甘氨酸络合钼肥对黄瓜幼苗光合生理特性的影响

陈 曼，袁 溢，黄 敏，戈晓峰，朱 潇，杨文杰

(淮阴师范学院 生命科学学院 江苏省区域现代农业与环境保护协同创新中心/江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，江苏 淮安 223300)

钼是植物必需的微量元素之一，它能够以钼化合物、钼酶、钼辅因子等形式，提高植物的氮代谢能力、促进光合作用、增强植物抗性、调节植物生长[1-2]。

1939年，Arnon的研究显示，钼对于番茄的正常生长是必不可少的[3]。之后的研究表明，钼可参与多种钼酶的形成，而钼酶则可通过催化氧化还原反应对碳、氮、硫、激素等的代谢过程进行调控，进而发挥其在植物体中的生理功能[4-5]。

在缺钼条件下，植物叶子边缘发生死斑并向内卷曲，并且由于落花而不能形成果实，芥菜属的一些蔬菜缺钼还会导致“鞭尾病”[6]，严重影响蔬菜的产量和质量。研究发现，缺钼可使作物叶绿素含量下降，从而使叶片向生殖器官运输的光合产物减少，导致碳水化合物代谢失调，最终引起作物籽粒中淀粉和糖类含量的下降。缺钼的玉米花粉粒中淀粉含量显著下降，缺钼小麦花器官中淀粉含量则更低，试验表明，在缺钼条件下会导致作物生殖器官发育过程中碳水化合物利用受阻[7-9]。

大量研究表明，土壤中直接施用钼肥和用钼肥拌种均可增加土壤中有效氮的含量，显著促进作物的生长发育[10]。同时，钼还可通过钼酶调控ABA和IAA等激素的合成，进而影响植株的抗寒性和耐盐性等[9,11-12]。

氨基酸作为一种经济、高效的络合剂，对植物的生理代谢也具有多方面的促进作用。研究表明，增施氨基酸肥可促进植物体内各种营养元素的吸收[13]。尤其是甘氨酸，既能促进植物吸收磷、钾，又能增加植物叶绿素含量，促进CO2渗透，增强光合作用[14]。故将微量元素通过螯合作用与氨基酸结合形成的新型络合态微肥，能够最大限度地提高作物对微量元素的吸收，充分调节其光合生理，以达到增产和品质改善的目的[15]。目前，络合态有机肥的研究与推广工作已进入了一个新的阶段，国外对有机钼肥的研究已用于大面积农业生产。但目前对于氨基酸钼肥的报道尚少，本试验以黄瓜幼苗为研究材料，对新型络合钼肥——甘氨酸钼(Gly-Mo)在黄瓜幼苗光合生理相关方面的影响开展了初步研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

津研9号黄瓜种子由江苏省淮安市农业科学院提供。甘氨酸、钼酸钠、钼酸和配制营养液的其他化合物均为国药分析纯试剂，Gly-Mo溶液为笔者自制。

1.2 试验方法

1.2.1 黄瓜幼苗的培养与处理 选取颗粒饱满的黄瓜种子，用1%次氯酸钠浸泡消毒30 min，去离子水冲洗3次后，用单层纱布包好置于清水中浸种8～10 h；然后，转入铺有滤纸的白瓷盘中，覆盖两层纱布，置于恒温培养箱，25 ℃下催芽。待种子发芽、根长约2 cm时将幼苗移入盛有清水培养盆(20 cm×30 cm)中，每盆12株，培养7 d后，改用改良霍格兰氏培养液继续培养。

待幼苗长至3叶1心期时，对其进行钼肥的叶面喷施处理。以钼酸钠为对照组，分别设10、20、30、40、50 mg/L等5个浓度处理，清水对照组分别为CK1、CK2、CK3、CK4、CK5，处理组分别为T1、T2、T3、T4、T5，每个浓度处理设3个重复，每3 d喷施1次，第3次处理1周后，测定黄瓜幼苗的相关生理指标。

1.2.2 光合生理指标的检测 (1)叶绿素荧光参数的检测：在自然光照良好的情况下，使用FMS-2型便携脉冲调制式荧光分析仪，参照王建波等[16]的方法检测荧光参数：暗适应叶片的初始荧光(F0)、暗适应叶片的最大荧光产量(Fm)、光适应叶片的最小荧光产量(F0’)、光适应叶片的最大荧光产量(Fm’)、稳态荧光(Fs)。利用所测参数分别计算以下光合生理指标：

光合反应中心PSII的光合效率：Fv’/Fm’=(Fm’-F0’)/Fm’

实际光合学效率：ΦPSⅡ=(Fm’-Fs)/Fm’

光化学猝灭系数：qP=(Fm’-Fs)/(Fm’-F0’)；

非光化学淬灭系数：NPQ=Fm/Fm’-1。

(2)叶绿素含量的检测：叶片洗净擦干，避开主叶脉，用打孔器对称打孔取样。采用叶绿素浸提法[17]提取叶绿素。然后分别在波长663、645 nm下测定提取液的吸光度值。根据Arnon公式计算叶绿素浓度(CV，mg/L)，再按下列公式换算为以单位叶面积表示的叶绿素含量(mg/dm2)[18]：CA=CV1/1000×10×100/S=CV/S，下标A和V分别表示面积和体积，S为用于提取叶绿素的叶片面积。

(3)光合速率的检测：采用改良半叶法进行取样和处理[19]。

2 结果与分析

2.1 叶绿素荧光参数的检测结果及分析

叶绿素荧光动力学技术是研究植物光合作用的理想方法，其中，Fv’/Fm’代表光合反应中心PSII的光合效率，反映了光合反应中心在部分关闭情况下的实际捕获能量的传递效率；实际光化学量子产量ΦPSⅡ反映了PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率；而光化学淬灭系数qP和非光化学淬灭系数NPQ则分别反映了植物光合活性的高低和植物耗散过剩光能为热的能力[20-21]。

由表1可知，随着钼肥处理浓度的增加，黄瓜幼苗叶片的Fv’/Fm’、ΦPSⅡ、qP、NPQ等叶绿素荧光参数均呈现出逐渐上升的趋势，对照组和试验组均在40 mg/L钼浓度处理下达到最高，之后呈现下降趋势。在20 mg/L和50 mg/L钼浓度处理下，试验组与对照组的NPQ差异不显著，除此之外，Fv’/Fm’、ΦPSⅡ、qP、NPQ等4项叶绿素荧光参数在各钼浓度处理下，试验组均高于对照组，达到5%差异显著水平。由此表明，叶面喷施Gly-Mo有利于促进黄瓜幼苗对光能的吸收，提高其光化学效率。

2.2 叶绿素含量的检测结果与分析

叶绿素含量的变化是植物叶片生理活性的重要指标之一，与叶片的光合能力具有紧密的相关性。由表2可知，随着钼肥喷施浓度的增大，黄瓜幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总含量均逐渐升高。在40 mg/L钼浓度处理下，对照组和试验组叶绿素总含量分别达到542.73 mg/dm2和756.07 mg/dm2，随后，在50 mg/L钼浓度处理下叶绿素含量降低。此结果与荧光参数的检测结果一致。此外，在各处理浓度下，试验组均高于对照组，且达到1%显著水平，在40 mg/L钼浓度处理下，试验组比对照组高39.31%。

表1 钼肥喷施条件下黄瓜幼苗叶片的叶绿素荧光参数的比较

2.3 光合速率的检测结果及分析

光合速率是植物生理性状的一个重要指标，也是检测植物光合生产能力的主要依据之一。由表3可知，随着喷施钼肥浓度的增高，黄瓜幼苗光合速率也呈现出逐渐增加的趋势。在40 mg/L钼浓度处理下，对照组和试验组的光合速率均达到了最大值，分别为26.975和34.889 mg CO2/(dm2·h)，试验组比照组高29.34%。当钼浓度为50 mg/L时，光合速率均有所下降。在每个处理浓度组中，试验组均高于对照组，且达到1%水平显著差异。此结果显示，喷施钼肥可有效提高黄瓜幼苗的光合速率，而与钼酸钠相比，喷施甘氨酸钼肥更有利于促进黄瓜幼苗叶片的光合作用，积累更多的有机物。

3 讨论

众多研究表明，钼对植物的光合作用没有直接的影响，但可间接影响植物的光合作用，一方面，作为硝酸还原酶和固氮酶的重要组成成分对植物的氮代谢具有显著影响[22]，同时，钼可通过参与有机态磷[23]、蛋白质的合成[24]，从而对氮和磷代谢作用产生影响。此外，陈龙正等[25]的研究结果显示，施加钼肥可促使小白菜在光合作用中产生大量的三碳化合物。以往的研究表明，钼肥可显著提高叶绿素的稳定性、扩大光合叶面积，从而增强作物的光合能力，影响作物的光合效率。本研究结果也表明，在黄瓜的幼苗期喷施一定浓度的钼肥可显著提高其叶绿素荧光参数、叶绿素含量、光合速率等光合生理指标。与对照相比，喷施一定浓度的Gly-Mo更有利于提高黄瓜幼苗的各项光合生理指标，显著促进其光合效率。但过高的钼肥施用浓度可能会对植株产生毒害，从而导致黄瓜幼苗的各项光合生理指标的降低。

研究显示，植物不但能吸收矿质氮(NH4+-N、NO3--N)，而且也能直接吸收可溶性的有机态氮，特别是小分子的氨基酸、小分子蛋白质等[26-28]。Chapin等的研究表明，植物可以通过根部特定的氨基酸载体以主动吸收的方式直接吸收利用土壤溶液中的自由氨基酸[26,29-32]，甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酸等在土壤溶液中普遍存在，浓度相对较高[33]，它们被植物吸收后，可以通过转氨、脱氨等过程形成谷胱甘肽、蛋白质和各种氨基酸，或参与三羧酸循环和其他代谢途径形成有机酸、糖类和维生素等[34]。14C同位素示踪试验显示，甘氨酸的代谢转化大多是在新生器官的同化组织中进行[30]，因此，对植物的生长发育具有重要影响。

葛体达等[35]在番茄的研究中发现，随着Gly施加浓度的增加，番茄植株干物质重、总氮量、地上部和根系游离氨基酸、可溶性蛋白、地上部可溶性糖含量等指标均有所增加，Gly浓度与番茄的干物质重、总氮量均呈现显著的正相关，这表明作物能够直接吸收利用甘氨酸。

近年来的研究还显示，外源氨基酸的添加不仅可显著提高作物的叶绿素含量，明显改善作物的光合速率，同时，还能有效缓解作物的盐及高温等胁迫伤害[36-38]；同位素示踪技术是研究植物对氨基酸的吸收及在植物体内运转和分配方式的有效手段。而氨基酸在细胞内的快速代谢、氨基酸带电性对介质中pH值的敏感性以及氨基酸在植物体内的分配和代谢的复杂性，则成为了氨基酸营养的吸收机理研究的主要障碍[39]。氨基酸在植物体内的分配及其代谢过程仍需要进行深入的研究。

柳勇等研究表明，钼与氨基酸的配合施用于生菜，在其光合效率、葡萄糖、果糖等可溶性糖的积累及品质的改善等方面显示出显著的协同效应[40]。

钼的配合施用可显著提高氨基酸对作物品质改善的作用效果，使作物叶片中的游离氨基酸、可溶性蛋白质、维生素C、可溶性糖和叶绿素含量显著提高，同时，甘氨酸与钼的配施能提高氮肥的利用率[34,41]。结果表明，作物对氨基酸的吸收是通过活跃的质子泵完成的主动过程[26]，因此对于小分子量的甘氨酸来说，与钼离子螯合，可能更容易被植物体吸收利用，而且甘氨酸还可以通过苹果酸穿梭等代谢途径，向细胞传递更多的能量[34]，利于植物的生长发育及代谢。

本研究结果表明，与对照(钼酸钠)相比，新型络合态钼肥Gly-Mo的施用，明显改善了黄瓜幼苗的叶绿素荧光参数，显著提高了黄瓜幼苗的叶绿素含量和光合速率。然而，甘氨酸钼对其他作物光合性能的影响机理，尚有待进一步深入研究。

许玉兰等[42]利用15N示踪技术，对氨基酸在稻苗植株中的吸收和分布进行了研究，结果发现，根部的氮原子含量远高于茎、叶部的含量水平，结果表明，外源氨基酸被作物吸收后，首先在根部聚集，再转运至植株的其他组织器官在耕作土壤系统中，氨基酸的含量处于一种动态平衡状态，由于土壤微生物普遍存在，且具有较高的表面积体积比，因而致使其底物亲和力和生长率均高于植物根系，因此，土壤微生物利用有机氮的能力要强于植物[43-44]，这也就意味着植物与土壤微生物之间对氮素营养存在竞争关系[26]。Owen等[45]研究表明，以相当于土壤溶液中100 μmol/L浓度施入土壤24 h后，小麦根系仅能吸收施入量的6%，其余大部分为微生物所获取。由此可见，在农田土壤系统中，与高浓度的NO3--N相比，土壤中氨基酸向植物根际运移的速度较慢，其间极易被土壤微生物转化，导致土壤溶液中植物根竞争吸收氨基酸的能力极弱。

刘庆城等[14]利用氨基酸混合液对芹菜茎叶进行喷施处理，结果发现，氨基酸可以被芹菜茎叶直接吸收。Thornton等[31]用15N标记甘氨酸，同时结合气相色谱质谱技术，分析发现甘氨酸分子能够被无菌根的黑麦草(Loliumpernne)完整地吸收，且在甘氨酸吸收3 h后，尚有约80%的甘氨酸保持完整的分子结构。因此，采用叶面喷施的方法可能会更加有效地提高氨基酸钼肥的利用效率，但钼肥喷施后，作物对其的吸收和分配机制尚有待进一步深入研究。

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