃度為4%時(shí)甜菜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)達(dá)到最低值。綜上所述，高濃度的TM35（4%）可促進(jìn)甜菜幼苗地上部和根系生物量增加，對(duì)甜菜幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。