不同劑量保水劑對袋式復合沙培辣椒生長發(fā)育及品質(zhì)的影響

程云霞, 吳慧*, 劉遷杰, 時振宇, 賈凱, 陳奕琳, 俞安偉, 申金秀

(新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院, 新疆特色園藝作物種質(zhì)資源與高效生產(chǎn)實驗室, 烏魯木齊 830000)

辣椒(CapsicumannuumL.)為茄科辣椒屬一年生或多年生草本植物，果實具有較高的食療作用及營養(yǎng)價值，在我國各地被廣泛種植[1-2]。辣椒具有喜溫、喜水和喜肥的特性，但我國水資源匱乏，近年來干旱頻發(fā)對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)安全的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴重威脅[3-4]。因此，大力推廣節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，提高水肥利用效率，不僅是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，更是我國干旱、半干旱地區(qū)解決水資源匱乏的重要舉措。保水劑的誕生，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開辟了一條新的發(fā)展道路。保水劑是利用強吸水樹脂或淀粉等材料制成的高分子聚合物[5-6]，通過反復吸水，增加土壤的保水、保肥功能，同時改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物的水肥利用效率[7-9]。目前部分作物已將保水劑運用于大田試驗，主要包括青稞[10]、煙草[11]、小麥[12]和馬鈴薯[13]等，而保水劑對袋式復合沙培辣椒影響的研究較少。本研究通過袋式復合沙培模式，將不同劑量的淀粉保水劑施入基質(zhì)中，測定辣椒植株的生長、葉片的生理和光合、果實的產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀，研究不同劑量保水劑對袋式復合沙培辣椒生長發(fā)育的影響，期望篩選出袋式復合沙培的最適保水劑劑量，為袋式復合沙培辣椒的高產(chǎn)栽培模式提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年5—9月在新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院試驗基地(E 87.57°，N 43.82°)進行。供試辣椒品種為‘瑞霸五號’，由烏魯木齊市瑞祥農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；保水劑為淀粉型保水劑(河南化工產(chǎn)品有限公司)；有機顆粒肥為一種生物有機肥，有效活菌數(shù)≥2.0×107CFU·g-1(細黃鏈霉菌)，有機質(zhì)含量≥40%，容重為0.86 kg·L-1，由山川秀麗生物有限公司和烏魯木齊市辛化綠農(nóng)農(nóng)資有限公司聯(lián)合生產(chǎn)。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，保水劑添加量按照基質(zhì)體積設置：0 (B0)、0.075(B1)、0.150(B2)、0.225(B3)、0.300(B4)和0.375(B5) g·L-16種劑量濃度處理，3次重復，每個處理10個栽培袋，每個栽培袋為1穴，每穴定植2株幼苗，栽培袋的株行距為35 cm×70 cm。

2019年3月11日，將辣椒種子經(jīng)55 ℃溫湯浸種后，28 ℃恒溫催芽至80%“露白”，播種于72孔穴盤中；定植前將沙、椰糠和腐熟羊糞按2∶1∶1混合均勻后裝入栽培袋，每個栽培袋裝入8 L基質(zhì)(即高25 cm，直徑20 cm)，每袋按設計要求穴施不同劑量保水劑。5月11日將孔穴盤中的幼苗定植于穴施不同劑量保水劑的栽培袋中，定植時澆透定植水，定植20 d后，各處理每隔1 d用滴箭定時定量統(tǒng)一灌水，每次灌水1 L，并噴施等量鈣肥和磷酸二氫鉀，基施0.2 g左右的有機顆粒肥，在后期追施0.4 g左右的有機肥。及時抹除門椒以下的葉腋并預防病蟲害的發(fā)生。在辣椒盛果期(8月20日)進行采樣(葉片和果實)及各項指標的測定。

1.3 測定指標與方法

1.3.1生長指標 隨機選取10株，分別用卷尺、數(shù)顯游標卡尺(上海芬析測控科技有限公司，mm)和直尺測量株高(基質(zhì)表面以上至自然高度)、莖粗(第一片真葉以下1 cm處)和第一節(jié)間長(子葉節(jié)至第一片真葉間的距離)；每株于上、中、下部各取1片葉，用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素相對含量SPAD值，同時測定最大葉長、最大葉寬，并用公式(1)計算葉面積[14]。

葉面積 = 最大葉長×最大葉寬×0.573 8(矯正系數(shù))

(1)

1.3.2生理指標 隨機摘取10片功能葉，放入裝有冰袋的泡沫箱迅速帶回實驗室。稱取0.5 g葉片放入冷凍研缽中，加入5 mL pH 7.5 的磷酸緩沖液，再用5 mL的磷酸緩沖液沖洗研缽，并將粗提酶液定容至10 mL，冷凍離心機5 000 r·min-1冷凍離心30 min，將上清液冷藏備用。按照Pinheiro等[15]方法測定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase activity，SOD)、過氧化氫酶(catalase activity，CAT)活性；采用愈創(chuàng)木酚法[16]測定過氧化物酶(peroxidase activity，POD)活性；采用磺基水楊酸法[16]測定游離脯氨酸(proline content，Pro)含量；采用硫代巴比妥酸法[17]測定丙二醛含量(malondialdehyde content，MDA)；采用蒽酮-濃H2SO4法[17]測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍G-250染色法[17]測定可溶性蛋白含量；采用96%乙醇浸泡法[17]測定葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量。

1.3.3光合指標 在晴朗無云天氣，每個處理隨機選取5株，每株選擇植株中部的3片功能葉，用LI-6400型便攜式光合儀(北京力高泰科技有限公司)于中午11:00—12:00測定葉片凈光合速率(transpiration rate，Pn)、氣孔導度(stomatal conductance，Gs)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr)和胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)。并利用凈光合速率和蒸騰速率計算葉片的水分利用效率(water use efficiency，WUE)[18]。

WUE=Pn/Tr

(2)

1.3.4果實品質(zhì)指標 每個處理隨機選取5個辣椒，用數(shù)顯游標卡尺測量辣椒果實的橫徑、縱徑和果肉厚(果腔位置的果肉)，用邵式硬度計(北京沃威科技有限公司)測量果實硬度，并采用公式(3)和(4)分別計算果形指數(shù)和果腔大小[19]。采用蒽酮-濃H2SO4法[17]測定果實的可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍G-250染色法[17]測定果實的可溶性蛋白含量；采用2,6-二氯靛酚滴定法[17]測定果實的維生素C含量；采用紫外吸收法[17]測定果實的硝酸鹽含量。

果形指數(shù)=縱徑/橫徑

(3)

果腔大小=(果寬-2×果肉厚度)/果寬

(4)

1.3.5產(chǎn)量 每個處理選取6株植株，從對椒開始采收，記錄辣椒單株結(jié)果數(shù)，稱取果實的單果重，根據(jù)單株結(jié)果數(shù)和單果重計算單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用Microsoft Excel 2010分析試驗數(shù)據(jù)，SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析，用Duncon多重比較進行顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對辣椒植株生長的影響

除葉長無顯著影響外，不同劑量保水劑對袋式復合沙培辣椒的生長指標均有影響(表1)。使用保水劑后辣椒植株的株高增加、莖稈變粗、真葉數(shù)增多、葉面積增大。其中，B4處理的莖粗、第一節(jié)間長、真葉數(shù)、葉寬和葉面積較對照(B0)分別顯著增加28.57%、13.11%、40.00%、21.39%和33.15%；B5處理的株高和SPAD較對照(B0)分別顯著增加11.93%和22.02%，隨著保水劑用量的進一步增加，B5處理的葉寬較B4處理減少16.19%。

表1 不同處理對袋式復合沙培辣椒生長指標的影響Table 1 Effects of different treatments on the growth index of bag-type compound sape pepper

2.2 不同處理對辣椒葉片生理指標的影響

不同劑量保水劑對袋式復合沙培辣椒葉片生理指標的影響見表2，栽培袋中添加保水劑后，葉片SOD活性、葉片游離脯氨酸和葉綠素含量降低；且隨著施用量的增加，呈下降趨勢。而葉片中POD和CAT活性、葉片MDA含量及可溶性糖和蛋白含量隨著保水劑施用量的增加呈先升后降的趨勢。其中，B1處理葉片的可溶性糖和蛋白含量較高，分別為對照(B0)的1.13和1.37倍；B2處理的MDA含量、POD和CAT活性較高，分別為對照(B0)的3.12、1.62和2.70倍。

表2 不同處理對袋式復合沙培辣椒葉片生理指標的影響Table 2 Effects of different treatments on physiological characteristics of leaves of bag-type compound saponin pepper

2.3 不同處理對辣椒果實品質(zhì)的影響

不同劑量保水劑的施用對果實形狀(果腔大小、果實縱徑和果形指數(shù))無顯著影響，對果實品質(zhì)影響較大(表3)。隨著保水劑施用量的增加，果實中硝酸鹽含量呈顯著上升趨勢；而果實硬度呈下降趨勢。果實厚度、果實中可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量隨保水劑劑量的增加呈先升后降的趨勢。其中，B1處理的果肉厚度和果實中可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量較高，可溶性糖和維生素C含量分別是對照(B0)的1.20和13.57倍。

表3 不同處理對袋式復合沙培辣椒果實品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different treatments on fruit quality of bagged composite sape pepper

2.4 不同處理對辣椒葉片光合參數(shù)的影響

不同劑量保水劑對袋式復合沙培辣椒葉片光合特性的影響見表4，保水劑的添加對葉片的水分利用效率無顯著影響；對葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度有顯著影響。隨著栽培基質(zhì)中保水劑施用量的增加，葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率呈逐漸上升的趨勢；而胞間CO2濃度呈先升后降的趨勢。其中，B5處理的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度較高，分別為對照(B0)的1.82、1.83倍和1.92倍；B1處理的胞間CO2濃度較高，是對照(B0)的1.24倍。

表4 不同處理對袋式復合沙培辣椒葉片光合特性的影響Table 4 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of sachet pepper

2.5 不同處理對辣椒產(chǎn)量的影響

不同劑量保水劑的施用影響袋式復合沙培辣椒的單株結(jié)果數(shù)、單果重及產(chǎn)量(表5)。隨著保水劑劑量的增加，辣椒果實的單果重呈上升趨勢；而單株結(jié)果數(shù)呈先升后降的趨勢；由單株結(jié)果數(shù)和單果重決定的單株產(chǎn)量也呈先升后降的趨勢。其中，B5處理的單果重較高，較對照(B0)增加26.51%；B4處理的單株結(jié)果數(shù)較高且單株產(chǎn)量較高，較對照(B0)分別提高17.06%和36.92%。依據(jù)單株產(chǎn)量與保水劑劑量，采用多項式方程進行模擬，得到回歸方程y=-3 586.1x2+1 991.8x+748.92(R2=0.999 5**)，x表示保水劑劑量，y表示復合袋式沙培辣椒單株產(chǎn)量，且該方程的相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平(P<0.01)。由此表明，辣椒單株產(chǎn)量和保水劑劑量呈極顯著相關(guān)。由模擬回歸方程式可得出單株產(chǎn)量y的最大值為1 025.49 g，對應的保水劑劑量x應為0.278 g·L-1，即最適保水劑劑量介于B3處理與B4處理之間。

表5 不同處理對辣椒產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of different treatments on pepper yield

3 討論

干旱是導致蔬菜減產(chǎn)的重要因素之一。據(jù)報道,全球有三分之一的土地處于干旱和半干旱狀態(tài)，即使在我國雨水充足的南方，也時常發(fā)生季節(jié)性或階段性干旱。植物受到干旱脅迫后，生長速度受到抑制[20-22]。本研究表明，在辣椒栽培基質(zhì)中施加一定劑量的保水劑后，植株各項生長指標均表現(xiàn)較好，但隨著保水劑劑量的增加，辣椒植株的真葉數(shù)、葉面積等又會有所降低。由此可見，適宜劑量的保水劑有助于促進辣椒植株生長。與Tripathi等[23]和方峰等[24]研究結(jié)果一致，表明充足的供水能促進植株生長，而水分脅迫會延緩植株生長。

葉片的生理指標與光合參數(shù)可以反映植物對所處環(huán)境的敏感程度，以及植物的生長狀況[25-27]。其中POD、SOD和CAT都是植物體內(nèi)重要的保護酶類，能防御外界脅迫傷害，且酶活性與植物抗逆性正相關(guān)。隨著外界脅迫的增加，植物細胞中清除活性氧自由基的能力逐漸減弱，導致細胞中活性氧自由基的產(chǎn)生與清除失衡，加速細胞膜脂的過氧化作用，使得植株體內(nèi)MDA大量積累[28]。而在栽培基質(zhì)中增施保水劑能夠顯著提高植株葉片的光合速率，促進光合物質(zhì)的積累[29-30]。本研究表明，隨著保水劑劑量的增加，葉片的各項生理指標均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢；光合指標則一直呈現(xiàn)上升趨勢，與史華和張力等[31-32]研究結(jié)果一致，表明保水劑雖然可以有效緩解植物自身水分的流失，但過量的保水劑也會對植物造成一定的傷害。

不同劑量的保水劑對果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響不同，適宜劑量的保水劑可以提高產(chǎn)量，但隨著劑量的增加產(chǎn)量逐漸降低，且果實品質(zhì)逐漸降低[33]。本研究表明，隨著保水劑劑量的增加，辣椒果實的可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量逐漸下降，硝酸鹽含量逐漸增加。這與包開花等[34]和華仁銳等[35]研究結(jié)果一致，表明在栽培袋式沙培辣椒時，適宜劑量(0.300 g·L-1左右)的保水劑有助于增加辣椒的產(chǎn)量，品質(zhì)雖有所下降但差異不顯著。但過量的施用保水劑則會造成鮮食辣椒中硝酸鹽含量可能超過國家規(guī)定的鮮食辣椒硝酸鹽含量的衛(wèi)生標準(432 mg·kg-1)[36]。由此可見0.300 g·L-1的保水劑施用量可作為袋式沙培辣椒的最適保水劑用量。