氯是植物必需的微量元素。植物吸收的氯大部分以离子形态存在, 主要参与植物光合作用、渗透调节、电荷补偿、酶与激素的组成和调节等代谢过程[1,2]。在一定外源氯范围内, 施氯能促进作物的生长发育, 提高作物产量和品质[3,4,5,6,7,8,9,10];但当施用过量时, 就会产生氯毒害现象, 如小麦、大豆、菜豆、棉花以及多数果树等叶片积累过量Cl-就会产生毒害作用, 抑制作物生长, 导致作物减产或绝产, 降低作物产品品质[11,12]。
魔芋 (Amorphophallus) 是天南星科 (Araceae) 魔芋属 (Amorphophallus Blume) 多年生草本植物, 是目前发现的唯一能大量合成葡甘露聚糖 (KGM) 的植物, 而花魔芋是国内外的主要栽培种[13]。魔芋的地下球茎是其主要经济器官, 根状茎是其主要繁殖器官, 其球茎中主要含葡甘露聚糖, 葡甘露聚糖是一种高分子多糖, 具有水溶、持水、凝胶和黏结等多种独特的理化性质, 其用途涵盖食品、医药、保健、日用化工等多领域, 具有广阔的开发前景[14]。
魔芋是适合丘陵山区栽培的一种经济价值较高的作物, 近年来随着国家扶贫力度的不断加大, 我国魔芋的种植面积不断扩大, 魔芋产业得到快速发展, 种植魔芋已成为西南山区发展地方经济的主要途径以及山区农民脱贫致富的重要渠道。随着我国化肥工业的发展和农业生产水平的提高, 施肥水平大幅度上涨, 钾肥的使用量急剧增加, 而氯化钾具有养分含量高、价格低廉、肥效明显等优势, 为钾肥主要品种之一。魔芋属喜钾作物[13], 但由于受到忌氯作物传统观念的影响, 在实际生产中造成“有肥不敢施”的局面。氯肥对作物的作用具有双面性, 即少量施氯具有增产和改善产品品质的作用, 过多的氯严重影响忌氯作物的产量和品质, 这已在多种作物得到验证, 但有关在魔芋这方面的研究未见报道。本试验采用大棚盆栽方式, 研究外源施氯对魔芋单株产量及其产量构成因素以及球茎KGM含量的影响, 为含氯化肥的科学施用提供一些理论基础和科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为西南大学魔芋研究中心提供的大小一致的花魔芋 (A.konjac) (约10 g) 种球茎。
1.2 方法
1.2.1 试验时间地点
试验于2015年5月在西南大学魔芋研究中心北碚区歇马实验基地进行。
1.2.2 处理设置及田间管理
试验采用大棚盆栽方式, 以珍珠岩、蛭石按2∶1比例混合物为基质, 在魔芋出苗后进行遮阴以及常规管理。营养液采用Hongland配方, 配方中氯化钴用等量的硫酸钴代替, 外源氯处理配方采用肖丽的方法配制[15], 以NHCl提供Cl-, 以NH4N O3调节营养液中的氮平衡, 用H2SO4调节营养液p H。本试验设8个氯水平处理:0, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256mmol/L, 每个处理3盆, 每盆10株, 每个处理3次重复。种芋于5月10日浸种、催芽, 5月25日移栽到花盆中, 每5 d浇1次营养液 (浇透, 每盆约浇2 L) , 直到植株倒苗为止。
1.2.3 测试分析
地上部倒苗后, 采收魔芋地下球茎和根状茎, 采收后的球茎和根状茎在105℃杀青15~30 min后于70℃下烘干至恒重, 再粉碎磨成粉样, 采用3, 5-二硝基水杨酸法测定其KGM含量[13];用电子天平测其球茎鲜重和根状茎总鲜重。
1.2.4 数据统计
试验数据采用SPSS和Excel等软件进行处理和分析。
2 结果与分析
2.1 外源施氯对花魔芋单株产量的影响
在魔芋的生产中, 其较大的球茎作为商品芋进行加工和出售, 而其小球茎和根状茎则作为种芋出售, 因此其球茎和根状茎的大小以及多少决定着魔芋的产量, 是魔芋产量的构成因素。由表1可知, 采用不同浓度外源氯处理后, 花魔芋单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重以及单株总根状茎数均随外源氯浓度的增加而表现出先增后降的趋势。其单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重和单株总根状茎数分别在外源氯浓度≤8 mmol/L、4 mmol/L、8 mmol/L及16 mmol/L时与对照相比具有促进作用, 分别增产0.0%~7.5%、0.0%~3.2%、0.0%~42.7%及0.0%~18.3%;其单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重和单株总根状茎数分别在外源氯浓度达到16 mmol/L、16 mmol/L、32mmol/L和64 mmol/L开始显著低于对照, 比对照分别下降30%、36%、29%和45%;当外源氯浓度达到256mmol/L时, 没有根状茎的产生, 而单株产量和球茎鲜重分别下降93.9%和92.8%。若以减产10%~20%和减产50%以上相对应的氯浓度分别为轻微中毒浓度和严重中毒浓度[5], 则花魔芋单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重和单株总根状茎数分别在16 mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L、和64 mmol/L时表现为轻微中毒, 分别在≥32 mmol/L、≥32 mmol/L、≥128 mmol/L、≥128 mmol/L时表现为严重中毒。由表2可知, 花魔芋单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重以及单株总根状茎数均与外源施氯浓度呈极显著负相关, 说明较高浓度的氯严重抑制花魔芋球茎鲜重、单个根状茎鲜重和单株总根状茎数, 从而降低其产量。
2.2 外源施氯对花魔芋和白魔芋球茎KGM含量的影响
采用不同浓度外源氯处理后, 花魔芋茎KGM含量均随外源氯浓度的增加而表现为先增后降的趋势 (表3) 。具体表现为, 其球茎KGM含量在外源氯为4.0 mmol/L时达到最大值58.8%, 在4~16 mmol/L时高于或显著高于对照, 其KGM含量比对照增加0.4%~10.3%, 而在≥32 mmol/L时显著下降且显著低于对照, 与对照相比下降11.3%以上。花魔芋球茎KGM含量与外源施氯浓度具有明显的负相关关系 (表3) , 当外源施氯浓度达到256.0 mmol/L时, 球茎KGM含量降低到28.2%, 比对照降低了47.1%, 说明高氯严重抑制葡甘露聚糖的合成和积累。
3 结论与讨论
氯促进植物光合磷酸化和ATP合成, 直接参与光系统Ⅱ氧化位上的希尔反应, 促进光合作用;氯离子过量, 影响光合效率和光合产物的运输, 降低植物叶绿素的含量和叶片光合强度, 破坏细胞超微结构, 危害植物正常生长发育[1]。适量施用氯化钾可提高甘薯、马铃薯和莴笋的产量, 过多的氯抑制这3种作物的生长, 严重降低其产品产量[16,17,18]。本试验研究发现, 适量施氯对花魔芋的单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重以及单株总根状茎数均具有不同程度促进作用, 对单个根状茎鲜重促进作用最强, 其次为单株总根状茎数, 对球茎鲜重的增产作用最小, 说明适量施氯对花魔芋单株产量具有促进作用, 其促进作用主要是通过促进根状茎的生长和发育来实现的, 这可能是因为适量的氯促进了花魔芋光合产物的合成和运输, 而且光合产物的增加诱导植株增加额外的库容量, 而魔芋库的增加主要是通过产生更多根状茎来实现的。本研究还发现, 花魔芋单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重以及单株总根状茎数分别在外源氯浓度达到16 mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L、和64mmol/L开始显著低于对照, 均达到轻度中毒浓度;其单株产量和球茎鲜重均在32 mmol/L时表现为严重中毒, 而单个根状茎鲜重和单株总根状茎数均在128mmol/L时才表现为严重中毒, 说明较高浓度的外源氯对花魔芋具有毒害作用, 显著降低其产量, 且在氯胁迫下球茎比根状茎更敏感。在外源氯浓度达到256mmol/L时, 没有根状茎的形成, 这可能是由于过高的氯严重抑制了植株的光合作用, 导致光合产物严重不足, 没有足够的营养物质用于根状茎的分化发育。
低氯对作物产品品质无不良影响, 可提高、改善其产品品质, 高氯使植株生长受到抑制甚至毒害, 从而明显降低其产品品质[19,20,21]。花魔芋球茎KGM含量在外源氯浓度4.0~16.0 mmol/L时比对照提高0.4%~10.3%, 说明适量施氯可促进葡甘露聚糖在球茎中的合成和积累, 提高其产品品质;而当外源氯浓度达到32 mmol/L时, 花魔芋球茎KGM含量显著下降, 显著低于对照, 表明较高浓度外源氯严重抑制花魔芋葡甘露聚糖的合成和积累, 显著降低其品质, 这与前人的研究结果相一致。
本试验仅以花魔芋为试验材料, 探究外源施氯对其产量和品质的影响, 而全世界魔芋属有大约170个种, 近20个种具有食用价值, 且本试验是基于大棚盆栽方式进行的, 而在实际生产中, 外源施氯受地域性栽培土壤、水源和气候等的影响很大, 今后可在有关魔芋材料范围、氯营养机理或毒害机理等基础理论领域以及大田实践方面作下一步研究。
摘要：以花魔芋为试验材料, 通过测定单株产量及其构成因素以及葡甘露聚糖 (KGM) 含量, 探讨不同浓度的外源氯对魔芋产量及品质的影响。结果表明:低氯对魔芋单株产量及其构成因素具有不同程度的促进作用, 对单个根状茎鲜重促进作用最强, 其次为单株总根状茎数, 对球茎鲜重的增产作用最小;花魔芋单株产量、球茎鲜重、单个根状茎鲜重以及单株总根状茎数分别在外源氯浓度达到16mmol/L、16 mmol/L、32 mmol/L和64 mmol/L开始显著低于对照, 均达到轻度中毒浓度, 其单株产量和球茎鲜重均在32 mmol/L时表现为严重中毒, 而单个根状茎鲜重和单株总根状茎数均在128 mmol/L时才表现为严重中毒;外源氯在416 mmol/L时, 花魔芋KGM含量高于或显著高于对照, 在32 mmol/L时, 花魔芋KGM含量显著下降且显著低于对照;相关性分析结果显示, 花魔芋单株产量及其构成因素以及球茎KGM含量均与外源氯浓度呈极显著负相关。
关键词：花魔芋,外源氯,产量,葡甘露聚糖含量
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