李小紅，謝運河，陽小鳳，王業(yè)建，馬淑梅

（1.湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

氮素是作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的主要養(yǎng)分之一，對植物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)有著極為顯著的影響。植株全氮含量能夠直接反映氮素營養(yǎng)的豐缺，與作物產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，是一個重要的診斷指標[1]。利用葉綠素儀測定的SPAD值可以間接反映作物葉片的葉綠素含量及含氮量，在水稻[2]、玉米[3]、小麥[4]、油菜[5-6]、棉花[7]、煙草[8]、牧草[9]、黃瓜[10]、馬鈴薯[11-12]等作物的氮素營養(yǎng)診斷中SPAD值已得到廣泛應用，但在大豆氮素營養(yǎng)診斷方面的應用還較少。

大豆作為需氮較多的作物之一，因其具備根瘤菌固氮的功能，氮素來源復雜，故國內(nèi)外對大豆氮素營養(yǎng)的研究倍加重視。由于大豆根瘤固氮量僅占總氮吸收量的50%～60%[13]，因此僅靠根瘤固氮遠遠不能滿足大豆對氮素的需要，必須額外添加足夠的氮肥[14-15]。在我國南方，大豆作為主要的先鋒培肥作物且較多地種植在較為貧瘠的荒坡地，施肥少甚至不施肥，嚴重影響了大豆產(chǎn)量的提高。科學引導農(nóng)民施肥是提高大豆產(chǎn)量的重要途徑，而氮高效利用大豆資源的篩選及耐低氮大豆品種的選育也是促進南方大豆產(chǎn)量提升的有效途徑。目前，大豆耐低氮種質(zhì)篩選主要采用半量氮素Hoagland’s溶液配方，但篩選體系還不是很完善。通過室內(nèi)水培方法，利用葉綠素儀測定大豆不同部位葉片的SPAD值，以期建立一套大豆苗期耐低氮種質(zhì)的快速高效篩選體系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆品種：天隆一號，國審品種，中國農(nóng)科院油料作物研究所育成。

改良的Hoagland’s溶液配方：四水硝酸鈣945 mg/L，硝酸鉀506 mg/L，硝酸銨80 mg/L，磷酸二氫鉀136 mg/L，七水硫酸鎂493 mg/L，鐵鹽溶液（七水硫酸亞鐵13.9 mg/L，乙二胺四乙酸二鈉18.65 mg/L），微量元素（碘化鉀 4.15 μg/L，硼酸 31 μg/L，硫酸錳11.5 μg/L，硫酸鋅43 μg/L，鉬酸鈉1.25 μg/L，氯化鈷 0.125 μg/L，硫酸銅 0.125 μg/L），并調(diào)整溶液pH值為6.0。不同N濃度溶液則通過等比例調(diào)整四水硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸銨的用量進行配置，為保證所有溶液中大量元素含量一致，因減少使用四水硝酸鈣及硝酸鉀，其鈣和鉀分別用二水氯化鈣和硫酸鉀進行補齊。

1.2 試驗方法

試驗采取室內(nèi)水培方法，通過改良的Hoagland’s溶液配方，分別配制氮濃度為0、10、50、100、150 mg/L 的培養(yǎng)液。

大豆種子催芽5 d左右，苗長5～8 cm時轉(zhuǎn)入塑料培養(yǎng)盆（長 35 cm、寬21 cm、高10 cm），內(nèi)置培養(yǎng)液5 000 mL，在盆上架置打孔硬紙盒（6×10=60孔），每孔置大豆苗1株，放置時保證大豆苗無損傷，放置深度以大豆苗根部接觸到培養(yǎng)液為準。采用智能控光培養(yǎng)架進行培養(yǎng)，保持室內(nèi)溫度在25℃左右，濕度70%，光照15 600 lx，光照時間為6:00～22:00。每5 d更換一次培養(yǎng)液，每次換液后第3天上午8:00至11:00用SPAD-502型葉綠素儀測定各節(jié)位全展葉的SPAD值，一共測定5次，分別在培養(yǎng)液培養(yǎng) 13、18、23、28、33 d 進行，每次各處理測10株，取平均值作為每次各處理SPAD最終值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用Excel 2003以及SPSS 10.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素濃度下大豆不同節(jié)位葉片SPAD值的動態(tài)變化

從表1中看出，大豆培養(yǎng)13 d時，不同氮濃度處理大豆植株真葉和第一復葉完全展開，大豆相同節(jié)位葉片SPAD值在不同氮素處理間無顯著差異；從第18天開始，各處理第二片復葉完全展開，不同培養(yǎng)時期同一節(jié)位葉片SPAD值高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）顯著高于低氮處理（10 mg/L），且培養(yǎng)時間越長，不同氮濃度處理間同一節(jié)位葉片SPAD值差異越大。表1結(jié)果還表明，低氮處理（10 mg/L）下同一節(jié)位葉片SPAD值隨培養(yǎng)時間的延長呈逐漸下降的趨勢，培養(yǎng)18 d時真葉和第一復葉SPAD值出現(xiàn)小幅下降，培養(yǎng)23 d時真葉SPAD值下降幅度增大，在培養(yǎng)28 d時真葉、第一復葉和第二復葉SPAD值均出現(xiàn)較大幅度下降，這可能是由于在氮素供應不足的情況下，庫源關(guān)系倒置，老葉中的部分氮素轉(zhuǎn)移至新葉中，導致老葉提前衰老黃化；在高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）下，大豆真葉和第一復葉SPAD值在培養(yǎng)23 d時仍略高于培養(yǎng)13 d時SPAD值，培養(yǎng)到28 d時SPAD值才開出現(xiàn)小幅下降，而第二復葉SPAD值在培養(yǎng)到33 d時仍與培養(yǎng)18 d時的SPAD值持平甚至更高，可見在氮素供應相對充足時，各節(jié)位葉片SPAD值延遲下降且降幅變小。

表1 大豆不同節(jié)位葉片的SPAD值

從變異系數(shù)（表1）可以看出，不同氮濃度處理真葉SPAD值的變異系數(shù)以培養(yǎng)28 d時最大，第一復葉和第二復葉SPAD值的變異系數(shù)則隨培養(yǎng)時間的增加而逐漸變大，且第一復葉變異系數(shù)的變幅小于真葉和第二復葉。同時還可發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)23 d時，真葉、第一復葉、第二復葉SPAD值的變異系數(shù)均出現(xiàn)較大幅度的增加，因此可認為，在試驗條件下，培養(yǎng)23 d為大豆真葉、第一復葉和第二復葉全展葉片SPAD值變異系數(shù)的時間拐點。

綜合分析以上結(jié)果，認為在培養(yǎng)23至28 d時，測定真葉、第一復葉和第二復葉的SPAD值，可用于區(qū)分大豆對不同濃度氮素的響應，但比較而言，選用真葉和第二復葉的SPAD值作為大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定指標更加適宜。

2.2 不同氮素濃度下大豆不同部位葉片SPAD值的動態(tài)變化

不同氮素水平下大豆生長速度不同，出葉速度也不同。頂部葉片SPAD值更能有效及時地反映大豆氮素養(yǎng)分的豐缺狀況，測定大豆頂部全展葉（頂一葉與頂二葉）SPAD值（表2）的結(jié)果表明，在培養(yǎng)13 d時，大豆頂一葉和頂二葉SPAD值在不同氮素處理下差異不顯著，培養(yǎng)18 d后，高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）下大豆頂一葉和頂二葉SPAD值顯著高于低氮處理（10 mg/L）。

隨培養(yǎng)時間的延長，不同氮素水平下大豆頂一葉SPAD值呈下降趨勢，高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）頂一葉SPAD值隨培養(yǎng)時間的延長下降幅度較小，低氮處理（10 mg/L）或無氮處理（0 mg/L）頂一葉SPAD值隨培養(yǎng)時間的延長迅速下降后在20左右趨于平穩(wěn)；頂二葉SPAD值在低氮水平下表現(xiàn)出與頂一葉相同趨勢，隨培養(yǎng)時間的延長逐漸下降，但下降速度小于頂一葉，而在中高氮水平下頂二葉SPAD值表現(xiàn)隨培養(yǎng)時間的延長先增后逐漸下降。從表2中還可看出，除培養(yǎng)13 d時頂二葉SPAD值低于同期頂一葉外，頂二葉SPAD值普遍高于同期頂一葉SPAD值，究其原因可能是由于在培養(yǎng)13 d時，頂二葉為真葉，大豆在養(yǎng)分不足的情況下首先是真葉中養(yǎng)分向新生復葉中轉(zhuǎn)移，而在培養(yǎng)18 d后，頂一葉及頂二葉全為復葉，頂一葉為新生全展葉，頂二葉為成熟葉，因此頂二葉SPAD值高于頂一葉。

表2 大豆不同部位葉片的SPAD值

從表2中變異系數(shù)可以看出，頂一葉以培養(yǎng)23 d時SPAD值變異系數(shù)最大，而頂二葉及頂葉平均SPAD值變異系數(shù)則隨培養(yǎng)時間的延長變異系數(shù)逐漸增大，但仍以培養(yǎng)23 d時SPAD值變異系數(shù)相對較大。因此認為，在試驗條件下，培養(yǎng)23 d左右測定的大豆頂一葉、頂二葉及頂葉平均SPAD值，可作為大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定指標。

2.3 大豆葉片SPAD值與培養(yǎng)液氮素濃度的回歸分析

表1及表2的分析結(jié)果表明，水培23 d后即可從大豆全展葉片SPAD值上較好區(qū)分不同氮素濃度下大豆的耐低氮性能，對培養(yǎng)23 d大豆葉片SPAD值與氮素濃度進行回歸分析（表3），R2值表明方程的擬合度較好。計算各方程的拐點（表3）可知，除第一復葉的拐點為14.78 mg/L外，其余擬合方程的拐點皆在3 mg/L左右。第一復葉可能受到真葉氮素營養(yǎng)轉(zhuǎn)移的緩沖，對培養(yǎng)液氮素的反應相對較不敏感，從SPAD值變異系數(shù)也可以看出，隨培養(yǎng)時間的延長，第一復葉SPAD值變異系數(shù)變幅較其他測定葉片小。因此，在試驗條件下，大豆在氮素濃度約3 mg/L的培養(yǎng)液中培養(yǎng)23 d左右，用葉綠素儀測定其真葉、第二復葉、頂一葉、頂二葉及頂葉平均SPAD值皆可較好反映大豆葉片氮素豐缺狀況，可用于作大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定。

表3 大豆葉片SPAD值與氮素濃度水平的回歸方程

3 小結(jié)

研究通過苗期水培方法測定大豆全展葉片SPAD值對培養(yǎng)液不同氮素濃度的響應來確定大豆氮素營養(yǎng)的豐缺，結(jié)果表明，大豆全展葉在培養(yǎng)時間較短時（13 d），不同氮素濃度下大豆葉片SPAD值差異較小，這主要是由于前期大豆根系吸收養(yǎng)分的能力相對較弱，植株生長量小，氮素需要量少，大豆葉片的氮素營養(yǎng)主要來源于大豆種子子葉的供應，對外界氮素濃度的反應不敏感；隨著培養(yǎng)時間的延長，大豆葉片SPAD值在高氮處理與低氮處理間差異顯著，表明不同外界氮素濃度已經(jīng)明顯影響到大豆葉片的氮素營養(yǎng)水平。大豆葉片SPAD值比大豆干物質(zhì)積累量對氮素的反應更敏感，在時間上比干物質(zhì)積累量對營養(yǎng)液氮素濃度的反應（另文發(fā)表）快5 d左右，但兩者通過建立模型后得到的較佳篩選濃度基本一致。

研究結(jié)果表明，在氮素濃度約為3 mg/L水培23 d左右測定真葉、第一復葉、第二復葉、頂一葉、頂二葉SPAD值，或采用頂一葉與頂二葉SPAD值的平均值均能較好反映大豆葉片氮素營養(yǎng)的豐缺狀況，但綜合分析認為，以真葉、第二復葉、頂一葉和頂二葉的SPAD值對大豆苗期耐低氮種質(zhì)進行篩選鑒定相對較好。由于試驗僅采用天隆一號一個大豆品種，且設置的氮素水平偏少，因此耐低氮大豆種質(zhì)篩選濃度的確定存在一定的偏差，建議在大豆苗期耐低氮種質(zhì)篩選時，可在試驗結(jié)果的基礎上適當提高培養(yǎng)液的氮素濃度。在該試驗條件下，推薦采用10 mg/L的氮素培養(yǎng)液培養(yǎng)23 d左右，再測定其真葉、第二復葉、頂一葉和頂二葉的SPAD值可用于大豆苗期耐低氮種質(zhì)篩選鑒定。

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