鈣肥施用對花生莢果不同發(fā)育時期衰老特性和產量的影響

張彩軍趙亞飛司 彤王月福張曉軍于曉娜王銘倫 鄒曉霞

(青島農業(yè)大學農學院/山東省旱作農業(yè)技術重點實驗室,山東 青島 266109)

花生是我國重要的油料作物,種植面積在農作物中排第七位,但目前我國植物油自給率仍嚴重不足[1],提高花生產量和品質,是解決植物油供需矛盾的有效途徑[2]。同時,提高花生產量,對調整種植業(yè)結構、促進農業(yè)供給側結構改革具有重要意義。

近年來,隨著花生產量持續(xù)提高,每年從土壤中帶走的鈣越來越多,而生產中常忽視鈣肥的補充,造成土壤鈣素入不敷出[3];另外,隨著土壤酸化、鹽堿化的加劇,鈣素流失嚴重,導致土壤有效鈣含量大幅降低[4-5]。而缺鈣對花生生理代謝影響顯著,表現(xiàn)為植株葉綠素含量、光合速率、葉片可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白質含量等明顯降低,抗氧化保護體系遭到破壞[6-7]。前人研究發(fā)現(xiàn)施鈣可提高葉片中抗氧化酶活性,降低MDA含量[8-10],對改善花生生理特性,提高花生產量有積極意義。

當前,按生育進程研究施鈣對花生衰老特性及產量影響的研究較多,但針對莢果不同發(fā)育時期的研究較少?；ㄉv果不同發(fā)育期功能葉片衰老特性對籽仁充實飽滿有重要影響,因此,本試驗設置不同鈣肥施用量,明確施鈣量對莢果不同發(fā)育期衰老特性和產量的影響,可為花生高產及合理施肥提供理論基礎和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于山東省萊陽市團旺鎮(zhèn)進行,供試土壤取自前期試驗過程中發(fā)現(xiàn)的缺鈣地塊(交換性鈣0.7 g·kg-1),地力均勻,土壤基礎肥力:有機質12.14 g·kg-1,水解性氮77.6 mg·kg-1,速效磷4.13 mg·kg-1,速效鉀 115.30 mg·kg-1。供試品種花育22號(H,鈣敏感型)和L-2010(L,鈣不敏感型),供試肥料為金正大牌復合肥(15-15-15),供試鈣肥為氧化鈣試劑(分析純)。

1.2 試驗設計與方法

每個花生品種設 T0(不施鈣)、T1(CaO 150 kg·hm-2)和T2(CaO 300 kg·hm-2)三個施鈣水平,共6個處理。分別為:花育22號-T0(H-T0)、花育22號-T1(H-T1)、花育22 號-T2(H-T2)、L-2010-T0(L-T0)、L-2010-T1(L-T1)、L-2010-T2(L-T2),隨機區(qū)組設計,重復3次。小區(qū)長4 m,寬3.6m,每小區(qū)4壟,采用起壟覆膜種植,一壟雙行,壟上小行距35 cm,穴距17.5 cm,每穴2粒,施肥量按復合肥(15-15-15)750 kg·hm-2折算,每小區(qū)施復合肥1.08 kg,T0、T1和T2處理每小區(qū)分別施CaO 0、0.216和0.432 kg。試驗于5月1日播種,9月17日收獲,其他管理同常規(guī)大田生產。

1.3 測定項目及方法

參考前人研究的花生莢果發(fā)育時期[11-13],共設5次采樣,取樣時間如表1。在設定的采樣期,每處理選取6株花生,摘取功能葉片(主莖倒3展開葉),采集的植株樣品被保存于液氮中,并立即運到實驗室后置于-80 ℃保存,供測定超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量,采用上海植物生理學會(1999)方法測定[14]。收獲期按小區(qū)收獲,莢果自然曬干后入庫,平衡30 d后稱質量計產。從每小區(qū)莢果中取1.00 kg,分析計算單株結果數(shù)、千克果數(shù)、飽果率、雙仁果率、出仁率等。

表1 取樣時間安排Table 1 Sampling schedule

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2010和DPS 7.05軟件進行處理及統(tǒng)計分析,顯著性檢驗采用LSD方法。

2 結果與分析

2.1 施鈣對花生衰老特性的影響

2.1.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性

超氧化物歧化酶(SOD)是細胞內防御系統(tǒng)的關鍵酶,其活性值代表著植物體內自身抗衰老能力的高低。由圖1可見,隨生育進程推進,兩品種各處理葉片SOD 活性均呈逐漸下降趨勢,但施鈣可不同程度提高功能葉片SOD 活性,其中花育22號提升效果更明顯,且以T1(150kg·hm-2)最佳;L-2010各處理總體差異不顯著,僅在籽仁充實期(SFS)T1處理顯著高于T0。

圖1 不同施鈣量對花生功能葉片超氧化物歧化酶活性的影響Fig.1 Effects of different calcium application on superoxide dismutase activity in functional leaves of peanut

最大值時(YFS)測定,H-T1、H-T2處理SOD活性較H-T0處理分別提高31.08%、10.78%,各處理間差異達顯著水平;L-T1、L-T2處理SOD 活性較同時期L-T0處理分別提高1.93%、2.14%,但各處理間無明顯差異。

2.1.2 過氧化物酶(POD)活性

過氧化物酶(POD)為植物內廣泛存在且活性較高的氧化還原酶,可參與植物光合作用、呼吸作用、抗病作用等眾多生理活動。圖2可見,隨莢果發(fā)育進程推進,花生功能葉片POD 活性整體呈下降的變化趨勢,相同施鈣梯度下,L-2010莢果發(fā)育各時期POD 活性均高于花育22號。不同施鈣梯度下,花育22號T1、T2處理總體均顯著高于T0 處理,且以T1 處理效果最佳;L-2010-T1與T0總體差異不明顯,T2 僅在YFS 時期顯著低于T0,其他時期與T0差異不顯著,但在YFS～PSS時期顯著低于T1。

圖2 不同施鈣量對花生功能葉片過氧化物酶活性的影響Fig.2 Effects of calcium application on peroxidase activity in functional leaves of peanut

最大值時(YFS)測得,H-T1、H-T2處理POD活性較H-T0處理分別提高61.94%、31.10%,其中H-T0與H-T1間差異達顯著水平;L-T1、L-T2處理POD活性較同時期L-T0處理分別提高9.85%和降低22.93%,其中L-T0與L-T1間無明顯差異,均顯著高于L-T2處理,表明在L-2010品種下,高濃度施鈣處理抑制了POD活性。

2.1.3 過氧化氫酶(CAT)活性

由圖3可見,作為植物酶保護系統(tǒng)中一種重要酶,在不同品種、不同施鈣梯度條件下,隨莢果發(fā)育進程推進,過氧化氫酶(CAT)活性均呈下降趨勢,整個生育期,兩品種的T1(150 kg·hm-2)處理均出現(xiàn)CAT 的最高值,其次是T2、T0處理;T0和T1 間差異達顯著水平,除籽仁成熟期(SRS)外,T0和T2處理間均無明顯差異。

圖3 不同施鈣量對花生功能葉片過氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effects of calcium application on catalase activity in functional leaves of peanut

最大值時(YFS)測得:花育22號H-T1處理下CAT 活性顯著高于H-T0和H-T2處理,較其分別提高9.65%和3.06%;L-2010品種中L-T1、L-T2處理CAT 活性較L-T0分別增加15.01%、7.41%,且T0和T1間差異達顯著水平。

2.1.4 丙二醛(MDA)含量

從雞咀幼果期至籽仁成熟期伴隨植株衰老,功能葉片丙二醛(MDA)含量逐漸升高,其含量越高,說明植株的抗逆性越差。施鈣肥可不同程度降低功能葉片MDA 含量,與T0相比,兩品種均以T1處理降低效果明顯,T2處理降低較小。在花育22號品種下,功能葉片MDA 含量整個生育期T1均顯著低于T0處理,但T2處理只在YFS與PBS時期顯著低于T0 處理;L-2010 品種下,除籽仁成熟期(SRS)外,T1處理均顯著低于T0處理,T2處理與T1處理間差異不顯著。

從雞咀幼果期至籽仁成熟期,花育22號T1處理功能葉片MDA 含量較T0分別降低56.52%、22.84%、16.47%、9.94%和14.06%(圖4-A);L-2010的T1處理功能葉片MDA 含量較T0分別降低56.40%、29.85%、36.80%、22.87%和7.44%(圖4-B)。表明在適當施鈣肥處理條件下,MDA的積累速度較慢,能減緩植株的衰老進程。

圖4 不同施鈣量對花生功能葉片丙二醛含量的影響Fig.4 Effects of different calcium levels on malondialdehyde content in functional leaves of peanut

2.2 不同施鈣量對花生產量及其構成因素的影響

花生莢果產量是由單位面積株數(shù)、單株結果數(shù)和果質量決定的,在相同種植密度條件下,莢果產量是由單株結果數(shù)和果質量決定的。由表2可見,施鈣肥可不同程度增加花生莢果產量,且以CaO 施用量150 kg·hm-2增產最明顯。相同品種下,300 kg·hm-2施鈣量下花生產量略高于對照(H-T0、L-T0)處理,但差異不顯著。H-T1和L-T1處理產量的提高是單株結果數(shù)和果質量提高所致,而果質量的提高與較高飽果率和雙仁果率有關。H-T1、L-T1處理莢果產量較H-T0、L-T0 處理分別升高22.03%、5.19%,其中H-T1與H-T0處理間差異達顯著水平,L-T1與L-T0處理間無明顯差異。

表2 不同施鈣量對花生產量及其構成因素的影響Table 2 Effect of different calcium application on yield components of peanut

花育22號品種下,與不施鈣相比,施鈣花生產量提升1.69%～22.03%,單株結果數(shù)增加8.70%～31.01%,果質量提高6.43%～10.81%,飽果率和雙仁果率分別提高14.7～25.2和9.2～14.7個百分點,且以H-T1處理增產效果明顯;L-2010品種下,施鈣較不施鈣處理花生產量增加2.60%～5.19%,單株結果數(shù)增加0.85%～2.14%,果質量提高3.69%,飽果率和雙仁果率分別提高7.3～19.7和1.7～2.7個百分點,且以L-T1處理增產效果稍佳,但各處理間無明顯差異。

3 討論與結論

植物通過葉片和外界進行物質和能量的交換,隨著植株生長發(fā)育推進,葉片本身活性氧清除機制失去平衡,導致葉片衰老死亡,SOD、POD 和CAT 酶活性是植物葉片活性氧清除機制的重要酶促防御系統(tǒng),可消除或避免植物葉片氧自由基積累的損傷,其活性強弱對植物正常成長至關重要[15-16]。研究發(fā)現(xiàn)[8-10,17],隨花生植株的生長,功能葉片中活性氧清除機制失去平衡,施用鈣肥不同程度地提高了活性氧清除機制,可提高花生葉片葉綠素含量,POD、SOD 和CAT 酶活性,降低MDA 含量,提高膜的穩(wěn)定性;本研究也發(fā)現(xiàn),施鈣可不同程度提升兩花生品種的SOD、POD、CAT 活性,降低MDA 含量,從而延緩葉片衰老,有利于改善植物葉片光合作用,為增產打下基礎。另外本研究中施鈣肥對鈣敏感品種花育22號的影響較鈣不敏感品種L-2010更顯著。

產量是反映施肥效果的最終指標,施用鈣肥能有效提高花生莢果產量[18],研究表明[19-21],施鈣肥可顯著增加單作花生莢果產量,增加單株飽果數(shù),提高出仁率、百仁質量和百果質量,其主要增產原因是增加了出仁率,施210 kg·hm-2CaO 的產量最高,再增加鈣肥用量,莢果增產效果降低。本實驗也得出了相似的結果,從產量構成因素上來看,施用鈣肥后增產的主要原因是提高了出仁率,增大了百仁質量和百果質量,且施鈣對鈣敏感品種花育22號的增產效果較鈣不敏感品種L-2010更顯著,當鈣肥超過一定量時,兩品種增產效果均呈下降趨勢,但仍高于不施鈣肥處理。

研究結果認為,適宜的鈣肥可以為花生莢果膨大、籽仁充實提供適量的鈣元素。本試驗條件下,結合衰老特性、產量等因素確定的鈣敏感品種(花育22號)和鈣不敏感品種(L-2010)適宜鈣肥施用量均為CaO 150 kg·hm-2。