中国农业科学 ›› 2022, Vol. 55 ›› Issue (13): 2526-2537.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.004
收稿日期:
2021-10-14
接受日期:
2021-12-14
出版日期:
2022-07-01
发布日期:
2022-07-08
联系方式:
刘媛,E-mail: liuyuan5859@163.com。
基金资助:
LIU Yuan(),YUAN Liang,ZHANG ShuiQin,ZHAO BingQiang,LI YanTing(
)
Received:
2021-10-14
Accepted:
2021-12-14
Published:
2022-07-01
Online:
2022-07-08
摘要:
【目的】聚天冬氨酸(PASP)是天冬氨酸(ASP)的聚合物,分子量由一千至数十万,因具有促进作物生长和养分吸收的作用,在农业上应用广泛,但其应用效果与分子量密切相关。本文通过红外光谱分析和水培试验,研究不同分子量PASP的结构特性及其对小麦根系生长和养分吸收的影响,以明确不同分子量PASP的应用特点与作用机制,为PASP在新型增效肥料研制和农业生产中的科学应用提供理论依据。【方法】以小麦(济麦22)为供试作物,霍格兰营养液为基础培养液进行水培试验,将天冬氨酸(ASP)和低分子量(<1 kDa,PAL)、中分子量(3—5 kDa,PAM)、高分子量(>10 kDa,PAH)PASP分别设置10 mg·L-1、25 mg·L-1和50 mg·L-13个添加量加入培养液中,以仅用营养液为对照(CK),试验共13个处理,每个处理重复4次。培养20 d后收获,测定小麦地上部和根系的干重与氮、磷、钾含量以及根系的形态、吸收面积和活力。【结果】(1)不同分子量聚天冬氨酸结构不同,随着分子量的增加,聚天冬氨酸肽键含量逐渐增加,羧基含量先增加后降低,其中,PAH肽键含量最高,PAM羧基含量最高。(2)应用不同分子量聚天冬氨酸均可促进小麦生长,提高干物质积累量,表现为PAM>PAH>PAL≈ASP;其中根系干重较CK增加11.90%—19.06%,PAM在10 mg·L-1、25 mg·L-1和50 mg·L-1添加量下,小麦总干重分别较CK显著增加9.13%、23.36%和20.54%。(3)不同分子量聚天冬氨酸均可优化小麦根系形态,增加根系的总吸收面积、活跃吸收面积和活力,以PAM效果最好。(4)不同分子量聚天冬氨酸均促进了小麦对氮、磷、钾养分的吸收,以PAM效果最好,PAH次之;在50 mg·L-1添加量下,小麦对氮、磷、钾养分吸收总量最高,其中PAM较CK分别显著增加16.88%、25.97%、21.61%,PAH较CK分别显著增加16.28%、23.36%、18.16%。(5)相关性分析表明,不同分子量聚天冬氨酸肽键、羧基含量与小麦干物质重、氮磷钾养分吸收量以及根长和根系总吸收面积均极显著正相关;而小麦干物质重和氮磷钾养分吸收量与根系表面积、总吸收面积、活跃吸收面积及活力均显著或极显著正相关。【结论】不同分子量聚天冬氨酸(PASP)均能促进小麦生长,优化根系形态,提高根系吸收面积和根系活力,促进小麦对养分的吸收;不同分子量PASP结构不同,随着分子量的增加,PASP肽键含量增加,羧基含量先增加后降低,肽键和羧基含量与小麦生长和氮磷钾养分吸收量呈正相关。在本试验条件下,以中分子量PASP(3—5 kDa)对小麦生长和养分吸收的促进作用最好,高分子量PASP(>10 kDa)次之;在用量上,不同分子量PASP以高用量(50 mg·L-1)对小麦整株的生长和养分吸收促进效果最好,但以中等用量(25 mg·L-1)对小麦根系的生长和养分吸收促进效果最佳。
刘媛,袁亮,张水勤,赵秉强,李燕婷. 不同分子量聚天冬氨酸对小麦根系生长和养分吸收的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(13): 2526-2537.
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表1
供试聚天冬氨酸分子量、元素含量和摩尔比"
处理 Treatment | 分子量 Molecular weight | 元素含量Elemental content (%) | 元素摩尔比Elemental mole ratio | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C | H | N | O | C/N | H/C | O/C | ||
ASP | 133.10 | 35.80 | 5.01 | 10.62 | 48.57 | 3.37 | 0.14 | 1.36 |
PAL | <1 kDa | 25.92 | 5.72 | 7.68 | 60.68 | 3.38 | 0.22 | 2.34 |
PAM | 3-5 kDa | 27.19 | 5.45 | 8.00 | 59.36 | 3.40 | 0.20 | 2.18 |
PAH | >10 kDa | 26.91 | 5.30 | 8.11 | 59.68 | 3.32 | 0.20 | 2.22 |
表3
不同分子量聚天冬氨酸对小麦干物质重的影响"
处理 Treatment | 根系干重 Root dry weight | 平均 Mean | 地上部干重 Ground dry weight | 平均 Mean | 总干重 Total dry weight | 平均 Mean | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | ||||
CK | 0.42b | 0.42b | 0.42b | 0.42 | 1.67ab | 1.67b | 1.67c | 1.67 | 2.09b | 2.09c | 2.09b | 2.09 |
ASP | 0.49a | 0.51a | 0.49a | 0.50 | 1.65b | 1.87ab | 1.8bc | 1.77 | 2.14b | 2.38ab | 2.29ab | 2.27 |
PAL | 0.46ab | 0.50a | 0.45ab | 0.47 | 1.66ab | 1.74b | 1.98ab | 1.79 | 2.12b | 2.24bc | 2.43a | 2.26 |
PAM | 0.50a | 0.53a | 0.46ab | 0.50 | 1.78a | 2.04a | 2.06a | 1.96 | 2.28a | 2.58a | 2.52a | 2.46 |
PAH | 0.44ab | 0.51a | 0.47ab | 0.47 | 1.75ab | 1.85ab | 1.98ab | 1.86 | 2.18ab | 2.36ab | 2.45a | 2.33 |
表4
不同分子量聚天冬氨酸对小麦吸氮量的影响"
处理 Treatment | 根系吸氮量 Nitrogen uptake of root | 平均 Mean | 地上部吸氮量 Nitrogen uptake of ground | 平均 Mean | 总吸氮量 Nitrogen uptake of total plant | 平均 Mean | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | ||||
CK | 22.13b | 22.13d | 22.13b | 22.13 | 141.13a | 141.13c | 141.13c | 141.13 | 163.27a | 163.27c | 163.27c | 163.27 |
ASP | 22.05b | 24.59c | 25.51a | 24.05 | 144.63a | 144.85bc | 143.29bc | 144.26 | 166.68a | 169.44c | 168.79bc | 168.30 |
PAL | 22.71b | 27.12b | 24.16a | 24.66 | 142.19a | 141.97c | 149.58b | 144.58 | 164.90a | 169.09c | 173.74b | 169.24 |
PAM | 24.77a | 29.40a | 25.23a | 26.47 | 142.69a | 168.20a | 165.59a | 158.83 | 167.46a | 197.61a | 190.83a | 185.30 |
PAH | 21.75b | 25.96bc | 25.54a | 24.42 | 142.80a | 152.51b | 164.30 a | 153.20 | 164.56a | 178.47b | 189.84a | 177.62 |
表5
不同分子量聚天冬氨酸对小麦吸磷量的影响"
处理 Treatment | 根系吸磷量 Phosphorus uptake of root | 平均 Mean | 地上部吸磷量 Phosphorus uptake of ground | 平均 Mean | 总吸磷量 Phosphorus uptake of total plant | 平均 Mean | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | ||||
CK | 4.27a | 4.27c | 4.27c | 4.27 | 17.22 a | 17.22b | 17.22c | 17.22 | 21.49a | 21.49c | 21.49d | 21.49 |
ASP | 4.28a | 4.65bc | 5.21a | 4.71 | 17.36a | 17.36b | 19.59b | 18.10 | 21.63a | 22.01bc | 24.80b | 22.81 |
PAL | 4.46a | 4.94b | 4.31c | 4.57 | 17.30a | 17.49b | 19.07b | 17.95 | 21.76a | 22.43bc | 23.38c | 22.52 |
PAM | 4.44a | 5.58 a | 4.78b | 4.93 | 18.46a | 19.43a | 22.29a | 20.06 | 22.90a | 25.00a | 27.07a | 24.99 |
PAH | 4.33a | 5.06 b | 5.27a | 4.88 | 17.95a | 18.10ab | 21.24a | 19.10 | 22.28a | 23.16b | 26.51a | 23.98 |
表6
不同分子量聚天冬氨酸对小麦吸钾量的影响"
处理 Treatment | 根系吸钾量 Potassium uptake of root | 平均 Mean | 地上部吸钾量 Potassium uptake of ground | 平均 Mean | 总吸钾量 Potassium uptake of total plant | 平均 Mean | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | 10 mg·L-1 | 25 mg·L-1 | 50 mg·L-1 | ||||
CK | 16.03a | 16.03b | 16.03b | 16.03 | 141.00a | 141.00b | 141.00c | 141.00 | 157.03a | 157.03c | 157.03c | 157.03 |
ASP | 16.06a | 16.85b | 16.14b | 16.35 | 140.18a | 147.8b | 144.36c | 141.11 | 156.23a | 164.65bc | 160.50bc | 160.46 |
PAL | 15.92a | 18.09b | 16.03b | 16.68 | 144.11a | 145.68b | 155.98b | 148.59 | 160.03a | 163.78bc | 172.01b | 165.27 |
PAM | 16.12a | 23.68a | 17.65ab | 19.15 | 150.06a | 163.46a | 173.31a | 162.28 | 166.18a | 187.14 a | 190.96a | 181.42 |
PAH | 16.08a | 22.40a | 19.83a | 19.43 | 150.92a | 154.30ab | 165.73ab | 156.98 | 167.00a | 176.70ab | 185.55a | 176.42 |
表8
小麦根系指标与其干物质重及养分吸收量相关性分析结果"
干物质重与养分吸收指标 Dry matter weight and nutrient uptake index | 根系指标 Root index | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
R5 | R6 | R7 | R8 | R9 | R10 | R11 | |
R1 | 0.174 | 0.802** | 0.415 | 0.778** | 0.778** | 0.838** | 0.870** |
R2 | -0.146 | 0.588** | 0.648* | 0.841** | 0.751** | 0.889** | 0.728** |
R3 | 0.015 | 0.549 | 0.498 | 0.621* | 0.632* | 0.669* | 0.683* |
R4 | -0.202 | 0.559** | 0.721** | 0.823** | 0.865** | 0.873** | 0.706** |
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