不同肥料对生姜产量及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响_孔祥波

1、 植物营养与肥料学报2008,14(2 :367-372Plant Nutrition and Fertilizer Science不同肥料对生姜产量及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响孔祥波1,2, 徐坤23(1枣庄学院财经系, 山东枣庄277106;2山东农业大学园艺科学与工程学院, 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安271018摘要:为探讨生物有机肥对生姜的增产效果, 以“莱芜大姜”为试材, 研究了不同肥料配比对生姜生长及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响。结果表明, 增施生物有机肥可显著提高生姜叶片色素含量及净光合速率, 促进生姜生长, 且随生长的进行, 生物有机肥的作用效果日趋明显

2、。生姜旺盛生长期(9月22日 , 生物有机肥处理的生姜叶片叶绿素含量分别比普通有机肥及化肥处理高515%和1311%; 叶片净光合速率分别高812%1718%。尽管各处理生姜叶片的光化学效率在午间高温强光下均降低, (Fv/Fm 、PS 和光化学猝灭系数(qP 较高, , 光合电子传递量子效率(肥可提高生姜叶片光能利用效率。9%和24%左右。关键词:生姜; 生物有机肥; 光合作用; 荧光参数中图分类号:S63215; Q94511:1008-505X (2008 02-0367-06of on the photosynthesis , chlorophyllfluorescence chara

3、cteristics and yield of gingerK ONG X iang 2bo , X U K un 3(1Department o f Finance and Economics o f Zaozhuang College , Zaozhuang , Shandong 277160, China ; 2College o f HorticultureScience and Engineering , Shandong Agricultural Univer sity , State K ey Laboratory o f Crop Biology , Taian 271018,

4、 China Abstract :In order to discuss the effects of bio 2organic manure on ginger (Zingiber o fficinale R osc. yield , the leaf photo 2synthesis and chlorophyll fluorescence in different fertilizer treatments were studied in the experiment using the cultivar“Laiwu da jiang ”. The results indicated t

5、hat bio 2organic manure could increase leaf pigment content and photosyntheticrate , and prom ote the growth of ginger. M oreover , the effects of bio 2organic manure im proved with ginger growth. F or in 2stance , at the vig orous growth stage (22Sep. , the leaf chlorophyll content of ginger with b

6、io 2organic manure application was 515%and 1311%higher than that of comm on manure and chemical fertilizer , respectively , and the photosynthetic rate was 812%and 1718%higher , respectively. Though the leaf photochemical efficiency of ginger decreased under the condition of high tem perature and st

7、rong light at noon , the leaf intrinsic photochemical efficiency (Fv/Fm , quantumPS and photochemical quenching (qP of ginger applied with bio 2organic manure were higher than yield of PS (that of comm on manure and chemical fertilizer , and non 2photochemical quenching (NPQ was lower. This indicate

8、d that bio 2organic manure could enhance light utilization efficiency of ginger leaves. Y ield of ginger with bio 2organic manure ap 2plication was 9%and 24%higher than that of comm on manure and chemical fertilizer , respectively. K ey w ords :ginger ; bio 2organic manure ; photosynthesis ; chlorop

9、hyll fluorescence parameters ; yield收稿日期:2007-04-09接受日期:2007-08-19基金项目:国家“948”项目(2006-G 15 ; 山东省博士后科研项目专项经费(200603045 资助。, 山东枣庄人, 硕士研究生, 从事蔬菜栽培生理方面的研究。T el E 2mail :xiangbokong1031261com 作者简介:孔祥波(19813通讯作者T el E 2mail :xukun . cn 368植物营养与肥料学报14卷生姜(Zingiber o ffi

10、cinale R osc. 是山东省名优特产蔬菜, 也是我国主要出口蔬菜之一。因具有生长期长, 产量高, 对矿质元素吸收量大等特点, 生产中需要大量施肥1; 但过量施用化学肥料可导致环境污染2。生物有机肥具有促进作物生长, 提高蔬菜产量和品质3, 并增加土壤有机质、全氮、碱解氮含量, 改善土壤微生物种群等作用4。已有研究证明, 生物有机肥具有促进生姜生长、提高产量、改进品质等作用5, 但对生物有机肥的增产机理尚缺乏系统报道。为此, 本试验以化肥为对照, 探讨了生物有机肥及普通有机肥对生姜光合作用及叶绿素荧光特性的影响, 以期从光能利用及碳素同化等方面, 揭示生物有机肥对生姜的增产机理, 为生物

11、有机肥的合理使用提供依据。验站进行。供试土壤为粘壤土, 有机质含量1158%, 碱解氮(N 、速效磷(P 2O 5 、速效钾(K 2O 含量分别为9815、6216和11311mg/kg 。供试品种为“莱芜大姜”, 于3月15日催芽,4月16日播种, 行距65cm 、株距20cm 。供试化肥分别为尿素(N 46% 、硫酸钾(K 2O 50% 及氮磷钾三元复合肥(N -P 2O 5-K 2O 15%-15%-15% ; 供试普通有机肥(N -P 2O 5-K 2O 4172%-3170%-7115% 有机质70%, 中、微量元素12%; 供试生物有机肥除在制作过程中添加酵素菌(cfu 115&#

12、215;108/g 外, 其它同普通有机肥。试验设3个处理, (T 1 及普通有机肥(T N 、P 2、K 2126m 2,3, 。, 施用(表1 。其它管理方1。1材料与方法111试验设计试验于表1不同处理施肥种类及施肥量T able 1Type and amount of fertilization in different treatments处理T reatments氮-磷-钾水平Levels of N-P 2O 5-K 2O (kg/hm 2900-375-1500900-375-1500900-375-1500肥料种类及施用量(kg/hm 2 T ype and am ount o

13、f fertilizers尿素Urea1136912912施肥时期及比例Date and proportion of fertilization普通有机肥Organic manure0010136162Apr 40%40%40%272Jun 20%20%20%22Aug 40%40%40%硫酸钾K 2S O 4225015511551复合肥C om pound fertilizer250000生物有机肥Bio 2organic manure0101360CK T 1T 2112测定方法11211光合速率及相关参数于生姜不同生育期选择晴天上午9:0010:00, 采用英国PP-Systems 公

14、司生产的CIRAS-I 型便携式光合作用测定系统, 测定植株上数第3片展开功能叶的净光合速率(Pn ; 另于生姜旺盛生长期, 选晴天(9月4日 测定不同处理生姜叶片净光合速率日变化。每次测定时每小区均取35株。11212叶片色素参照不同生育期净光合速率的取样方法, 测定生姜叶片色素含量。叶片色素采用80%丙酮浸提, 岛津UV-2450型分光光度计比色法测定6。11213叶绿素荧光参数于生姜旺盛生长期, 采用英国Hansatech 公司生产的FMS-便携调制式荧光仪, 选晴天(9月4日 测定植株上数第34片展开功能叶的叶绿素荧光参数日变化。测定方法:生姜叶片经暗适应15min 后, 采用Fv/F

15、m 模式测定暗适应下生姜功能叶片的荧光参数, 先照射弱检测光0112s , 测得初始荧光(F o , 再照射饱和m ol/(m 2脉冲光4000m ol/(m 2s , 测得最大荧光Fm , 然后按公式Fv =Fm -F o 计算出可变荧光Fv 及原初光能转换效率Fv/Fm ; 再照射作用光后, 分别依次照射检测光和饱和脉冲光, 测得作用光存在时的最大荧光/Fm , 计算非光化学猝灭系数NPQ =(Fm -Fm Fm ; 关闭作用光后, 立即照射远红光1167m ol/(m 2s , 测得作用光关闭后初始荧光F o , 光化学猝灭系数(qP 及稳态下荧光Fs , 根据(Fm -Fs /Fm 7

16、计算光合电子传递量子效率PS 。 2期孔祥波, 等:不同肥料对生姜产量及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响3692结果与分析211不同肥料对生姜叶片色素含量的影响CK 较低; 但幼苗期各处理叶片色素含量差异较小,各处理生姜叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的变化趋势相同。图1显示, 随生长的进行色素含量逐渐升高, 至9月22日达最大值, 之后含量降低。全生育期内生姜叶片色素含量均以T 1较高,T 2次之,随着时间的推移, 差异逐渐加大。如6月25日前T 1、T 2及CK 的叶绿素含量无显著差异, 至9月22日时,T 1、T 2分别比CK 高1311%、712%, T 1较T 2高515%。表明增施有机

17、肥特别是生物有机肥有利于提高生姜叶片的色素含量 。E m anure on the content of chlorophyll and carotinoid in ginger leaf212不同肥料对生姜叶片净光合速率(P n 的影响图3表明, 旺盛生长期(9月4日 各处理生姜叶片Pn 的日变化均为不对称的双峰曲线, 第一峰值均出现在11:00, 之后Pn 下降, 至13:00时形成低谷, 之后Pn 回升,15:00时出现第二峰值, 之后, 因光照迅速减弱, Pn 迅速降低。尽管各处理生姜Pn 日变化规律相似, 但全天Pn 除早、晚差异较小外, 均以T 1较高,T 2次之,CK 较低, 如

18、11:00时T 1、T 2的Pn 分别比CK 高1914%、1010% 。全生育期各处理生姜叶片Pn 的变化趋势与叶片色素含量相似, 仍以T 1的Pn 较高, T 2次之,CK较低, 且随着生长的进行, 差异逐渐加大(图2 。旺盛生长期(9月22日 Pn 最高, CK 、T 1、T 2分别为11172、13181和12176C O 2s , T 1、T 2分别m ol/(m 2比CK 高1718%和819%, T 1较T 2高812%; 10月以后, 温度降低, 光照减弱, 生姜植株渐趋衰老, 各处理的Pn 迅速降低, 但T 1、T 2的Pn 仍显著高于CK 。说明增施有机肥特别是生物有机肥可

19、显著提高生姜叶片的光合速率 。图3不同肥料对生姜叶片净光合速率日变化的影响Fig. 3E ffect of different fertilizer on diurnal ch angesof photosynthetic rate in ginger leaves图2不同肥料对生姜叶片净光合速率季节变化的影响Fig. 2E ffect of different fertilizer on seasonal ch angesof photosynthetic rate in ginger leaves213不同肥料对生姜叶片叶绿素荧光参数的影响不同施肥处理生姜功能叶片的叶绿素荧光参数 370植

20、物营养与肥料学报14卷日变化动态相似, 但处理间PS 原初光能转换效率(Fv/Fm 、PS 、光合电子传递效率(光化学猝灭系数(qP 和非光化学猝灭系数(NPQ 的大小则不同, 尤以午间差异显著(图4 。由于Fv/Fm 可反映PS 反应中心内部光能转换效率, 而PS 反映PS 反应中心部分关闭情况下的实际PS 光能捕获的效率。其午间降低, 下午回升并接近上午7:00的水平, 证明PS 活性下调是PS 可逆失活的变化过程8。T 1的Fv/Fm 及PS 显著高于CK 及T 2, 表明施用生物有机肥可增强生姜叶片对强光的耐受性。图4还看出, 各处理qP 随着光强的增加而降低,NPQ 则随着光强的增加

21、而升高。一天中各处理qP 均以T 1较高,T 2次之,CK 较低; 而NPQ 则相反。光化学猝灭系数qP 可反映PS 反应中心的开放程度, NPQ 是反映热耗散为主的非光化学猝灭的程度9。T 1的qP 较高而NPQ 较低, 表明施用生物有机肥能较好地提高生姜对高温强光的适应性, 保持PS 反应中心较高的开放程度, 增加用于光化学反应的光能, 提高光能利用效率 。图4不同肥料对生姜叶片Fv/Fm , PS , qP 和NPQ 日变化的影响PS 、Fig. 4E ffect of different fertilizer on diurnal ch anges of Fv/Fm 、qP and N

22、PQ in ginger leaves214不同肥料对生姜生长及产量的影响单一化肥处理(CK 使生姜株高增加, 但茎粗较细, 分枝数较少; 增施有机肥及生物有机肥则可显著增加生姜各器官的生长量, 但生物有机肥(T 1 的效果优于普通有机肥(T 2 。2005年,CK 、T 1、T 2的生姜产量分别达53442、65841和60192kg/hm 2, T 1、T 2分别比CK 增产2315%和1216%(表2 。虽然T 2的产量较CK 显著增加, 但比T 1仍减产816%。2006年的试验结果与2005年基本一致。素参与了植物光合作用、呼吸作用及物质合成等许多生理过程10-12。由于叶绿素荧光参

23、数可反映光合机构内部一系列重要的调节过程13-14, 因此, Fv/Fm 可作为一个便捷的指标直接衡量矿质元素作用于光合过程的效果15。杨勇等16证明, 水稻缺PS 和qP 的下降; 镁导致叶片在强光下Fv/Fm 、关义新等17也认为, 充足的氮素供应, 使高光强下生长的玉米叶片的PS 较高,NPQ 较低, 而氮素缺乏则会加重植物的光抑制18。可见, 合理施肥可以在一定程度上保护光合机构并提高光合能力。由于生物有机肥不仅含有氮、磷、钾及其它微量元素, 而且其中的有益微生物可对有机物进行降解和转化土壤养分, 刺激作物根系的生长, 促进作物对水分和矿3讨论统计资料表明, 矿质营养在提高作物单产中的

24、作用占40%60%, 其增产的主要机理在于矿质元 2期孔祥波, 等:不同肥料对生姜产量及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响表2不同肥料对生姜生长及产量的影响T able 2E ffects of different fertilizer on the grow th and yield of ginger371项目I tems株高Plant height (cm 茎粗S tem diameter (mm 分枝数Number of shoots 根鲜重R oot FW (g 茎叶鲜重S tems and leaves FW (g 根茎鲜重Rhizome FW (g 产量Y ield (kg/hm

25、 2 增产率Y ield increase rate (%2005CK 11110a 1215c 1112c 2716c 70211c 67613c 53442cT 110719ab 1412a 1314a 3514a 85813a 86611a 65841a 2315T 210318bc 1313b 1213b 3014b 76912b 76514b 60192b 1216CK 10218a 1218c 1212c 3112c 71615c 69112c 54462c2006T 19311b 1418a 1417a 4113a 87116a 89315a 67923a 2417T 29112

26、b 1317b 1315b 3417b 78813b 80412b 62538b 1410注(N ote :同列不同小写字母表示差异达5%显著水平Different letters in the same row mean significant at 5%level.质营养的吸收3。酵素菌是20世纪40年代日本岛本觉也等从土壤里的细菌、酵母菌、霉菌和放线菌中经过分离、纯化、筛选、鉴定的24PS 群。因此, Fm 、qP , 较小, , 而NPQ 则相反(图4 有机肥的原料相同, 矿质元素含量一致, 表明生物有机肥中的生物因素对提高生姜叶片PS 光能捕获效率和氧化态QA 比例、降低光抑制程度,

27、 以及提高光能利用效率有一定作用。本试验研究还表明, 尽管生姜生长前期, 不同施肥处理的叶片色素含量及净光合速率差异较小, 但随着生长的进行, 生物有机肥处理的优势逐渐显现, 尤其在生姜旺盛生长期(9月22日 , 其叶片叶绿素含量和净光合速率分别比化肥处理高13111%和17183%, 虽然普通有机肥处理亦分别比化肥处理提3李梦梅, . .(40 :18-201M , , W H , T ang X F. Prelim inary study of ef 2of fertilizer on the yield and quality of tomatoJ.China Veget. , 2005

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31、有机肥处理低5150%、7160%。表明生物有机肥中的微生物具有促进生姜光合作用的效果。因此, 生物有机肥处理的生姜产量较高, 普通有机肥次之, 二者分别比单施化肥增产24%和13%左右。参考文献:1赵德婉, 徐坤, 艾希珍, 等. 生姜高产栽培(第二次修订版 M.日变化和光适应特性的关系J.作物学报,2002, 28(3 :145-1531Li X ia , Liu YL , Jiao D M. The relationship between diurnal variation of fluorescence parameters and characteristics of adapta

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