李嘉煒，陳 瀟，常靜靜，宋 釗，何裕志，張白鴿

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，廣東省蔬菜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

0 引言

穴盤育苗以低成本、壯根好、省工省力等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代蔬菜育苗上有著廣泛的應(yīng)用[1]，但在大規(guī)模應(yīng)用上，由于澆水施肥等難以避免的人為因素影響，穴盤中央與邊緣長(zhǎng)勢(shì)相差大，邊際效應(yīng)明顯[2]。穴盤育苗應(yīng)用最多的基質(zhì)是草炭，但這種基質(zhì)為不可再生資源，過度開采會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境[3-5]。近年來出現(xiàn)了可以完全去掉傳統(tǒng)工廠化育苗中基質(zhì)使用的新育苗技術(shù)—無基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液育苗。該技術(shù)采用營(yíng)養(yǎng)液栽培，使幼苗根系完全生長(zhǎng)在營(yíng)養(yǎng)液中[6]。這種育苗方法克服了傳統(tǒng)穴盤基質(zhì)育苗的弊端，并且苗齊、苗壯、發(fā)育快、易調(diào)控[7]。但由于無基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液育苗完全改變了傳統(tǒng)穴盤育苗的水肥供給方式，幼苗根系直接處于營(yíng)養(yǎng)液中，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液可溶性鹽濃度(EC)的要求有別于傳統(tǒng)育苗，因此，研究EC對(duì)無基質(zhì)南瓜育苗的影響對(duì)無基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液南瓜育苗的應(yīng)用有重要意義。研究證明，植物根系所需的最適營(yíng)養(yǎng)液濃度并不是傳統(tǒng)穴盤育苗研究中的澆灌濃度，而是由根系周圍養(yǎng)分含量決定的[8]。傳統(tǒng)穴盤育苗澆灌營(yíng)養(yǎng)液的方式，植株根際養(yǎng)分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所澆灌的營(yíng)養(yǎng)液濃度[9]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黃瓜栽培的最適澆灌營(yíng)養(yǎng)液濃度為2.5 ms/cm，而土壤的電導(dǎo)率卻高達(dá)5.41 ms/cm。如今營(yíng)養(yǎng)液栽培在蔬菜成苗后的栽培體系已經(jīng)很成熟[10-14]，在南瓜栽培上的應(yīng)用也有較多研究[15-16]。關(guān)于營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)基質(zhì)育苗的研究也有一些[17-19]，但對(duì)于完全由營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行育苗的研究較少，且鮮有關(guān)于南瓜方面的研究。而且，在當(dāng)前數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求下，集約化育苗產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域逐步應(yīng)用了各種各樣的表型獲取技術(shù)[20]，比如葉綠素?zé)晒饩褪抢弥参矬w內(nèi)葉綠素a為天然探針，探測(cè)外界因子對(duì)植物光合作用影響信息的一項(xiàng)高新技術(shù)[21]，它能無損地對(duì)植物的光合作用狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)，植物的各種生理狀況幾乎都能通過葉綠素?zé)晒鈦眢w現(xiàn)[22]。研究證明葉綠素?zé)晒鈱?duì)不同營(yíng)養(yǎng)液濃度下黃瓜的光合特性有較好的相關(guān)性[23]。如果能將葉綠素?zé)晒鈶?yīng)用在育苗領(lǐng)域上，更早更全面的感知和調(diào)控種苗的光合信息，對(duì)自動(dòng)化育苗有很大的意義。但葉綠素相關(guān)參數(shù)的生理意義還不明確，在監(jiān)測(cè)南瓜生長(zhǎng)上的應(yīng)用也鮮有研究。據(jù)此，本實(shí)驗(yàn)以香蜜小南瓜品種南瓜作為材料，采用了5種各養(yǎng)分比例相同但濃度不同的營(yíng)養(yǎng)液配方進(jìn)行培養(yǎng)，通過測(cè)量南瓜幼苗的表型數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析不同EC值對(duì)南瓜幼苗的具體影響，同時(shí)探討葉綠素?zé)晒獾牟煌瑓?shù)對(duì)EC診斷的有效性，為葉綠素?zé)晒庠O(shè)備檢測(cè)到的數(shù)據(jù)賦能，為無基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液育苗技術(shù)指導(dǎo)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)安排

試驗(yàn)于2021年1月—2021年3月在廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所栽培基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行。供試品種為‘香蜜’小南瓜。

對(duì)南瓜種子進(jìn)行催芽使其長(zhǎng)出根后，用定制棉將種子輕微夾住，露出下面的根，然后將該定制棉下半部分塞進(jìn)裝滿純水的50 mL離心管，保證種子根部能接觸到水。放進(jìn)人工氣候箱中培養(yǎng)，氣候箱設(shè)置為12 h光照、32℃、濕度55%，待子葉完全展開并露出第一真葉后，連著定制棉將苗轉(zhuǎn)移進(jìn)裝有相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)液的250 mL塑料瓶中，人工氣候箱設(shè)置為12 h光照、20℃、55%濕度。之后每個(gè)處理選一棵代表性植株，每?jī)商爝M(jìn)行一次拍照觀察生長(zhǎng)速度。培育10天后，進(jìn)行取樣和測(cè)量數(shù)據(jù)

1.2 試驗(yàn)處理

營(yíng)養(yǎng)液配制方法：提前配好A、B營(yíng)養(yǎng)液100倍母液分別儲(chǔ)存與A、B罐子中，每次從A、B罐子中吸取母液配制8倍濃度營(yíng)養(yǎng)液[Ca(NO3)232 mmol/L、KNO340 mmol/L、(NH4)H2PO48 mmol/L、MgSO48 mmol/L、Fe-EDTA 120 μmol/L、H3BO3200 μmol/L、MnSO480 μmol/L、CuSO48 μmol/L、ZnSO440 μmol/L、(NH4)Mo7O240.56 μmol/L]，再用8倍濃度營(yíng)養(yǎng)液分別配置成5種梯度濃度的營(yíng)養(yǎng)液，用磷酸調(diào)整pH為6.3～6.6，200 mL/株，各處理營(yíng)養(yǎng)液的EC分別為2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 ms/cm，每處理4個(gè)重復(fù)，共20個(gè)樣品。

1.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

每7天各處理選取1株具有代表性的植株，采用表型分析儀(MAXI-IMAGING-PAM)進(jìn)行拍照，并利用儀器自帶分析工具進(jìn)行冠層投影面積計(jì)算。

在南瓜幼苗成長(zhǎng)到兩葉一心期，利用直尺測(cè)量株高（莖基部到生長(zhǎng)點(diǎn)），用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗（莖基部），將植株葉、莖、根利用萬分之一天枰分別稱量鮮重，然后放進(jìn)烘箱進(jìn)行殺青風(fēng)干后，分別稱量干重。

1.4 葉面數(shù)據(jù)分析及根系形態(tài)分析

在南瓜幼苗成長(zhǎng)到兩葉一心期，將植株葉片剪下并放入葉面掃描分析儀進(jìn)行掃描分析，并利用軟件自帶分析系統(tǒng)測(cè)出葉面相關(guān)數(shù)據(jù)，具體包括葉面積、葉周長(zhǎng)、葉綠素參考值等

將植株根部剪下并放入根系掃描分析儀進(jìn)行掃描分析，并利用軟件自帶分析系統(tǒng)測(cè)出根系相關(guān)數(shù)據(jù)、具體包括根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)。

1.5 葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)測(cè)定

在南瓜幼苗成長(zhǎng)到兩葉一心期，利用葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定葉綠素?zé)晒?，選擇第二片真葉，測(cè)定前將葉片暗適應(yīng)1 h，測(cè)定時(shí)間為9:00—11:00。利用儀器自帶軟件自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS進(jìn)行方差差異顯著性分析。利用Origin來做快速光曲線擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 EC對(duì)南瓜幼苗生物量的影響

EC值對(duì)南瓜幼苗生物量影響顯著。南瓜幼苗各器官生物量積累隨EC值變化均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，并且都在EC值為5 ms/cm時(shí)達(dá)到最大值，不過EC為5時(shí)其生物量積累與EC為2.5時(shí)無顯著差異。當(dāng)EC為7.5 ms/cm時(shí)，除根干重外，其各器官生物量已經(jīng)開始要低于EC值為2.5 ms/cm時(shí)的生物量。但各器官生物量積累隨EC值影響的大小有所不同，在EC值為12.5 ms/cm時(shí)，南瓜幼苗的葉鮮重和葉干重分別比EC值為5時(shí)減少了50.9%和49.8%，莖鮮重和莖干重分別比EC值為5時(shí)減少了43.4%和39.4%，根鮮重和根干重分別比EC值為5 ms/cm時(shí)減少了28.6%和32.6%，南瓜幼苗葉生物量積累對(duì)EC值變化最敏感，其次為莖生物量積累，而根生物量積累對(duì)EC值變化最不敏感。計(jì)算出各處理干重根冠比，發(fā)現(xiàn)根冠比隨EC濃度的增加而增大，證明高EC對(duì)地上部生物量影響要明顯大于地下部生物量（表1）。

表1 南瓜幼苗在不同濃度營(yíng)養(yǎng)液中的生物量及根冠比

2.2 EC值對(duì)南瓜幼苗基本表型的影響

EC值對(duì)南瓜幼苗株高影響無顯著差異，EC值為5 ms/cm時(shí)株高最高；南瓜幼苗莖粗隨EC值增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，且EC值為12.5 ms/cm時(shí)，與EC值為2.5、5 ms/cm時(shí)有顯著差異，莖粗分別比2.5 ms/cm和5 ms/cm下降了32.8%和30.1%。EC值對(duì)南瓜幼苗的壯苗指數(shù)有顯著差異，壯苗指數(shù)隨EC值增長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在EC值為5 ms/cm時(shí)達(dá)到最大值，在EC值為10 ms/cm以后，壯苗指數(shù)開始比EC值為2.5 ms/cm時(shí)低，EC值為10 ms/cm時(shí)的壯苗指數(shù)分別比EC值為2.5 ms/cm和5 ms/cm時(shí)小39.2%（表2）。

表2 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液基本表型數(shù)據(jù)

EC值對(duì)南瓜幼苗葉面積有顯著影響，相似的，南瓜幼苗葉面積及葉總平均周長(zhǎng)均隨EC值增長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并同樣在EC為5 ms/cm時(shí)總?cè)~面積達(dá)到最大值，EC為7.5 ms/cm時(shí)的總?cè)~面積已經(jīng)顯著小于EC為2.5 ms/cm的總?cè)~面積，小了18.7%。葉綠素參考值除EC為2.5 ms/cm時(shí)顯著比EC為5 ms/cm時(shí)低外，其他均無顯著差異。EC為5 ms/cm時(shí)，除葉綠素參考值外，其各項(xiàng)表型數(shù)據(jù)與EC為2.5 ms/cm時(shí)均無顯著差異（圖1）。

圖1 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的葉片相關(guān)參數(shù)

2.3 EC對(duì)南瓜幼苗根系及營(yíng)養(yǎng)液吸收能力的影響

EC對(duì)南瓜幼苗根系影響差異顯著，各項(xiàng)根系掃描指標(biāo)均隨EC值增長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且都在EC為5 ms/cm時(shí)達(dá)到最大。除EC為5 ms/cm以外，其余3個(gè)高濃度的根系數(shù)據(jù)均與EC為2.5 ms/cm時(shí)無顯著差異。EC為10 ms/cm時(shí)，根表面積、根體積和根尖數(shù)開始與EC值為5 ms/cm時(shí)有顯著差異，分別比EC值為5 ms/cm時(shí)下降了23.5%、38.2%和26.9%，但根長(zhǎng)無顯著差異，只下降了14.7%。說明EC值對(duì)根系表型的影響主要體現(xiàn)在根分生上（圖2）。

圖2 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的根系形態(tài)參數(shù)

2.4 EC對(duì)南瓜幼苗生長(zhǎng)速度的影響

從南瓜幼苗兩片子葉展開后，每隔2天進(jìn)行拍攝，發(fā)現(xiàn)EC對(duì)南瓜幼苗生長(zhǎng)速度有明顯影響，且在EC為5 ms/cm時(shí)生長(zhǎng)速度最快，EC為5 ms/cm和7.5 ms/cm的南瓜幼苗在進(jìn)入兩葉一心期和三葉一心期的時(shí)間分別為第4天和第8天；EC為2.5 ms/cm的南瓜幼苗進(jìn)入兩葉一心期和三葉一心期的時(shí)間分別為第6天第9天；EC為10 ms/cm的南瓜幼苗進(jìn)入兩葉一心期的時(shí)間分別為第7天和第10天；EC為12.5 ms/cm進(jìn)入兩葉一心期的時(shí)間為第8天（圖4）。

圖3 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的根系掃描照片

圖4 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的生長(zhǎng)圖片

2.5 EC對(duì)快速光曲線指標(biāo)的影響

快速光響應(yīng)曲線，即通過葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定不同光照度下葉綠素的電子傳遞速率或相對(duì)電子傳遞速率(rETR)并制成曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)[24-27]。

利用Origin來做快速光曲線擬合。其修正表達(dá)式為

通過對(duì)快速光曲線進(jìn)行擬合，得到以下3個(gè)參數(shù)：快速光曲線初始斜率α，反映了光能利用效率。最小飽和光強(qiáng)IK，單位為μmol/(m2·s)，反映了樣品對(duì)強(qiáng)光的耐受能力。最大電子傳遞效率ETRmax，單位為μmol/(m2·s)。

由圖5可以看出，5個(gè)處理的rETR差異不大，EC為12.5 ms/cm時(shí)的斜率明顯要小于其他處理，說明EC為12.5 ms/cm時(shí)光能利用效率較低。而EC為2.5 ms/cm時(shí)曲線開始下降時(shí)的光強(qiáng)最小，表明此EC值下南瓜幼苗的強(qiáng)光耐受能力要低于其他處理。

圖5 不同濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)南瓜幼苗快速光曲線的影響

對(duì)快速光曲線進(jìn)行擬合，得到最大潛在相對(duì)電子傳導(dǎo)速率(rETRmax)、半飽和光強(qiáng)(IK)、初始斜率(α)反映PSII電子傳導(dǎo)信息的參數(shù)?？梢钥闯霾煌珽C對(duì)南瓜幼苗的rETRmax無顯著影響；而EC為12.5 ms/cm時(shí)的α相較與其他處理有一個(gè)明顯的下降，但差異不顯著；EC為12.5 ms/cm時(shí)的IK較其他處理有明顯的上升，且與EC為2.5 ms/cm時(shí)的IK有顯著差異。Fv/Fm在7.5 ms/cm前無明顯差異，在7.5 ms/cm后開始有明顯下降趨勢(shì)（圖6）。

圖6 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的快速光曲線擬合參數(shù)及最大光合效率

2.6 EC對(duì)熒光參數(shù)的影響

反映的是光下葉片的實(shí)際光能轉(zhuǎn)換效率；Y(NO)為非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)額，是光損傷的重要指標(biāo)；Y(NPQ)為調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)額，是光保護(hù)的重要指標(biāo)。通過顏色標(biāo)尺來判斷對(duì)應(yīng)參數(shù)的數(shù)值大小（小數(shù)值對(duì)應(yīng)低頻率顏色，大數(shù)值對(duì)應(yīng)高頻率顏色，顏色頻率隨數(shù)值增大而增大）。

Y(II)隨著EC值的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在EC為5 ms/cm時(shí)最高，EC為2.5 ms/cm時(shí)數(shù)值與10.0 ms/cm相當(dāng)，EC值為12.5 ms/cm時(shí)Y(II)顯著降低；Y(NO)隨著EC值的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，并在EC為5 ms/cm時(shí)達(dá)到最低，EC為2.5 ms/cm時(shí)數(shù)值與7.5 ms/cm相當(dāng)，EC為12.5 ms/cm時(shí)Y(NO)顯著增大；Y(NPQ)對(duì)EC變化不敏感（圖7）。

圖7 南瓜幼苗不同濃度營(yíng)養(yǎng)液的葉綠素?zé)晒鈪?shù)成像圖

3 討論與結(jié)論

植株干鮮重能直觀反映植株不同器官生物量和生長(zhǎng)發(fā)育狀況。在任瑞珍等[8]的研究中，隨著營(yíng)養(yǎng)液濃度的升高黃瓜幼苗生物積累量呈先升高后下降的趨勢(shì)，并且在EC為3.3 ms/cm時(shí)生物量積累最優(yōu)，根冠比差異不大。在韭菜實(shí)驗(yàn)中也觀察到生物量積累隨EC值升高而呈先升高后下降的現(xiàn)象[28]。本實(shí)驗(yàn)中南瓜幼苗各器官生物量隨EC值升高均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這與前人研究相一致。南瓜幼苗的在EC為5 ms/cm時(shí)生物量最大，比黃瓜的生物量最適EC3.3 ms/cm要大得多，可見南瓜幼苗對(duì)養(yǎng)分的需求要更大。南瓜的根冠比隨EC值的增高而變大，這與黃瓜根冠比變化不一致，對(duì)南瓜幼苗各器官生物量進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，南瓜幼苗地上部與地下部對(duì)EC值敏感度存在明顯差異，在EC較低至EC適合的區(qū)間，EC增大促進(jìn)植株生物量的積累，且對(duì)地下部生物量積累的促進(jìn)作用要大于地上部；而在EC適合至EC過高的區(qū)間，EC增大會(huì)抑制植株生物量的積累，且對(duì)地下部生物量積累的抑制作用要低于地上部，這暗示了在應(yīng)對(duì)高EC脅迫時(shí)南瓜的反應(yīng)與黃瓜存在差異。研究表明，EC值大小對(duì)黃瓜根系生長(zhǎng)有顯著影響，隨著營(yíng)養(yǎng)液濃度的升高，黃瓜幼苗的根體積、根系活力都有先上升后下降發(fā)展趨勢(shì)[8]。本研究中南瓜根系指標(biāo)也有相同的趨勢(shì)。適宜EC的營(yíng)養(yǎng)液可以促進(jìn)南瓜幼苗根長(zhǎng)增長(zhǎng)，根毛數(shù)增多，根體積及根表面積的增大,過高EC抑制根系的生長(zhǎng)，且主要表現(xiàn)在根毛數(shù)量上的抑制，對(duì)根長(zhǎng)的影響較小。在本研究中，南瓜幼苗的生長(zhǎng)速度隨EC值增長(zhǎng)，先升高后下降。有研究證明，高EC值會(huì)降低番茄對(duì)養(yǎng)分的吸收和分配，從而降慢番茄生長(zhǎng)速度[29]。對(duì)本研究中南瓜幼苗營(yíng)養(yǎng)液吸收量進(jìn)行觀察，確實(shí)與其生長(zhǎng)速度具有一樣的趨勢(shì)，說明本實(shí)驗(yàn)中南瓜幼苗隨EC值的變化也與番茄類似，EC值通過影響南瓜養(yǎng)分的吸收分配，從而影響生長(zhǎng)速度的快慢。不過即使是在EC為12.5 ms/cm這種超量的EC環(huán)境下，南瓜幼苗除了生長(zhǎng)速度明顯慢于其他處理，葉面積明顯小于其他處理外，沒有表現(xiàn)出其他與大田栽培相似的因養(yǎng)分過量而造成的滲透脅迫造成葉片萎蔫的癥狀[30]。這可能與無基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液栽培時(shí)幼苗根部完全浸沒于營(yíng)養(yǎng)液中有關(guān)。

熒光圖像和熒光參數(shù)是目前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)設(shè)備可以高通量獲取的，但是目前對(duì)數(shù)據(jù)的解讀需要室內(nèi)的研究和反演[31]。本研究證明個(gè)別葉綠素?zé)晒鈪?shù)確實(shí)能直觀反映EC值對(duì)植物的影響，F(xiàn)v/Fm、Y(II)、Y(NO)以及快速光曲線隨EC值的變化與南瓜幼苗的生物量參數(shù)及表型參數(shù)變化趨勢(shì)一致（包括正向及反向），倪紀(jì)恒等[32]研究表明，輕微過量的養(yǎng)分供應(yīng)能提高黃瓜單葉凈光合效率，而從本研究發(fā)現(xiàn)，EC為7.5 ms/cm確實(shí)比最適EC5.5 ms/cm有更強(qiáng)的南瓜幼苗光能利用效率，而且即使到EC為10 ms/cm這種已經(jīng)有點(diǎn)超量的養(yǎng)分，其光合能力才有略微下降，一直到EC為12.5 ms/cm這種超量的養(yǎng)分，其光合能力才開始有明顯的下滑。周廬萍等認(rèn)為高營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率在高光照強(qiáng)度下有利于菊花種苗水分和養(yǎng)分的吸收，但光強(qiáng)強(qiáng)度降低時(shí)促進(jìn)作用就會(huì)變得不明顯[33]。而本實(shí)驗(yàn)中，在EC小于12.5 ms/cm，隨著EC值的增加，南瓜幼苗半飽和光強(qiáng)呈上升趨勢(shì)，推斷在高光強(qiáng)環(huán)境下，高EC值營(yíng)養(yǎng)液下的南瓜幼苗有可能比低EC值下的南瓜幼苗更有優(yōu)勢(shì)，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究探明了營(yíng)養(yǎng)液EC值對(duì)南瓜幼苗表型的影響，南瓜幼苗的生長(zhǎng)狀況隨著EC值的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在EC值為5 ms/cm時(shí)生長(zhǎng)最優(yōu)，同時(shí)本研究證明葉綠素?zé)晒鈪?shù)能直觀、快速地反映EC值對(duì)植物的影響。