閆小紅，曾建軍，陳章勤，張春麗

（井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西，吉安 343009）

水培是當今蔬菜種植的主要模式之一，可以使蔬菜有效地擺脫對土壤的依賴以及自然環(huán)境條件的制約，避免土傳病害、連作障礙及土壤污染等因素的危害和限制[1-2]。同時，水培蔬菜還具有凈化水質(zhì)的作用[3-5]，從而為改善水體富營養(yǎng)化提出了新的思路，實現(xiàn)生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)雙贏。通過選育優(yōu)良品種，優(yōu)化培養(yǎng)條件，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)壯苗是現(xiàn)代蔬菜高質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)。水培過程中，水溶液作為土壤的替代物，因而水溶液的相關(guān)性狀將直接對蔬菜的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。學(xué)者大量研究表明，不同營養(yǎng)液營養(yǎng)組分[2,6-8]、溫度[9]、pH 值[10]、激素[11-12]、氧含量[13]等均對蔬菜的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。因而，篩選營養(yǎng)液配方，優(yōu)化水培條件對蔬菜的水培生產(chǎn)具有重要意義。

黃瓜（Cucumis sativus）是我國重要的瓜果類蔬菜之一，具有重要的營養(yǎng)價值及防衰老等功能性價值。由于土壤栽培中連作障礙及土壤污染等因素的限制[14]，水培成為黃瓜目前大力推廣的栽培模式之一，而營養(yǎng)液條件是黃瓜水培的重要基礎(chǔ)。因此，篩選合適營養(yǎng)液配方，優(yōu)化培養(yǎng)條件對黃瓜水培生產(chǎn)實踐具有重要意義。研究表明，不同營養(yǎng)液濃度[15-16]、營養(yǎng)液不同 pH[17]、氧氣含量[18]、植物生長物質(zhì)種類與濃度[19]及根際溫度[20]等對黃瓜的生長發(fā)育、光合特性和產(chǎn)量品質(zhì)等產(chǎn)生影響?？梢姡壳暗难芯扛嗟丶性跔I養(yǎng)液單因素條件優(yōu)化方面，而缺乏多因素條件的整體系統(tǒng)優(yōu)化。同時，市面上水培植物營養(yǎng)液種類眾多，到底哪種或那些適合黃瓜的水培還有待進一步篩選。為此，本研究擬以黃瓜為研究對象，通過室內(nèi)生物測定的方法，比較目前常用的幾種不同配方營養(yǎng)液條件下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長特性，篩選適宜黃瓜水培的營養(yǎng)液，從而為黃瓜的水培種植生產(chǎn)提供重要理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)性作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料與營養(yǎng)液

以黃瓜品種亞美 16號（北京愛德萬斯種子有限公司）為受試材料，該品種為廣適長條型品種，具有植株生長勢強，抗病性強，產(chǎn)量高等特性。

選擇目前最為常用的4種水培營養(yǎng)液，按配方進行配制，營養(yǎng)液配方如下，配方1：每升溶液中，硝酸鈣950 mg、硝酸鉀810 mg、硫酸鎂500 mg、磷酸二氫銨155 mg、EDTA鐵鈉鹽20 mg、硼酸3 mg、硫酸錳2 mg、硫酸鋅0.22 mg、硫酸銅0.05 mg、鉬酸鈉0.02 mg；配方2：每升溶液中，硝酸鈣1216 mg、硝酸銨42.1 mg、磷酸二氫鉀208 mg、硫酸鉀393 mg、硝酸鉀395 mg、硫酸鎂466 mg；配方3：每升溶液中，硝酸鈣900 mg、硝酸鉀810 mg、硫酸鎂500 mg、過磷酸鈣840 mg；配方4：每升溶液中，硝酸鈣945 mg、硫酸鉀607 mg、磷酸二氫銨115 mg、硫酸鎂493 mg。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同配方營養(yǎng)液中黃瓜種子萌發(fā)特性測定

選取若干籽粒飽滿的黃瓜種子，置于去離子水中浸泡5 h，然后將30粒置于直徑9 cm培養(yǎng)皿中（鋪有一張濾紙），加入8 mL相應(yīng)的不同配方營養(yǎng)液，將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為(25 ± 1) ℃的溫度，L/D=12 h : 12 h，70%的濕度。之后，每天統(tǒng)計萌發(fā)種子數(shù)，以胚根突破種皮1 mm作為發(fā)芽標準，連續(xù)7 d。每處理設(shè)5次重復(fù)，每皿為1個重復(fù)。同時設(shè)去離子水空白對照。計算萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)等指標。計算公式如下：

萌發(fā)率（GR）=n/N × 100%；

發(fā)芽勢（GP）=規(guī)定時間（3 d）內(nèi)發(fā)芽數(shù)/N ×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)（GI）× FW。

其中 n為最終發(fā)芽數(shù)；N處理的種子數(shù)；Gt為處理第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；FW為10株幼苗鮮重。

1.2.2 不同配方營養(yǎng)液中黃瓜幼苗生長特性測定

選取已萌發(fā)的黃瓜種子10粒置于容積50 mL的玻璃燒杯中，燒杯底部鋪有1層玻璃珠（直徑5 mm）和1張濾紙，用移液器加入8 mL相應(yīng)營養(yǎng)液（對照直接加入相同量的去離子水），然后將燒杯置于溫度為(25 ± 1) ℃，L/D=12 h : 12 h，濕度為70%的人工氣候箱中進行培養(yǎng)，7 d后用直尺測量各植株的根長和苗高，同時測定 10株的鮮質(zhì)量。每處理設(shè)5次重復(fù)，每燒杯為1個重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用excel和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計處理，采用Duncan檢驗法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜種子萌發(fā)特性的影響

圖1和表1顯示了不同配方營養(yǎng)液對黃瓜種子萌發(fā)特性的影響?？梢姡煌瑺I養(yǎng)液中黃瓜種子的萌發(fā)特性雖然存在一定的差異，但差異并不顯著。各營養(yǎng)液及對照中，黃瓜種子最終萌發(fā)率均大于94%，發(fā)芽勢均大于90%，且各處理間沒有顯著差異（P＞ 0.05）。對照、配方1和2溶液中黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)相對較高，之間沒有顯著差異（P＞0.05），但對照中的發(fā)芽指數(shù)顯著高于配方3和4溶液（P＜ 0.05），分別是后兩個處理的1.14倍和1.13倍。對照和配方2營養(yǎng)液中黃瓜種子的活力指數(shù)顯著高于配方1、3和4（P＜ 0.05），且配方3的活力指數(shù)最小，僅為對照的78.74%。

圖1 不同營養(yǎng)液中黃瓜種子的萌發(fā)進程Fig.1 The seed germination process of cucumber in different nutrient solutions

表1 不同營養(yǎng)液對黃瓜種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響Table 1 Effects of different nutrient solutions on the germination rate, germination potential, germination index and vigor index of cucumber

2.2 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜幼苗生長的影響

2.2.1 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜幼苗根長和苗高的影響

圖2顯示了不同營養(yǎng)液對黃瓜幼苗根長和苗高的影響。對照處理中黃瓜幼苗的根長最大，為(7.38± 0.33 cm)，其后依次為配方2、1、3和4，且對照與配方2營養(yǎng)液處理間沒有顯著差異(P＞ 0.05)，對照處理顯著高于配方3和4營養(yǎng)液處理(P＜ 0.05)，配方4營養(yǎng)液中黃瓜幼苗的根長最小(5.02 ± 0.21) cm，為對照的68.02%。配方1和3營養(yǎng)液中黃瓜幼苗的苗高相對較大，分別為(13.37 ± 0.26) cm和(13.42 ±0.22) cm，兩處理間沒有顯著差異（P＞ 0.05），但顯著高于對照、配方2和4（P＜ 0.05），且對照中的苗高最小，僅為配方1和3處理下苗高的85%左右。

圖2 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜幼苗根長和苗高的影響Fig.2 Effects of different nutrient solutions on the seedling root length and seeding height of cucumber

2.2.2 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜幼苗鮮重的影響

圖3顯示了不同營養(yǎng)液配方對黃瓜幼苗鮮重的影響?？梢?，配方3溶液中黃瓜幼苗的單株鮮重最高（448.23 ± 5.66 mg），其后依次為配方1、4、2和對照，且配方3處理顯著高于其它處理（P＜ 0.05），其單株鮮重是對照的1.31倍。

圖3 不同配方營養(yǎng)液對黃瓜幼苗鮮重的影響Fig.3 Effects of different nutrient solutions on the seedling fresh weight of cucumber

3 討論

植物種子萌發(fā)是植物發(fā)育過程中的關(guān)鍵階段，其直接決定著植株的存活及后期的生長發(fā)育狀況[21]。環(huán)境條件是影響植物種子萌發(fā)的重要因素。大多數(shù)植物種子的萌發(fā)不需要光照，而一些植物種子的萌發(fā)光照條件將對其產(chǎn)生重要影響。比如光照對紫莖澤蘭（Eupatorium adenophorum）、醴腸（Eclipta prostrata）及大狼把草（Bidens frondosa）等部分菊科植物瘦果萌發(fā)產(chǎn)生促進作用，而黑暗不利于其萌發(fā)[22-24]。溫度對植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生重要影響，不同植物顯示了不同的適宜溫度，昆侖雪菊（Kunlun chrysanthemum）[25]等較多植物種子萌發(fā)的適宜溫度常為25 ℃左右，白莧（Amaranthus albus）[26]和木棉（Bombax malabaricum）[27]等少量植物種子萌發(fā)的適宜溫度為30 ℃左右，而關(guān)蒼術(shù)（Atractylodes japonica）[28]等的適宜溫度為15 ℃左右，溫度過高和過低都將對植物種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用。不同鹽離子種類和同種鹽離子的不同濃度均對植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生顯著影響[29-30]。不同營養(yǎng)液中可以提供不同類型、不同含量的鹽離子，因此營養(yǎng)液的差異也對植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生一定的影響。本研究結(jié)果表明，不同營養(yǎng)液中黃瓜種子的萌發(fā)特性雖然存在一定的差異。最終萌發(fā)率均大于94%，發(fā)芽勢均大于90%，各處理間沒有顯著差異（P＞ 0.05）。對照、配方1和配方2溶液中黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)相對較高，且對照中的發(fā)芽指數(shù)顯著高于配方3和配方4溶液（P＜ 0.05）。對照和配方2營養(yǎng)液中黃瓜種子的活力指數(shù)顯著高于配方1、3和4（P＜ 0.05）?？梢?，雖然不同營養(yǎng)液中黃瓜的最終種子萌發(fā)率沒有顯著差異，但部分營養(yǎng)液間的萌發(fā)進程存在顯著差異，配方2和配方1相對較適合于黃瓜種子的萌發(fā)。

幼苗生長是植物生長發(fā)育的另一重要階段，而幼苗也是植物生活史中最脆弱的階段，對極端環(huán)境的耐受性相對較弱[31]。本研究表明，對照處理中黃瓜幼苗的根長最大，其后依次為配方 2、配方 1、配方3和配方4，且對照與配方2營養(yǎng)液以及配方2和配方 1營養(yǎng)液處理間沒有顯著差異（P＞0.05）。配方1和配方3營養(yǎng)液中黃瓜幼苗的苗高顯著高于對照、配方2和配方4（P＜ 0.05）。配方3溶液中黃瓜幼苗的單株鮮重最高（448.23 ± 5.66）mg，其后依次為配方1、配方4、配方2和對照，且配方3處理顯著高于其它處理（P＜ 0.05）。這一結(jié)果一方面顯示了不同營養(yǎng)液配方中黃瓜幼苗生長的差異性，另一方面也表明配方1和配方3溶液較適合于黃瓜幼苗的生長。這種差異性在其它研究中也得到驗證。張曉勇等[6]研究表明，在塊莖膨大期，低離子濃度營養(yǎng)液（C≤2124.26 mg·L-1）有利于其塊莖的形成，但不利于匍匐莖的形成，同時降低了植株的葉面積、根系活力及光合作用效率，而高離子濃度營養(yǎng)液（4248.51 mg·L-1）雖然可以促進植株地上部分生長和葉綠素合成，但不利于塊莖形成，只有中等離子濃度營養(yǎng)液（3186.38 ）mg·L-1最適于其植株的生長發(fā)育。蔡東升等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與清水對照相比，施加不同量的營養(yǎng)液對番茄單株產(chǎn)量均有增加作用，但并不是隨著施用量的增加而一直提高，中等供液量（58.5 L/株）時產(chǎn)量最高。

可見，配方2溶液最適合于黃瓜種子的萌發(fā)，其次為配方1溶液；而配方3溶液最適合于其幼苗生長，其次為配方1溶液。因此，一方面可根據(jù)不同階段選擇不同的營養(yǎng)液，萌發(fā)期選擇配方2溶液，幼苗期選擇配方3溶液，也可以選擇萌發(fā)期和幼苗期均適合的配方1溶液。這將為黃瓜的水培提供重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。而關(guān)于水培過程中，溫度、光照及供氧量等對黃瓜植株生長、產(chǎn)量及果實品質(zhì)的影響還有待于進一步研究和探討。