摘要
油菜是我国最主要的油料作物之一。在前期工作的基础上，分别在油菜苗期、薹期、苗期和薹期浇灌不同浓度宛氏拟青霉提取物（ZNC），探究 ZNC 对油菜生长发育、籽粒产量及矿质营养元素的影响，为 ZNC 在油菜上的应用提供科学依据。试验结果显示：（1）ZNC 显著促进油菜幼苗根系发生发育和地上部生长，其中，与对照 （CK，不施用 ZNC）比较，15 µg/L 浓度 ZNC 灌根油菜根系干重、总根长、根系总表面积、根冠比和地上部干重均显著增加。（2）ZNC 处理油菜幼苗地上部和根系大量、中量及微量元素含量显著增加。ZNC 对氮的分配影响不显著，但促进磷、钾、钙、镁和硫元素向油菜根中分配。此外，ZNC 促进铁、锰、锌、铜、硼元素向油菜根系分配，15µg/L ZNC 灌根处理钼、镍、钴元素向油菜地上部分配增加，5、10 µg/L 浓度 ZNC 灌根处理向油菜根系分配增加。（3）油菜籽粒产量与籽粒中矿质元素含量密切相关，ZNC 可能通过影响矿质营养元素含量来影响油菜籽粒产量。（4）盆栽试验苗期和薹期均施用 15 µg/L ZNC 显著促进油菜增产，田间小区试验油菜苗期和薹期均施用 20 µg/L ZNC 提高了油菜角果数、每角果粒数，进而增加了油菜籽粒产量，较 CK 增加了 16.81%。因此，ZNC 可以通过影响油菜苗期根系和茎叶中矿质营养元素含量及分配特性，提高油菜养分吸收利用，促进油菜生长发育及籽粒产量增加，其中油菜苗期和薹期均施用 20 µg/L ZNC 增产效果最显著。
Abstract
Oilseed rape（Brassica napus L．）is one of the most important oilcrops in China．The effect of different concentrations of Paecilomyces paecilomyces（ZNC）were irrigated near the root of oilseed rapeat the seedling and bolting stages to explore the effects of ZNC on the growth and development，seed yield and mineral nutrients of oilseed rapebased on our previous work，which could provide scientific basis for the application of ZNC in oilseed rape．The results were as follows． （1）ZNC significantly promoted the root development and shoot growth of oilseed rapeat the seedling stage，among which，root dry weight，total root length，total root surface area，root-shoot ratio and shoot dry weight of oilseed rape irrigated with ZNC at 15 µg/L were significantly increased compared with the control（CK，without ZNC）． （2）ZNC significantly increased the contents of all the mineral nutrients，including macronutrients，secondary-macronutrients and micronutrients in the shoot and root of oilseed rape．ZNC had no significant effect on the distribution of nitrogen，but promoted the distribution of phosphorus，potassium，calcium，magnesium and sulfur to the roots．In addition，ZNC promoted the distribution of Fe，Mn，Zn，Cu and B to the roots，and the distribution of Mo，Ni and Co in the shoot under the treatment of ZNC at 15 µg/L， and the distribution of them in the root under the treatments of ZNC at 5 and 10 µg/L．（3）The seed yield of oilseed rape was closely related to thecontent of mineral elements in the seed，and ZNC might affect the seed yield of oil seed rape by affecting the content of mineral nutrients．（4）In the pot experiment，the application of 15 µg/L ZNC at both the seedling and bolting stages significantly increased rapeseed yield．In the field experiment，application of 20 µg/L ZNC at both the seedling stage and the bolting stage increased the pod number per plant and the seed number per pod，and the seed yield was increased by 16.81% under this treatment compared with CK．Therefore，ZNC could improve the nutrient absorption and utilization of oil seed rape by affecting the content and the distribution characteristics of mineral nutrients in roots，stems and leaves of oil seed rapeat the seedling stage，and promote the growth and development，and finally increase the seed yield，among which the application of 20 µg/L ZNC at both the seedling and the bolting stage had the most significant seed yield and yield-increasing effects in the field．
Keywords
我国油菜（Brassica napus L .）种植面积及产量约占世界的 30%，位居世界第二[1]。油菜是我国第一大国产植物油源和第二大饲料蛋白源[2]，其中菜籽油占我国油料作物产油量的 57.2%[3]。油菜高产和稳产对于保障我国食用油供给具有重要意义。在现有种植面积的基础上，提升油菜产量、增加菜籽油供应量是我国油菜研究的重要目标和方向[4-5]。
矿质养分是植物生长发育的基础，在植物体内发挥着多种生理功能，如参与构成细胞结构、调节酶活性、维持电化学平衡、影响光合作用和能量代谢、合成激素等[6]。植物需要至少 17 种必需营养元素才能完成生命周期。除碳、氢、氧外，其他必需营养元素均为矿质营养元素，主要通过根系从土壤中吸收获得[7]。矿质营养元素在植物中的含量可分为大量营养元素（氮、磷、钾）、中量营养元素 （钙、镁、硫）和微量营养元素（铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、镍等）[8]。
宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）提取物（ZNC） 是从内生菌宛氏拟青霉发酵过程中分离纯化的一类微生物次生代谢产物，是一种安全、无毒的新型生物刺激素[9]。大量研究表明，ZNC 可以通过调控激素水平及相关基因表达来增强植物养分的吸收利用、提升肥料利用率，显著促进植物生长发育，并提高作物产量和品质，在农业生产上拥有较高的推广应用前景[10-14]。本研究在前期的工作基础上，通过盆栽土培试验和田间小区试验，进一步明确 ZNC 在油菜上的施用方式和施用量，探究 ZNC 对油菜矿质养分吸收利用及产量的影响，为推动 ZNC 在增值肥料领域的科学应用和开发奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试油菜品种为‘中双 11 号’，该品种由中国农业科学院油料作物研究所选育，为半冬性甘蓝型常规油菜品种。
试验样品为宛氏拟青霉提取物（智能聪，ZNC），由山东蓬勃生物科技有限公司提供，产品浓度为 5g/L。
1.2 试验设计
1.2.1 盆栽土培试验
盆栽土培试验在华中农业大学植物营养学教学实践基地盆栽场进行。试验采用 20 cm×20 cm 塑料盆，每盆装 7 kg 土，土壤为黄棕壤，理化性质如表1所示。肥料施用量为（NH4）2SO4 6.607 g/kg、KH2PO4 2.013 g/kg、KCl1.113 g/kg、 MgSO4·7H2O 1.750 g/kg、阿农（Aron）微量元素营养液（1000 倍）1 mL/kg 土（以上试剂均为化学纯）。油菜于 2021 年 10 月 11 日播种，播种后覆盖薄膜 2 d，种子破土出苗后 1～2 cm 揭开薄膜。两周后间苗，每盆按相同株距留苗 8 株，5 周后定苗 5 株。油菜生长期用去离子水浇灌。试验设置 4 个 ZNC 浓度梯度即 4 个处理，分别为 0、5、10 和 15 µ g/L，每个处理 4 次重复；分别在油菜的苗期、抽薹期、苗期 + 抽薹期灌根处理（表2）。
表1盆栽试验土壤理化指标
表2盆栽试验处理
注：表中 S 代表苗期施用 ZNC；B 代表薹期施用 ZNC；S+B 代表苗期和薹期均施用 ZNC。下同。
1.2.2 田间小区试验
田间小区试验在华中农业大学植物营养学教学实践基地（114.3°E，30.5°N）进行，2021 年 10 月播种油菜，2022 年 5 月油菜收获。土壤为黄棕壤，理化性质如表3所示。播种前施用基肥，具体施用量为氮（N）108 kg/hm2、磷（P2O5）90 kg/hm2、钾（K2O） 120 kg/hm2 和硼砂 15 kg/hm2。试验设置 4 个处理，每个处理 4 次重复，ZNC 施用浓度均为 20μg/L（表4）。油菜试验每个小区宽 1.5 m，长 3 m，共 10 行，每行 5 株，行距和株距均为 0.3 m。油菜收获前，每个小区选取长势均匀的油菜 5 株，4 个重复共 20 株。单株产量是指油菜单株油菜籽产量；同时收获小区产量。
表3田间小区土壤理化指标
表4田间小区试验处理
1.3 样品采集与分析
苗期，盆栽试验每处理选取长势均匀一致的油菜 3 株，对根和地上部取样，根系先采用 LA-S 根系扫描仪测定根系形态及相关指标；随后，根和地上部 105℃、30 min 杀青，60℃烘干至恒重，测定植株中矿质元素浓度，计算矿质元素分配比例。收获期每个处理 3 株油菜，调查产量及产量构成因子，测定油菜籽粒，测定种子中矿质元素含量。
所有植物样品均用磨样机磨碎为粉末，测定矿质元素浓度。氮（N）的测定采用流动注射分析仪。磷（P）、钾（K）以及中量元素钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S），微量元素铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、硼（B）、钼（Mo）、镍（Ni）和钴（Co） 采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES） 测定。
油菜地上部矿质元素分配比例（%）= 油菜地上部矿质元素含量 / 油菜整株矿质元素含量
油菜根系矿质元素分配比例（%）= 油菜根系矿质元素含量 / 油菜整株矿质元素含量
1.4 数据分析
采用 Excel 2019、DPS 2006 和 SPSS 27.0 进行数据处理及分析，不同处理间采用 Duncan 新复极差法进行差异显著性检验（P＜0.05），采用 Origin 2018 进行作图。
2 结果与分析
2.1 盆栽试验 ZNC 施用量对油菜生长的影响
在油菜苗期进行 ZNC 灌根处理，测定 ZNC 施用浓度对油菜苗期生长的影响（表5）。结果表明，ZNC 浓度 15 µg/L 灌根显著促进油菜苗期地上部生长及根系发生发育，油菜地上部干重较不施用 ZNC（CK） 增加 19.95%，根系干重、总根长及根系总表面积分别较 CK 增加 43.50%、18.58% 和 16.08%，根冠比较 CK 增加 33.33%。除根系干重和根冠比增加，ZNC 浓度 5 和 10 µg/L 灌根处理上述指标与 CK 均无显著性差异。
表5盆栽试验 ZNC 施用量对油菜苗期生物量和根系形态的影响
注：不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著。下同。
2.2 盆栽试验 ZNC 施用量对油菜苗期不同器官矿质元素含量及分配的影响
2.2.1 ZNC 不同施用量对油菜苗期大量元素含量及分配的影响
ZNC 处理油菜体内大量元素含量显著升高。随着 ZNC 浓度升高，油菜地上部及根系氮含量呈上升趋势，ZNC 15 μg/L 处理油菜氮含量最高，与 CK 比较，地上部增加 57.61%，根系增加 21.67% （图1A）。油菜地上部磷含量随 ZNC 浓度升高而增加，其中 ZNC 15 μg/L 处理地上部磷含量与 CK 比较增加 12.01%；根系磷含量先升高后降低，ZNC 10 μg/L 处理磷含量较 CK 增加 254.43%（图1B）；油菜钾含量随 ZNC 浓度升高也呈先升高后降低的趋势，ZNC 10 μg/L 处理油菜钾含量最高，地上部钾含量较 CK 增加 25.35%，根系钾含量增加 99.05%（图1C）。
ZNC 不同施用量显著影响油菜苗期各器官大量元素的分配（图1、表6）。氮、磷、钾在油菜地上部分配更多，施用 ZNC 促进氮元素向油菜地上部分配，但各处理间无显著性差异；ZNC 显著促进磷元素向油菜根系分配，ZNC 5、10、15 μg/L 处理根系磷含量比例分别较 CK 增加 154.12%、 212.94%、263.53%；施用 ZNC 后钾元素向根系分配增加，ZNC 10 μg/L 处理根系钾含量比例较 CK 增加 75.95%。
图1ZNC 不同施用量对油菜苗期不同器官大量元素含量的影响
注：不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著。下同。
表6ZNC 不同施用量对油菜苗期根和地上部大量元素分配的影响
2.2.2 ZNC 不同施用量对油菜苗期中量元素含量及分配的影响
施用 ZNC 油菜中量元素含量均不同程度地提高。ZNC 对油菜地上部钙含量没有显著影响，但根中钙含量增加，ZNC 10 μg/L 处理钙含量较 CK 增加 83.78%（图2A）。随 ZNC 施用量增加，油菜镁含量呈先升高后降低趋势，ZNC 10 μg/L 处理镁含量最高，与 CK 比较，地上部镁含量增加 12.02%，根系镁含量增加 89.74%（图2B）。油菜硫含量随 ZNC 浓度升高呈先升高后降低的趋势，与 CK 比较，ZNC 10 μg/L 处理地上部硫含量增加 14.75%，根系硫含量增加 113.99%（图2C）。
ZNC 不同施用量显著影响油菜苗期各器官中量元素的分配（图2、表7）。钙、镁、硫在油菜地上部分配更多，ZNC 促进钙、镁、硫 3 种元素向油菜根系分配，其中根系钙、镁、硫含量分别较 CK 增加 78.79%～118.18%、77.40%～108.47%、54.78%～114.78%。
图2ZNC 不同施用量对油菜苗期不同器官中量元素含量的影响
表7ZNC 不同施用量对油菜苗期根和地上部中量元素分配的影响
2.2.3 ZNC 不同施用量对油菜苗期微量元素含量及分配的影响
施用 ZNC 油菜 8 种微量元素含量均不同程度提高（图3）。与 CK 相比，油菜地上部铁含量没有显著性差异，根系铁含量升高，其中，ZNC 10 μg/L 处理铁含量最高，较 CK 增加 156.90%（图3A）。与 CK 相比，施用 ZNC 油菜地上和根系锰含量增加，其中，ZNC 5 μg/L 处理锰含量最高，分别较 CK 增加 23.01% 和 120.28%（图3B）。与 CK 相比，油菜地上部锌含量降低，但无显著性差异；根系锌含量显著增加，ZNC 10 μg/L 处理增加 164.51%（图3C）。与 CK 相比，油菜地上部铜含量无显著增加和降低，但根系铜含量显著增加，ZNC 10 μg/L 处理根中铜含量最高，增加 247.30%（图3D）。油菜地上部硼、钼、镍含量随 ZNC 浓度升高呈上升趋势，其中，ZNC 15 μg/L 处理 3 种微量元素含量分别较 CK 处理增加 36.51%、56.20%、33.85%。与 CK 相比，油菜根中硼、钼、镍含量增加，但随 ZNC 浓度升高呈降低趋势，其中 ZNC 5 μg/L 处理根中 3 种微量元素含量最高，分别较 CK 增加 72.30%、58.03%、44.68%（ 图3E、F、G）。与 CK 相比，油菜地上部及根系钴元素含量均增加，ZNC 10 μg/L 处理油菜地上部及根系钴含量均为最高，其中地上部钴含量较 CK 处理增加 53.05%，根系钴含量较 CK 处理增加 199.40% （图3H）。
ZNC 不同施用量显著影响微量元素在油菜根和地上部的分配（图3、表8）。所有微量元素均在油菜地上部分配更多，ZNC 促进铁、锰、锌、铜、硼 5 种元素向油菜根系分配，根系含量比例分别较 CK 增加9 6.85%～144.54%、23.57%～124.29%、202.29%～257.25%、103.88%～266.67%、12.21%～83.08%。油菜钼、镍、钴 3 种微量元素的分配与 ZNC 施用量密切相关，低浓度 ZNC（5 和 10 μg/L）处理促进钼、镍、钴元素向油菜根系分配，高浓度 ZNC （15 μg/L）处理促进它们向油菜地上部分配。
图3ZNC 不同施用量对油菜苗期不同器官微量元素含量的影响
表8ZNC 不同施用量对油菜苗期根和地上部微量元素分配的影响
2.3 油菜籽粒产量与籽粒中矿质养分含量的相关性分析
2.3.1 油菜籽粒产量与大量和中量矿质养分含量的相关性分析
油菜籽粒产量是反映油菜经济价值的重要指标。大量元素和中量元素是植物生长发育中必需的营养元素，参与种子的组成并调节油菜各项重要生命活动。为探究 ZNC 施用量对油菜籽粒产量的影响，开展了油菜籽粒产量与种子中大量元素、中量元素含量的相关性分析。如表9所示，油菜籽粒产量与种子中氮、磷、钾、钙、镁、硫 6 种元素均呈正相关性，其中与氮、硫含量呈显著正相关 （P<0.05），与钾、镁呈极显著正相关（P<0.01）。6 种元素之间存在正相关性，其中氮与磷、钾、硫呈显著正相关，与镁呈极显著正相关；磷与硫呈显著正相关，与镁呈极显著正相关；钾与镁、硫呈极显著正相关；镁与硫呈极显著正相关。说明 ZNC 可能通过影响大量和中量元素的养分含量来影响油菜籽粒产量。
表9油菜籽粒产量与种子中大量和中量元素含量的相关系数
注：* 表明显著相关（P<0.05），** 表示极显著相关（P<0.01）。下同。
2.3.2 油菜籽粒产量与微量元素含量的相关性分析
植物对微量元素需求量很少，但微量元素在植物的生长发育过程中承担着重要角色[15]。对油菜籽粒产量与种子中微量元素含量进行相关性分析。如表10所示，油菜籽粒产量与种子中铁、锰、锌、铜、硼、钼、镍、钴 8 种微量元素均呈正相关性，其中与铜含量呈显著正相关，与锰、钼、镍含量呈极显著正相关。8 种微量元素之间存在正相关性，其中铁与锌含量呈显著正相关，与锰含量呈极显著正相关；锰与锌含量呈显著正相关，与铜、硼、钼、镍含量呈极显著正相关；锌与钴含量呈显著正相关；铜与钼、镍含量呈显著正相关；硼与钴含量呈显著正相关；钼与镍含量呈显著正相关。这表明微量元素之间密切相关，ZNC 可能也通过影响微量元素含量来影响油菜生长发育。
表10油菜籽粒产量与种子中微量元素含量的相关系数
2.4 不同施用时期 ZNC 对油菜产量及产量相关因子的影响
2.4.1 盆栽试验 ZNC 对油菜产量及产量相关因子的影响
在油菜苗期、薹期及苗期 + 薹期分别进行不同浓度 ZNC 灌根处理，测定 ZNC 对油菜产量及产量构成因素的影响（表11）。与 CK 比较，ZNC 不同施用量处理均能不同程度提高油菜籽粒产量、油菜角果数、角果粒数及千粒重。其中，苗期和薹期均施用 ZNC 15 μg/L 处理（S+B-15）油菜增产作用最显著，其中每株角果数、每角果粒数和千粒重分别较 CK 增加 29.89%、37.68% 和 37.37%，籽粒产量较 CK 增加 37.88%。其次是苗期施用 ZNC 15 μg/L 处理（S-15），油菜籽粒产量较 CK 增加 36.18%。
表11盆栽试验 ZNC 对油菜籽粒产量及产量构成因素的影响
2.4.2 田间小区试验 ZNC 对油菜产量及产量相关因子的影响
田间小区试验分别在油菜苗期、薹期及苗期 + 薹期进行 ZNC 20 μg/L 灌根处理。结果显示，不同时期施用 ZNC 处理均能提高油菜籽粒产量（表12）。与 CK 相比，苗期和薹期均施用 ZNC 处理（S+B-20）油菜增产作用最显著，增产率为 16.81%；此外，油菜每株角果数、每角果粒数分别较 CK 增加 26.76%、19.54%。其次为薹期施用 ZNC 处理（B-20）和苗期施用 ZNC 处理 （S-20）油菜籽粒产量分别增加 11.15% 和 6.81%。
表12田间试验 ZNC 对油菜籽粒产量及产量构成因子的影响
3 讨论
油菜在世界范围内广泛种植，其产量严重依赖于化肥供应[16]。研究表明，施用肥料在一定程度上可以提高作物产量和土壤肥力，但肥料施用不合理、养分利用率低等问题亟待解决[17]。生物刺激素不是营养元素，也不是肥料或农药，不能直接为作物提供养分，但可以作用于植物的整个生命周期，调节生理生化过程，对植物自然生长起积极刺激作用[18-20]。本研究发现，ZNC 作为一种新型生物刺激素，低浓度下显著促进油菜幼苗地上部生长及根系发达（表5）。盆栽试验苗期和薹期施用 ZNC 15 μg/L 显著促进油菜增产（表11），田间试验结果表明，油菜苗期和薹期施用 ZNC 20 μg/L 显著增加油菜角果数、每角果粒数，进而增加油菜籽粒产量 （表12）。这些结论与 ZNC 在玉米[21]、水稻[22]、马铃薯[13]、拟南芥[23]等作物上促生增产作用相符。
矿质营养元素是调节植物生长和发育的关键因素。氮、磷、钾是植物生长发育过程中所必需的 3 种大量营养元素[24]，油菜产量形成与大量元素密切相关[25]；除氮、磷、钾外，中、微量元素的作用也不可忽视，参与植物体内各项重要生命活动，严重影响油菜生长及产量[26-27]。本研究对油菜籽粒产量与籽粒中矿质元素含量进行相关性分析表明，油菜籽粒产量与大量元素、中量元素及微量元素含量呈正相关，且各元素之间密切相关（表9、10），说明 ZNC 可能通过影响植物矿质元素含量来影响油菜籽粒产量。
矿质元素在植物体内的吸收与分配对植物新陈代谢及产量、品质具有重要意义[28]。幼苗时期，油菜通过根系进行矿质养分吸收利用，并积累于根、茎叶中；油菜果荚成熟期，根、茎叶作为 “源”向果荚输送矿质养分，以满足籽粒形成及生长的养分需求[16]。前期研究发现，ZNC 可以促进营养物质的吸收、转运和利用，促进组织的正向代谢变化，显著增加根毛长度和密度，助力水稻产量突破生长阈值[29]。Lu 等[23] 发现，ZNC 可调控植物内源激素途径，增加根尖生长素水平，上调氮、磷吸收相关基因表达，促进拟南芥对氮、磷的吸收利用。Haruta 等[30]报道指出，激素途径的变化显著影响植物体内有机酸的分泌，进而促进植物对矿质养分的吸收利用。本研究发现，ZNC 可以促进油菜幼苗生物量积累及根系发达，根冠比显著升高（表5），油菜茎叶及根系中矿质养分含量显著增加（图1、 2、3），因此，ZNC 可以通过改善植物根系形态，调控植物内源激素途径来增强植物矿质养分吸收利用，促进油菜苗期生长发育。
苗期油菜根系是生长最活跃、最旺盛的部位，从土壤中吸收的矿质元素优先满足根系生长需要[16，31-32]。本试验对苗期油菜矿质元素分配特性进行研究发现，施用 ZNC 后油菜茎叶及根系中大量元素、中量元素含量显著升高，其中 ZNC 对氮分配影响不显著，但促进磷、钾、钙、镁、硫元素向油菜根系分配（表6、7），说明 ZNC 可能通过调节大、中量元素含量及分配比例来促进油菜根系发达及幼苗生长。此外，施用 ZNC 后油菜 8 种微量元素含量均有不同程度提高。其中，铁、锰、锌、铜、硼元素向根系中的分配增加，ZNC 为 15 μg/L 浓度时钼、镍、钴元素向油菜地上部分配增加，为 5、10 μg/L 浓度时向油菜根系分配增加（表8），说明 ZNC 也可能通过影响油菜根和地上部微量元素含量及分配模式来调控油菜生长发育。
4 结论
本研究探讨了 ZNC 不同施用时期和不同施用量对油菜产量及矿质养分的影响。结果表明，ZNC 显著促进油菜幼苗地上部生长及根系发育，大田试验苗期和薹期均施用 ZNC 20 μg/L 显著增加油菜角果数、每角果粒数、千粒重和籽粒产量。油菜籽粒产量与籽粒中矿质营养元素含量密切相关，ZNC 可能通过影响油菜苗期根系及茎叶中矿质营养元素含量及分配，提高油菜养分吸收利用，促进油菜生长发育，提高籽粒产量。