硼钼铜微肥配施对太子参光合特性的影响

袁婷婷，路远峰，谢寅峰*，马迎莉，吴 桐，倪 震

(1.南京林业大学，南方现代林业协同创新中心，南京林业大学生物与环境学院，江苏 南京 210037;2.南京林业大学淮安校区，江苏 淮安 223001)

光合作用是植物进行物质生产的生理基础，与植物自身遗传特性相关，也与外界环境因素和栽培管理技术有关[1-2]。施肥是作物高产的重要栽培措施之一，它能通过影响植物光合作用进而影响植物生长发育。研究表明，合理施肥可以提高叶片氮代谢，调节碳氮比，延缓叶片衰老，增强光合能力，进而提高产量[3]。也有研究表明，科学有效施肥可以改善光合气体交换作用，增强光合能力及氮素的利用，提高植物的抗性及成活率[4-5]。因此，研究施肥对植物光合特性的影响，对促进植物生长及高效优质生产具有重要的理论和现实意义。

太子参(Pseudostellariaheterophylla)为石竹科草本植物，以干燥块根入药，具有益气健脾、生津润肺之功效，是我国传统的名贵中药材[6-7]。近年来，随着太子参药用成分的开发利用，对其需求量急剧增加，全国各地开展大面积的人工栽培[8]，但在实际栽培过程中，盲目施肥的现象普遍存在，导致太子参产量严重下降且生态环境破坏。因此，合理施肥已成为太子参栽培过程中的重要问题。目前关于太子参配方施肥的研究多集中于对太子参产量和品质的影响[9-10]，有研究表明叶面喷施植物激素肥能够增强光合速率同时提高块根产量[11]，然而，有关微肥配施对太子参光合特性影响的研究尚鲜见报道。硼、钼、铜均为植物生长发育所必需的微量矿质元素，在调节植物生长发育，尤其是光合作用等代谢过程、有机物运输与分配等方面发挥重要作用[12-15]。因此，本研究分析硼、钼、铜微量元素肥料配合施用对太子参叶片光合性能的影响，以探讨提高太子参光合性能的适宜微肥配比及其机制，为太子参高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验地设置于南京林业大学下蜀林场(119°12′E，31°59′N)，属北亚热带季风性气候，年均气温15.2 ℃，年均降雨量为1 104 mm，年均日照2 018 h，年均无霜期229 d。土壤为下蜀系黄棕壤，土质为重壤至壤质。耕层(0～20 cm)土壤含全氮 0.704 g/kg、全磷 0.146 g/kg、有效磷 12.5 mg/kg、速效钾 103.7 mg/kg、有机质7.39 g/kg，pH 4.5～5.5[16]。

供试太子参种苗购自福建省柘荣县种苗站，试验时选取长势一致、生长健壮的太子参种苗。

1.2 试验设计

试验于2018年11月至2019年7月在南京林业大学下蜀林场进行。太子参栽培于银杏林下。整地做畦起垄，垄长16 m、宽100 cm、高25 cm。在垄上开沟5条，深约12 cm，行距15 cm。条播太子参，株距3～4 cm，播种量为100 g/m2。

试验采用二次回归D-最优设计，设置硼肥(Na2B4O7·10H2O)、钼肥(H8MoN2O4)、铜肥(CuSO4·5H2O)3个因素4个水平，不施肥为对照，共14个处理，每个处理设3个(小区)重复，试验小区面积2 m2(2 m×1 m)。具体的施肥设计见表1。

表1 硼钼铜微肥配施方案

试验采用微量元素溶液叶面喷施方法进行处理，微肥喷施量为600 mL/m2，共2次，间隔10 d，分别于2019年4月17日和27日当日9:00前处理，以叶片滴水为度。试验期间保持正常的田间管理。

1.3 参数测定方法

1)叶绿素及光合参数的测定。2019年5月10日白天，日照良好，在试验地采用Li-6400R(Li-cor,USA)便携式光合测定仪的标准叶室测定太子参叶片的光合参数，测定时间为9:00—10:00。选择各方位受光良好、长势一致的健康成熟叶片作为测定叶片，每个处理6株重复。测定的指标包括：光合气体交换参数净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)。叶绿素含量采用乙醇-丙酮法[12]测定。

2)叶绿素荧光参数的测定。叶绿素荧光参数的测定与光合参数的测定同天进行，选择与光合参数测定相同方位的叶片，每个处理6株重复，叶片充分暗适应30 min后使用英国Technologica公司的叶绿素荧光快速成像系统(CFImager)测定各荧光参数。测定指标包括：PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效光化学效率(Fv′/Fm′)、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)和有效电子传递速率(ETR)。

1.4 数据处理

采用Excel 2019对数据进行初步整理、作图并进行极差分析，确定因素的主次。采用DPS 7.05对数据进行单因素方差分析和Duncan多重比较分析，以SPSS 25.0对数据进行主成分分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 硼钼铜配施对太子参叶绿素含量的影响

不同硼钼铜配比处理对太子参叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均有较大影响(表2)，与对照(处理1)相比，各微肥处理的光合色素含量均有不同程度的提高。其中，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均在处理11(B3Mo2Cu2)达到最大值，分别比对照增加63%、76%、66%，且均差异显著(P<0.05)。由处理2、3、6、11可知，随着硼肥施用量的增加，太子参叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均有不同程度的提高，表明施用硼肥可提高叶片光合色素的含量，且中高水平的硼肥施用量促进效果更佳。通过极差分析可知：硼、钼、铜3因素对太子参叶片中光合色素含量的影响主次顺序一致，由大到小依次为硼、铜、钼。单因素方差分析可知，硼处理对叶绿素a具有极显著影响(P<0.01)，对叶绿素b、叶绿素总量具有显著影响(P<0.05)；钼对叶片光合色素无显著性差异；铜对叶绿素b有显著影响(P<0.05)，对叶绿素a和叶绿素总量均无显著性影响。

表2 硼钼铜配施对太子参叶片叶绿素含量及光合参数的影响

2.2 硼钼铜配施对太子参光合气体交换参数的影响

硼钼铜配施对太子参叶片净光合速率的影响见表2。由表2可知，各微肥处理下的Pn较对照(处理1)均有不同程度的提高。由处理2、3、6、11可知，不同水平的硼肥处理下，叶片Pn差异显著(P<0.05)，且随着施肥水平的提高，对Pn的促进效果越佳，较对照(处理1)分别增加11%、47%、65%、119%。由处理4、5、6、7可知，施用不同水平的钼肥时Pn影响的差异不明显。由处理6、8、9、10可知，处理9的Pn最大，处理10的Pn最小，表明低水平的铜肥显著促进Pn，高水平的则促进效果不明显。通过极差分析可知，硼是影响Pn的主要因素，铜为次要影响因素，钼的影响效果最差。由单因素方差分析可知，硼和铜对Pn具有极显著影响(P<0.01)，钼对Pn无显著影响。

硼钼铜配施对其他光合气体交换参数的影响见表2。表2表明，除处理2、12以外，各微肥处理下Gs均高于对照(处理1)，以处理9和处理11的值最大，分别达到0.069和0.070 mol/(m2·s)，且与对照差异显著(P<0.05)。各处理下Ci的变化趋势与Gs相反，以对照值(处理1)最大，其余各施肥处理均明显低于对照，其中，处理11的Ci值最低，比对照下降34%，且差异显著(P<0.05)。由各处理的Tr值可知，除处理9外，各施肥处理与对照(处理1)间均无显著性差异(P<0.05)。不同的施肥水平对Tr的影响各有不同，随着硼肥施用水平的增加，Tr呈上升趋势，不同钼肥处理下的Tr差异较小，而随着铜肥施用水平的增加，Tr呈先增后降的趋势。由极差分析可知，硼、钼、铜3因素对太子参叶片中Gs、Ci、Tr的影响主次顺序一致，由大到小依次为硼、铜、钼。由单因素方差分析可知，硼和铜对Gs具有极显著性影响(P<0.01)，钼对Gs有显著性影响(P<0.05)；硼对Ci具有显著影响(P<0.05)；硼、钼、铜对Tr均无显著影响。

2.3 硼钼铜配施对太子参叶绿素荧光参数的影响

硼钼铜配施对叶绿素荧光参数的影响见表3。由表3可知，与对照(处理1)相比，不同微肥处理下太子参叶片的Fv/Fm、Fv′/Fm′、NPQ、qP、ETR均存在一定差异，且部分处理之间存在显著差异(P<0.05)。

表3 硼钼铜配施对太子参叶片荧光参数的影响

表3中除处理13外，各微肥处理下Fv/Fm值均明显高于对照值(处理1)，以处理9效果最佳，较对照增加8%，且不同硼、钼、铜微肥处理下Fv/Fm的变化规律相似，均表现为随着施肥水平的增加呈先增后减的趋势。除硼肥外，钼、铜微肥处理下Fv′/Fm′、qP、ETR的变化趋势与Fv/Fm的变化基本一致，均呈先增后减的趋势。其中，Fv′/Fm′和ETR均在处理11条件下到达最大值，分别比对照增加14%、28%。qP在处理9和处理11条件下达到最大值，分别比对照增加11%、13%。与对照(处理1)相比，各微肥处理下叶片的NPQ均有不同程度的下降，部分处理之间差异显著(P<0.05)，其变化趋势与上述参数相反，除硼肥外，随着钼、铜微肥施用水平的增加，微肥处理下NPQ呈先减后增的趋势；以处理11的值最低，较对照(处理1)下降34%，且差异显著(P<0.05)。通过极差分析可知，硼、钼、铜3因素对太子参叶片中Fv/Fm、Fv′/Fm′、NPQ、qP、ETR的影响主次顺序一致，由大到小依次为硼、铜、钼。由单因素方差分析可知，硼钼铜对Fv/Fm均达到显著性影响(P<0.05)，对qP均达到极显著影响(P<0.01)。硼处理对Fv′/Fm′和ETR的影响显著性达到0.001水平;而NPQ与其他指标相比，敏感性较低，硼、钼、铜处理对其均无显著性影响(P>0.05)。

2.4 太子参各生理指标的相关分析

太子参各指标的相关性分析见表4。Pn与Chla、Chlb、Chl(a+b)、Gs、Tr、Fv/Fm、Fv′/Fm′、qP、ETR正相关，与Ci、NPQ负相关，且相关性均达到极显著水平(P<0.01)。

表4 太子参各生理指标之间的相关性

2.5 硼钼铜配施处理下太子参叶片光合性能的综合评价

以单一指标难以判断各处理间光合性能的差异，因此，对光合特性的12个指标进行主成分分析，得出相应的权重系数，结果发现，排前两位的主成分特征根分别为6.137和4.169，变异贡献率分别为51.142%和38.495%，累计贡献率分别为51.142%和89.638%，权重系数分别为0.571和0.426。进一步通过隶属函数求得各处理光合性能的综合评价值(D),综合评价值(D)越高，表明叶片光合能力越强。按D值由大到小排序，以及其对应的处理编号列举如下：0.774(11号)、0.675(9号)、0.575(14号)、0.562(5号)、0.536(6号)、0.427(8号)、0.398(4号)、0.354(12号)、0.342(3号)、0.255(7号)、0.229(2号)、0.227(13号)、0.152(1号)、0.151(10号)。由综合评价值得出，处理11的植株光合能力最优，此时3因素微肥的施用量分别为硼肥1.5 g/L、钼肥0.08 g/L、铜肥0.1 g/L。

3 讨 论

硼、钼、铜作为植物生长所必需的微量矿质元素，均直接或间接参与光合作用调节。本研究表明，硼是3种元素中影响太子参光合气体交换参数的主要因素，可能与硼参与调节光合机构的发育、促进光合色素的合成有关。冷璐等[17]研究发现，施硼可促进烤烟叶片叶绿体数目和体积的增大，增强叶绿体基质的发育，最终有利于叶绿素的合成。相关分析结果也证明太子参净光合速率的提高与叶绿素含量的增加有关。铜肥对叶片光合色素含量和气体交换参数的影响呈明显的浓度效应，即低促高抑，可能与太子参对铜的耐受性较低，铜过量易导致毒害作用有关，与陆奇杰等[18]、Yadav等[19]的研究结果类似。而钼肥对太子参叶片光合色素含量、气体交换参数均无显著影响，可能是由于太子参生长期间对硼肥、铜肥的需求量较大而对钼肥的需求量较低，也有可能是本研究设计的钼肥浓度偏低所致。

气孔调节作为植物适应外界环境的机制之一，与植物光合能力及蒸腾速率密切关联[20]。本研究发现，适宜的硼钼铜配施显著增加了叶片的Pn、Gs和Tr，而Ci则显著降低，表明硼钼铜配施引起太子参光合能力的变化主要是缘于非气孔因素的改善[21]。Pn与Gs、Tr呈极显著正相关，而与Ci则呈显著负相关的结果进一步证明硼钼铜配施引起植株光合能力的提升主要是缘于非气孔因素的改善，施肥后叶绿素含量的升高也是非气孔限制因素改善的体现。

根据叶绿素荧光参数能够快速分析植物光合系统对光能的吸收、转化、传递和利用等情况[22]，因而适用于进一步分析光合作用的非气孔限制因素。本研究结果表明，适宜的硼钼铜配施处理提高了太子参叶片PSⅡ反应中心原初光能的捕捉效率，增加PSⅡ反应中心的开放程度，使得有效光量子产量提高、电子传递速率增强，从而有利于ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的生成和碳的固定与同化，最终导致太子参光合能力的提高，该推论与Pn的变化相吻合。Fv/Fm的变化可作为植物是否受到光抑制的判断指标，且在正常水平下，Fv/Fm值差异不显著[23]。本研究中，部分处理的Fv/Fm值低于0.7，表明太子参发生了光抑制现象，这可能与太子参喜阴、不耐高温强光的生长特性有关。因此，在人工栽培条件下，通过采取林下种植或适当遮阴的栽培方式，同时加强灌溉等措施，有利于缓解高温强光对太子参光抑制的现象。NPQ反映了光能以热能形式的耗散程度，而热耗散为植物在强光高温等逆境环境下防御光抑制和光破坏的重要自我保护机制[24-25]。NPQ的下降表明适宜的硼钼铜配施降低了过剩激发能所致的热耗散程度，是太子参叶片光抑制得到缓解的体现。通过相关性分析得知，Pn与Fv/Fm、Fv′/Fm′、qP呈极显著正相关，而与NPQ呈显著负相关，进一步证明适宜的硼钼铜配施是通过促进太子参叶片对激发能的吸收和光化学利用效率来提升净光合能力、缓解光抑制，热耗散途径不是其缓解光抑制的主要机制。

通过隶属函数综合评价，得出本试验条件下最有利于太子参光合性能发挥的施肥配方为处理11(B3Mo2Cu1，即硼、钼、铜肥施用量分别为1.5、0.08、0.1 g/L)，表明高水平硼肥配施低水平的铜肥，适当增施钼肥可有效提高太子参的光合性能。这一结果可为微肥在太子参高效栽培中的合理施用提供依据，并为微肥调控植物光合作用机理的研究提供参考。本研究仅探讨了硼钼铜配施条件下单因素对太子参光合性能的影响，而各因素之间的交互作用还有待进一步研究。

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