吡咯喹啉醌施用浓度和方式对辣椒生长及土壤理化性质的影响

李鑫 张清壮 唐艺欣 马艳青 杨莎 曾建国 李雪峰

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吡咯喹啉醌施用浓度和方式对辣椒生长及土壤理化性质的影响

    作者简介: 李鑫(1989−)男,山东人,博士,助理研究员,主要从事辣椒生理生化及栽培技术研究. E-mail:s2007203272@yeah.net;
    通讯作者: 李雪峰, lxfeng@126.com

Effects of concentration and application of pyrroliquinoline quinone on growth and soil physical and chemical properties of Capsicum

    Corresponding author: LI Xue-feng, lxfeng@126.com
  • 摘要: 为探明吡咯喹啉醌对辣椒生长及土壤理化性质的影响,通过盆栽辣椒研究不同吡咯喹啉醌施用浓度和方式对土壤理化性质(土壤容重、土壤孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾)、土壤微生物(真菌、细菌、放线菌及微生物总量)活性及辣椒生长(植物学性状、产质量及根系活力)的影响. 结果表明:施用吡咯喹啉醌对土壤容重、土壤孔隙度、土壤真菌数量、放线菌数量、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量及辣椒果实中的Vc含量和可溶性蛋白含量无显著性影响或无影响,但可提高土壤细菌数量和微生物总量,增加土壤中有效磷含量,促进辣椒的生长,增加辣椒果实单果重和单株重,提高辣椒根系活力,增加辣椒果实中可溶性糖含量;其中灌根处理对土壤细菌数量、微生物总量及土壤有效磷的增加优于喷施处理,而喷施处理对辣椒生长及产质量的提高优于灌根处理. 在辣椒实际生产中,灌根和喷施配合施用500 nmol·L−1吡咯喹啉醌,能改善土壤和促进辣椒生长.
  • 图 1  不同施用浓度和方式对辣椒株高的影响

    Figure 1.  Effects of different concentration and application on plant height of pepper

    图 2  不同施用浓度和方式对辣椒茎围的影响

    Figure 2.  Effects of different concentration and application on stem diameter of pepper

    图 3  不同施用浓度和方式对辣椒根系活力的影响

    Figure 3.  Effects of different concentration and application on plan foot activity of pepper

    表 1  各处理土壤容重和土壤孔隙度分析

    Table 1.  Analysis of soil bulk density and soil porosity in each treatment

    施用方式处理土壤容重/(g·m−3土壤孔隙度/%
    喷施CK1.55a39.85a
    T11.56a39.33a
    T21.52a41.49a
    T31.53a40.62a
    灌根CK1.54a39.96a
    T11.51a40.64a
    T21.46a42.64a
    T31.48a41.98a
    不同小写字母表示不同处理各时期差异达5%显著水平,下同.
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    表 2  不同处理对土壤养分质量比的影响

    Table 2.  Effects of different treatments on soil nutrient content (mg·kg−1)

    处理喷施灌根
    速效氮速效磷速效钾速效氮速效磷速效钾
    CK 125.1a 50.76a 112.5a 126.5a 53.62b 115.6a
    T1 127.6a 51.83a 117.6a 124.6a 56.12ab 117.2a
    T2 122.8a 52.61a 111.2a 126.1a 60.28a 120.6a
    T3 124.9a 51.42a 119.5a 126.4a 57.17ab 116.4a
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    表 3  不同处理对土壤微生物数量的影响

    Table 3.  Effects of different treatments on soil micro-quantity (106 cfu·g−1)

    处理喷施灌根
    细菌真菌放线菌微生物总量细菌真菌放线菌微生物总量
    CK6.12a5.77a4.61a16.82c6.30c6.24a5.19a17.92c
    T16.72a6.28a5.34a18.91a7.62b6.88a5.26a20.38b
    T26.90a6.17a4.82a18.53a9.66a6.27a4.83a21.41a
    T36.23a5.96a4.91a17.37b8.47a6.39a5.28a20.18b
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    表 4  不同施用浓度和方式对辣椒产量的影响

    Table 4.  Effects of different concentration and application on yield of pepper

    处理喷施灌根
    单果数单果重/g单株重/g单果数单果重/g单株重/g
    CK 24b 34.6c 830.4c 23b 35.8b 823.4c
    T1 27a 38.4b 1 036.8b 25b 36.5ab 912.5b
    T2 32a 41.2a 1 318.4a 31a 39.1a 1 212.1a
    T3 28a 39.4b 1 103.2b 27a 35.4b 955.8b
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    表 5  不同施用浓度和方式对辣椒品质的影响

    Table 5.  Effects of different concentration and application on quality of pepper

    处理喷施灌根
    Vc/
    (mg·g−1
    可溶性糖/
    (mg·g−1
    可溶性蛋白/
    (mg·g−1
    Vc/
    (mg·g−1
    可溶性糖/
    (mg·g−1
    可溶性蛋白/
    (mg·g−1
    CK1.38a28.4b11.5a1.39a27.6c11.3a
    T11.37a30.8a12.6a1.41a31.2b11.8a
    T21.43a32.4a12.4a1.44a34.6a12.7a
    T31.35a31.3a11.9a1.40a32.4b12.1a
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-17
  • 录用日期:  2020-01-18
  • 网络出版日期:  2020-02-19
  • 刊出日期:  2020-05-01

吡咯喹啉醌施用浓度和方式对辣椒生长及土壤理化性质的影响

    作者简介:李鑫(1989−)男,山东人,博士,助理研究员,主要从事辣椒生理生化及栽培技术研究. E-mail:s2007203272@yeah.net
    通讯作者: 李雪峰, lxfeng@126.com
  • 1. 湖南省蔬菜研究所,湖南 长沙 410128
  • 2. 湖南省农业科学院,湖南 长沙 410128
  • 3. 湖南农业大学 园艺学院,湖南 长沙 410128

摘要: 为探明吡咯喹啉醌对辣椒生长及土壤理化性质的影响,通过盆栽辣椒研究不同吡咯喹啉醌施用浓度和方式对土壤理化性质(土壤容重、土壤孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾)、土壤微生物(真菌、细菌、放线菌及微生物总量)活性及辣椒生长(植物学性状、产质量及根系活力)的影响. 结果表明:施用吡咯喹啉醌对土壤容重、土壤孔隙度、土壤真菌数量、放线菌数量、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量及辣椒果实中的Vc含量和可溶性蛋白含量无显著性影响或无影响,但可提高土壤细菌数量和微生物总量,增加土壤中有效磷含量,促进辣椒的生长,增加辣椒果实单果重和单株重,提高辣椒根系活力,增加辣椒果实中可溶性糖含量;其中灌根处理对土壤细菌数量、微生物总量及土壤有效磷的增加优于喷施处理,而喷施处理对辣椒生长及产质量的提高优于灌根处理. 在辣椒实际生产中,灌根和喷施配合施用500 nmol·L−1吡咯喹啉醌,能改善土壤和促进辣椒生长.

English Abstract

  • 吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone),简称 PQQ,是一种不同于黄素单核苷酸( FMN)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的氧化还原酶的新型辅酶. PQQ不仅可作为辅酶参与部分还原酶类的催化作用,还可对植物和微生物的生长发育有一定的促进作用,并且在微生物、动植物体内广泛存在[1-4]. 刘卫群等[5]研究表明经 PQQ喷施烟草幼苗叶片和灌根处理,烟草幼苗中IAA、Z+ZR、DNA和RNA含量都有明显的提高,说明 PQQ对作物生长发育有明显的促进作用. Choi等[6]研究表明荧光假单胞菌 B16(野生型根杆菌可产生PQQ)能够明显提高番茄植株的高度、花果数和总果重,而未产生 PQQ的菌株均未促进番茄生长. 在低温胁迫下,PQQ能够增加谷胱甘肽含量,提高超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性,在一定程度上延缓低温胁迫对植物的伤害[7-10]. 朱云集等[11]研究表明在冬小麦的孕穗期叶面喷施 PQQ,叶片中叶绿素含量明显增加,而且还提高了谷丙转氨酶和硝酸还原酶活性,植株体内的生理代谢得到有效调节,从而降低穗部小花败育率和提高冬小麦结子率. PQQ作为葡萄糖脱氢酶的辅因子,在磷溶解、抗真菌活性和诱导对软腐菌病原体的系统抗性等有益性状中发挥着重要作用,增强了其作为农作物生长促进者的潜力[12-13]. 然而,近年来有关PQQ在农作物上的应用鲜有报道. 鉴于此,本研究以辣椒为试材,在定植5 d缓苗后每隔2 d喷施或灌根不同浓度的 PQQ,连续处理5次,于处理后不同时期调查辣椒植株的形态指标,并对辣椒成熟期土壤理化性质进行监测,明确PQQ对辣椒生长和土壤理化性质的影响,以期为PQQ在农业生产上的应用提供参考依据.

    • 供试辣椒品种为兴蔬215,由湖南省蔬菜研究所自主选育的中熟尖椒品种. PQQ由上海医学生命科学研究中心有限公司提供.

      供试肥料分别为尿素(w(N)= 46%)、过磷酸钙(w(P2O5)=12%)、硫酸钾(w(K2O)=51%),由湖南省蔬菜研究所提供.

      试验用土选自湖南省蔬菜研究所大棚内菜地,pH为6.44,属中壤土,土壤最大田间持水量24.67%,有机质质量比33.62 g·kg−1,速效氮质量比130.32 mg·kg−1,速效磷质量比45.21 mg·kg−1,速效钾质量比103.29 mg·kg−1.

    • 2018年3月15日在湖南省蔬菜研究所播种催芽,温室育苗. 待其生长至6片真叶时定植于花盆中,每盆1株,每盆装土5 kg,花盆规格为上口径25 cm、高30 cm、下口径20 cm. 试验设吡咯喹啉醌浓度和施用方式2个因素,其中PQQ设0、200、500、1 000 nmol·L−1 4个浓度处理,分别用CK、T1、T2和T3表示;施用方式设喷施和灌根两个处理,共计8个处理组合. 重复6次. 所有处理氮肥、磷肥和钾肥一次性基施,供试肥料为尿素、过磷酸钙、硫酸钾,肥料用量按照1kg土0.15 g N、0.11 g P2O5和0.11 g K2O施用. 于定植5 d缓苗后进行处理,每隔2 d早上7:00—8:00按8个处理组合分别对其进行处理,连续进行5次. 其它管理同常规.

    •   (1)植物学性状测定 在辣椒苗期(5月26日)、开花期(6月15日)、成熟期(7月10日)测定植株株高和茎粗.

      (2)成熟期土壤物理性质、微生物数量、土壤养分含量及植株根系活力测定 根系土于辣椒成熟期采取,去杂,风干,在4 ℃中保存,检测三大类群微生物分析和土壤理化性质. 土壤容重采用环刀法,土壤孔隙度采用容重−比重换算法测定[14]. 土壤微生物菌群数量测定采用固体平板混匀浇注培养计数法[15]. 每个土样重复3次,不同种类微生物的培养基分别是:细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、放线菌采用高氏1号培养基、真菌采用马铃薯蔗糖培养基. 土壤速效钾、速效磷、速效氮参考《土壤农化分析》中的方法[16]. 用TTC法测定根系活力[17].

      (3)辣椒产量和品质测定 一次性采收后,各处理辣椒植株、果实分别进行单果重和单株重称量以测定辣椒产量. 果实Vc含量测定采用2,6−二氯酚靛酚滴定法[18],可溶性糖测定采用蒽酮法[19],可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[20].

    • 试验数据采用Microsoft Excel2007软件进行处理,采用SPSS20.0软件进行差异显著性分析.

    • 表1可知,在喷施和灌根处理后,与CK相比,除喷施T1浓度土壤容重略有升高外,其他处土壤容重降低,但总体无显著性差异,土壤孔隙度变化不明显,变化幅度在0.52%~2.68%之间.

      施用方式处理土壤容重/(g·m−3土壤孔隙度/%
      喷施CK1.55a39.85a
      T11.56a39.33a
      T21.52a41.49a
      T31.53a40.62a
      灌根CK1.54a39.96a
      T11.51a40.64a
      T21.46a42.64a
      T31.48a41.98a
      不同小写字母表示不同处理各时期差异达5%显著水平,下同.

      表 1  各处理土壤容重和土壤孔隙度分析

      Table 1.  Analysis of soil bulk density and soil porosity in each treatment

    • 表2可知,不同施用方式和施用浓度对土壤速效养分的含量变化有所不同. 喷施PQQ各处理土壤速效氮、速效磷和速效钾含量差异不显著. 灌根PQQ各处理的土壤速效磷含量均高于CK. 随着浓度的增加,速效磷含量呈先增加后降低的趋势,T2含量达到最大,较CK差异显著,而各处理中的土壤速效氮和速效钾含量均无显著差异. 相同浓度时,除灌根方式T1外,其它处理均可以有效提高土壤速效氮、速效磷及速效钾含量,最高分别提高2.7%、12.42%和8.5%.

      处理喷施灌根
      速效氮速效磷速效钾速效氮速效磷速效钾
      CK 125.1a 50.76a 112.5a 126.5a 53.62b 115.6a
      T1 127.6a 51.83a 117.6a 124.6a 56.12ab 117.2a
      T2 122.8a 52.61a 111.2a 126.1a 60.28a 120.6a
      T3 124.9a 51.42a 119.5a 126.4a 57.17ab 116.4a

      表 2  不同处理对土壤养分质量比的影响

      Table 2.  Effects of different treatments on soil nutrient content (mg·kg−1)

    • 表3可知,施用PQQ能够有效提高土壤中细菌、真菌、放线菌及微生物种群总数量,且灌根处理对上述微生物数量的增加高于喷施处理. 喷施PQQ各处理土壤的细菌、真菌、放线菌虽无显著性差异,但可以在一定程度上增加各类微生物数量. 微生物总量以T1最多,与T2处理差异不显著,与CK及T3处理存在显著性差异. 灌根PQQ随着浓度的不断增加,土壤中的细菌数量呈先增加后降低的趋势,且与CK存在显著性差异,T2达到最大,但T3细菌数量仍显著高于CK处理,其他微生物数量有相同趋势,但差异不显著. 灌根PQQ微生物总量在T2达到最大,与其他处理存在显著性差异. 相同浓度时,灌根比喷施更能有效提高土壤中细菌、真菌、放线菌数量及微生物总量,最大可提高40.0%、7.2%、7.5%和19.48%. 总体而言,灌根PQQ对增加细菌、真菌、放线菌及微生物总量优于喷施方式.

      处理喷施灌根
      细菌真菌放线菌微生物总量细菌真菌放线菌微生物总量
      CK6.12a5.77a4.61a16.82c6.30c6.24a5.19a17.92c
      T16.72a6.28a5.34a18.91a7.62b6.88a5.26a20.38b
      T26.90a6.17a4.82a18.53a9.66a6.27a4.83a21.41a
      T36.23a5.96a4.91a17.37b8.47a6.39a5.28a20.18b

      表 3  不同处理对土壤微生物数量的影响

      Table 3.  Effects of different treatments on soil micro-quantity (106 cfu·g−1)

    • 图12可知,在喷施和灌根两种方式下,除T3在成熟期外,T2和T3在各个时期的株高与CK均存在显著性差异,T1除在喷施方式中开花期与CK差异显著,其他与CK均无显著性差异,其中,在整个生育期内,T2株高均高于其他处理,说明T2效果最佳,在成熟期较CK提高了21.32%和16.78%. 另外,在相同浓度下,喷施PQQ更有利于辣椒植株的生长. 从辣椒茎粗来看,不同浓度PQQ对辣椒茎粗有一定的影响,随着时期推移,辣椒茎粗逐渐增加. 在整个生育期内,除灌根方式成熟期外,其他各处理之间差异不显著,茎粗以T2最大,CK最小.

      图  1  不同施用浓度和方式对辣椒株高的影响

      Figure 1.  Effects of different concentration and application on plant height of pepper

      图  2  不同施用浓度和方式对辣椒茎围的影响

      Figure 2.  Effects of different concentration and application on stem diameter of pepper

    • 图3可知,除喷施PQQ T3外,其它处理均可以有效提高辣椒根系活力. 相同浓度时,灌根PQQ辣椒根系活力高于喷施方式,且随着浓度的不断提高,根系活力呈先提高后降低的趋势. 两种施用方式均在T2达到最大,分别为3 547.6 μg·g−1·h−1和3 762.4 μg·g−1·h−1,分别是CK的1.09倍和1.15倍. 除喷施PQQ T3外,其他处理与CK均存在显著性差异.

      图  3  不同施用浓度和方式对辣椒根系活力的影响

      Figure 3.  Effects of different concentration and application on plan foot activity of pepper

    • 表4可知,一定浓度范围内,施用PQQ可以提高辣椒单果数、单果重和单株重. 不同PQQ浓度处理的单果数显著高于CK处理,表现为T2>T3>T1>CK,其他各处理之间差异不显著. 随着浓度的不断提高,辣椒单果重和单株重呈先增加后降低的趋势. T2平均单果质量显著高于其他处理,喷施方式下分别较T1、T3及CK高7.29%、4.57%、19.08%,T2产量也明显高于其他处理. 相同浓度时,喷施效果优于灌根处理,在T2处理,喷施较灌根的单果重及单株重分别高5.37%和8.77%,表明施用PQQ能够显著提高辣椒产量,T2单果质量、产量最高.

      处理喷施灌根
      单果数单果重/g单株重/g单果数单果重/g单株重/g
      CK 24b 34.6c 830.4c 23b 35.8b 823.4c
      T1 27a 38.4b 1 036.8b 25b 36.5ab 912.5b
      T2 32a 41.2a 1 318.4a 31a 39.1a 1 212.1a
      T3 28a 39.4b 1 103.2b 27a 35.4b 955.8b

      表 4  不同施用浓度和方式对辣椒产量的影响

      Table 4.  Effects of different concentration and application on yield of pepper

    • 表5可知,不同施用方式和浓度对辣椒果实Vc含量和可溶性蛋白含量均无显著性差异. 随着浓度的不断提高,果实可溶性糖含量呈先增加后降低的趋势,PQQ在1 000 nmol·L−1浓度范围内可以提高可溶性糖含量,T2达到最大,较CK分别提高14.1%和25.4%. 相同浓度处理时,灌根优于喷施.

      处理喷施灌根
      Vc/
      (mg·g−1
      可溶性糖/
      (mg·g−1
      可溶性蛋白/
      (mg·g−1
      Vc/
      (mg·g−1
      可溶性糖/
      (mg·g−1
      可溶性蛋白/
      (mg·g−1
      CK1.38a28.4b11.5a1.39a27.6c11.3a
      T11.37a30.8a12.6a1.41a31.2b11.8a
      T21.43a32.4a12.4a1.44a34.6a12.7a
      T31.35a31.3a11.9a1.40a32.4b12.1a

      表 5  不同施用浓度和方式对辣椒品质的影响

      Table 5.  Effects of different concentration and application on quality of pepper

    • 植物根际土壤理化性质、土壤微生物与寄主植物生长密切相关,土壤微生物与植物的相互作用是调节植物生长发育的主要因子之一. Han等[13,21]研究发现一些促植株生长菌能通过GDH-PQQ全酶的作用来溶解土壤中的有机磷,固氮菌能不断合成PQQ,增加土壤肥力. 本研究表明,施用适宜浓度的PQQ能够改善土壤结构,降低土壤容重,提高土壤孔隙度. 灌根方式施用PQQ,对土壤速效氮、磷、钾均有一定的影响,其中对速效磷影响最为显著,在T2浓度较CK差异性显著. 灌根施用PQQ可能是通过改善辣椒土壤磷素营养,从而协调了整个土壤的营养代谢,这与Han等[13]研究结果相似. 施用PQQ能够提高土壤中细菌、真菌、放线菌及微生物总数量,但差异不显著. 除在灌根方式下,细菌与微生物总数量不同浓度PQQ处理较CK处理差异显著. 这可能是灌根施用PQQ改善了植椒土壤的微生态环境,从而调节土壤肥力,但其具体的相关性有待进一步探讨.

      株高、茎粗是辣椒生长状况最为直观的展现,能在一定程度上反应辣椒的生长状态. 根系作为作物吸收、合成及输送养分的主要器官,根系活力大小直接决定着作物对养分的吸收情况,从而影响作物地上部分的生长发育状况[22]. 本研究表明施用PQQ的不同处理较CK在株高和茎粗都有一定的提高,无论喷施还是灌根,不同PQQ浓度下,辣椒根系活力均与CK存在显著性差异;在一定浓度范围内,施用PQQ可以显著提高辣椒单果数、单果重和单株重,这可能是施用PQQ促进了植株从营养生长向生殖生长的转化,有益于生殖器官的发育,从而增加植株体内生殖器官干物质积累. 这些结果说明PQQ作为一种植物生长调节因子,能够明显促进作物的生长发育,这与刘卫群等[5,7]在烟草幼苗中、朱云集等[11]在小麦上的研究结果类似. 可溶性糖、VC和可溶性蛋白含量能够反映蔬菜品质的优劣. 本试验表明,除了灌根方式可溶性糖各处理存在显著性差异外,VC、可溶性糖和可溶性蛋白质含量在其他处理下无明显差异,这可能与PQQ施用时间主要集中在苗期,对辣椒成熟期养分吸收和积累的影响不明显有关. 至于PQQ在植物上的发挥作用机制尚需进一步深入探讨.

    • 在辣椒生长时期喷施或灌根施用适宜浓度PQQ在一定程度上可以促进辣椒生长发育和产量的提高,对土壤理化性质的改良也有一定的表现. 在改善土壤理化性质,增加微生物数量和促进辣椒根系生长上以灌根方式下500 nmol·L−1表现最佳,在促进辣椒生长发育和提高产质量上以喷施方式下500 nmol·L−1最佳. 综上,在实际生产中可以根据辣椒生长时期进行选择喷施与灌根方式配合施用适宜浓度PQQ,来提高辣椒产质量.

参考文献 (22)

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