胡新元,孫小花,羅愛(ài)花,柳永強(qiáng),唐德晶,謝奎忠

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 馬鈴薯研究所,蘭州 730070;2.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是種植面積最廣和食用國(guó)家最多的作物。中國(guó)大部分地區(qū)的土壤及氣候條件都適合種植馬鈴薯,甘肅是全國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)大省[1]。晚疫病和早疫病是馬鈴薯的主要病害,二者均在國(guó)內(nèi)各地普遍發(fā)生,晚疫病對(duì)馬鈴薯極具破壞性[2],病情嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致馬鈴薯絕產(chǎn)[3];早疫病是馬鈴薯第二大真菌病害,僅次于晚疫病,有些地區(qū)對(duì)馬鈴薯的危害程度甚至與晚疫病相當(dāng)[4]。防治馬鈴薯早疫病和晚疫病最常見(jiàn)、最有效的方法是噴施化學(xué)殺菌劑。然而,頻繁地噴施化學(xué)殺菌劑使馬鈴薯生產(chǎn)成本增加,藥劑殘留量增大,破壞環(huán)境。實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的挑戰(zhàn)是如何減少使用化學(xué)殺菌劑,同時(shí)保護(hù)馬鈴薯免受病害的影響。一種替代方法是通過(guò)適當(dāng)供應(yīng)鋅等微量營(yíng)養(yǎng)素,提高馬鈴薯植株對(duì)早疫病和晚疫病的抵抗力,從而減少化學(xué)殺菌劑的使用量[5]。

鋅是植物必需的微量元素,參與植物生長(zhǎng)發(fā)育,補(bǔ)充適當(dāng)濃度的鋅可以保護(hù)植物細(xì)胞膜,能夠維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性[6-7]。在鋅元素缺乏的情況下,容易導(dǎo)致生物膜的過(guò)氧化損傷,破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完整性,引起細(xì)胞膜內(nèi)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物向外界滲漏[8-10]。因?yàn)闈B漏到外界的碳水化合物可以為病原菌提供營(yíng)養(yǎng)[11],所以植物組織感染的一個(gè)重要因素是細(xì)胞釋放的小分子有機(jī)物質(zhì)到葉組織體外作為誘餌招募病原菌富集和入侵[12],細(xì)胞滲出液的釋放速率高度依賴于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完整性[8-12]。因此,需要適當(dāng)?shù)匿\等微量元素來(lái)維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和通透性,這是針對(duì)各種病原菌侵染的防御機(jī)制[5]。

朱永全等[13]發(fā)現(xiàn)施用鋅肥可以提高三七的抗病性和品質(zhì),索炎炎等[14]發(fā)現(xiàn)花生葉面噴鋅平均增產(chǎn)6.4%;司賢宗等[15]施用鋅肥能提高花生抗病性,減少花生病害的發(fā)生,平均發(fā)病率降低7.2個(gè)百分點(diǎn),花生產(chǎn)量平均增加19.4%。由于植物病害的嚴(yán)重程度往往受到營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的影響[5],因此研究鋅對(duì)植物病害的影響及其作用至關(guān)重要。本試驗(yàn)主要研究了葉面噴施鋅對(duì)馬鈴薯抗病性和產(chǎn)量的影響,旨在利用鋅保護(hù)作用減少馬鈴薯病害的發(fā)生,以施用鋅肥方式一定程度上代替化學(xué)殺菌劑,減少化學(xué)殺菌劑的用量,為科學(xué)防治馬鈴薯早疫病和晚疫病,提高馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅定西市安定區(qū)寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)紅土村甘肅農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所試驗(yàn)基地[12]。耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.22 g·kg-1,全氮含量1.02 g·kg-1,全磷含量0.83 g·kg-1,全鉀含量23.72 g·kg-1,堿解氮含量58 mg·kg-1,速效磷含量20.23 mg·kg-1,速效鉀含量345 mg·kg-1,土壤pH為8.28。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理,即噴施ZnSO4·7H2O濃度分別為0.20%、0.40%、0.60%、0.80%,以噴施清水為對(duì)照(CK)。各處理3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)長(zhǎng)5 m,寬4.2 m,面積21 m2。各處理噴施時(shí)間:分別于現(xiàn)蕾期、始花期、終花期、薯塊膨大期,各噴施一次。

1.3 播 種

試驗(yàn)在4月下旬播種,品種為‘隴薯14號(hào)’,行距60.00 cm,株距33.00 cm,密度為50 500 株·hm-2。基肥施用量為純N 150 kg·hm-2,P2O5120 kg·hm-2,K2O 75 kg·hm-2,農(nóng)家肥37 500 kg·hm-2。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 馬鈴薯葉片相關(guān)酶活性的測(cè)定 分別在始花期、終花期和薯塊膨大期噴施鋅肥1周后,采集馬鈴薯頂部葉片測(cè)定葉片中SOD、POD、CAT活性和MDA含量;應(yīng)用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供相應(yīng)的試劑盒測(cè)定,測(cè)定方法分別按其說(shuō)明書(shū)操作。

1.4.2 疫病病害的調(diào)查和統(tǒng)計(jì) 馬鈴薯早疫病和晚疫病參照謝奎忠等[16]馬鈴薯早疫病和晚疫病病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),調(diào)查和統(tǒng)計(jì)馬鈴薯發(fā)病率和病情指數(shù)。

1.4.3 考種和產(chǎn)量測(cè)定 參照謝奎忠等[16]馬鈴薯考種和測(cè)產(chǎn)方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,用新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鋅肥噴施濃度對(duì)馬鈴薯抗病性的相關(guān)酶活性影響

圖1～3顯示,當(dāng)鋅的噴施濃度在0～0.4%之間時(shí),馬鈴薯葉片中POD、CAT和SOD活性隨著鋅噴施濃度的增大而顯著增加,當(dāng)鋅的噴施濃度在0.4%時(shí),POD活性最高,當(dāng)鋅的噴施濃度在0.4%～0.6%時(shí),CAT和SOD活性達(dá)到最高值。當(dāng)鋅的噴施濃度高于0.6%時(shí),馬鈴薯葉片中POD、CAT和SOD活性隨著鋅噴施濃度的增大反而顯著降低,且各生育期的變化趨勢(shì)是基本一致的。

數(shù)據(jù)以平均值表示;誤差棒上的不同小寫(xiě)字母表示處理間在5%水平上差異顯著,下同

圖2 鋅噴施用量對(duì)馬鈴薯CAT活性的影響

圖3 鋅噴施用量對(duì)馬鈴薯SOD活性的影響

圖4顯示,馬鈴薯葉片中MDA含量隨著鋅噴施濃度的增大而顯著降低,當(dāng)鋅的噴施濃度在0.4%～0.6%時(shí),MDA含量達(dá)到最低值,當(dāng)鋅的噴施濃度高于0.6%時(shí),馬鈴薯葉片中MDA含量隨著鋅噴施濃度的增大反而顯著升高。

圖4 鋅噴施用量對(duì)馬鈴薯MDA含量的影響

2.2 不同鋅肥噴施量對(duì)馬鈴薯早疫病和晚疫病害的影響

表1顯示,馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著降低馬鈴薯早疫病和晚疫病的發(fā)病率和病情指數(shù),當(dāng)鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時(shí),馬鈴薯早疫病和晚疫病的發(fā)病率顯著降低;當(dāng)鋅的噴施濃度為0.4%時(shí),馬鈴薯早疫病和晚疫病的發(fā)病率和病情指數(shù)最低,當(dāng)鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時(shí),馬鈴薯早疫病和晚疫病的發(fā)病率有所升高,但是差異不顯著。

表1 不同鋅肥噴施量對(duì)馬鈴薯早疫病和晚疫病的影響

2.3 不同鋅肥噴施量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

2.3.1 不同鋅肥施用量對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 表2顯示,馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著降低馬鈴薯收獲時(shí)的病薯率,當(dāng)鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時(shí),馬鈴薯個(gè)數(shù)病薯率和質(zhì)量病薯率顯著降低;當(dāng)鋅的噴施濃度為0.4%時(shí),馬鈴薯個(gè)數(shù)病薯率和質(zhì)量病薯率最低,當(dāng)鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時(shí),馬鈴薯病薯率反而升高。

表2 不同鋅肥噴施量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

馬鈴薯葉面噴施鋅能顯著提高馬鈴薯商品薯率,當(dāng)鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時(shí),馬鈴薯商品薯率顯著提高;除2021年馬鈴薯質(zhì)量商品薯率外,當(dāng)鋅的噴施濃度為0.4%時(shí),馬鈴薯商品薯率最高,當(dāng)鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時(shí),馬鈴薯商品薯率反而減低,但是差異不顯著。

2.3.2 不同鋅肥施用量對(duì)連作馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響 葉面噴施鋅能顯著提高馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(表2),當(dāng)鋅的噴施濃度由0增大到0.4%時(shí),馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著提高,當(dāng)鋅的噴施濃度為 0.4%時(shí),馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高;當(dāng)鋅的噴施濃度由0.4%增大到0.8%時(shí),馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量反而顯著降低,這也可能與鋅的噴施濃度過(guò)高時(shí)馬鈴薯葉片干枯有關(guān)。

3 討論與結(jié)論

抗病性酶(如SOD、POD和CAT)是植物的保護(hù)系統(tǒng),它們可以通過(guò)調(diào)節(jié)其活性或含量傳遞信號(hào)來(lái)保護(hù)細(xì)胞防御病原菌侵染。施用鋅肥能提高花生抗病性,減少花生病害的發(fā)生,提高花生產(chǎn)量[15]。本研究表明,鋅對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)同樣具有重要作用,通過(guò)噴施鋅肥,可以提高抗病性酶(如SOD、POD和CAT)活性,這些酶活性的提高,能有效地將植物細(xì)胞保護(hù)起來(lái),從而有效降低病原菌入侵,提高馬鈴薯抗病性,達(dá)到施肥防病的作用。孫天國(guó)等[17]在研究甜瓜幼苗發(fā)現(xiàn)POD、SOD和CAT活性均隨著鋅濃度升高呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì),這也與本研究結(jié)果一致。

王孝忠等[18]研究表明,各種施用鋅肥的方式均能使小麥、玉米和水稻的產(chǎn)量提高10%左右,三者的增產(chǎn)率均隨施加鋅肥量的增加呈先上升后下降趨勢(shì),由于作物不同,最佳施肥量也不同。吳俊蘭等[19]在有效鋅較缺的山西太谷石灰性褐土上施用鋅肥,馬鈴薯增產(chǎn)率為37.8%～49.9%,且馬鈴薯淀粉、維生素C的含量也有所提高。索海翠等[20]研究表明適宜的鋅濃度(3.5～7.0 mmol·L-1)能提高馬鈴薯葉片光合效率,增加馬鈴薯產(chǎn)量。馬振勇等[21]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)施鋅肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)、葉綠素含量和根系活性增加影響顯著,這與本研究增產(chǎn)結(jié)果基本一致。本研究通過(guò)葉面噴施鋅提高馬鈴薯抗病性酶活性,提高馬鈴薯抗病性,從而降低早疫病和晚疫病病害發(fā)生率,減少病薯率,進(jìn)而提高馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。