氯是植物必需的微量元素。植物吸收的氯大部分以離子形態存在, 主要參與植物光合作用、滲透調節、電荷補償、酶與激素的組成和調節等代謝過程[1,2]。在一定外源氯范圍內, 施氯能促進作物的生長發育, 提高作物產量和品質[3,4,5,6,7,8,9,10];但當施用過量時, 就會產生氯毒害現象, 如小麥、大豆、菜豆、棉花以及多數果樹等葉片積累過量Cl-就會產生毒害作用, 抑制作物生長, 導致作物減產或絕產, 降低作物產品品質[11,12]。
魔芋 (Amorphophallus) 是天南星科 (Araceae) 魔芋屬 (Amorphophallus Blume) 多年生草本植物, 是目前發現的唯一能大量合成葡甘露聚糖 (KGM) 的植物, 而花魔芋是國內外的主要栽培種[13]。魔芋的地下球莖是其主要經濟器官, 根狀莖是其主要繁殖器官, 其球莖中主要含葡甘露聚糖, 葡甘露聚糖是一種高分子多糖, 具有水溶、持水、凝膠和黏結等多種獨特的理化性質, 其用途涵蓋食品、醫藥、保健、日用化工等多領域, 具有廣闊的開發前景[14]。
魔芋是適合丘陵山區栽培的一種經濟價值較高的作物, 近年來隨著國家扶貧力度的不斷加大, 我國魔芋的種植面積不斷擴大, 魔芋產業得到快速發展, 種植魔芋已成為西南山區發展地方經濟的主要途徑以及山區農民脫貧致富的重要渠道。隨著我國化肥工業的發展和農業生產水平的提高, 施肥水平大幅度上漲, 鉀肥的使用量急劇增加, 而氯化鉀具有養分含量高、價格低廉、肥效明顯等優勢, 為鉀肥主要品種之一。魔芋屬喜鉀作物[13], 但由于受到忌氯作物傳統觀念的影響, 在實際生產中造成“有肥不敢施”的局面。氯肥對作物的作用具有雙面性, 即少量施氯具有增產和改善產品品質的作用, 過多的氯嚴重影響忌氯作物的產量和品質, 這已在多種作物得到驗證, 但有關在魔芋這方面的研究未見報道。本試驗采用大棚盆栽方式, 研究外源施氯對魔芋單株產量及其產量構成因素以及球莖KGM含量的影響, 為含氯化肥的科學施用提供一些理論基礎和科學依據。
1 材料與方法
1.1 材料
供試材料為西南大學魔芋研究中心提供的大小一致的花魔芋 (A.konjac) (約10 g) 種球莖。
1.2 方法
1.2.1 試驗時間地點
試驗于2015年5月在西南大學魔芋研究中心北碚區歇馬實驗基地進行。
1.2.2 處理設置及田間管理
試驗采用大棚盆栽方式, 以珍珠巖、蛭石按2∶1比例混合物為基質, 在魔芋出苗后進行遮陰以及常規管理。營養液采用Hongland配方, 配方中氯化鈷用等量的硫酸鈷代替, 外源氯處理配方采用肖麗的方法配制[15], 以NHCl提供Cl-, 以NH4N O3調節營養液中的氮平衡, 用H2SO4調節營養液p H。本試驗設8個氯水平處理:0, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256mmol/L, 每個處理3盆, 每盆10株, 每個處理3次重復。種芋于5月10日浸種、催芽, 5月25日移栽到花盆中, 每5 d澆1次營養液 (澆透, 每盆約澆2 L) , 直到植株倒苗為止。
1.2.3 測試分析
地上部倒苗后, 采收魔芋地下球莖和根狀莖, 采收后的球莖和根狀莖在105℃殺青15~30 min后于70℃下烘干至恒重, 再粉碎磨成粉樣, 采用3, 5-二硝基水楊酸法測定其KGM含量[13];用電子天平測其球莖鮮重和根狀莖總鮮重。
1.2.4 數據統計
試驗數據采用SPSS和Excel等軟件進行處理和分析。
2 結果與分析
2.1 外源施氯對花魔芋單株產量的影響
在魔芋的生產中, 其較大的球莖作為商品芋進行加工和出售, 而其小球莖和根狀莖則作為種芋出售, 因此其球莖和根狀莖的大小以及多少決定著魔芋的產量, 是魔芋產量的構成因素。由表1可知, 采用不同濃度外源氯處理后, 花魔芋單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重以及單株總根狀莖數均隨外源氯濃度的增加而表現出先增后降的趨勢。其單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數分別在外源氯濃度≤8 mmol/L、4 mmol/L、8 mmol/L及16 mmol/L時與對照相比具有促進作用, 分別增產0.0%~7.5%、0.0%~3.2%、0.0%~42.7%及0.0%~18.3%;其單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數分別在外源氯濃度達到16 mmol/L、16 mmol/L、32mmol/L和64 mmol/L開始顯著低于對照, 比對照分別下降30%、36%、29%和45%;當外源氯濃度達到256mmol/L時, 沒有根狀莖的產生, 而單株產量和球莖鮮重分別下降93.9%和92.8%。若以減產10%~20%和減產50%以上相對應的氯濃度分別為輕微中毒濃度和嚴重中毒濃度[5], 則花魔芋單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數分別在16 mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L、和64 mmol/L時表現為輕微中毒, 分別在≥32 mmol/L、≥32 mmol/L、≥128 mmol/L、≥128 mmol/L時表現為嚴重中毒。由表2可知, 花魔芋單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重以及單株總根狀莖數均與外源施氯濃度呈極顯著負相關, 說明較高濃度的氯嚴重抑制花魔芋球莖鮮重、單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數, 從而降低其產量。
2.2 外源施氯對花魔芋和白魔芋球莖KGM含量的影響
采用不同濃度外源氯處理后, 花魔芋莖KGM含量均隨外源氯濃度的增加而表現為先增后降的趨勢 (表3) 。具體表現為, 其球莖KGM含量在外源氯為4.0 mmol/L時達到最大值58.8%, 在4~16 mmol/L時高于或顯著高于對照, 其KGM含量比對照增加0.4%~10.3%, 而在≥32 mmol/L時顯著下降且顯著低于對照, 與對照相比下降11.3%以上?；в笄蚯oKGM含量與外源施氯濃度具有明顯的負相關關系 (表3) , 當外源施氯濃度達到256.0 mmol/L時, 球莖KGM含量降低到28.2%, 比對照降低了47.1%, 說明高氯嚴重抑制葡甘露聚糖的合成和積累。
3 結論與討論
氯促進植物光合磷酸化和ATP合成, 直接參與光系統Ⅱ氧化位上的希爾反應, 促進光合作用;氯離子過量, 影響光合效率和光合產物的運輸, 降低植物葉綠素的含量和葉片光合強度, 破壞細胞超微結構, 危害植物正常生長發育[1]。適量施用氯化鉀可提高甘薯、馬鈴薯和萵筍的產量, 過多的氯抑制這3種作物的生長, 嚴重降低其產品產量[16,17,18]。本試驗研究發現, 適量施氯對花魔芋的單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重以及單株總根狀莖數均具有不同程度促進作用, 對單個根狀莖鮮重促進作用最強, 其次為單株總根狀莖數, 對球莖鮮重的增產作用最小, 說明適量施氯對花魔芋單株產量具有促進作用, 其促進作用主要是通過促進根狀莖的生長和發育來實現的, 這可能是因為適量的氯促進了花魔芋光合產物的合成和運輸, 而且光合產物的增加誘導植株增加額外的庫容量, 而魔芋庫的增加主要是通過產生更多根狀莖來實現的。本研究還發現, 花魔芋單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重以及單株總根狀莖數分別在外源氯濃度達到16 mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L、和64mmol/L開始顯著低于對照, 均達到輕度中毒濃度;其單株產量和球莖鮮重均在32 mmol/L時表現為嚴重中毒, 而單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數均在128mmol/L時才表現為嚴重中毒, 說明較高濃度的外源氯對花魔芋具有毒害作用, 顯著降低其產量, 且在氯脅迫下球莖比根狀莖更敏感。在外源氯濃度達到256mmol/L時, 沒有根狀莖的形成, 這可能是由于過高的氯嚴重抑制了植株的光合作用, 導致光合產物嚴重不足, 沒有足夠的營養物質用于根狀莖的分化發育。
低氯對作物產品品質無不良影響, 可提高、改善其產品品質, 高氯使植株生長受到抑制甚至毒害, 從而明顯降低其產品品質[19,20,21]?；в笄蚯oKGM含量在外源氯濃度4.0~16.0 mmol/L時比對照提高0.4%~10.3%, 說明適量施氯可促進葡甘露聚糖在球莖中的合成和積累, 提高其產品品質;而當外源氯濃度達到32 mmol/L時, 花魔芋球莖KGM含量顯著下降, 顯著低于對照, 表明較高濃度外源氯嚴重抑制花魔芋葡甘露聚糖的合成和積累, 顯著降低其品質, 這與前人的研究結果相一致。
本試驗僅以花魔芋為試驗材料, 探究外源施氯對其產量和品質的影響, 而全世界魔芋屬有大約170個種, 近20個種具有食用價值, 且本試驗是基于大棚盆栽方式進行的, 而在實際生產中, 外源施氯受地域性栽培土壤、水源和氣候等的影響很大, 今后可在有關魔芋材料范圍、氯營養機理或毒害機理等基礎理論領域以及大田實踐方面作下一步研究。
摘要：以花魔芋為試驗材料, 通過測定單株產量及其構成因素以及葡甘露聚糖 (KGM) 含量, 探討不同濃度的外源氯對魔芋產量及品質的影響。結果表明:低氯對魔芋單株產量及其構成因素具有不同程度的促進作用, 對單個根狀莖鮮重促進作用最強, 其次為單株總根狀莖數, 對球莖鮮重的增產作用最小;花魔芋單株產量、球莖鮮重、單個根狀莖鮮重以及單株總根狀莖數分別在外源氯濃度達到16mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L和64 mmol/L開始顯著低于對照, 均達到輕度中毒濃度, 其單株產量和球莖鮮重均在32 mmol/L時表現為嚴重中毒, 而單個根狀莖鮮重和單株總根狀莖數均在128 mmol/L時才表現為嚴重中毒;外源氯在416 mmol/L時, 花魔芋KGM含量高于或顯著高于對照, 在32 mmol/L時, 花魔芋KGM含量顯著下降且顯著低于對照;相關性分析結果顯示, 花魔芋單株產量及其構成因素以及球莖KGM含量均與外源氯濃度呈極顯著負相關。
關鍵詞：花魔芋,外源氯,產量,葡甘露聚糖含量
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