傅凱文，謝 燕，朱 俊

（1．湖北省武昌水果湖第一小學(xué)，湖北武漢 430071； 2．中國科學(xué)院武漢植物園，湖北武漢 430074）

分蔥葉綠素?zé)晒鈱I養(yǎng)元素缺乏應(yīng)答機制研究

傅凱文1，謝 燕2，朱 俊1

（1．湖北省武昌水果湖第一小學(xué)，湖北武漢 430071； 2．中國科學(xué)院武漢植物園，湖北武漢 430074）

分蔥（Allium ascalonicum）是蔥科（Alliaceae）多年生草本植物，營養(yǎng)元素是影響分蔥生長的重要因素。在溫室條件下，利用分蔥為試驗材料，設(shè)置對照、半量營養(yǎng)和全量營養(yǎng)處理，研究氮、磷、鉀對分蔥根系以及葉片葉綠素?zé)晒獾挠绊?。結(jié)果表明，在一定濃度范圍內(nèi)，分蔥株高和生物量隨著營養(yǎng)液濃度的增加而增大。不同濃度營養(yǎng)液對分蔥光合作用也有一定的影響，主要表現(xiàn)在光合性能指數(shù)（PIABS，PItotal）、PSⅡ的最大光化學(xué)效率（φPo）、比活性參數(shù)（ABS／CSO、TRO／RC、ETO／RC）以及電子能量傳遞鏈參數(shù)（φE、ψEo、δRo）均隨著營養(yǎng)液濃度的增加而增大。氮、磷、鉀缺素培養(yǎng)結(jié)果表明，缺氮對分蔥根系生長影響最大，其次為磷元素和鉀元素。因此，但從高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的角度出發(fā)，全營養(yǎng)液為最佳施肥量。

分蔥；營養(yǎng)元素；生長；光合作用

分蔥是百合科（Liliaceae）蔥屬蔥種中的一個變種，多年生草本植物。含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素C和磷，具有特殊的辛香味，是一種普遍使用的調(diào)味品，也是一種良好的中藥，具有增進(jìn)食欲、防治心血管病、健胃健腦發(fā)汗等功效（徐東旭et al．，2001）。分蔥分蘗性強，條件適宜時，一年四季均可栽培，生產(chǎn)效益可觀。國內(nèi)以江蘇、浙江、江西、上海等地分布較多。

近年來，分蔥種植面積迅速擴大，但由于施肥不當(dāng)導(dǎo)致成本增加、單產(chǎn)不高。分蔥正常生長發(fā)育需要16種營養(yǎng)元素，如果土壤中元素的含量不足以滿足分蔥生長的需要，就必須人工補充，即施肥。且施肥的時候，營養(yǎng)元素的比例搭配對分蔥的生長及品質(zhì)至關(guān)重要。因此，合理施肥是分蔥高產(chǎn)、高品質(zhì)生產(chǎn)的關(guān)鍵。研究表明，施氮肥有利用紅蔥產(chǎn)量的提高，施用適量的鉀肥和磷肥有利用紅蔥產(chǎn)量和品質(zhì)的提高（鄭曉宇，2010）。光合作用為植物的生長發(fā)育直接或間接地提供有機物（潘瑞熾，2008），依賴于營養(yǎng)元素的有效性。但是，營養(yǎng)元素對分蔥生長以及與植株生長密切相關(guān)的光合特性的影響是不清楚的。

本研究采用土培的方法研究了不同濃度Hoagland營養(yǎng)液對分蔥生長及光合作用的影響，以期篩選出適合分蔥生長的最佳營養(yǎng)液濃度；同時采用組培試驗，研究氮、磷、鉀對分蔥根系的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年10月2日～10月24日進(jìn)行，分蔥幼苗和種子分別購自武漢市大東門蔬菜市場。為研究營養(yǎng)元素對分蔥植株生長和光合特性的影響，選擇大小一致分蔥幼苗，地上和地下部剪齊，地上株高留12 cm，根系長度留4 cm。幼苗種植在直徑為20 cm裝滿沙子的塑料盆內(nèi)，每盆種植3株幼苗，放置在溫室內(nèi)，每天澆灌1次自來水或者Hoagland營養(yǎng)液。

為研究氮磷鉀元素對分蔥根系生長的影響，①用5%的次氯酸鈉處理小蔥種子5 m in，用無菌水洗滌3～4次；②將經(jīng)過消毒的種子種在MS培養(yǎng)基上，放置于23℃條件下萌發(fā)；③用鑷子挑取3 d苗齡的小苗至MS、MS（-N）、MS（-P）和MS（-K）的培養(yǎng)基上，于23℃條件下垂直培養(yǎng)。

1.2 處理方法

1.2.1 營養(yǎng)元素對分蔥生長和光合特性的影響

通過盆栽實驗，設(shè)置無營養(yǎng)元素（對照）、半量營養(yǎng)元素和全量營養(yǎng)元素3個處理，每個處理3次重復(fù)，放置在玻璃溫室內(nèi)。所有處理的植株，每2 d澆水或者營養(yǎng)液1次。對照處理的植株，只澆自來水；半量營養(yǎng)元素處理為50 m l水+ 50 m lHoagland營養(yǎng)液；全量營養(yǎng)元素處理為100 m l Hoagland營養(yǎng)液。全量Hoagland營養(yǎng)液配方為：1．18 g／L Ca（NO3）2·4H2O，0．5 g／L KNO3，0．12 g／L NH4H2PO4，0．48 g／L MgSO4·7H2O，5 m l Fe·EDTA（0．5%），1．82 mg／L MnCl2，2．86 mg／L H3BO3，0．22 mg／L ZnSO4，0．08 mg／L CuSO4·2H2O，0．02 mg／L H2MoO4，pH 5．5（Hoagland and Arnon，1950）。所有處理組均在人工智能溫室中進(jìn)行培養(yǎng)，溫度為28±3℃／20± 3℃（晝／夜），光強度為16 000±2 000 lx，光照時間為14 h／d。

1.2.2 氮磷鉀對分蔥根系的影響

試驗設(shè)置對照（MS培養(yǎng)基），缺氮處理（MS基本培養(yǎng)基中不添加氮），缺磷處理（MS基本培養(yǎng)基中不添加磷）及缺鉀處理（MS基本培養(yǎng)基中不添加鉀）。將萌發(fā)3 d后的分蔥小苗移至上述四種培養(yǎng)基中，置于23℃條件下垂直培養(yǎng)。培養(yǎng)7 d后，觀察分蔥植株生長情況（根長、葉片顏色等）。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 植株生長速度

蔥苗栽植花盆后，每2 d用直尺測定一次株高，計算分蔥植株地上部的生長速度。

1.3.2 分蔥生物量

試驗結(jié)束后，用自來水沖洗干凈，將植株分為地上部、新根系和舊根系，用千分之一天平鮮重，就算生物量。然后，將分蔥的各個部分在105℃殺死，在80℃烘干48 h，稱重，就算干物質(zhì)重。

1.3.3 葉綠素?zé)晒?/p>

葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500進(jìn)行測定。每個處理選取9株進(jìn)行測定。測定前，先將葉片暗適應(yīng)25 m in，然后進(jìn)行葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線的測定（Chen et al．，2013）。將獲得的O-K-J-I-P熒光誘導(dǎo)曲線用于JIP-test分析（Srivastava and Strasser，1996）。JIP-test分析需要用到：20μs時熒光（O相，F(xiàn)o）、300μs時熒光（K相），2 ms時熒光（J相）、30 ms時熒光（I相）和最大熒光（P相，F(xiàn)M）。參照Strivastava等的方法計算相關(guān)參數(shù)，具體含義及計算公式見表1。

表1 JIP-test分析獲得的光合參數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2007處理分析和圖表制作＂各相對性狀指標(biāo)采用SPASS進(jìn)行單因素方差分析，若差異顯著，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)元素對分蔥植株高度的影響

分蔥栽植后，適應(yīng)很快，2 d后，就開始生長。栽植后10 d，株高接近最大值，其后增高不多。第4天，老葉開始枯黃，脫落。第6天新葉開始生長，第12天，每株平均葉片數(shù)達(dá)到8．1個。

從栽植至第8天，分蔥株高增加迅速，第10天接近最大值（圖1）。栽植第6天前，3個處理的分蔥株高差異不明顯。第8，10和12天差別最大，全量營養(yǎng)處理的分蔥明顯高于半量營養(yǎng)和對照處理的分蔥。第12天，對照、半量營養(yǎng)和全量營養(yǎng)處理的分蔥株高分別為29．9 cm、31．6 cm和33．6 cm。

分蔥株高相對生長率如圖2所示。3個處理的株高增長率呈現(xiàn)下降趨勢，但是，第8天的株高增長率明顯高于第6天，可能與前兩天的光照和溫度條件有關(guān)。第12天時，相對于第10天，株高增長率僅為每天3．9 cm，3．4 cm和3．4 cm。其后，株高不再增加。第2天至第8天，3個處理的分蔥株高增長速率差異明顯，其順序為全量營養(yǎng)處理＞半量營養(yǎng)＞對照。

2.2 營養(yǎng)元素對分蔥生物量的影響

試驗結(jié)束后，用自來水將分蔥莖和根系沖洗干凈，葉片、莖和根系分別稱重，結(jié)果如圖 3所示。3個處理的分蔥葉片占的比重最大，占總鮮重的43%～44%（圖3）。莖鮮重占35%～36．3%，根系鮮重占總鮮重的19．0%～20．1%。全量營養(yǎng)處理的分蔥總鮮重、葉鮮重、莖鮮重和根鮮重明顯高于半量營養(yǎng)處理。對照處理的上述鮮重指標(biāo)最低。全量營養(yǎng)、半量營養(yǎng)和對照處理的每盆分蔥總鮮重分別為15．7 g，14．6 g和13．4 g。

相對于初始總鮮重，試驗結(jié)束時，全量營養(yǎng)、半量營養(yǎng)和對照處理的分蔥總鮮重分別增加27．0%，22．0%和9．0%，全量營養(yǎng)處理的分蔥總鮮重相對增長率為對照處理的3．0倍（圖4）。結(jié)果表明，營養(yǎng)元素在分蔥的生長發(fā)育過程中，起著重要作用。

對照、半量營養(yǎng)和全量營養(yǎng)處理間的根系和葉片干重差別不明顯。全量營養(yǎng)處理的分蔥莖干重顯著高于對照和半量營養(yǎng)處理的分蔥 （圖 5）。全量營養(yǎng)處理的分蔥總干重最高，其次為半量營養(yǎng)處理和對照處理。

圖1 營養(yǎng)元素對分蔥植株高度的影響

圖2 營養(yǎng)元素對植株相對生長速度的影響

圖3 營養(yǎng)元素對分蔥鮮重的影響

圖4 營養(yǎng)元素對分蔥植株總鮮重的影響

圖5 營養(yǎng)元素對分蔥干重的影響

2.3 營養(yǎng)元素對葉綠素?zé)晒馇€的影響

快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線（O-J-I-P）能夠提供關(guān)于PSⅡ的光化學(xué)信息，準(zhǔn)確地反映光反應(yīng)中PSⅡ供體側(cè)、受體側(cè)及PSⅡ反應(yīng)中心電子氧化還原狀態(tài)。

由圖6可以看出，隨著營養(yǎng)量的降低，分蔥葉片的快速葉綠素?zé)晒馇€上各點數(shù)值都有不同程度的下降。與不加營養(yǎng)元素的對照相比，全營養(yǎng)液處理下，OJIP熒光強度升高。

2.4 同營養(yǎng)液濃度對分蔥葉片熒光誘導(dǎo)動力學(xué)參數(shù)的影響

基于O-J-I-P曲線，進(jìn)一步進(jìn)行光合系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的電子能量傳遞鏈參數(shù)、光合效能指數(shù)和比活性參數(shù)分析。不同營養(yǎng)液濃度處理下分蔥葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)均發(fā)生明顯的變化。

隨著營養(yǎng)液濃度的升高，反應(yīng)中心吸收的光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額（φEo）、最大光化學(xué)效率（φPo）與葉片捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過 QA的其他電子受體的概率（ψEo）逐漸增大（圖6）。與不加營養(yǎng)元素的對照相比，施加半營養(yǎng)和全營養(yǎng)處理組的φE、φPo和ψEo均顯著增高。而用于熱耗散的量子比率（δRo）在3個處理間無顯著差異。

由圖7可以看出，隨著營養(yǎng)液濃度的升高，單位面積吸收的光能（ABS／CSO）、單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量（TRO／RC）、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量（ETO／RC）逐漸增大。與不加營養(yǎng)元素的對照相比，施加半營養(yǎng)和全營養(yǎng)處理組的ABS／CSO、TRO／RC、ETO／RC均顯著增高。

由圖8可以看出，隨著營養(yǎng)液濃度的升高，以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIABS）和以單位面積為基礎(chǔ)的性能指數(shù)推動力（PItotal）逐漸增大。與不加營養(yǎng)元素的對照相比，施加半營養(yǎng)和全營養(yǎng)處理組的PIABS和PItotal均顯著增高。

圖6 基于O-J-I-P曲線的電子能量傳遞鏈參數(shù)分析

圖7 基于O-J-I-P曲線的比活性參數(shù)

圖8 基于O-J-I-P曲線的光合效能指數(shù)

2.5 氮磷鉀對分蔥根系的影響

如圖9所可以看出，分蔥需要16種必須的營養(yǎng)元素，其中氮磷鉀需求量最大，土壤中容易缺乏，對分蔥有至關(guān)重要的影響。4 d f的氮磷鉀缺失試驗結(jié)果表明，氮磷鉀任何一種元素的缺失，均抑制分蔥莖部和根系的生長。其中氮肥缺失影響最大，其次為磷，鉀缺失的影響相對較小。

圖9 氮磷鉀缺失對分蔥根系的影響

3 討論與結(jié)論

分蔥作為一種經(jīng)濟蔬菜，由于市場需求，要求其具有較長的莖和葉。為了實現(xiàn)分蔥生產(chǎn)以取最低成本達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的，因地制宜地找出最佳的合理施肥量是關(guān)鍵性技術(shù)問題（許勇男et al．，2011）。本研究結(jié)果表明，不同施肥量對分蔥株高及生物量都有一定的影響，其中施用全營養(yǎng)處理組的株高和生物量均為所有處理組中最大，因此，但從高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的角度出發(fā)，全營養(yǎng)液為最佳施肥量。

形成植物產(chǎn)量的干物質(zhì)中，90%～95%的有機物質(zhì)是在光合作用中同化合成的，其余5%～10%的無機成分，是根從土壤中吸收來的，所以光合作用與作物產(chǎn)量的關(guān)系非常密切（張石城，1980）。礦質(zhì)營養(yǎng)元素是植物生命不可缺少的元素，直接影響光合作用的強度。如氮是葉綠素及酶的組成成分，與光化學(xué)反應(yīng)及酶促反應(yīng)都有密切關(guān)系；缺硫時，葉綠體間質(zhì)片層減少而基粒增加，葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)失常，影響光合作用的正常進(jìn)行（洪法水et al．，2000；張石城，1980）。因此，營養(yǎng)元素缺乏導(dǎo)致的光合作用的下降，也能導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降?？焖偃~綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線能夠靈敏的反映光合機構(gòu)的功能（Strasserf and Srivastava，2010）。隨著營養(yǎng)液濃度的降低，熒光信號強度逐漸降低，表明光和機構(gòu)的功能受營養(yǎng)元素的影響。φPo表示PSⅡ的最大光化學(xué)效率，可以反映葉片光抑制情況（梁雪，2009），本研究結(jié)果表明，隨著營養(yǎng)液濃度的降低，分蔥葉片PSⅡ的最大光化學(xué)效率逐漸降低，表明營養(yǎng)元素的減少均發(fā)生光抑制，葉片吸收的光能不能被有效利用，造成大量過剩激發(fā)能。光合性能指數(shù)（PIABS，PItotal）能夠綜合反映PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ有活性反應(yīng)中心的數(shù)目以及PSⅡ受體側(cè)電子傳遞效率，它能更全面和更靈敏的反映PSⅡ的狀態(tài)和活性（Wen et al．，2005）。PIABS，和PItotal的變化也表明了分蔥葉片PSⅡ受營養(yǎng)液濃度的影響?？傮w來看，3個處理組光合作用效率依次為對照組 ＜半營養(yǎng)組 ＜全營養(yǎng)組，這一結(jié)果與前面產(chǎn)量和株高結(jié)果相對應(yīng)。

氮是植物體構(gòu)建的重要基礎(chǔ)條件，對蔬菜品質(zhì)形成產(chǎn)生多方面影響（湯麗玲et al．，2002）。趙鳳艷等研究發(fā)現(xiàn)，在較高肥力水平的大棚土壤上，施氮使油菜、生菜和茼蒿產(chǎn)量分別增加5．4%～25．9%、8．9%～28．9%和8．8%～21．7%（趙鳳艷et al．，2001）。本研究發(fā)現(xiàn)，完全沒有施氮肥的分蔥植株矮小、葉片發(fā)黃，嚴(yán)重影響商品價值，在一定范圍內(nèi)，分蔥經(jīng)濟產(chǎn)量和株高隨著施氮量的增加而增加。

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Chlorophyll Fluorescence of Onion（Allium ascalonicum）in Response to the Deficiency of Nutrient Elements

FU Kai-wen1，XIE Yan2，ZHU Jun1

（1．The First Primary School of Shuiguo Lake，Wuhan，Hubei 430071； 2．Wuhan Botanical Garden Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430074）

To investigate different nutrients’impacts on the growth and photosystem of bunching onion，we set up case-control experiment in greenhouse with different concentration of Hoagland solution and defects of N，P and K to determ ine what kinds of effects impose on bunching onion root grow th．Our results indicate that heights and biomass of bunching onion are positively correlated with the concentration of Hoagland solution in certain range．Moreover，increasing concentration levels of Hoagland solution also positively impacted on photosystem，such as performance index（PI），maximum quantum yield for PSII photochem istry，specific energy fluxes and quantum transportation index．Meanwhile，the defection experiment of N，P，and K shows that N defection impactsmost seriously on root growth，followed by P and K defection．In terms of improving yields，full component Hoagland solution is the best optimal for practice production．

Bunching onion；Nutrients；Grow th；Photo system

S633．101

B

1002-1728（2017）02-0037-06

10．3969／j．issn．1002-1728．2017．02．009

2017-03-24

傅凱文，男，學(xué)生，湖北省武昌水果湖第一小學(xué)，E-mail：3272768792＠qq．com通訊作者：朱俊，男，教師，湖北省武昌水果湖第一小學(xué)，E-mail：2220740086＠qq．com