葉面噴施易提取球囊霉素相關土壤蛋白對紐荷爾臍橙果實品質(zhì)和土壤性狀的影響

吳會會,李 艷,吳強盛

(1 長江大學園藝園林學院,湖北荊州,434025;2 興山縣特產(chǎn)局,湖北興山,443711)

柑桔是我國南方廣泛種植的果樹,根毛相對偏少,因此,高度依賴土壤中的叢枝菌根真菌(AMF)在其根系形成的叢枝菌根共生體幫助獲得水分和養(yǎng)分[1]。早期研究已證實,AMF促進了柑桔的營養(yǎng)生長、養(yǎng)分吸收、抗逆性以及果實品質(zhì)的改善[2]。此外,AMF的根外菌絲衰亡后,釋放一種被稱為球囊霉素相關土壤蛋白(GRSP)的特殊糖蛋白進入土壤環(huán)境中[3]。這種蛋白高度穩(wěn)定,不溶于水,耐熱,純化后的GRSP包含N(2%～4%)、C(35%～40%)、Si(3.0%～9.7%)、Fe(0.8%～8.8%)、K(1.2%～2.7%)、Ca(0.3%～0.7%)、P(0.03%～0.3%)、Mg(0.3%～0.5%)等[4]。AMF釋放的GRSP具有膠結(jié)和穩(wěn)定土壤團聚體、貢獻土壤有機碳和改善土壤結(jié)構(gòu)等功能[5]。Liu等[6]嘗試了把土壤易提取GRSP組份(EEG)作為一種生物刺激物,在枳實生苗上進行應用,發(fā)現(xiàn)外源EEG明顯促進了植株生長,這與EEG施入后促進根系生長素合成基因和生長素內(nèi)流載體蛋白基因表達,進而提高吲哚乙酸含量有關。另一方面,EEG土施也通過提高盆栽枳植株的葉片和根系鐵-超氧化物歧化酶活性以及內(nèi)源脫落酸、茉莉酸甲酯等水平,增強了植株抗旱性。這些結(jié)果顯示了EEG作為新的生物刺激物在柑桔中具有潛在的應用價值[7]。EEG中包含了對果實品質(zhì)有益的礦質(zhì)元素如K、Ca和Si等[4],推測EEG在柑桔果實品質(zhì)改善中可能具有正效應,但尚缺乏證據(jù)。Meng等[8]嘗試了葉面噴施EEG于倫晚(晚棱)臍橙和路德紅夏橙上,發(fā)現(xiàn)盡管EEG并沒有改變果實可溶性固形物含量,但增加了固酸比以及維生素C含量,且這種改善效果在倫晚上更突出。轉(zhuǎn)錄組分析顯示,EEG主要影響了柑桔光合速率、蔗糖和淀粉代謝等[9]。在紐荷爾臍橙上是否仍有這樣的效果還不清楚。EEG的葉面噴施使用量大,提取過程中離心非常耗時,那么靜置提取的EEG是否也如離心提取的EEG一樣具有正效應也不清楚。本研究分析了葉片噴施離心提取和靜置提取的EEG對紐荷爾臍橙果實品質(zhì)和土壤性狀的影響,為進一步明確EEG功能提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和處理供試材料為興山縣特產(chǎn)局柑桔基地(31°35′53″N,110°75′21″E)的7年生枳砧紐荷爾臍橙(Citrussinensis‘Newhall’),樹體大小基本一致(冠幅約1.8 m,株高約1.7 m),長勢中庸,等高梯地栽培,株距3 m。于2019年8月,對供試材料進行外源EEG噴施處理。EEG的制備分為兩種形式:(1)靜置提取EEG(S-EEG),即每0.5 g風干土樣(來自長江大學柑桔園5～15 cm土層土壤,過4 mm篩)與4 mL 20 mmol/L(pH值7.0)檸檬酸鈉緩沖液混合,搖勻,在高溫蒸汽(103 kpa、121 ℃)條件下提取30 min,隨后室溫下靜置24 h,直接收集上層澄清液用于葉面噴施;(2)離心提取EEG(C-EEG),即每0.5 g風干土樣與4 mL 20 mmol/L(pH值7.0)檸檬酸鈉緩沖液混合,搖勻,在高溫蒸汽(103 kpa、121 ℃)條件下提取30 min,然后8 000 g/min下離心5 min[10],收集上清液。重復上述的收集程序,直至EEG的用量達到實驗所需。收集的EEG被保存在4 ℃下備用,使用前利用檸檬酸鈉緩沖液進行稀釋1倍[6-8],用于葉面噴施。

本試驗共3個處理:葉面噴施S-EEG、C-EEG以及20 mmol/L(pH值7.0)檸檬酸鈉緩沖液(對照,CK)。2株為1個小區(qū),每個處理重復5次。每株樹噴施1 L(大約使用了80 g土,提取得到大約0.5 L的EEG上清液),只對樹冠外圍中上部的葉面進行噴施,噴施時幾乎沒有液體滴落在地下。于8月7日(晴天)、8月16日(晴天)和8月23日(晴天)各進行一次葉面噴施,共3次。于2019年12月4日收獲各處理樹外圍中上部的果實、根系和根際土壤。

1.2 測定方法根系菌根侵染率采用曲利苯藍乳酸染色法[11]進行測定,土壤孢子密度采用染色法[12]進行測定,土壤菌絲長度依照Bethlenfalvay等[13]的方法進行測定。土壤中的EEG、難提取GRSP(DEG)和總GRSP(TG)均依照Wu等[10]方法進行測定。土壤水穩(wěn)性團聚體(WSA)的分布采用濕篩法[12]測定,土壤團聚體穩(wěn)定性采用平均質(zhì)量直徑(MWD)[14]進行估算。

采用游標卡尺測定果實縱橫徑,使用電子天平測定果肉和果皮的質(zhì)量,使用GY-4果實硬度計測定果實硬度,采用手持測糖儀(WYT-4)測定可溶性固形物含量,采用色差計(CR10)測定果面L值,參考張志良等[15]方法進行果肉蔗糖、葡萄糖和果糖含量測定。

1.3 統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)的方差分析和多重比較分析均在SAS(8.1)軟件中進行,多重比較采用新復極差法檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施EEG對菌根的影響葉面噴施EEG顯著地提高了臍橙根系和土壤菌根的狀況,但不同方法制備的EEG的效果存在差異。與CK相比,S-EEG和C-EEG顯著提高了根系菌根侵染率,分別提高了7.95倍和1.22倍;顯著提高了土壤孢子密度,分別提高了53.5%和45.5%;顯著提高了土壤菌絲長度,分別提高了151.7%和441.4%(見表1)。

表1 兩種方法制備的EEG葉面噴施對紐荷爾臍橙菌根的影響

2.2 噴施EEG對臍橙果實外觀的影響噴布EEG后,紐荷爾臍橙果實外在品質(zhì)有一定的改善。與CK相比,S-EEG顯著地提高了果皮質(zhì)量、果肉質(zhì)量、單果質(zhì)量、縱徑和橫徑,分別提高了11.6%、7.5%、12.2%、5.8%和3.9%,但對果實硬度和果面L值沒有顯著影響。C-EEG顯著提高了果肉質(zhì)量、單果質(zhì)量、縱徑、硬度和果面L值,分別提高了13.0%、7.8%、4.9%、14.3%和2.0%,但對果皮質(zhì)量和橫徑?jīng)]有顯著影響(見表2)。

表2 兩種方法制備的EEG葉面噴施后對紐荷爾臍橙果實外在品質(zhì)的影響

2.3 噴施EEG對果實內(nèi)質(zhì)的影響與CK相比,兩種方法制備的EEG顯著地增加了紐荷爾臍橙果實可溶性固形物、蔗糖、果糖和葡萄糖含量,在S-EEG噴施的條件下分別提高了4.6%、7.1%、13.3%、16.7%,在C-EEG噴施的條件下分別提高了5.8%、7.8%、12.0%、20.6%,其中C-EEG處理的果實葡萄糖含量也顯著地高于S-EEG處理的果實(見表3)。

表3 兩種方法制備的EEG葉面噴施后對紐荷爾臍橙果實內(nèi)在品質(zhì)的影響

2.4 噴施EEG對根際土壤團聚體和球囊霉素相關土壤蛋白的影響葉面噴施EEG顯著地影響了土壤水穩(wěn)性團聚體(WSA)的粒級分布和團聚體的穩(wěn)定性。與CK相比,葉面噴施S-EEG和C-EEG均顯著地增加了WSA在2～4 mm粒級和1～2 mm粒級的分布,葉面噴施C-EEG顯著地減少了0.25～0.5 mm粒級的分布;葉面噴施S-EEG和C-EEG均顯著地提高了MWD,提高了6.5%～7.8%,兩種EEG處理間沒有顯著差異。與CK相比,葉面噴施S-EEG顯著提高了土壤EEG和TG含量,分別提高了39.8%和15.4%,對DEG含量沒有顯著影響;葉面噴施C-EEG則顯著提高了土壤EEG、DEG和TG含量,分別提高了78.0%、35.0%和49.1%。同時,葉面噴施C-EEG處理的土壤EEG、DEG和TG含量均顯著高于葉面噴施S-EEG處理(見表4)。

表4 兩種方法制備的EEG葉面噴施后對紐荷爾臍橙土壤性狀的影響

3 討論

本研究結(jié)果顯示,葉面噴施EEG促進了紐荷爾臍橙菌根在根系和土壤中的發(fā)育,顯示了EEG對菌根的發(fā)育具有正的調(diào)控作用。其中,C-EEG對土壤菌絲長度的促進作用突出,而S-EEG對根系菌根侵染率的促進作用明顯,暗示了兩者間存在差異。早期研究已經(jīng)顯示,土施EEG提高了盆栽枳植株的光合速率[7],轉(zhuǎn)錄組的結(jié)果也顯示了EEG影響柑桔的光合作用[9],且EEG中含有碳水化合物[4],可為根系菌根提供更多的碳源,因而改善了菌根的發(fā)育,但需要進一步研究來證實。

葉面噴施EEG顯著地改善了果實內(nèi)外品質(zhì),包括單果質(zhì)量、縱橫徑以及可溶性固形物和糖含量,暗示了兩種方法提取的EEG均對果實品質(zhì)有正調(diào)控作用。如前所述,GRSP中含有對果實品質(zhì)改善有效的K、Ca、Si等元素[4],從而對果實內(nèi)在品質(zhì),特別是糖含量,具有突出的正效應。而且,EEG處理的紐荷爾臍橙菌根發(fā)育比CK更好,因此,EEG處理的紐荷爾臍橙能夠吸收到更多的土壤養(yǎng)分,也為果實品質(zhì)的改善提供了保障。此外,EEG還可以改變植物內(nèi)源生長素的水平[6],從而對果實大小和單果質(zhì)量有促進作用。兩種方法提取的EEG處理之間,只是在果肉質(zhì)量、果實硬度和果實葡萄糖含量上存在差異,表現(xiàn)為C-EEG的效果優(yōu)于S-EEG。可以認為,EEG作為生物刺激物為紐荷爾臍橙果實品質(zhì)的改善提供了一種選擇,但是否具有品種的偏好性還有待研究。

土壤GRSP的水平受到土壤、宿主和氣候環(huán)境等影響[16]。本研究表明,葉片噴施EEG也影響了土壤內(nèi)在的GRSP水平,其中C-EEG處理對土壤EEG、DEG和TG含量均有提高作用,且顯著高于S-EEG處理。這種提高可能源自宿主把更多的光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到菌根中,促進了菌根向根際釋放更多的代謝物,包括GRSP,但這種內(nèi)在機制有待進一步研究。另一方面,葉面噴施S-EEG和C-EEG均提高了WSA在1～2 mm和2～4 mm粒級的分布,對0.5～1 mm粒級的分布沒有影響,C-EEG甚至還抑制了0.25～0.5 mm粒級的分布,暗示了葉面噴施EEG主要是促進了土壤大團聚體的形成,從而改善了土壤團聚體的穩(wěn)定性。土壤團聚體分布和穩(wěn)定性的改善可能是葉面噴施EEG提高了土壤GRSP含量以及土壤菌根菌絲長度,使小團聚體膠結(jié)為更加穩(wěn)定的大團聚體。良好的土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性也是果實品質(zhì)改善的一個重要原因[17]。

綜上所述,兩種方法制備的EEG不同程度地促進了紐荷爾臍橙果實品質(zhì)的改善,這與EEG處理促進了菌根形成以及土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性是密切相關的。盡管C-EEG呈現(xiàn)了相對突出的改善效果,但在生產(chǎn)中使用EEG的用量大,采用離心的辦法會耗費更多時間以及制備成本,而未離心制備的EEG(S-EEG)處理后的效果也明顯。因此,生產(chǎn)者可優(yōu)先考慮使用靜置法制備EEG,以用于改善柑桔果實品質(zhì)。靜置只是單純的沉積,而離心可以把不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開,因此,兩種方法制備的EEG在組分上是有差異的,但具體差異還有待研究。