以桉樹皮為原料的有機基質對植物苗期生長酶活性的影響

黎書會　童清　唐紅燕　楊建榮　唐永奉　李金才　張建珠　張燕平　吳疆翀　賀 思騰　孫啟濤

關鍵詞：桉樹皮；育苗；腐熟程度；珍珠巖；酶活性

中圖分類號：S311 文獻標識碼：A

目前最常使用、需求旺盛的有機基質泥炭土屬于天然不可再生資源，其形成需要特殊的濕地條件和漫長的過程[1]。由于“地球之腎”——濕地環境具有不可替代的生態功能，對其保護也愈發廣泛和深入，開采愈發受限，價格日益攀升[2]。反之，農林廢棄物價格低廉、材料普遍易得且理化性質穩定，可作為原料用于批量加工有機育苗基質。以桉樹皮及木屑為原料的有機育苗基質中含有大量纖維素、木質素以及內源生根抑制物質[3-4]，經過堆肥技術以及特殊微生物的有效轉化在釋放養分的同時可促進抑制物的分解，使其理化性質與泥炭土相似，且養分含量不低于泥炭土，肥力優良，具有代替傳統不可再生資源泥炭土用于育苗的潛力[5]。

碳氮代謝作為作物體內最基本的代謝途徑[6]，直接影響作物的生長發育、產量及品質[7]。碳氮代謝包括無機碳的同化、轉運和積累，無機氮的還原、同化及有機含氮化合物的轉化、合成等[8]，在這一系列過程中碳氮代謝關鍵酶起著決定性作用[9]。目前，腐熟桉樹皮多被用于某些菌菇的生長培育以及僅用作少量添加輔料[10-12]，而用于作物的栽培育苗還較少，課題組前期研究表明腐熟桉樹皮用于部分作物的育苗在生長量和生物量指標上可取得替代泥炭土的效果[5]，而在桉樹皮基質對作物碳氮代謝關鍵酶活性的影響方面尚無研究。本研究旨在揭示不同腐熟程度桉樹皮復配不同比例珍珠巖對作物苗期育苗的生理影響，以期為有機育苗基質的后續發展積累經驗和提供技術儲備，以及變廢為寶，減少木材加工剩余物對環境的破壞和污染，提高種苗品質，促進生態農林業的發展。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗區概況 試驗區設置在中國林業科學研究院高原林業研究所（原資源昆蟲研究所）大棚內。大棚位于10276E，256N，海拔1919.2 m。

大棚育苗試驗開始于2019 年9 月初，止于11 月中旬，棚內日最高溫度43℃，最低溫度19℃，平均溫度31℃，平均相對濕度64%，平均日光照時長11.4 h。

1.1.2 供試品種 3 種供試蔬菜植物種子購買自中國種子集團有限公司，分別為青花（碧玉西蘭花Brassica oleracea L. var. italic Planch.）、生菜（奶油生菜Lactuca sativa L. var. ramosa Hort.）和番茄（‘粉冠2 號Lycopersicon esculentum Mill.）。多用途經濟作物辣木（辣木良種Moringa oleifera Lam. cv‘. 中林3 號）種子收集自中國林業科學研究院高原林業研究所經濟林栽培研究組種質圃。

1.1.3 供試材料 （1）栽培基質。作為本試驗栽培基質的原材料為尾巨桉（Eucalyptus urophylla ×E. grandis）樹皮粉碎后纖維長2～8 mm 的生料，分別腐熟40 d 和60 d 的腐熟尾巨桉樹皮基質，3種不同腐熟程度桉樹皮均由云南省景谷縣林濤木業有限責任公司提供。腐熟發酵方法參見本研究組前期國家發明專利“以思茅松樹皮為原料的有機育苗輕基質加工方法”（ZL 201210498290.8），如圖1。

（2）其他。粒徑為3～6 mm 的珍珠巖，市售市場占有率高且育苗效果口碑好的泥炭土（丹麥品氏Pindstrup，購自昆明斗南花卉農資市場）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 采用兩因素三水平完全隨機設計，共設10 個處理，5 次重復。如表1 所示，其中T1～T3 為桉樹皮生料，T4～T6 為腐熟40 d 桉樹皮，T7～T9 為腐熟60 d 桉樹皮。試驗設1 個對照，為CK（泥炭土）。育苗方式采用12 孔漂浮育苗盒育苗，將以上充分拌勻的各個處理基質裝入育苗盒內。將4 種供試植物：生菜（2 粒），番茄（2粒），青花（2 粒），辣木（1 粒）以不同粒數播入育苗盒的每個孔中，其中辣木播種前需要浸種15 h。每種植物各處理重復播種5 盒。每天進行澆水等日常管理。

1.2.2 采樣 在生菜、番茄和青花播種后6 周，辣木播種后8 周開始取樣，采樣時間在上午9：00—10：00 進行，采樣時用消毒剪隨機摘取每個處理的30 株植株從頂葉往下的第3 至第5～8 片功能葉，立即用濕潤的試紙擦拭干凈后裝入編號的自封袋，每個處理重復取樣3 次。取完后放入?80 ℃超低溫冰箱。

1.2.3 磨樣 將冷藏的葉片剔除葉脈，置于已冷卻的研缽中，加入液氮，將葉片研磨（加入少量石英砂）成粉末，后用5 mL 的離心管進行分裝，分裝時用萬分之一的電子天平精確稱取葉片粉末到相應質量，標記后保存于液氮中。

蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）：每份樣品磨樣0.2 g；核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）：每份樣品磨樣0.5 g；谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）：每份樣品磨樣0.5 g；硝酸合成酶（NR）：每份樣品磨樣0.2 g。

1.2.4 指標測定 （1）SS 和SPS 活性：參考ZHU等[13]與MIRAJKAR 等[14]的方法測定。（2）Rubisco活性：參考CHENG 等[15]與CRISTINA 等[16]的方法測定。（3）GS 和GOGAT 活性：參考CHUAN等[17]的方法測定。（4）NR 活性：參考YU 等[18]的方法測定。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010 軟件對實驗數據進行統計和處理；采用SPSS Statistics 23 軟件進行方差分析和差異顯著性檢驗（最小顯著性差異法LSD）；用SigmaPlot 12.5 和Adobe Photoshop CC2018 軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 腐熟程度與珍珠巖對植物苗期6種酶活性的影響

如表2 所示，以3 種不同腐熟程度桉樹皮為原料的有機基質用于番茄、辣木、青花與生菜育苗，對這4 種植物苗期葉片中的6 種與碳氮代謝相關酶活性的影響均具有極顯著差異（P<0.01）。而添加不同比例珍珠巖于基質中，僅對番茄葉片中的SS、NR 活性，青花葉片中的SS、GS、GOGAT活性以及生菜葉片中的SPS、Rubisco、NR 活性產生極顯著影響（P<0.01）。桉樹皮的不同腐熟程度與不同配比珍珠巖對番茄、青花與生菜的部分酶活性具交互影響，其中對這3 種蔬菜的SPS 活性均具極顯著的交互影響（P<0.01）。

2.2 不同處理對碳代謝相關酶活性的影響

2.2.1 不同處理對SS 和SPS 活性的影響 番茄、辣木、青花與生菜葉片中SS 和SPS 活性對10 種處理基質的響應如圖2。

番茄在10 種處理基質中SS 活性為0.057～0.107 U/mg，SPS 活性為0.003～0.015 U/mg。其中，番茄在T₈中的SS 和SPS 活性均顯著高于除T₇之外的其他處理（P<0.05），T₈與T₇差異不顯著。其次，SS 在T₉與T₅中的活性差異不顯著，而SPS在T₉中的活性顯著高于T5（P<0.05）。這2 種酶在腐熟60 d 桉樹皮中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。

辣木在10 種處理基質中SS 活性為0.050～0.146 U/mg，SPS 活性為0.006～0.017 U/mg。辣木在泥炭土與生料中的這2 種酶活性均顯著高于T6和3 種腐熟60 d 桉樹皮處理基質（P<0.05），3個不同生料配比處理間無顯著差異，但均顯著低于泥炭土（P<0.05）。辣木在腐熟40 d 桉樹皮中生長不良，在T₄與T₅中未生長出足夠檢測這2種酶活性的葉片。

青花在10 種處理基質中SS 活性為0.038～0.107 U/mg，SPS 活性為0.004～0.015 U/mg。其中在T₈中的SS 活性顯著高于其他處理（P<0.05），而在其他處理中的SPS 活性顯著低于T₉（P<0.05）。其次，SPS 在3 種腐熟60 d 桉樹皮處理基質和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），而SS 在T₅與泥炭土中的活性無顯著差異。

生菜在10 種處理基質中SS 活性為0.028～0.110 U/mg，SPS 活性為0.002～0.013 U/mg。其中，生菜在T₉中的SS 活性顯著高于除T₇外的其他處理（P<0.05），而在T9 中的SPS 活性顯著高于其他處理（P<0.05）。其次，SS 在3 種腐熟60 d桉樹皮處理基質和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），而SPS 在T₅與泥炭土中的活性無顯著差異。

2.2.2 對Rubisco 活性的影響 10 種處理對4 種植物葉片中Rubisco 活性的影響如圖3。

番茄在10種處理基質中Rubisco 活性為4.44～10.12 U/g，在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理基質和T₅中的Rubisco 活性均顯著高于泥炭土（P<0.05），且3 個腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異。其次，T₆和3 個不同生料配比處理基質與泥炭土間無顯著差異。T₄對番茄生長影響較大，未生長出足夠檢測Rubisco 活性的葉片。

辣木在10 種處理基質中Rubisco 活性為3.80～12.04 U/g。在泥炭土與生料中的活性均顯著高于腐熟40 d 和腐熟60 d 桉樹皮（P<0.05）。3個不同生料配比處理間無顯著差異，但均顯著低于泥炭土（P<0.05），其次腐熟60 d 桉樹皮顯著優于T₆（P<0.05）。T₄與T₅中缺少足夠檢測該酶活性的辣木葉片。

青花在10 種處理基質中Rubisco 活性為4.74～9.65 U/g。在T₇與T₉中的活性顯著高于除T₈外的其他處理（P<0.05），3 個腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異。T₈與T₅無顯著差異，且均顯著優于生料與泥炭土（P<0.05）。

生菜在10 種處理基質中Rubisco 活性為2.30～10.98 U/g。在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理基質中的活性存在顯著差異（P<0.05），T₉顯著優于T₈（P<0.05），T₈顯著優于T₇（P<0.05）。其次，泥炭土中的活性顯著低于腐熟60 d 桉樹皮和T₅（P<0.05）。生菜在生料中生長不良，其葉片中的Rubisco 活性均較低。

2.3 對氮代謝相關酶活性的影響

2.3.1 對GS 和GOGAT 活性的影響 4 種植物葉片中GS 和GOGAT 活性對10 種處理基質的響應如圖4。

番茄在10 種處理基質中GS 活性為1.275～3.778 U/mg，GOGAT 活性為0.264～0.921 U/g。其中在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理基質及T₅中的這2種酶活性均顯著高于泥炭土與其他處理基質（P<0.05）。GS 在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理間的活性無顯著差異，在3 個不同生料配比處理與T₆中的活性顯著低于泥炭土（P<0.05）；而GOGAT在T₈中的活性顯著高于T₉（P<0.05），且在T₆中的活性與泥炭土無顯著差異。

辣木在10 種處理基質中GS 活性為1.161～4.483 U/mg，GOGAT 活性為0.130～1.030 U/g。在泥炭土中的這2 種酶活性均顯著高于所有桉樹皮基質處理（P<0.05），其中生料顯著優于腐熟40 d和腐熟60 桉樹皮（P<0.05）。GS 在3 個不同生料配比處理中的活性無顯著差異；而GOGAT 在T₃中的活性顯著低于另外2 個生料處理（P<0.05），且在T₆中的活性顯著偏低（P<0.05）。

青花在10 種處理基質中GS 活性為1.448～4.039 U/mg，GOGAT 活性為0.333～0.930 U/g。這2 種酶在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理基質和T₅中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。其中，GS 活性在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異，且均顯著高于T₅（P<0.05）。而GOGAT 在T₉中的活性顯著高于T₈與T₇（P<0.05），且T7 與T₅無顯著差異。

生菜在10 種處理基質中GS 活性為1.359～2.696 U/mg，GOGAT 活性為0.275～0.655 U/g。其中，GS 在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理基質和T₅中的活性顯著高于泥炭土和其他桉樹皮處理（P<0.05），且3 個腐熟60 d 桉樹皮處理間無顯著差異；而GOGAT 在T₅中的活性與泥炭土無顯著差異。

2.3.2 對NR 活性的影響 10 種處理基質對4 種植物葉片中NR 活性的影響如圖5。

番茄在10 種處理基質中NR 活性為0.003～0.016 U/mg。在3 個腐熟60 d 桉樹皮處理和T5中的活性均顯著高于泥炭土（P<0.05）。其中在T₉中的活性顯著高于其他9 個處理（P<0.05），其次T₈顯著高于T₇（P<0.05），T₇顯著高于T₅（P<0.05）。T₄、T₆與CK 間差異不顯著，但均顯著高于3 個生料處理（P<0.05）。

辣木在10 種處理基質中NR 活性為0.003～0.018 U/mg。在泥炭土中的活性顯著高于所有桉樹皮基質（P<0.05），其中在3 個不同生料配比處理中的活性均顯著高于腐熟40 d 和腐熟60 d 桉樹皮處理（P<0.05）。3 個不同腐熟60 d 桉樹皮配比處理之間無顯著差異，但顯著優于T₆（P<0.05）。

青花在10 種處理基質中NR 活性為0.004～0.013 U/mg。在腐熟60 d 桉樹皮與腐熟40 d 桉樹皮中的活性差異與在這2 種腐熟程度桉樹皮中的GS 活性差異大致相同，不同的是，在CK 中的NR 活性顯著高于T₅（P<0.05）。

生菜在10 種處理基質中NR 活性為0.003～0.011 U/mg。在T9 中的NR 活性顯著高于其他所有處理（P<0.05），而T₇與T₈的差異不顯著，但均顯著優于T₅、CK 及生料（P<0.05），其次T₅顯著優于CK 和生料（P<0.05），而CK 優于生料（P<0.05），3 個不同生料配比處理之間無顯著差異。

3 討論

蔗糖合成酶（SS）與蔗糖磷酸合成酶（SPS）是反映植物碳代謝強度的重要指標。SS 是蔗糖合成途徑中的一個重要控制點，其活性反映蔗糖生物合成途徑的能力[19-20]，也是唯一能使蔗糖參與到組織構建、物質貯藏（淀粉合成）和植物細胞新陳代謝（糖酵解）等多種路徑的酶[21]。而SPS主要作用于誘導蔗糖的合成，并在一定程度上反映“源”端供給能力[22-23]。核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是光合作用中決定碳同化速率的關鍵酶，同時也是植物光呼吸的關鍵酶，其活性的高低反映了凈光合速率的大小[24]。谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）和硝酸還原酶（NR）等被稱為植株體氮素代謝的關鍵酶[25]。GS/GOGAT 循環是高等植物氮同化的代謝中心，二者的活性均能反映植物氮素同化能力的強弱[26]。NR 是植物氮代謝的首個限速酶，其活性可反映植物的氮利用率[27]。

本研究中，桉樹皮生料中的3 種蔬菜葉片中的6 種與碳、氮代謝相關酶活性均顯著低于腐熟處理基質，其形態表現在：3 種蔬菜生長至2～3周后葉片顏色發生變化，生菜葉片發黃近白色；部分青花和番茄幼苗不能長出真葉，且子葉由綠色轉變為紫紅色。這主要因生料中的主要養分（NPK）含量僅為腐熟40 d 桉樹皮中的62%，腐熟60 d 桉樹皮中的23%[5]。植株缺乏養分的供給，葉片中與碳、氮代謝相關酶活性偏低，從而表征到葉片上，這與前人的研究結果一致[28-29]。此外，生料中并未添加尿素、雞羊糞以及菌種進行腐熟處理，其添加物對植株苗期相關酶活性是否存在直接影響有待進一步研究。而辣木由于具有發達胚乳給植株提供養分[30]，且不耐受桉樹皮經腐熟后釋放的內源抑制物，如辣木的部分種子腐爛[5]，因此生料中的6 種酶活性顯著高于腐熟40 d 和60 d 桉樹皮。3 種耐受桉樹皮內源抑制物的蔬菜在腐熟60 d 桉樹皮中與碳、氮代謝相關的6 種酶活性均顯著高于泥炭土，這主要與二者的肥力與肥效有關，泥炭土中的主要養分（NPK）含量僅為腐熟60 d 桉樹皮中的50%[5]，番茄生長5 周后缺肥致葉片發黃，且泥炭土的肥效快而短暫，生菜與青花在泥炭土中播種后2～3 周出現莖的徒長現象，而腐熟60 d 桉樹皮肥力高且肥效長，3 種蔬菜在其中生長良好，其中生菜又以復配30%珍珠巖的T9 處理效果更佳，說明較大的基質孔隙度更有利于生菜的營養生長。

有研究表明部分酚酸類化合物有促進種子萌發與幼苗生長的作用[31-34]，本研究亦發現，3 種蔬菜在T₄和T₆中的6 種酶活性大部分相比泥炭土不顯著，而在T₅中的酶活性顯著高于泥炭土，因復配不同比例珍珠巖對部分酶活性亦產生顯著影響，因此桉樹皮內源酚酸類物質與養分含量以及基質的物理特性都可能是致使T₅ 中酶活性高于泥炭土的原因。在泥炭土和不同腐熟程度處理組間，3 種氮代謝相關酶活性差異比3 種碳代謝相關酶活性差異大，說明氮代謝相關酶的活性受基質中養分含量以及桉樹皮內源化合物的影響比碳代謝相關酶的影響更大，而桉樹皮內源化合物對碳、氮代謝相關酶活性的影響機理有待進一步的研究。