蚓粪添加对盐胁迫下玉米幼苗生长和光合色素含量的影响

时间：2024-05-21

张浩赵雨欣戴川景石少婕高伟叶嘉

摘要：以玉米为试材，通过向基质中添加不同比例的蚓粪，探讨蚓粪添加对盐胁迫下玉米叶片生长指标和光合色素含量的影响及生长指标与光合色素之间的相关性。结果显示，随着基质中蚓粪添加比例的增加，盐胁迫下玉米幼苗株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量、总干质量均呈逐渐上升的趋势（P<0.05），而根冠比则呈下降的趋势。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量及类胡萝卜素含量随着蚓粪添加比例的增加呈逐渐升高的趋势。幼苗的株高、根长、地上部分干质量和总干质量与光合色素之间呈显著（P<0.05）或极显著正相关。根冠比与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量之间呈显著（P<0.05）或极显著负相关。本研究结果不仅有助于深入理解添加蚓粪对盐胁迫下玉米幼苗生长和光合色素含量之间关系的影响机理，而且还将为提升玉米的盐碱土壤种植效率提供数据支撑和理论依据。

关键词：蚓粪;盐胁迫;光合色素含量;生长指标;玉米;相关性

中图分类号： S513.01 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）20-0125-04

盐渍土是陆地广泛分布的一种土壤类型，目前全球盐碱地面积已达9.5亿hm2，且每年仍以1.0×106～1.5×106 hm2的速度增长[1]。中国的盐渍土总面积约为3.6×106 hm2，由于施肥过度、不合理灌溉及海水倒灌等因素，我国大面积的土地逐渐出现次生盐渍化，加速了土壤盐碱化的进程[2]。盐胁迫不仅会对作物生长造成直接影响，还可以通过改变光合色素含量对叶片Pn产生影响，造成光合速率下降，光合产物降低，并最终影响作物产量[3]。目前土壤盐渍化已经成为抑制作物生长、降低作物产量的重要环境因素之一。如何改良盐碱地环境，提高作物的耐盐性，增加盐胁迫环境下作物产量一直是人们关注的焦点。

蚓粪是蚯蚓生物降解有机物的产物，能明显改善土壤的生态环境，改良盐碱土壤。蚓粪的施入，降低了土壤的pH值，提高了土壤阳离子交换量，降低了土壤的碱化度、总碱度和钠吸附比，缓解了盐碱土壤的危害[4]。大量研究表明，蚓粪能不同程度地提高多种作物种子发芽率，促进其生长，提高光合色素含量和作物产量，改善品质[5-9]。有研究发现，对于盐碱地上种植的棉花，施入蚯蚓粪后，棉花的生物量显著增加，产出的皮棉比对照增产42.5%;施用蚯蚓粪后花生的产量比对照增加15 kg，增产11.7%[10]。但蚓粪添加并不是越多越好，Atiyeh 等研究了温室和大田2种方式下蚯蚓粪对作物影响的试验，结果表明，施加蚯蚓粪的处理与对照相比，在种子的萌发期、苗期、开花结果期和收获期均对作物有显著促进作用，但随着蚯蚓粪含量的增多，植物的生长反而受到限制[11]。因此，施加蚓粪对盐碱地作物生长的影响并没有一致的结论，仍需要更加深入地探讨蚓粪浓度和盐碱化的交互作用对作物干物质累积及生理指标产生影响的机理。

华北平原是我国最重要的粮食产区之一，每年全国30%的玉米均产自于该粮食产区。因此，华北平原区的玉米生产能力在一定程度上直接关系著该区域甚至国家层面的粮食安全问题[12]。但是华北地区土壤盐渍化日益加重，严重影响着玉米的产量和扩大再生产。本研究在基质中添加不同比例的蚓粪，探讨蚓粪对盐胁迫下玉米生物量及光合色素的影响及生物量与光合色素的相关性，为提高盐碱地区域玉米的种植效率提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年3—5月在邯郸学院生命科学实验中心进行。供试玉米（Zea mays L.）购买于邯郸市农业科学院，所用品种为京科665。供试蚓粪购于邯郸市金益农生物科技开发有限公司。供试土壤园土采集于邯郸学院校园北林地，采样深度0～20 cm，曝晒后粉碎，过8目筛，按比例与蚓粪混合使用。

1.2 试验设计

挑选大小一致、籽粒饱满的种子，以10% H2O2浸泡消毒30 min，用无菌水反复冲洗5次，播种于基质（蛭石 ∶珍珠岩为3 ∶1）中。待生长至2叶1心时移栽到盆中进行处理。采用盆栽方式培养试验材料，盆栽容器为底部打孔的花盆（桶高20 cm，盆直径30 cm）。盆栽基质采用0～20 cm 耕层的园土，共设4个处理，添加蚓粪比例分别为0、10%、20%、40%，每个处理加入150 mmol/L NaCl 溶液模拟盐胁迫，以不添加蚓粪和 NaCl溶液的处理作为对照（CK）。每个处理3盆，每盆15株。幼苗处理第50天进行各指标测定。

1.3 试验方法

1.3.1 光合色素含量的测定

幼苗处理第50天，对各处理叶片随机取样，每处理重复3次测定。选取并称取0.5 g鲜样，加入80%丙酮5 mL、少许CaCO3和石英砂，用研钵硏磨至组织变白，在暗处静置3～5 min后，过滤到25 mL容量瓶中，定容，取上述所得色素提取液1 mL，加入80%丙酮 4 mL 稀释后转入比色杯中，分别在波长为663、646、470 nm处测定吸光度。计算色素提取液中叶绿素a、叶绿素b含量及类胡萝卜素含量并计算叶绿素总含量和叶绿素a/叶绿素b[13]。

1.3.2 生长指标的测定

在幼苗处理第50天，对各处理未取样的植株分别进行生物量测定。首先测量根长和株高，然后将玉米幼苗冲洗干净，分为地上部分和地下部分，分别于 105 ℃ 下杀青30 min后，80 ℃烘干至恒质量，称质量，并计算根冠比（地下部分与地上部分干质量的比值）[14]。

1.4 数据处理

用 Excel 软件统计各参数的平均值和标准误差并作图，用SPSS 18.0进行数据统计和单因素方差分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 添加蚓粪对玉米生长指标的影响

如表1所示，添加不同比例蚓粪对盐胁迫下玉米的株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量、总干质量及根冠比均产生了显著影响（P<0.05）。150 mmol/L盐胁迫下，蚓粪添加为0处理与对照CK相比，各生长指标差异不显著（P>0.05）。随着基质中蚓粪添加比例的增加，株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量、总干质量均呈逐渐上升的趋势（P<0.05），而根冠比则呈下降的趋势。蚓粪添加比例为10%和20%这2个处理的玉米株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量及总干质量差异不大，但均高于对照（CK），相反，根冠比显著低于对照（CK）。随着基质中蚓粪添加比例的增加，到蚓粪添加量为40%时，玉米的株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量及总干质量达到最高，与对照（CK）相比，分别增加了39.27%、132.12%、100%、500%和372.73%，而根冠比则显著降低了57.14%。

2.2 添加蚓粪对玉米叶片叶绿素含量的影响

如图1所示，基质中添加不同比例的蚓粪对盐胁迫下玉米叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均产生显著影响（P<0.05），但对叶绿素a/叶绿素b无显著影响（P>0.05）。叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量随着蚓粪添加比例的增加呈逐渐升高的趋势，150 mmol/L盐胁迫下，蚓粪添加为0处理的玉米叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和叶绿素a/叶绿素b与对照（CK）相比，差异不显著（P>0.05）。当蚓粪添加比例为10%、20%、40%条件下，叶绿素a含量分别比对照显著升高了38.03%、64.79%、55.63%，当蚓粪添加浓度为20%时含量达到最高。同样条件下，叶绿素b含量比对照增加了25.93%、46.29%、44.44%（P<0.05），但3个处理之间差异不显著（P>0.05）。相应的，叶绿素总含量也随着蚓粪添加比例的增加呈逐渐升高，到添加比例为20%时含量达到最高，是对照组（CK）的1.6倍。不同比例蚓粪处理之间叶绿素a/叶绿素b均不存在显著差异（P>0.05）。

2.3 添加蚓粪对玉米叶片类胡萝卜素含量的影响

如图2所示，基质中添加不同比例的蚓粪对盐胁迫下玉米叶片类胡萝卜素含量影响显著（P <0.05）。未添加蚓粪处理和添加比例为10%的处理中玉米叶片类胡萝卜素含量与对照（CK）相比差异不显著（P>0.05），但随着添加蚓粪比例的增加，类胡萝卜素含量显著增加，当添加比例为20%，叶片中类胡萝卜素含量达到最高，是对照组（CK）的2.10倍。当添加比例为40%时，虽然类胡萝卜素含量有所下降，但与添加量为20%处理差异不大，仍显著高于对照组，是对照的2.07倍（P<0.05）。

2.4 玉米生物量和光合色素含量的相关性

如表2所示，不同处理下玉米的株高与叶绿素a含量和叶绿素总含量呈极显著正相关（P<0.01），相关系数均为0.659，与叶绿素b含量和类胡萝卜素呈显著正相关（P<0.05），但是与叶绿素a/叶绿素b相关性不显著。同样的，玉米根长和地上部分干质量与叶绿素a含量、叶绿素b含量和葉绿素总含量相关性达到极显著水平（P<0.01），与类胡萝卜素呈显著正相关（P<0.05），但是与叶绿素a/叶绿素b相关性不显著。玉米地下部分与光合色素含量相关性不大（P>0.05）。根冠比与叶绿素a含量呈极显著负相关（P<0.01），相关系数为-0.645，与叶绿素b含量和叶绿素总含量呈显著负相关（P<0.05），与叶绿素a/叶绿素b和类胡萝卜素含量相关性不大。总干质量与叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素总含量呈极显著相关（r=0.669，0.697，0.680），与类胡萝卜素含量相关性达到显著水平（P<0.05），与叶绿素a/叶绿素b相关性不显著（P>0.05）。

3 结论与讨论

叶绿素是植物叶片中吸收光能的主要色素，对外界逆境极其敏感，其含量在一定程度上能反映植物同化能力的强弱，是衡量植物抗逆性的一个重要指标[15]。通常认为，盐胁迫会导致叶片内叶绿素降解，阻碍光合反应过程，进而影响最终光合产物的积累[16-17]。而添加蚓粪能促进叶片中叶绿素的累积，显著增加植物叶片中叶绿素含量[18]，最终促进光合产物积累。王小治等研究了匍匐翦股颖草生长对添加蚓粪的响应，发现基质中添加蚓粪促进了叶绿素含量的增加，并存在最适污泥蚓粪添加比例，即当蚓粪添加用量为20～60 g/kg时对匍匐翦股颖生长最有利[19]。李静娟等也研究了中药渣蚓粪对玉米生长的影响，结果表明，随着基质中蚓粪施用量的增加，玉米叶片的叶绿素含量均显著增加[20]。尽管目前关于蚓粪对植物叶片叶绿素的影响的报道较多但是关于盐胁迫下叶片叶绿素对添加蚓粪的响应却鲜有报道。本研究结果显示，叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素总含量随着蚓粪添加比例的增加呈逐渐升高的趋势。可能与基质中氮含量的增加有关，氮是叶绿素合成的重要组成元素。大量研究表明，添加蚓粪可以显著增加土壤中碱解氮的含量，且随着蚯蚓粪含量的增加而增加，土壤中有效氮的积累促进了叶绿素的合成[20];也有研究认为类胡萝卜素的增加可以增强自身抗活性氧自由基的能力，保护叶绿素中膜系统，促进叶绿素含量的增加[21]。

类胡萝卜素不仅是光合色素的一部分，参与光合反应进程，同时也是体内活性氧清除系统中非酶促系列的重要组成部分，它可直接捕获自由基而阻断自由基的链式反应，防止自由基对蛋白质、脂质和DNA的氧化损伤[22]。通常认为盐胁迫会降低类胡萝卜素含量。吕艳伟等研究了盐胁迫对小麦幼苗光合色素含量和细胞膜的影响，发现低浓度盐溶液处理下，小麦类胡萝卜素含量变化不显著，当盐浓度较高时，类胡萝卜素含量显著降低[23]。李华等研究了外源水杨酸对黄瓜幼苗盐胁迫伤害的影响，发现盐胁迫会造成黄瓜类胡萝卜素显著下降，进而降低光合能力[24]。本研究认为添加蚓粪显著增加盐胁迫下玉米叶片的类胡萝卜素，随着类胡萝卜素含量的增加，增强了自身的抗活性氧能力，保护了体内膜系统，同时保护了叶绿体免受活性氧自由基的侵害，本研究中叶绿素含量的增加也验证了这一点。

生物量是植物对盐胁迫反应的综合体现，是体现植物耐盐性的重要指标[25]。大量研究表明，盐胁迫可以造成植物地上部分干质量、地下部分干质量及总干质量下降，植株矮小，根冠比显著降低[26-27]。蚓粪不仅含有丰富的养分，而且含有丰富的微生物，可以显著提高植物生长发育过程。陳学良等研究了添加蚓粪对盆栽荔枝的影响，发现基质中添加25%蚓粪能明显促进幼苗地上部分生长[28]。张聪俐等研究了不同比例蚓粪对玉米生长特性的影响，结果表明施用蚓粪能够显著增加玉米株高、地上部和地下部的干质量[5]。然而，目前关于添加蚓粪对盐胁迫下幼苗生物量影响的报道却不多见。本研究发现随着基质中蚓粪添加比例的增加，盐胁迫下玉米幼苗的株高、根长、地下部分干质量、地上部分干质量、总干质量均呈逐渐上升的趋势，这与颜栋的研究结果[29]一致，可能是添加蚓粪增加了土壤中碱解氮、速效磷、速效钾和有机物的含量，促进了叶绿素的生成，提高了光合效率，进而提高生物量。本研究中随着蚓粪添加比例的增加，玉米叶片中叶绿素含量显著增加，也说明了这一点，且本研究中通过研究玉米生长指标与光合色素的相关性，发现光合色素的增加与玉米生长指标（株高、根长、地上部分干质量、地下部分干质量和总干质量）呈显著或极显著正相关，也验证了上述观点。也有研究表明，生物量的增加是因为蚓粪中含有赤霉素和吲哚乙酸等激素类物质，它们可促进细胞分裂，调控植物生长[30]。本研究结果发现，根冠比随着添加蚓粪比例的增加呈下降的趋势，说明蚓粪对玉米的地上部分促进作用要大于地下部分。

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