不同氮素浓度下大豆叶片SPAD值的动态变化研究

李小红，谢运河，阳小凤，王业建，马淑梅

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

氮素是作物生长发育和产量的主要养分之一，对植物的生长、产量和品质有着极为显著的影响。植株全氮含量能够直接反映氮素营养的丰缺，与作物产量呈显著正相关，是一个重要的诊断指标[1]。利用叶绿素仪测定的SPAD值可以间接反映作物叶片的叶绿素含量及含氮量，在水稻[2]、玉米[3]、小麦[4]、油菜[5-6]、棉花[7]、烟草[8]、牧草[9]、黄瓜[10]、马铃薯[11-12]等作物的氮素营养诊断中SPAD值已得到广泛应用，但在大豆氮素营养诊断方面的应用还较少。

大豆作为需氮较多的作物之一，因其具备根瘤菌固氮的功能，氮素来源复杂，故国内外对大豆氮素营养的研究倍加重视。由于大豆根瘤固氮量仅占总氮吸收量的50%～60%[13]，因此仅靠根瘤固氮远远不能满足大豆对氮素的需要，必须额外添加足够的氮肥[14-15]。在我国南方，大豆作为主要的先锋培肥作物且较多地种植在较为贫瘠的荒坡地，施肥少甚至不施肥，严重影响了大豆产量的提高。科学引导农民施肥是提高大豆产量的重要途径，而氮高效利用大豆资源的筛选及耐低氮大豆品种的选育也是促进南方大豆产量提升的有效途径。目前，大豆耐低氮种质筛选主要采用半量氮素Hoagland’s溶液配方，但筛选体系还不是很完善。通过室内水培方法，利用叶绿素仪测定大豆不同部位叶片的SPAD值，以期建立一套大豆苗期耐低氮种质的快速高效筛选体系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大豆品种：天隆一号，国审品种，中国农科院油料作物研究所育成。

改良的Hoagland’s溶液配方：四水硝酸钙945 mg/L，硝酸钾506 mg/L，硝酸铵80 mg/L，磷酸二氢钾136 mg/L，七水硫酸镁493 mg/L，铁盐溶液（七水硫酸亚铁13.9 mg/L，乙二胺四乙酸二钠18.65 mg/L），微量元素（碘化钾 4.15 μg/L，硼酸 31 μg/L，硫酸锰11.5 μg/L，硫酸锌43 μg/L，钼酸钠1.25 μg/L，氯化钴 0.125 μg/L，硫酸铜 0.125 μg/L），并调整溶液pH值为6.0。不同N浓度溶液则通过等比例调整四水硝酸钙、硝酸钾、硝酸铵的用量进行配置，为保证所有溶液中大量元素含量一致，因减少使用四水硝酸钙及硝酸钾，其钙和钾分别用二水氯化钙和硫酸钾进行补齐。

1.2 试验方法

试验采取室内水培方法，通过改良的Hoagland’s溶液配方，分别配制氮浓度为0、10、50、100、150 mg/L 的培养液。

大豆种子催芽5 d左右，苗长5～8 cm时转入塑料培养盆（长 35 cm、宽21 cm、高10 cm），内置培养液5 000 mL，在盆上架置打孔硬纸盒（6×10=60孔），每孔置大豆苗1株，放置时保证大豆苗无损伤，放置深度以大豆苗根部接触到培养液为准。采用智能控光培养架进行培养，保持室内温度在25℃左右，湿度70%，光照15 600 lx，光照时间为6:00～22:00。每5 d更换一次培养液，每次换液后第3天上午8:00至11:00用SPAD-502型叶绿素仪测定各节位全展叶的SPAD值，一共测定5次，分别在培养液培养 13、18、23、28、33 d 进行，每次各处理测10株，取平均值作为每次各处理SPAD最终值。

1.3 数据处理

所得数据用Excel 2003以及SPSS 10.0数据处理系统进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同氮素浓度下大豆不同节位叶片SPAD值的动态变化

从表1中看出，大豆培养13 d时，不同氮浓度处理大豆植株真叶和第一复叶完全展开，大豆相同节位叶片SPAD值在不同氮素处理间无显著差异；从第18天开始，各处理第二片复叶完全展开，不同培养时期同一节位叶片SPAD值高氮处理（150 mg/L、100 mg/L）显著高于低氮处理（10 mg/L），且培养时间越长，不同氮浓度处理间同一节位叶片SPAD值差异越大。表1结果还表明，低氮处理（10 mg/L）下同一节位叶片SPAD值随培养时间的延长呈逐渐下降的趋势，培养18 d时真叶和第一复叶SPAD值出现小幅下降，培养23 d时真叶SPAD值下降幅度增大，在培养28 d时真叶、第一复叶和第二复叶SPAD值均出现较大幅度下降，这可能是由于在氮素供应不足的情况下，库源关系倒置，老叶中的部分氮素转移至新叶中，导致老叶提前衰老黄化；在高氮处理（150 mg/L、100 mg/L）下，大豆真叶和第一复叶SPAD值在培养23 d时仍略高于培养13 d时SPAD值，培养到28 d时SPAD值才开出现小幅下降，而第二复叶SPAD值在培养到33 d时仍与培养18 d时的SPAD值持平甚至更高，可见在氮素供应相对充足时，各节位叶片SPAD值延迟下降且降幅变小。

表1 大豆不同节位叶片的SPAD值

从变异系数（表1）可以看出，不同氮浓度处理真叶SPAD值的变异系数以培养28 d时最大，第一复叶和第二复叶SPAD值的变异系数则随培养时间的增加而逐渐变大，且第一复叶变异系数的变幅小于真叶和第二复叶。同时还可发现，在培养23 d时，真叶、第一复叶、第二复叶SPAD值的变异系数均出现较大幅度的增加，因此可认为，在试验条件下，培养23 d为大豆真叶、第一复叶和第二复叶全展叶片SPAD值变异系数的时间拐点。

综合分析以上结果，认为在培养23至28 d时，测定真叶、第一复叶和第二复叶的SPAD值，可用于区分大豆对不同浓度氮素的响应，但比较而言，选用真叶和第二复叶的SPAD值作为大豆苗期耐低氮种质的筛选鉴定指标更加适宜。

2.2 不同氮素浓度下大豆不同部位叶片SPAD值的动态变化

不同氮素水平下大豆生长速度不同，出叶速度也不同。顶部叶片SPAD值更能有效及时地反映大豆氮素养分的丰缺状况，测定大豆顶部全展叶（顶一叶与顶二叶）SPAD值（表2）的结果表明，在培养13 d时，大豆顶一叶和顶二叶SPAD值在不同氮素处理下差异不显著，培养18 d后，高氮处理（150 mg/L、100 mg/L）下大豆顶一叶和顶二叶SPAD值显著高于低氮处理（10 mg/L）。

随培养时间的延长，不同氮素水平下大豆顶一叶SPAD值呈下降趋势，高氮处理（150 mg/L、100 mg/L）顶一叶SPAD值随培养时间的延长下降幅度较小，低氮处理（10 mg/L）或无氮处理（0 mg/L）顶一叶SPAD值随培养时间的延长迅速下降后在20左右趋于平稳；顶二叶SPAD值在低氮水平下表现出与顶一叶相同趋势，随培养时间的延长逐渐下降，但下降速度小于顶一叶，而在中高氮水平下顶二叶SPAD值表现随培养时间的延长先增后逐渐下降。从表2中还可看出，除培养13 d时顶二叶SPAD值低于同期顶一叶外，顶二叶SPAD值普遍高于同期顶一叶SPAD值，究其原因可能是由于在培养13 d时，顶二叶为真叶，大豆在养分不足的情况下首先是真叶中养分向新生复叶中转移，而在培养18 d后，顶一叶及顶二叶全为复叶，顶一叶为新生全展叶，顶二叶为成熟叶，因此顶二叶SPAD值高于顶一叶。

表2 大豆不同部位叶片的SPAD值

从表2中变异系数可以看出，顶一叶以培养23 d时SPAD值变异系数最大，而顶二叶及顶叶平均SPAD值变异系数则随培养时间的延长变异系数逐渐增大，但仍以培养23 d时SPAD值变异系数相对较大。因此认为，在试验条件下，培养23 d左右测定的大豆顶一叶、顶二叶及顶叶平均SPAD值，可作为大豆苗期耐低氮种质的筛选鉴定指标。

2.3 大豆叶片SPAD值与培养液氮素浓度的回归分析

表1及表2的分析结果表明，水培23 d后即可从大豆全展叶片SPAD值上较好区分不同氮素浓度下大豆的耐低氮性能，对培养23 d大豆叶片SPAD值与氮素浓度进行回归分析（表3），R2值表明方程的拟合度较好。计算各方程的拐点（表3）可知，除第一复叶的拐点为14.78 mg/L外，其余拟合方程的拐点皆在3 mg/L左右。第一复叶可能受到真叶氮素营养转移的缓冲，对培养液氮素的反应相对较不敏感，从SPAD值变异系数也可以看出，随培养时间的延长，第一复叶SPAD值变异系数变幅较其他测定叶片小。因此，在试验条件下，大豆在氮素浓度约3 mg/L的培养液中培养23 d左右，用叶绿素仪测定其真叶、第二复叶、顶一叶、顶二叶及顶叶平均SPAD值皆可较好反映大豆叶片氮素丰缺状况，可用于作大豆苗期耐低氮种质的筛选鉴定。

表3 大豆叶片SPAD值与氮素浓度水平的回归方程

3 小结

研究通过苗期水培方法测定大豆全展叶片SPAD值对培养液不同氮素浓度的响应来确定大豆氮素营养的丰缺，结果表明，大豆全展叶在培养时间较短时（13 d），不同氮素浓度下大豆叶片SPAD值差异较小，这主要是由于前期大豆根系吸收养分的能力相对较弱，植株生长量小，氮素需要量少，大豆叶片的氮素营养主要来源于大豆种子子叶的供应，对外界氮素浓度的反应不敏感；随着培养时间的延长，大豆叶片SPAD值在高氮处理与低氮处理间差异显著，表明不同外界氮素浓度已经明显影响到大豆叶片的氮素营养水平。大豆叶片SPAD值比大豆干物质积累量对氮素的反应更敏感，在时间上比干物质积累量对营养液氮素浓度的反应（另文发表）快5 d左右，但两者通过建立模型后得到的较佳筛选浓度基本一致。

研究结果表明，在氮素浓度约为3 mg/L水培23 d左右测定真叶、第一复叶、第二复叶、顶一叶、顶二叶SPAD值，或采用顶一叶与顶二叶SPAD值的平均值均能较好反映大豆叶片氮素营养的丰缺状况，但综合分析认为，以真叶、第二复叶、顶一叶和顶二叶的SPAD值对大豆苗期耐低氮种质进行筛选鉴定相对较好。由于试验仅采用天隆一号一个大豆品种，且设置的氮素水平偏少，因此耐低氮大豆种质筛选浓度的确定存在一定的偏差，建议在大豆苗期耐低氮种质筛选时，可在试验结果的基础上适当提高培养液的氮素浓度。在该试验条件下，推荐采用10 mg/L的氮素培养液培养23 d左右，再测定其真叶、第二复叶、顶一叶和顶二叶的SPAD值可用于大豆苗期耐低氮种质筛选鉴定。

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