氮磷鉀復(fù)合肥對增溫促花后‘長壽冠’海棠生理特性的影響

梁文超，步 行，羅思謙，謝寅峰*，張往祥，胡加玲

(1.南京林業(yè)大學(xué)，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037;2.北京市城市河湖管理處，北京 100089)

‘長壽冠’海棠(Chaenomelesspeciosa‘Changshouguan’)屬于木瓜屬(Chaenomeles)貼梗海棠(Chaenomelesspeciosa)一品種，具有極高的觀賞價值[1]，是目前市場上應(yīng)用較為廣泛的優(yōu)質(zhì)木本年宵花卉。冬季增溫是木本年宵花生產(chǎn)中采取的主要促花手段，但筆者團隊前期研究表明，增溫促花后的‘長壽冠’海棠葉片數(shù)量及葉面積下降，葉綠素含量降低，光合能力減弱，葉片早衰，其生長發(fā)育受到抑制[2]。說明增溫會加速植物的衰老，對植物生長及生理過程產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致樹體早衰[3]。因此，研究增溫促花后‘長壽冠’海棠的生長發(fā)育，探討其復(fù)壯技術(shù)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

合理施肥是促進植物生長的重要手段，也是常用的復(fù)壯栽培技術(shù)。氮(N)、磷(P)、鉀(K)作為植物生長發(fā)育所必需的、也是最重要的3種大量元素，在重要化合物的合成、提高植物抗逆性、增強酶活性等方面發(fā)揮重要作用，參與并影響植物的各種代謝過程[4-6]，但氮磷鉀配比及施用量均會影響植株生理特性，且其影響存在差異[7]。目前，國內(nèi)外有關(guān)海棠花期調(diào)控的研究主要集中在促花方法與原理[2]，有關(guān)促花后復(fù)壯的研究尚少，采用配方施肥處理進行復(fù)壯的國內(nèi)外研究也鮮見報道。因此，本研究采用正交試驗，探究氮磷鉀復(fù)合肥對增溫促花后‘長壽冠’海棠的生理調(diào)節(jié)作用，篩選適宜的氮磷鉀配比并探究其調(diào)控機理，旨在為海棠增溫促花后的復(fù)壯栽培提供理論依據(jù)，同時也為其他木本花卉復(fù)壯栽培技術(shù)的研究與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南京林業(yè)大學(xué)下蜀實習(xí)林場(119°14′E，31°56′N)，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫15.2 ℃，年均降水量1 104 mm，年平均日照2 018 h，年平均無霜期229 d。本研究裝盆所用的土壤主要為黃棕壤，土質(zhì)為重壤。土壤全氮含量0.704 g/kg、全磷含量0.146 g/kg、有效磷含量12.5 mg/kg、速效鉀含量103.7 mg/kg、有機質(zhì)含量7.39 g/kg，pH 4.5～5.5。

1.2 供試材料及試驗設(shè)計

供試植物材料為‘長壽冠’海棠(‘Changshouguan’)盆栽。試驗用‘長壽冠’為5年生嫁接苗，株高40～60 cm，冠徑50～60 cm，地徑1.5～2.0 cm。于2019年11月上旬選取長勢一致、生長旺盛的‘長壽冠’海棠60株進行裝盆。于12月中旬在玻璃溫室中采用增溫方式調(diào)控促花。玻璃溫室中放置溫度測定儀(美國WatchDog公司Spectrum1000 Series，Silicon Pyranometer，External Temperature Sensor-20 ft.)，每15 min儀器自動記錄1次環(huán)境溫度。

供試氮肥為尿素，含46%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的N；磷肥為過磷酸鈣，含15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的P2O5；鉀肥為氧化鉀，含63%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的K2O。尿素由西隴化工股份有限公司生產(chǎn)，過磷酸鈣和氧化鉀均由永華化學(xué)科技(江蘇)有限公司生產(chǎn)。

采用氮、磷、鉀復(fù)合施肥處理，不同肥料配比處理按正交試驗方法 L9(34)設(shè)計，設(shè)置氮、磷、鉀及空列4因子3水平，共10個處理，以不施肥處理(空列)為對照(CK)，每個處理設(shè)置6個盆栽重復(fù)。施肥處理時間為第2年3月下旬(花后約2個月)，采用環(huán)施的方法進行根部施肥。具體施肥水平和組合見表1(施肥量均為換算過后有效成分含量)。

表1 氮磷鉀肥配施處理設(shè)置

1.3 生理指標(biāo)測定及功能評價

1.3.1 葉片可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量及SOD、POD活性的測定

于7月中旬,在上述各處理‘長壽冠’幼苗中，選取6片當(dāng)年生且大小、部位(中上層)、葉齡相近的葉片進行生理指標(biāo)的測定。葉片可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法測定[8]；可溶性蛋白(SP)含量采用考馬斯亮藍法測定；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定[9]；采用硫代巴比妥酸(TBA)方法測定丙二醛(MDA)的含量；采用氮藍四唑(NBT)光化還原法測定超氧化物歧化酶(SOD)的活性[10-11]。各項指標(biāo)每個處理重復(fù)3次。

1.3.2 葉片內(nèi)源激素含量的測定

采用酶聯(lián)免疫吸附檢測法(ELISA)[8-10]測定植物內(nèi)源激素的含量。從各處理組苗木上隨機采集3片部位、葉齡相近、成熟健康的當(dāng)年生功能葉片，保存于-70～-68 ℃的超低溫冰箱中備用。實驗時，分別稱取0.1 g樣品，在0～4 ℃條件下研磨，然后加入30 mL冰甲醇，在0 ℃環(huán)境下攪拌4 h，以3 500～4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，取上清液。上清液過C18膠柱后進行真空濃縮干燥去除甲醇。用pH 7.4的磷酸緩沖液溶解后，以ELISA法測定脫落酸(ABA)、生長素(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素(ZR)的含量。

1.3.3 隸屬函數(shù)綜合評價法

用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進行定量轉(zhuǎn)換，再將各指標(biāo)隸屬函數(shù)值取平均值(D)進行比較[12-13]。計算公式如下：

(1)

若某一指標(biāo)與評判結(jié)果為負相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進行定量轉(zhuǎn)換。計算公式如下：

(2)

式中：U(Xj)代表第j個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xj代表第j個指標(biāo)的測定值；Xmin代表第j個指標(biāo)的最小值；Xmax代表第j個指標(biāo)的最大值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2016處理，應(yīng)用DPS 7.05進行Duncan多重比較和單因素方差分析，使用SPSS 26.0進行主成分分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀復(fù)合肥對‘長壽冠’葉片主要生理指標(biāo)的影響

不同施肥處理對‘長壽冠’葉片可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、丙二醛(MDA)含量及抗氧化酶活性的影響見表2。由表2可知，各處理組的SS、SP含量較對照組(N0P0K0)均有不同程度的提高，且各處理組與對照組間差異顯著(P<0.05)。其中，SS、SP含量均在處理3(N3P3K2)達到最大值，分別比對照增加40.60%和25.89%。其中處理1—3、4—6、7—9的可溶性糖含量間差異均未達顯著水平(P>0.05)。方差分析可知，N對SS、SP具有顯著影響(P<0.05)，P僅對SP含量具有顯著影響(P<0.05)，K對葉片SS、SP均無顯著性影響。表明N對‘長壽冠’葉片中SS、SP含量的影響最大，其次是P，3個因素中影響最小的是K。

各處理組的POD、SOD活性較對照(N0P0K0)均有不同程度的提高，且各處理組與對照組間差異顯著(P<0.05)。POD活性在處理3(N3P3K2)達到峰值，較對照高28.54%。處理2(N3P2K1)的SOD活性較對照變化最明顯，高于對照34.93%。MDA含量較對照在處理1(N3P1K3)達到谷值42.02 μmol/g，比對照低28.47%，差異顯著(P<0.05)。其中處理1—3、4—6、7—9的MDA含量、POD活性間差異均未達顯著水平(P>0.05)。通過方差分析可知，N對MDA含量、POD、SOD活性具有顯著影響(P<0.05)，P和K對葉片MDA含量、POD、SOD活性均無顯著性影響。表明N、P、K 3因素對‘長壽冠’葉片中POD、SOD活性的影響主次順序一致，由大到小依次為N>P>K，對MDA含量的影響由大到小依次為N>K>P。

表2 氮磷鉀復(fù)合施肥處理對‘長壽冠’葉片可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量及抗氧化酶活性的影響

為探究不同水平N、P、K對‘長壽冠’海棠生理功能各指標(biāo)的影響，在方差分析的基礎(chǔ)上對N、P、K主效應(yīng)做多重對比(表3)。結(jié)果顯示，各生理指標(biāo)在N1、N2、N3之間差異均顯著(P<0.05)，可溶性蛋白含量在P1、P2、P3之間差異顯著(P<0.05)。

表3 不同水平N、P、K對‘長壽冠’葉片生理指標(biāo)影響的多重比較

2.2 氮磷鉀復(fù)合肥對‘長壽冠’葉片4種內(nèi)源激素含量的影響

不同施肥處理對‘長壽冠’葉片4種內(nèi)源激素含量的影響見表4。由表4可知，增溫處理后的‘長壽冠’葉片，在施用不同配比的氮磷鉀肥后，其ABA、IAA、ZR和GA3含量均有不同程度的變化。與對照(N0P0K0)相比，ABA的含量不同程度地下降，IAA、ZR、GA3含量明顯提升，且各處理組與對照組間大多差異顯著(P<0.05)。ABA、ZR的含量在處理1(N3P1K3)達到最低與最高，其中ABA含量比對照低42.72%，ZR含量比對照高33.90%。處理2(N3P2K1)的IAA的含量最高，達到95.98 ng/g，較對照高33.33%。處理3(N3P3K2)的GA3含量較對照高33.59%，其中處理7—9的IAA、GA3含量，處理2—3的ABA、IAA含量，處理4—5的ABA、IAA、ZR、GA3含量間差異均未達顯著水平(P>0.05)。處理組IAA、ZR、GA3的含量總和與ABA含量的比值均不同程度高于對照，處理1(N3P1K3)的(IAA+ ZR+ GA3)/ABA比值較對照組高(P<0.05)，且處理1—3、4—5、7—8的(IAA+ ZR+ GA3)/ABA值間差異均未達顯著水平(P>0.05)。方差分析結(jié)果表明，氮對ABA、IAA、GA3、ZR含量具有顯著影響(P<0.05)；磷對葉片內(nèi)源激素含量無顯著性差異；鉀對ABA、ZR的含量具有顯著影響(P<0.05)，對IAA、GA3的含量均無顯著性差異。此外，N、P、K 3因素對‘長壽冠’葉片中ABA、IAA、ZR含量的影響順序為N>P>K，對于GA3含量的影響順序為N>K>P。多重比較結(jié)果顯示(表3)，各激素含量的N1、N2、N3之間差異均顯著(P<0.05)，ABA含量的K1、K2、K3之間差異顯著(P<0.05)，ZR含量的K1與K3之間差異顯著(P<0.05)，K1與K2之間差異不顯著。

2.3 氮磷鉀復(fù)合施肥處理下‘長壽冠’葉片各指標(biāo)間的相關(guān)性

施肥處理后‘長壽冠’葉片指標(biāo)間的相關(guān)性見表5。由表5可知，各指標(biāo)間均顯著相關(guān)(P<0.05)或極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片IAA、GA3、ZR含量與SS、SP含量及POD、SOD活性均呈極顯著正相關(guān)，與MDA含量則呈極顯著負相關(guān)；ABA含量和各指標(biāo)間相關(guān)性與其他激素相反。此外，葉片IAA含量與SS、SP含量及POD、SOD活性的相關(guān)性最高，GA3含量與MDA含量相關(guān)性最大。

表5 施肥處理后‘長壽冠’葉片指標(biāo)間的相關(guān)性

2.4 氮磷鉀復(fù)合施肥處理下‘長壽冠’葉片生理功能的綜合評價

用單一指標(biāo)難以判斷各處理間生理功能的差異，因此，對葉片生理功能的9個指標(biāo)進行主成分分析，得出相應(yīng)權(quán)重系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，排前兩位的主成分特征根分別為7.910和0.799，變異貢獻率分別為87.887%和8.877%，累計貢獻率分別為87.887%和96.764%，權(quán)重系數(shù)分別為90.83%和9.17%。進一步通過隸屬函數(shù)求得各處理生理功能的綜合評價結(jié)果(表6)，隸屬函數(shù)值(D)越高，表明植株生理功能越強。由綜合評價得出，處理3(N3P3K2)的復(fù)壯效果最優(yōu)，此時3因素肥的施用量分別為氮肥1.2 g/株、磷肥0.3 g/株、鉀肥0.4 g/株。

表6 氮磷鉀配施處理下‘長壽冠’生理特性綜合評價

3 討 論

植物的營養(yǎng)生長與生殖生長間既相互依存又互相制約，是對立統(tǒng)一的關(guān)系。增溫促花打亂了營養(yǎng)生長與生殖生長之間的正常周期性生長節(jié)律，生殖生長提前，抑制后期營養(yǎng)生長，同時高溫導(dǎo)致代謝加快并且消耗過多的養(yǎng)分，干擾了植物體內(nèi)碳代謝過程，影響了初生代謝物的合成，最終導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)碳水化合物(NSC)的合成量與積累量不足造成營養(yǎng)虧缺，生理功能衰退?？扇苄蕴亲鳛槿~片非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的主要組分[14]，也是光合作用的直接產(chǎn)物，是植物體內(nèi)多糖等大分子化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)，在植物碳代謝中發(fā)揮非常重要的作用[15]?？扇苄缘鞍缀磕茌^好反映植物葉片氮素有機營養(yǎng)狀態(tài)，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化加氧酶是葉片中可溶性蛋白的主要組成部分，其不僅是光合作用碳同化的關(guān)鍵酶，也是葉片中的主要儲存蛋白，可以在一定程度上體現(xiàn)葉片光合功能以及氮素營養(yǎng)狀態(tài)[16-17]。因此，可溶性糖和可溶性蛋白含量在一定程度上可以較好反映植株體內(nèi)的碳、氮、有機營養(yǎng)物質(zhì)積累情況。本研究表明，施用適宜配比的氮磷鉀肥顯著提高了可溶性蛋白和可溶性糖的含量，表明適當(dāng)?shù)氖┓侍幚泶龠M增溫后‘長壽冠’海棠的氮、碳代謝，提升植物體內(nèi)可利用態(tài)物質(zhì)的含量及植株能量供應(yīng)基礎(chǔ)，緩解因增溫促花導(dǎo)致的碳、氮代謝失衡，從而有利于增溫促花后的生理復(fù)壯。

增溫促花不僅改變碳代謝平衡，還影響氧代謝平衡，活性氧代謝平衡失調(diào)可能是增溫促花后‘長壽冠’生理功能衰退的重要原因之一。植物在正常條件下，體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài)[18-19]。冬季增溫改變了植株原有的正常生長條件，使其遭受高溫逆境脅迫，體內(nèi)ROS增多。ROS的增多又能破壞抗氧化酶的結(jié)構(gòu)和功能使膜脂過氧化加劇，導(dǎo)致細胞膜系統(tǒng)損傷并促進植物細胞衰老[19-22]。本研究結(jié)果表明，施肥處理后的‘長壽冠’海棠SOD、POD活性顯著增高，而MDA含量顯著下降，表明適當(dāng)?shù)牡租浥浜鲜┓侍幚硗ㄟ^增強植株的抗氧化酶活性顯著增強了植株的抗氧化能力，且施肥處理導(dǎo)致的植株可溶性糖、可溶性蛋白含量上升，可為非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)和抗氧化酶的合成提供充足的碳源和氮源，以增強植株體內(nèi)清除活性氧機能[23]，從而維持活性氧代謝的平衡，緩解增溫導(dǎo)致的生理功能衰退。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，可溶性蛋白含量與SOD等保護酶的活性呈極顯著正相關(guān)，進一步表明施肥處理可能通過恢復(fù)植株碳、氮代謝平衡進而增強植物抗氧化能力機制。

激素伴隨著植物的整個生長發(fā)育過程，不同種類的植物激素會誘導(dǎo)并激活它們各自的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并通過傳導(dǎo)信息誘導(dǎo)激素響應(yīng)基因的表達形成不同的生理現(xiàn)象，內(nèi)源激素的失衡會導(dǎo)致植物的早衰[24-25]。IAA、GA3、ZR、ABA等4種激素與植物的生理功能密切相關(guān)，ABA參與調(diào)控葉片生長的過程，促進植物的休眠和衰老[26-27]；IAA在植物生理過程中的作用較為復(fù)雜，在葉片生長過程中是負調(diào)控激素，衰老相關(guān)基因表達與IAA含量呈顯著負相關(guān)[28]；GA3促進植物的生長發(fā)育，縮短植物生活周期[29]；ZR作為細胞分裂素的一種，對于促進植物生長、延長葉片壽命的作用非常顯著[18]，ZR含量下降和ABA含量的上升是導(dǎo)致植物葉片衰老的重要因素[30]。本研究結(jié)果顯示，ZR與ABA對于氮元素含量變化非常敏感，ZR含量與施氮水平呈正比，這與Wang等[31]關(guān)于氮可以誘導(dǎo)根部ZR的合成、提升ZR含量的結(jié)果一致，高水平氮下ABA含量降低的結(jié)果與尹冬梅等[32]的研究結(jié)論一致。配施適宜比例的氮磷鉀肥增加了‘長壽冠’海棠IAA、GA3、ZR的含量,降低了ABA的含量，各處理組的(IAA+ZR+GA3)/ABA比值均不同程度增加。因此，通過改變植物內(nèi)源激素含量，恢復(fù)植物體內(nèi)激素平衡是施肥改善‘長壽冠’海棠生理功能的重要途徑。IAA可以促進蛋白質(zhì)的合成，參與碳的積累[33]。所以植株可溶性糖、可溶性蛋白含量的升高可能由IAA含量升高導(dǎo)致，另外GA3可以增強糖酵解途徑中烯醇化酶的表達，以此加速糖酵解進程，加快己糖的積累[34]，因此植株可溶性糖含量的改變可能受到IAA和GA3兩種激素的影響。即‘長壽冠’海棠體內(nèi)IAA、GA3可能參與了恢復(fù)植物碳、氮代謝過程，改善其生理功能，但其具體調(diào)控機制還有待進一步探究。同時POD作為IAA的側(cè)鏈氧化酶，IAA的濃度受其影響[35]，GA3與ABA在活性氧代謝上有拮抗作用[36]，因此施肥處理后的‘長壽冠’海棠抗氧化酶活性的提高或與其體內(nèi)激素含量的改變有關(guān)，是其活性提升的重要因素，激素參與植物體內(nèi)氧代謝平衡恢復(fù)的過程。

綜上，適宜配比的氮磷鉀復(fù)合施肥可以有效提升增溫促花后‘長壽冠’海棠葉片生理功能，其調(diào)節(jié)效應(yīng)與內(nèi)源激素的調(diào)控有關(guān)。肥料3因素中，氮素起主要調(diào)節(jié)作用。通過隸屬函數(shù)綜合評價，篩選出最佳施肥配方(N3P3K2)，由于該配方中氮和磷為最高水平，因此在施肥最適水平上尚待進一步探討。本研究結(jié)果可為增溫促花后海棠的復(fù)壯栽培提供理論與應(yīng)用依據(jù)。