灌浆期喷施硫酸锌对谷子光合特性及产量构成的影响

黄珊珊，王宏富，郑培斌，梁竹花，董丹丹

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

谷子起源于我国，是传统的粮食作物，抗旱和耐贫瘠能力较强[1]，对环境的影响较小。谷子中含有多种氨基酸和维生素，营养价值高[2-3]。其作为主食在我国北方的餐桌上占有较高地位，被列为小杂粮之首[4]。

锌虽是微量元素，但对植物的生长起着重要作用[5]，不仅能够增加碳酸酐酶活性，促进光合作用中的水合反应，而且还影响在光合作用中起重要作用的叶绿素的形成，进而促进干物质的累积。充足的微量元素能够保证植物体内多种酶的合成，促进植物的新陈代谢过程，有利于植物的生长，间接地能够促进植物对大量元素的吸收，还可以通过改善细胞原生质的胶体化学性质，进而提高原生质的浓度，增加作物对各种逆境和胁迫的抵抗能力。锌参与植物体内200多种酶的合成[6]，是生物膜结构不可缺少的组成成分。低锌和锌过量都会导致小麦的生长发育受阻，过量的锌会降低产量，严重的还会引起锌肥的浪费及环境污染[7]。同时，锌也是人体所必需的元素，锌缺乏或摄入过量的锌都会危害到人的健康，对生理功能产生重要影响[8]，严重的会引起神经系统疾病，造成免疫低下[9]。

叶面喷肥指在植物生长后期施肥的一种方式[10]，生长后期作物的植株较高，枝叶旺盛使得田间施肥很不方便，因而，需要叶面喷施。在作物生长后期，叶面衰老迅速，喷施适量的锌能够显著提高谷子的光合作用，促进籽粒饱满，提高谷子产量。

本试验通过在谷子灌浆期叶面喷施锌肥，探究其对谷子光合特性及产量性状的影响，旨在为谷子高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为农大8号，由山西农业大学农科院谷子课题组提供。

供试锌肥为硫酸锌（天津市风船化学试剂科技有限公司）。

1.2 试验方法

试验于2019年在山西农业大学农作站内进行，试验地前茬作物是谷子，土壤为壤土。采用大田试验，随机区组设计，在谷子的灌浆期喷施硫酸锌的质量浓度分别为0（CK）、0.002（T1）、0.004（T2）、0.008 g/L（T3），重复3次，共计12个小区，小区面积为20 m2，田间管理与大田常规管理相同。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 光合特性测定 在叶片喷施硫酸锌后的第3、7、15、30天，利用SPAD-502相对叶绿素含量测定仪测量谷子倒二叶的相对叶绿素含量，每个小区重复3次。

在叶片喷施硫酸锌后的第3、7、15、30天，每个小区选取10株具有代表性的谷子，利用CI-340便携式光合仪（CID Bio-Science.Inc.USA）测定作物净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）。测定时光强为（1000±50）μmol/（m2·s），CO2浓度为（380±50）μmol/mol，叶片温度在25～30℃，每小区3次重复。

1.3.2 荧光参数测定 在叶片喷施硫酸锌后的第3、7、15、30天，使用便携式荧光仪（PAM-2500，WALZ，Inc.Germany），将谷子叶片用叶夹暗适应30 min后，测定叶片的叶绿素荧光参数，包括光化学淬灭系数（qP）、PSⅡ实际光化学效率（φPSⅡ）、PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、表观光合电子传递速率（ETR），重复3次，结果取其平均值。

1.3.3 产量测定 谷子成熟后，在每个小区选择12 m2进行取样。根据实际小区籽粒产量折算成实际公顷产量。在每个小区中取10个谷穗进行考种，测定穗长、穗粗、穗质量、穗码数、千粒质量、产量，3次重复，结果取其平均值。

1.4 统计分析

使用Microsoft Excel 2016整理数据及绘制图表，用SPSS 19.0软件进行显著性分析，方差分析采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施不同质量浓度硫酸锌对谷子光合特性的影响

由图1可知，农大8号谷子的SPAD值随着时间的推移变化不大，在不同硫酸锌质量浓度处理下，谷子的SPAD值表现出先升后降的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下SPAD值受到抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子SPAD值的影响程度表现为先增高后降低，在第7天差异最显著；T2处理下，喷施锌肥后第3、7、15、30天的SPAD值分别较对照提高12%、15%、13%、9%。说明喷施适宜浓度的硫酸锌能够提高谷子的相对叶绿素含量。

由图2可知，农大8号谷子的Pn值随着时间的推移表现出逐渐降低的趋势，不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的Pn值表现为先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下Pn受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，在第7天差异最显著；T2处理下，喷施锌肥后第3、7、15、30天的Pn值分别较对照提高15%、17%、14%、12%。说明喷施适宜浓度的硫酸锌能够提高谷子的净光合速率。

由图3可知，农大8号谷子的Tr值随着时间的推移呈现逐渐降低的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的Tr值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与其他处理间差异显著，并在T3处理下Tr受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，且在第7天差异最显著，随着时间的推移，第15天开始差异不显著。T2处理下，喷施锌肥后第3、7、15、30天的Tr值分别较对照提高6%、9%、6%、3%。说明在喷施适量的硫酸锌，随硫酸锌浓度的升高，蒸腾速率升高，且在T2处理下达到最高。

从图4可以看出，农大8号谷子的Gs值随着时间的推移呈现逐渐降低的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的Gs值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下Gs受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，且在第7天差异最显著，T2处理下，喷施锌肥后第3、7、15、30天的Gs值分别较对照提高6%、9%、7%、4%。

由图5可知，农大8号谷子的Ci值随着时间的推移表现出逐渐升高的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的Ci值呈现先降后升的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下Ci显著提高。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增大后降小，且在第7天差异最显著；T2处理下喷施锌肥后第3、7、15、30天的Ci值分别较对照降低4%、7%、3%、2%。

2.2 叶面喷施不同质量浓度硫酸锌对谷子叶绿素荧光参数的影响

光化学淬灭系数反映了PSⅡ反应中心的开放程度，即植物光合活性的强度。由图6可知，农大8号谷子的qP值随着时间的推移呈现逐渐降低的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的qP值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下qP值受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，且在第7天差异最显著，T2处理下喷施锌肥后第3、7、15、30天的qP值分别较对照提高30%、42%、30%、15%。

φPSⅡ表示光合作用的能量效率。由图7可知，农大8号谷子的φPSⅡ值随着时间的推移呈现逐渐降低的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的φPSⅡ值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理φPSⅡ受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子φPSⅡ的影响表现为先增高后降低，在第7天差异最显著，T2处理下喷施锌肥后第3、7、15、30天的φPSⅡ值分别较对照提高11%、16%、13.6%、7%。

ETR是表示植物光合作用能力高低的重要因素之一。由图8可知，农大8号谷子的ETR值随着时间的推移呈现逐渐降低的趋势，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的ETR值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下ETR受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，且在第7天差异最显著，T2处理下喷施锌肥后第3、7、15、30天的ETR值分别较对照提高20.3%、28.0%、19.0%、16.0%。

Fv/Fm反映PSⅡ的最大量子产量，它的值升高就表明叶片吸收的光能越有效，如果降低表明光合作用过程受到抑制。由图9可知，在不同硫酸锌质量浓度处理下，同一测定时间下谷子的Fv/Fm值呈现先增高后降低的趋势，T2处理与对照间差异显著，并在T3处理下Fv/Fm受到了抑制。随着时间的延长，硫酸锌对谷子的影响程度表现为先增高后降低，且在第7天差异最显著，T2处理下喷施锌肥后第3、7、15、30天的Fv/Fm值分别较对照提高16%、21%、14%、11%。

2.3 叶面喷施不同浓度硫酸锌对谷子穗部性状及产量的影响

表1 硫酸锌对谷子产量构成的影响

由表1可知，在喷施不同浓度硫酸锌的条件下，谷子的产量构成因素与对照存在一定的差异，且均是T2处理下穗部性状表现的最好。T1、T2处理下穗长分别较对照增加了2.7%、8.3%，T3处理降低了5.8%。T1、T2处理下穗粗分别较对照增加了2.5%、9.9%，T3处理降低了6.2%。T1、T2处理下穗码数分别较对照增加了2.1%、11.5%，T3处理降低了5.9%；T1、T2处理下穗质量分别较对照增加了13.6%、7.6%，T3处理降低了6.5%；T1、T2处理下穗粒质量分别较对照增加了5.7%、7.5%，T3处理降低了4.0%；T1、T2处理下千粒质量分别较对照增加了7.9%、14.6%，T3处理降低了1.9%。T1、T2处理下产量分别较对照增加了1.1%、5.6%，T3处理降低了2.1%。由此可以说明，喷施不同浓度的硫酸锌能够在不同程度上影响谷子的穗部性状和产量，且T2处理下的增产效果最好，而T3处理则会使谷子在一定程度上减产。

3 结论与讨论

光合特性是衡量作物产量的重要指标，植物光合作用受到多种因素影响。锌能够直接影响作物的光合作用，其原因主要有2点：一是锌会影响有关叶绿素合成的酶，进而间接增加植物内叶绿素的含量；二是因为在植物光合作用中的一些必不可少的酶的合成与锌有关[11]。叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，从光中吸收能量，转化为植物生长所必需的碳水化合物。朱荣等[12]研究发现，谷子光合速率随硫酸锌浓度的增加表现出先升后降的趋势，过量的硫酸锌会使谷子光合作用减弱。本研究结果表明，在灌浆期喷施0.004 g/L硫酸锌，谷子叶片相对叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率增大，而胞间CO2浓度降低，光化学淬灭系数、电子传递速率、PSⅡ实际光化学效率、PSⅡ的最大电子产量也均达到最大。这与朱荣等[12]研究结果相一致。

聂录等[13]研究表明，施用锌肥会对产量产生一定程度的影响，在一定范围内水稻产量会随着施用浓度的增加而增加，并且可以提高稻米的品质。苏兴智[14]研究发现，使用适量的硫酸锌能增加花生的产量，而过量的硫酸锌反而会使花生产量减少。汪洪等[15]研究发现，施锌肥能显著促进玉米地上部分的生长，且在土壤水分充足的条件下，施锌对植株增长效果较明显。李宇航等[16]研究发现，锌肥的适量施用可显著改善玉米的光合特性，提高干物质累积，进而提高产量。本研究结果表明，在灌浆期喷施0.004 g/L硫酸锌，穗长、穗粗、穗码数、穗质量、穗粒质量、千粒质量都有所增加，产量最高，较对照增产5.6%。这与郭俊[17]、昝亚玲等[18]的研究结果相一致。

施肥的重要性在于施锌后植株的光合面积增大，进而促进植物的光合作用，植株的鲜质量和干质量都有所增加。锌、硼肥配施对籽粒蛋白质和产量形成具有增效性[19]。影响谷子品质的因素有许多，包括谷子的自身遗传特性，外界环境的光热条件、土壤中的矿质营养、栽培技术和耕作制度的改变等等，因此，保证充足的矿质元素也非常重要。研究表明，矿质元素通过参与植株的呼吸作用、光合作用、酸合成、膜质合成以及糖代谢等众多生理生化过程来影响作物的品质与产量[20-22]。

综上所述，在谷子灌浆期叶面喷施0.004 g/L锌肥最适宜，净光合速率、气孔导度、蒸腾速率增大，胞间CO2浓度降低，荧光最好，同时穗长、穗粗等也达到最大，产量较不施硫酸锌增加5.6%，而喷施硫酸锌浓度较高反而会使光合特性和产量性状降低。