外源腐殖酸對草莓種苗繁育、光合特性及氮代謝的影響

趙菁婉，張彥萍，劉海河，朱立保，范中藝，楊志桃

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院/ 科教興農(nóng)中心，河北 保定 071001）

草莓（Fragaria ananassaDuch.），薔薇科草莓屬，多年生草本植物。其果實鮮美多汁，營養(yǎng)豐富，素有“水果皇后”的美稱，在全球經(jīng)濟作物中占有非常重要的地位［1］。近年來，隨著消費者需求日益增長，我國草莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展極快，種苗繁育作為草莓生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］，提高草莓種苗繁育的數(shù)量和質(zhì)量是當前草莓產(chǎn)業(yè)亟需解決的課題。

腐殖酸是一種天然存在于土壤有機質(zhì)中的有機酸，參與植物生長發(fā)育，具有增強肥效、改善土壤環(huán)境、刺激作物生長、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等功能［3-5］。腐殖酸的增產(chǎn)作用在白菜、甜瓜和番茄等作物上已有較多研究［6-8］。王涵宇等［9］研究表明施用腐殖酸能夠顯著提高油菜幼苗的根系活力，也有研究表明施用腐殖酸不僅可以促進番茄生長，還可以提高光合色素含量，且有一定的防治蟲病的效果［10-11］。在鹽脅迫條件下，有研究認為腐植酸處理能夠緩解鹽脅迫對草莓植株生長的影響［12］，還有研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸可以提高小白菜氮素代謝酶的活性［13］。目前，有關(guān)腐殖酸在草莓育苗方面的研究極少，本試驗以‘紅顏’草莓母株為對象，研究葉面噴施不同濃度的腐殖酸對其繁苗數(shù)量和繁育子苗的質(zhì)量以及對其子苗的光合及氮代謝相關(guān)酶活性等生理指標的影響，以期為腐殖酸在草莓種苗繁育上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試草莓母株品種為‘紅顏’，試驗用腐殖酸（Humic Acid）購自Sigma 公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022 年在河北保定順平巖田草莓農(nóng)業(yè)科技園區(qū)進行。3月中旬草莓母株高畦定植，行距1.8 m，株距0.3 m。于5 月上旬草莓母株匍匐莖發(fā)生初期開始葉面噴施腐殖酸處理，共設(shè)置4 個濃度處理：T1（50 mg/L）、T2（100 mg/L）、T3（150 mg/L）、T4（200 mg/L），以清水作為對照（CK），每15 d噴施1 次，共噴施6 次，試驗隨機排列，3 次重復(fù)。在7 月30 日田間測定記錄不同濃度處理的母株匍匐莖抽生數(shù)量和單株子苗數(shù)，并隨機選取苗齡一致的二級子苗，測定株高、莖粗、葉面積、根系活力、壯苗指數(shù)、光合色素含量、光合特性和氮代謝相關(guān)酶等指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 草莓母株繁苗數(shù)量測定 每處理隨機選取母株10 株，3 次重復(fù)，調(diào)查統(tǒng)計其匍匐莖抽生條數(shù)和3 葉1 心以上的幼苗數(shù)量。

1.3.2 子苗生長指標測定 參照《草莓種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》［14］用直尺和游標卡尺測定子苗株高、莖粗，用直尺測量自新葉向下第2 片功能葉的長和寬，計算葉面積［15］，采用TTC 法測定根系活力［16］，參照宮彬彬等［17］方法計算壯苗指數(shù)。每處理隨機選取10 株，3 次重復(fù)，取其平均值。

1.3.3 子苗光合色素含量及光合特性的測定 光合色素含量采用乙醇丙酮提取法測定，于晴天9:00-11:00 采用LI-6800 光合儀測定第2 片功能葉的凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（gs）和蒸騰速率（Tr）。每處理隨機選取10 株，取平均值。

1.3.4 子苗生理指標及氮代謝相關(guān)酶的測定 參照李合生等［18］的方法測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量以及硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性；谷氨酸合酶（GOGAT）和谷氨酸脫氫酶（GDH）活性采用試劑盒測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 進行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度腐殖酸處理對草莓母株繁苗數(shù)量的影響

由表1 可知，不同濃度腐殖酸處理的草莓母株單株匍匐莖數(shù)和單株子苗數(shù)均顯著高于對照。與CK相比，T1、T2、T3、T4 的單株匍匐莖數(shù)分別增加了41.38%、72.41%、100.00%、43.17%，T3 顯著高于其它處理。

表1 腐殖酸處理對草莓單株繁苗數(shù)量的影響Table 1 Effects of humic acid treatments on the number of strawberry seedlings per plant

T1、T2 的單株子苗數(shù)較CK 分別增加60.64%、82.98%；T3 最 高，增加了111.70%；T4 增加了56.38%。表明，腐殖酸處理可以顯著提高草莓母株的繁苗率，其中T3 處理繁苗率最高。

2.2 不同濃度腐殖酸處理對草莓子苗質(zhì)量的影響

由表2 可知，不同濃度的腐殖酸處理對草莓母株繁殖的子苗株高、莖粗、葉面積、根系活力和壯苗指數(shù)等生長質(zhì)量指標影響不同，其對株高影響差異不顯著；除T1 外，不同濃度的腐殖酸處理對莖粗影響均顯著高于CK；不同濃度腐殖酸處理對子苗的葉面積、根系活力和壯苗指數(shù)的影響均顯著高于CK。以T3 對各生長質(zhì)量指標的影響效果最好。表明，適宜濃度的腐殖酸處理能夠促進子苗生長，提高子苗質(zhì)量。

表2 腐殖酸對草莓子苗生長的影響Table 2 Effects of humic acid on the growth of strawberry seedlings

2.3 不同濃度腐殖酸處理對草莓子苗光合特性的影響

2.3.1 外源腐殖酸對草莓子苗葉片光合色素含量的影響 由表3 可知，不同濃度的腐殖酸處理能夠顯著提高草莓子苗葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素的含量。腐殖酸各濃度處理之間葉綠素a 含量差異不顯著；T1、T2、T3 的葉綠素b 含量顯著高于T4；T2、T3 的總?cè)~綠素含量顯著高于T1、T4。相比而言，T3 時各指標值最高，其葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量分別比CK 高3.27%、57.30%、19.08%。表明，適宜濃度的腐殖酸處理可以顯著提高草莓子苗葉片光合色素的含量。

表3 腐殖酸對草莓子苗葉片光合色素含量的影響Table 3 Effects of humic acid on contents of photosynthetic pigments in leaves of strawberry seedlings

2.3.2 外源腐殖酸對草莓子苗葉片光合特性的影響由表4 可以看出，不同濃度的腐殖酸處理可以顯著提高草莓子苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。以T3 處理效果最好，其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率分別比CK 高35.83%、42.11%、30.20%。腐殖酸處理還影響到胞間CO2濃度，與CK 相比，所有濃度處理均顯著低于CK，但處理間差異不顯著。表明，適宜濃度的腐殖酸處理可以促進子苗光合作用，提高光合效率，有利于子苗的光合積累。

表4 腐殖酸對草莓子苗葉片光合特性的影響Table 4 Effects of humic acid on photosynthetic characteristics of strawberry seedling leaves

2.4 不同濃度腐殖酸處理對草莓子苗葉片氮代謝的影響

2.4.1 外源腐殖酸對草莓子苗葉片不同形態(tài)氮素含量的影響 由圖1 可知，不同濃度腐殖酸處理的草莓子苗葉片中的硝態(tài)氮含量顯著低于對照，隨腐殖酸處理濃度的提高呈下降趨勢，T1、T2、T3、T4較CK 相比分別降低了10.20%、26.19%、45.33%和59.38%，表明外源腐殖酸處理能夠加速葉片中的硝態(tài)氮分解，顯著降低草莓子苗葉片中的硝態(tài)氮含量。經(jīng)過不同濃度腐殖酸處理后的草莓子苗葉片中的銨態(tài)氮含量顯著高于對照，T1、T2、T3、T4處理分別比CK 增加8.18%、22.45%、64.72%、26.90%，T3 處理顯著高于CK 和其它處理，表明腐殖酸處理顯著增加了草莓子苗葉片中銨態(tài)氮的含量。

圖1 腐殖酸對草莓子苗葉片硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的影響Fig. 1 Effects of humic acid on the contents of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in the leaves of strawberry seedlings

2.4.2 外源腐殖酸對草莓子苗葉片氮代謝酶活性的影響 由圖2 可知，腐殖酸處理過的草莓子苗葉片的硝酸還原酶（NR）活性顯著高于對照，隨腐殖酸處理濃度的提高呈上升趨勢，T1、T2、T3、T4 較CK 相比分別增加了32.74%、57.11%、199.49%和216.50%，T3 和T4 處理顯著高于其它處理，表明腐殖酸處理能夠增強草莓子苗葉片中的NR 活性，促進草莓子苗氮代謝進程。不同濃度的腐殖酸處理均可顯著提高草莓子苗葉片中谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸脫氫酶（GDH）活性。T3 處理的GS、GOGAT、GDH 酶活性顯著高于CK 和其它處理，表明，適宜濃度的腐殖酸處理可以提高草莓子苗葉片中GS、GOGAT、GDH 酶活性，促進草莓子苗的氮代謝。

圖2 腐殖酸對草莓子苗葉片NR、GS、GOGAT 及GDH活性的影響Fig. 2 Effects of humic acid on the activities of NR,GS,GOGAT and GDH in the leaves of strawberry seedlings

3 討論與結(jié)論

草莓種苗繁育主要利用母株在生長過程中抽生出的匍匐莖進行無性繁殖。本試驗結(jié)果表明，不同濃度腐殖酸葉面噴施處理，均可顯著提高草莓母株的匍匐莖抽生數(shù)量和子苗數(shù)，這與馬欣等［19］的研究結(jié)果一致。經(jīng)過腐殖酸處理過的草莓子苗的莖粗、葉面積、根系活力和壯苗指數(shù)均不同程度的優(yōu)于對照。本試驗中，外源腐殖酸濃度為150 mg/L 時的處理效果最好。表明適宜濃度的腐殖酸處理不僅可以提高草莓母株的繁苗率，還可以提高草莓子苗質(zhì)量。

光合色素是植物進行光合作用的重要物質(zhì)［20］，能夠衡量植株對光能的利用率［21］。凈光合速率是評價植株光合能力的一個重要指標，能夠反映植株積累有機物的狀況［22］。本試驗中，葉面噴施腐殖酸顯著提高了草莓子苗的葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率等指標，這與張沁怡等［23］在水稻上的研究結(jié)果一致。當外源腐殖酸濃度為150 mg/L 時，處理效果最好。說明適宜濃度的腐殖酸處理可以提高草莓子苗葉片的葉綠素含量，進而改善植株光合性能，促進植株的光合作用。

氮素對植株生長有重要影響，苗期施加氮素可以促進定植前草莓植株的生長，改變定植后草莓的物候期［24］。植株葉片氮素含量的75%用于構(gòu)建葉綠素，所以氮素缺乏常常會成為植物生長的限制因素［25］。而NO3-積累過量會削弱植株幼苗利用光照和CO2的能力，損害葉肉細胞，改變?nèi)~綠素含量［26］，從而降低光合速率，抑制植株的生長［27］。本試驗中，外源腐殖酸處理顯著促進了NO3-的分解和NH4+的積累，這可能是因為腐殖酸處理影響了氮代謝相關(guān)酶的活性，使得硝態(tài)氮分解加速，氮素轉(zhuǎn)化速率加快，促進了硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，提高了草莓子苗氮素的代謝能力，影響了葉片中葉綠素的合成，進而促進了草莓子苗的光合作用。研究發(fā)現(xiàn)草莓子苗生長量與光合、氮代謝的變化趨勢相似，由此推斷生長量的顯著提高可能與氮代謝速率提高、光合增強有關(guān)。

氮代謝是植物生長發(fā)育極為重要的生理過程。作為硝態(tài)氮同化過程中的限速酶，NR 活性直接影響氮代謝的速率［28］，NR 將土壤中的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，亞硝酸還原酶將亞硝酸鹽還原為銨態(tài)氮，然后在GS/GOGAT 循環(huán)作用下，轉(zhuǎn)化成谷氨酸等有機氮，進一步參與蛋白質(zhì)等物質(zhì)的合成過程。試驗結(jié)果表明，外源腐殖酸顯著提高了植株的NR、GS、GOGAT 和GDH 活性，促進了植株氮代謝速率。這與劉敏等［29］在番茄上的研究結(jié)果一致。隨腐殖酸濃度升高，GS、GOGAT 和GDH 活性呈先升高后下降的趨勢，腐殖酸濃度為150 mg/L 時的處理效果最好。結(jié)合前人研究，這可能是由于GS/GOGAT 循環(huán)產(chǎn)物谷氨酰胺過量，對GS/GOGAT 循環(huán)產(chǎn)生了負反饋調(diào)節(jié)，從而降低了酶活性。GDH 是谷氨酸合成與代謝過程的關(guān)鍵酶［30］，這一過程會產(chǎn)生NH4+，過高的氮濃度會抑制其發(fā)揮功能［31］，也可能是由于腐殖酸低濃度促進、高濃度促進減弱的表現(xiàn)特點［32］，從而降低了酶活性。

草莓的花芽分化與植株體內(nèi)的營養(yǎng)狀況相關(guān)，主要取決于植株體內(nèi)的碳水化合物與氮素的比例，即碳氮比。一般認為，草莓植株葉片功能良好，合成大量的碳水化合物為花芽分化提供充足的有機養(yǎng)分，能夠促進花芽分化；葉片中過多的氮素使碳水化合物在體內(nèi)的比率下降，進而影響草莓的花芽分化。本研究發(fā)現(xiàn)母株葉面噴施一定濃度的腐殖酸，能夠提升草莓子苗的葉綠素含量和光合作用，促進子苗生長，至于其對花芽分化的影響，有待于進一步深入研究分析。

綜上所述，草莓育苗期對草莓母株進行外源腐殖酸葉面噴施處理，可以提高NR、GS、GOGAT 和GDH 活性，改善草莓子苗植株氮代謝、提升草莓子苗的葉綠素含量和光合作用，促進子苗生長，提高草莓母株的繁苗率及子苗質(zhì)量。本試驗中，以150 mg/L的腐殖酸處理濃度育苗效果最好。