以桉樹皮為原料的有機(jī)基質(zhì)對(duì)植物苗期生長(zhǎng)酶活性的影響

黎書會(huì)　童清　唐紅燕　楊建榮　唐永奉　李金才　張建珠　張燕平　吳疆翀　賀 思騰　孫啟濤

關(guān)鍵詞：桉樹皮；育苗；腐熟程度；珍珠巖；酶活性

中圖分類號(hào)：S311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前最常使用、需求旺盛的有機(jī)基質(zhì)泥炭土屬于天然不可再生資源，其形成需要特殊的濕地條件和漫長(zhǎng)的過程[1]。由于“地球之腎”——濕地環(huán)境具有不可替代的生態(tài)功能，對(duì)其保護(hù)也愈發(fā)廣泛和深入，開采愈發(fā)受限，價(jià)格日益攀升[2]。反之，農(nóng)林廢棄物價(jià)格低廉、材料普遍易得且理化性質(zhì)穩(wěn)定，可作為原料用于批量加工有機(jī)育苗基質(zhì)。以桉樹皮及木屑為原料的有機(jī)育苗基質(zhì)中含有大量纖維素、木質(zhì)素以及內(nèi)源生根抑制物質(zhì)[3-4]，經(jīng)過堆肥技術(shù)以及特殊微生物的有效轉(zhuǎn)化在釋放養(yǎng)分的同時(shí)可促進(jìn)抑制物的分解，使其理化性質(zhì)與泥炭土相似，且養(yǎng)分含量不低于泥炭土，肥力優(yōu)良，具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)不可再生資源泥炭土用于育苗的潛力[5]。

碳氮代謝作為作物體內(nèi)最基本的代謝途徑[6]，直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)[7]。碳氮代謝包括無機(jī)碳的同化、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，無機(jī)氮的還原、同化及有機(jī)含氮化合物的轉(zhuǎn)化、合成等[8]，在這一系列過程中碳氮代謝關(guān)鍵酶起著決定性作用[9]。目前，腐熟桉樹皮多被用于某些菌菇的生長(zhǎng)培育以及僅用作少量添加輔料[10-12]，而用于作物的栽培育苗還較少，課題組前期研究表明腐熟桉樹皮用于部分作物的育苗在生長(zhǎng)量和生物量指標(biāo)上可取得替代泥炭土的效果[5]，而在桉樹皮基質(zhì)對(duì)作物碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響方面尚無研究。本研究旨在揭示不同腐熟程度桉樹皮復(fù)配不同比例珍珠巖對(duì)作物苗期育苗的生理影響，以期為有機(jī)育苗基質(zhì)的后續(xù)發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)和提供技術(shù)儲(chǔ)備，以及變廢為寶，減少木材加工剩余物對(duì)環(huán)境的破壞和污染，提高種苗品質(zhì)，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)林業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)區(qū)設(shè)置在中國林業(yè)科學(xué)研究院高原林業(yè)研究所（原資源昆蟲研究所）大棚內(nèi)。大棚位于10276E，256N，海拔1919.2 m。

大棚育苗試驗(yàn)開始于2019 年9 月初，止于11 月中旬，棚內(nèi)日最高溫度43℃，最低溫度19℃，平均溫度31℃，平均相對(duì)濕度64%，平均日光照時(shí)長(zhǎng)11.4 h。

1.1.2 供試品種 3 種供試蔬菜植物種子購買自中國種子集團(tuán)有限公司，分別為青花（碧玉西蘭花Brassica oleracea L. var. italic Planch.）、生菜（奶油生菜Lactuca sativa L. var. ramosa Hort.）和番茄（‘粉冠2 號(hào)Lycopersicon esculentum Mill.）。多用途經(jīng)濟(jì)作物辣木（辣木良種Moringa oleifera Lam. cv‘. 中林3 號(hào)）種子收集自中國林業(yè)科學(xué)研究院高原林業(yè)研究所經(jīng)濟(jì)林栽培研究組種質(zhì)圃。

1.1.3 供試材料 （1）栽培基質(zhì)。作為本試驗(yàn)栽培基質(zhì)的原材料為尾巨桉（Eucalyptus urophylla ×E. grandis）樹皮粉碎后纖維長(zhǎng)2～8 mm 的生料，分別腐熟40 d 和60 d 的腐熟尾巨桉樹皮基質(zhì)，3種不同腐熟程度桉樹皮均由云南省景谷縣林濤木業(yè)有限責(zé)任公司提供。腐熟發(fā)酵方法參見本研究組前期國家發(fā)明專利“以思茅松樹皮為原料的有機(jī)育苗輕基質(zhì)加工方法”（ZL 201210498290.8），如圖1。

（2）其他。粒徑為3～6 mm 的珍珠巖，市售市場(chǎng)占有率高且育苗效果口碑好的泥炭土（丹麥品氏Pindstrup，購自昆明斗南花卉農(nóng)資市場(chǎng)）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用兩因素三水平完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)10 個(gè)處理，5 次重復(fù)。如表1 所示，其中T1～T3 為桉樹皮生料，T4～T6 為腐熟40 d 桉樹皮，T7～T9 為腐熟60 d 桉樹皮。試驗(yàn)設(shè)1 個(gè)對(duì)照，為CK（泥炭土）。育苗方式采用12 孔漂浮育苗盒育苗，將以上充分拌勻的各個(gè)處理基質(zhì)裝入育苗盒內(nèi)。將4 種供試植物：生菜（2 粒），番茄（2粒），青花（2 粒），辣木（1 粒）以不同粒數(shù)播入育苗盒的每個(gè)孔中，其中辣木播種前需要浸種15 h。每種植物各處理重復(fù)播種5 盒。每天進(jìn)行澆水等日常管理。

1.2.2 采樣 在生菜、番茄和青花播種后6 周，辣木播種后8 周開始取樣，采樣時(shí)間在上午9：00—10：00 進(jìn)行，采樣時(shí)用消毒剪隨機(jī)摘取每個(gè)處理的30 株植株從頂葉往下的第3 至第5～8 片功能葉，立即用濕潤的試紙擦拭干凈后裝入編號(hào)的自封袋，每個(gè)處理重復(fù)取樣3 次。取完后放入?80 ℃超低溫冰箱。

1.2.3 磨樣 將冷藏的葉片剔除葉脈，置于已冷卻的研缽中，加入液氮，將葉片研磨（加入少量石英砂）成粉末，后用5 mL 的離心管進(jìn)行分裝，分裝時(shí)用萬分之一的電子天平精確稱取葉片粉末到相應(yīng)質(zhì)量，標(biāo)記后保存于液氮中。

蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）：每份樣品磨樣0.2 g；核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）：每份樣品磨樣0.5 g；谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）：每份樣品磨樣0.5 g；硝酸合成酶（NR）：每份樣品磨樣0.2 g。

1.2.4 指標(biāo)測(cè)定 （1）SS 和SPS 活性：參考ZHU等[13]與MIRAJKAR 等[14]的方法測(cè)定。（2）Rubisco活性：參考CHENG 等[15]與CRISTINA 等[16]的方法測(cè)定。（3）GS 和GOGAT 活性：參考CHUAN等[17]的方法測(cè)定。（4）NR 活性：參考YU 等[18]的方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理；采用SPSS Statistics 23 軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)（最小顯著性差異法LSD）；用SigmaPlot 12.5 和Adobe Photoshop CC2018 軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐熟程度與珍珠巖對(duì)植物苗期6種酶活性的影響

如表2 所示，以3 種不同腐熟程度桉樹皮為原料的有機(jī)基質(zhì)用于番茄、辣木、青花與生菜育苗，對(duì)這4 種植物苗期葉片中的6 種與碳氮代謝相關(guān)酶活性的影響均具有極顯著差異（P<0.01）。而添加不同比例珍珠巖于基質(zhì)中，僅對(duì)番茄葉片中的SS、NR 活性，青花葉片中的SS、GS、GOGAT活性以及生菜葉片中的SPS、Rubisco、NR 活性產(chǎn)生極顯著影響（P<0.01）。桉樹皮的不同腐熟程度與不同配比珍珠巖對(duì)番茄、青花與生菜的部分酶活性具交互影響，其中對(duì)這3 種蔬菜的SPS 活性均具極顯著的交互影響（P<0.01）。

2.2 不同處理對(duì)碳代謝相關(guān)酶活性的影響

2.2.1 不同處理對(duì)SS 和SPS 活性的影響 番茄、辣木、青花與生菜葉片中SS 和SPS 活性對(duì)10 種處理基質(zhì)的響應(yīng)如圖2。

番茄在10 種處理基質(zhì)中SS 活性為0.057～0.107 U/mg，SPS 活性為0.003～0.015 U/mg。其中，番茄在T₈中的SS 和SPS 活性均顯著高于除T₇之外的其他處理（P<0.05），T₈與T₇差異不顯著。其次，SS 在T₉與T₅中的活性差異不顯著，而SPS在T₉中的活性顯著高于T5（P<0.05）。這2 種酶在腐熟60 d 桉樹皮中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。

辣木在10 種處理基質(zhì)中SS 活性為0.050～0.146 U/mg，SPS 活性為0.006～0.017 U/mg。辣木在泥炭土與生料中的這2 種酶活性均顯著高于T6和3 種腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)（P<0.05），3個(gè)不同生料配比處理間無顯著差異，但均顯著低于泥炭土（P<0.05）。辣木在腐熟40 d 桉樹皮中生長(zhǎng)不良，在T₄與T₅中未生長(zhǎng)出足夠檢測(cè)這2種酶活性的葉片。

青花在10 種處理基質(zhì)中SS 活性為0.038～0.107 U/mg，SPS 活性為0.004～0.015 U/mg。其中在T₈中的SS 活性顯著高于其他處理（P<0.05），而在其他處理中的SPS 活性顯著低于T₉（P<0.05）。其次，SPS 在3 種腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），而SS 在T₅與泥炭土中的活性無顯著差異。

生菜在10 種處理基質(zhì)中SS 活性為0.028～0.110 U/mg，SPS 活性為0.002～0.013 U/mg。其中，生菜在T₉中的SS 活性顯著高于除T₇外的其他處理（P<0.05），而在T9 中的SPS 活性顯著高于其他處理（P<0.05）。其次，SS 在3 種腐熟60 d桉樹皮處理基質(zhì)和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），而SPS 在T₅與泥炭土中的活性無顯著差異。

2.2.2 對(duì)Rubisco 活性的影響 10 種處理對(duì)4 種植物葉片中Rubisco 活性的影響如圖3。

番茄在10種處理基質(zhì)中Rubisco 活性為4.44～10.12 U/g，在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)和T₅中的Rubisco 活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），且3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異。其次，T₆和3 個(gè)不同生料配比處理基質(zhì)與泥炭土間無顯著差異。T₄對(duì)番茄生長(zhǎng)影響較大，未生長(zhǎng)出足夠檢測(cè)Rubisco 活性的葉片。

辣木在10 種處理基質(zhì)中Rubisco 活性為3.80～12.04 U/g。在泥炭土與生料中的活性均顯著高于腐熟40 d 和腐熟60 d 桉樹皮（P<0.05）。3個(gè)不同生料配比處理間無顯著差異，但均顯著低于泥炭土（P<0.05），其次腐熟60 d 桉樹皮顯著優(yōu)于T₆（P<0.05）。T₄與T₅中缺少足夠檢測(cè)該酶活性的辣木葉片。

青花在10 種處理基質(zhì)中Rubisco 活性為4.74～9.65 U/g。在T₇與T₉中的活性顯著高于除T₈外的其他處理（P<0.05），3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異。T₈與T₅無顯著差異，且均顯著優(yōu)于生料與泥炭土（P<0.05）。

生菜在10 種處理基質(zhì)中Rubisco 活性為2.30～10.98 U/g。在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)中的活性存在顯著差異（P<0.05），T₉顯著優(yōu)于T₈（P<0.05），T₈顯著優(yōu)于T₇（P<0.05）。其次，泥炭土中的活性顯著低于腐熟60 d 桉樹皮和T₅（P<0.05）。生菜在生料中生長(zhǎng)不良，其葉片中的Rubisco 活性均較低。

2.3 對(duì)氮代謝相關(guān)酶活性的影響

2.3.1 對(duì)GS 和GOGAT 活性的影響 4 種植物葉片中GS 和GOGAT 活性對(duì)10 種處理基質(zhì)的響應(yīng)如圖4。

番茄在10 種處理基質(zhì)中GS 活性為1.275～3.778 U/mg，GOGAT 活性為0.264～0.921 U/g。其中在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)及T₅中的這2種酶活性均顯著高于泥炭土與其他處理基質(zhì)（P<0.05）。GS 在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理間的活性無顯著差異，在3 個(gè)不同生料配比處理與T₆中的活性顯著低于泥炭土（P<0.05）；而GOGAT在T₈中的活性顯著高于T₉（P<0.05），且在T₆中的活性與泥炭土無顯著差異。

辣木在10 種處理基質(zhì)中GS 活性為1.161～4.483 U/mg，GOGAT 活性為0.130～1.030 U/g。在泥炭土中的這2 種酶活性均顯著高于所有桉樹皮基質(zhì)處理（P<0.05），其中生料顯著優(yōu)于腐熟40 d和腐熟60 桉樹皮（P<0.05）。GS 在3 個(gè)不同生料配比處理中的活性無顯著差異；而GOGAT 在T₃中的活性顯著低于另外2 個(gè)生料處理（P<0.05），且在T₆中的活性顯著偏低（P<0.05）。

青花在10 種處理基質(zhì)中GS 活性為1.448～4.039 U/mg，GOGAT 活性為0.333～0.930 U/g。這2 種酶在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。其中，GS 活性在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異，且均顯著高于T₅（P<0.05）。而GOGAT 在T₉中的活性顯著高于T₈與T₇（P<0.05），且T7 與T₅無顯著差異。

生菜在10 種處理基質(zhì)中GS 活性為1.359～2.696 U/mg，GOGAT 活性為0.275～0.655 U/g。其中，GS 在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理基質(zhì)和T₅中的活性顯著高于泥炭土和其他桉樹皮處理（P<0.05），且3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異；而GOGAT 在T₅中的活性與泥炭土無顯著差異。

2.3.2 對(duì)NR 活性的影響 10 種處理基質(zhì)對(duì)4 種植物葉片中NR 活性的影響如圖5。

番茄在10 種處理基質(zhì)中NR 活性為0.003～0.016 U/mg。在3 個(gè)腐熟60 d 桉樹皮處理和T5中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。其中在T₉中的活性顯著高于其他9 個(gè)處理（P<0.05），其次T₈顯著高于T₇（P<0.05），T₇顯著高于T₅（P<0.05）。T₄、T₆與CK 間差異不顯著，但均顯著高于3 個(gè)生料處理（P<0.05）。

辣木在10 種處理基質(zhì)中NR 活性為0.003～0.018 U/mg。在泥炭土中的活性顯著高于所有桉樹皮基質(zhì)（P<0.05），其中在3 個(gè)不同生料配比處理中的活性均顯著高于腐熟40 d 和腐熟60 d 桉樹皮處理（P<0.05）。3 個(gè)不同腐熟60 d 桉樹皮配比處理之間無顯著差異，但顯著優(yōu)于T₆（P<0.05）。

青花在10 種處理基質(zhì)中NR 活性為0.004～0.013 U/mg。在腐熟60 d 桉樹皮與腐熟40 d 桉樹皮中的活性差異與在這2 種腐熟程度桉樹皮中的GS 活性差異大致相同，不同的是，在CK 中的NR 活性顯著高于T₅（P<0.05）。

生菜在10 種處理基質(zhì)中NR 活性為0.003～0.011 U/mg。在T9 中的NR 活性顯著高于其他所有處理（P<0.05），而T₇與T₈的差異不顯著，但均顯著優(yōu)于T₅、CK 及生料（P<0.05），其次T₅顯著優(yōu)于CK 和生料（P<0.05），而CK 優(yōu)于生料（P<0.05），3 個(gè)不同生料配比處理之間無顯著差異。

3 討論

蔗糖合成酶（SS）與蔗糖磷酸合成酶（SPS）是反映植物碳代謝強(qiáng)度的重要指標(biāo)。SS 是蔗糖合成途徑中的一個(gè)重要控制點(diǎn)，其活性反映蔗糖生物合成途徑的能力[19-20]，也是唯一能使蔗糖參與到組織構(gòu)建、物質(zhì)貯藏（淀粉合成）和植物細(xì)胞新陳代謝（糖酵解）等多種路徑的酶[21]。而SPS主要作用于誘導(dǎo)蔗糖的合成，并在一定程度上反映“源”端供給能力[22-23]。核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是光合作用中決定碳同化速率的關(guān)鍵酶，同時(shí)也是植物光呼吸的關(guān)鍵酶，其活性的高低反映了凈光合速率的大小[24]。谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）和硝酸還原酶（NR）等被稱為植株體氮素代謝的關(guān)鍵酶[25]。GS/GOGAT 循環(huán)是高等植物氮同化的代謝中心，二者的活性均能反映植物氮素同化能力的強(qiáng)弱[26]。NR 是植物氮代謝的首個(gè)限速酶，其活性可反映植物的氮利用率[27]。

本研究中，桉樹皮生料中的3 種蔬菜葉片中的6 種與碳、氮代謝相關(guān)酶活性均顯著低于腐熟處理基質(zhì)，其形態(tài)表現(xiàn)在：3 種蔬菜生長(zhǎng)至2～3周后葉片顏色發(fā)生變化，生菜葉片發(fā)黃近白色；部分青花和番茄幼苗不能長(zhǎng)出真葉，且子葉由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)樽霞t色。這主要因生料中的主要養(yǎng)分（NPK）含量?jī)H為腐熟40 d 桉樹皮中的62%，腐熟60 d 桉樹皮中的23%[5]。植株缺乏養(yǎng)分的供給，葉片中與碳、氮代謝相關(guān)酶活性偏低，從而表征到葉片上，這與前人的研究結(jié)果一致[28-29]。此外，生料中并未添加尿素、雞羊糞以及菌種進(jìn)行腐熟處理，其添加物對(duì)植株苗期相關(guān)酶活性是否存在直接影響有待進(jìn)一步研究。而辣木由于具有發(fā)達(dá)胚乳給植株提供養(yǎng)分[30]，且不耐受桉樹皮經(jīng)腐熟后釋放的內(nèi)源抑制物，如辣木的部分種子腐爛[5]，因此生料中的6 種酶活性顯著高于腐熟40 d 和60 d 桉樹皮。3 種耐受桉樹皮內(nèi)源抑制物的蔬菜在腐熟60 d 桉樹皮中與碳、氮代謝相關(guān)的6 種酶活性均顯著高于泥炭土，這主要與二者的肥力與肥效有關(guān)，泥炭土中的主要養(yǎng)分（NPK）含量?jī)H為腐熟60 d 桉樹皮中的50%[5]，番茄生長(zhǎng)5 周后缺肥致葉片發(fā)黃，且泥炭土的肥效快而短暫，生菜與青花在泥炭土中播種后2～3 周出現(xiàn)莖的徒長(zhǎng)現(xiàn)象，而腐熟60 d 桉樹皮肥力高且肥效長(zhǎng)，3 種蔬菜在其中生長(zhǎng)良好，其中生菜又以復(fù)配30%珍珠巖的T9 處理效果更佳，說明較大的基質(zhì)孔隙度更有利于生菜的營養(yǎng)生長(zhǎng)。

有研究表明部分酚酸類化合物有促進(jìn)種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的作用[31-34]，本研究亦發(fā)現(xiàn)，3 種蔬菜在T₄和T₆中的6 種酶活性大部分相比泥炭土不顯著，而在T₅中的酶活性顯著高于泥炭土，因復(fù)配不同比例珍珠巖對(duì)部分酶活性亦產(chǎn)生顯著影響，因此桉樹皮內(nèi)源酚酸類物質(zhì)與養(yǎng)分含量以及基質(zhì)的物理特性都可能是致使T₅ 中酶活性高于泥炭土的原因。在泥炭土和不同腐熟程度處理組間，3 種氮代謝相關(guān)酶活性差異比3 種碳代謝相關(guān)酶活性差異大，說明氮代謝相關(guān)酶的活性受基質(zhì)中養(yǎng)分含量以及桉樹皮內(nèi)源化合物的影響比碳代謝相關(guān)酶的影響更大，而桉樹皮內(nèi)源化合物對(duì)碳、氮代謝相關(guān)酶活性的影響機(jī)理有待進(jìn)一步的研究。