分葱叶绿素荧光对营养元素缺乏应答机制研究

傅凯文，谢 燕，朱 俊

（1．湖北省武昌水果湖第一小学，湖北武汉 430071； 2．中国科学院武汉植物园，湖北武汉 430074）

分葱叶绿素荧光对营养元素缺乏应答机制研究

傅凯文1，谢 燕2，朱 俊1

（1．湖北省武昌水果湖第一小学，湖北武汉 430071； 2．中国科学院武汉植物园，湖北武汉 430074）

分葱（Allium ascalonicum）是葱科（Alliaceae）多年生草本植物，营养元素是影响分葱生长的重要因素。在温室条件下，利用分葱为试验材料，设置对照、半量营养和全量营养处理，研究氮、磷、钾对分葱根系以及叶片叶绿素荧光的影响。结果表明，在一定浓度范围内，分葱株高和生物量随着营养液浓度的增加而增大。不同浓度营养液对分葱光合作用也有一定的影响，主要表现在光合性能指数（PIABS，PItotal）、PSⅡ的最大光化学效率（φPo）、比活性参数（ABS／CSO、TRO／RC、ETO／RC）以及电子能量传递链参数（φE、ψEo、δRo）均随着营养液浓度的增加而增大。氮、磷、钾缺素培养结果表明，缺氮对分葱根系生长影响最大，其次为磷元素和钾元素。因此，但从高产稳产的角度出发，全营养液为最佳施肥量。

分葱；营养元素；生长；光合作用

分葱是百合科（Liliaceae）葱属葱种中的一个变种，多年生草本植物。含有丰富的碳水化合物、蛋白质、维生素C和磷，具有特殊的辛香味，是一种普遍使用的调味品，也是一种良好的中药，具有增进食欲、防治心血管病、健胃健脑发汗等功效（徐东旭et al．，2001）。分葱分蘖性强，条件适宜时，一年四季均可栽培，生产效益可观。国内以江苏、浙江、江西、上海等地分布较多。

近年来，分葱种植面积迅速扩大，但由于施肥不当导致成本增加、单产不高。分葱正常生长发育需要16种营养元素，如果土壤中元素的含量不足以满足分葱生长的需要，就必须人工补充，即施肥。且施肥的时候，营养元素的比例搭配对分葱的生长及品质至关重要。因此，合理施肥是分葱高产、高品质生产的关键。研究表明，施氮肥有利用红葱产量的提高，施用适量的钾肥和磷肥有利用红葱产量和品质的提高（郑晓宇，2010）。光合作用为植物的生长发育直接或间接地提供有机物（潘瑞炽，2008），依赖于营养元素的有效性。但是，营养元素对分葱生长以及与植株生长密切相关的光合特性的影响是不清楚的。

本研究采用土培的方法研究了不同浓度Hoagland营养液对分葱生长及光合作用的影响，以期筛选出适合分葱生长的最佳营养液浓度；同时采用组培试验，研究氮、磷、钾对分葱根系的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年10月2日～10月24日进行，分葱幼苗和种子分别购自武汉市大东门蔬菜市场。为研究营养元素对分葱植株生长和光合特性的影响，选择大小一致分葱幼苗，地上和地下部剪齐，地上株高留12 cm，根系长度留4 cm。幼苗种植在直径为20 cm装满沙子的塑料盆内，每盆种植3株幼苗，放置在温室内，每天浇灌1次自来水或者Hoagland营养液。

为研究氮磷钾元素对分葱根系生长的影响，①用5%的次氯酸钠处理小葱种子5 m in，用无菌水洗涤3～4次；②将经过消毒的种子种在MS培养基上，放置于23℃条件下萌发；③用镊子挑取3 d苗龄的小苗至MS、MS（-N）、MS（-P）和MS（-K）的培养基上，于23℃条件下垂直培养。

1.2 处理方法

1.2.1 营养元素对分葱生长和光合特性的影响

通过盆栽实验，设置无营养元素（对照）、半量营养元素和全量营养元素3个处理，每个处理3次重复，放置在玻璃温室内。所有处理的植株，每2 d浇水或者营养液1次。对照处理的植株，只浇自来水；半量营养元素处理为50 m l水+ 50 m lHoagland营养液；全量营养元素处理为100 m l Hoagland营养液。全量Hoagland营养液配方为：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）。所有处理组均在人工智能温室中进行培养，温度为28±3℃／20± 3℃（昼／夜），光强度为16 000±2 000 lx，光照时间为14 h／d。

1.2.2 氮磷钾对分葱根系的影响

试验设置对照（MS培养基），缺氮处理（MS基本培养基中不添加氮），缺磷处理（MS基本培养基中不添加磷）及缺钾处理（MS基本培养基中不添加钾）。将萌发3 d后的分葱小苗移至上述四种培养基中，置于23℃条件下垂直培养。培养7 d后，观察分葱植株生长情况（根长、叶片颜色等）。

1.3 测定指标

1.3.1 植株生长速度

葱苗栽植花盆后，每2 d用直尺测定一次株高，计算分葱植株地上部的生长速度。

1.3.2 分葱生物量

试验结束后，用自来水冲洗干净，将植株分为地上部、新根系和旧根系，用千分之一天平鲜重，就算生物量。然后，将分葱的各个部分在105℃杀死，在80℃烘干48 h，称重，就算干物质重。

1.3.3 叶绿素荧光

叶绿素荧光参数测定采用便携式调制叶绿素荧光仪PAM-2500进行测定。每个处理选取9株进行测定。测定前，先将叶片暗适应25 m in，然后进行叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定（Chen et al．，2013）。将获得的O-K-J-I-P荧光诱导曲线用于JIP-test分析（Srivastava and Strasser，1996）。JIP-test分析需要用到：20μs时荧光（O相，Fo）、300μs时荧光（K相），2 ms时荧光（J相）、30 ms时荧光（I相）和最大荧光（P相，FM）。参照Strivastava等的方法计算相关参数，具体含义及计算公式见表1。

表1 JIP-test分析获得的光合参数

1.4 数据分析

所得数据经Microsoft Excel 2007处理分析和图表制作＂各相对性状指标采用SPASS进行单因素方差分析，若差异显著，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 养元素对分葱植株高度的影响

分葱栽植后，适应很快，2 d后，就开始生长。栽植后10 d，株高接近最大值，其后增高不多。第4天，老叶开始枯黄，脱落。第6天新叶开始生长，第12天，每株平均叶片数达到8．1个。

从栽植至第8天，分葱株高增加迅速，第10天接近最大值（图1）。栽植第6天前，3个处理的分葱株高差异不明显。第8，10和12天差别最大，全量营养处理的分葱明显高于半量营养和对照处理的分葱。第12天，对照、半量营养和全量营养处理的分葱株高分别为29．9 cm、31．6 cm和33．6 cm。

分葱株高相对生长率如图2所示。3个处理的株高增长率呈现下降趋势，但是，第8天的株高增长率明显高于第6天，可能与前两天的光照和温度条件有关。第12天时，相对于第10天，株高增长率仅为每天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个处理的分葱株高增长速率差异明显，其顺序为全量营养处理＞半量营养＞对照。

2.2 营养元素对分葱生物量的影响

试验结束后，用自来水将分葱茎和根系冲洗干净，叶片、茎和根系分别称重，结果如图 3所示。3个处理的分葱叶片占的比重最大，占总鲜重的43%～44%（图3）。茎鲜重占35%～36．3%，根系鲜重占总鲜重的19．0%～20．1%。全量营养处理的分葱总鲜重、叶鲜重、茎鲜重和根鲜重明显高于半量营养处理。对照处理的上述鲜重指标最低。全量营养、半量营养和对照处理的每盆分葱总鲜重分别为15．7 g，14．6 g和13．4 g。

相对于初始总鲜重，试验结束时，全量营养、半量营养和对照处理的分葱总鲜重分别增加27．0%，22．0%和9．0%，全量营养处理的分葱总鲜重相对增长率为对照处理的3．0倍（图4）。结果表明，营养元素在分葱的生长发育过程中，起着重要作用。

对照、半量营养和全量营养处理间的根系和叶片干重差别不明显。全量营养处理的分葱茎干重显著高于对照和半量营养处理的分葱 （图 5）。全量营养处理的分葱总干重最高，其次为半量营养处理和对照处理。

图1 营养元素对分葱植株高度的影响

图2 营养元素对植株相对生长速度的影响

图3 营养元素对分葱鲜重的影响

图4 营养元素对分葱植株总鲜重的影响

图5 营养元素对分葱干重的影响

2.3 营养元素对叶绿素荧光曲线的影响

快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（O-J-I-P）能够提供关于PSⅡ的光化学信息，准确地反映光反应中PSⅡ供体侧、受体侧及PSⅡ反应中心电子氧化还原状态。

由图6可以看出，随着营养量的降低，分葱叶片的快速叶绿素荧光曲线上各点数值都有不同程度的下降。与不加营养元素的对照相比，全营养液处理下，OJIP荧光强度升高。

2.4 同营养液浓度对分葱叶片荧光诱导动力学参数的影响

基于O-J-I-P曲线，进一步进行光合系统Ⅱ（PSⅡ）的电子能量传递链参数、光合效能指数和比活性参数分析。不同营养液浓度处理下分葱叶片叶绿素荧光动力学参数均发生明显的变化。

随着营养液浓度的升高，反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额（φEo）、最大光化学效率（φPo）与叶片捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过 QA的其他电子受体的概率（ψEo）逐渐增大（图6）。与不加营养元素的对照相比，施加半营养和全营养处理组的φE、φPo和ψEo均显著增高。而用于热耗散的量子比率（δRo）在3个处理间无显著差异。

由图7可以看出，随着营养液浓度的升高，单位面积吸收的光能（ABS／CSO）、单位反应中心捕获的用于还原QA的能量（TRO／RC）、单位反应中心捕获的用于电子传递的能量（ETO／RC）逐渐增大。与不加营养元素的对照相比，施加半营养和全营养处理组的ABS／CSO、TRO／RC、ETO／RC均显著增高。

由图8可以看出，随着营养液浓度的升高，以吸收光能为基础的性能指数（PIABS）和以单位面积为基础的性能指数推动力（PItotal）逐渐增大。与不加营养元素的对照相比，施加半营养和全营养处理组的PIABS和PItotal均显著增高。

图6 基于O-J-I-P曲线的电子能量传递链参数分析

图7 基于O-J-I-P曲线的比活性参数

图8 基于O-J-I-P曲线的光合效能指数

2.5 氮磷钾对分葱根系的影响

如图9所可以看出，分葱需要16种必须的营养元素，其中氮磷钾需求量最大，土壤中容易缺乏，对分葱有至关重要的影响。4 d f的氮磷钾缺失试验结果表明，氮磷钾任何一种元素的缺失，均抑制分葱茎部和根系的生长。其中氮肥缺失影响最大，其次为磷，钾缺失的影响相对较小。

图9 氮磷钾缺失对分葱根系的影响

3 讨论与结论

分葱作为一种经济蔬菜，由于市场需求，要求其具有较长的茎和叶。为了实现分葱生产以取最低成本达到优质、高产、稳产的目的，因地制宜地找出最佳的合理施肥量是关键性技术问题（许勇男et al．，2011）。本研究结果表明，不同施肥量对分葱株高及生物量都有一定的影响，其中施用全营养处理组的株高和生物量均为所有处理组中最大，因此，但从高产稳产的角度出发，全营养液为最佳施肥量。

形成植物产量的干物质中，90%～95%的有机物质是在光合作用中同化合成的，其余5%～10%的无机成分，是根从土壤中吸收来的，所以光合作用与作物产量的关系非常密切（张石城，1980）。矿质营养元素是植物生命不可缺少的元素，直接影响光合作用的强度。如氮是叶绿素及酶的组成成分，与光化学反应及酶促反应都有密切关系；缺硫时，叶绿体间质片层减少而基粒增加，叶绿体的亚显微结构失常，影响光合作用的正常进行（洪法水et al．，2000；张石城，1980）。因此，营养元素缺乏导致的光合作用的下降，也能导致作物产量和品质的下降。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线能够灵敏的反映光合机构的功能（Strasserf and Srivastava，2010）。随着营养液浓度的降低，荧光信号强度逐渐降低，表明光和机构的功能受营养元素的影响。φPo表示PSⅡ的最大光化学效率，可以反映叶片光抑制情况（梁雪，2009），本研究结果表明，随着营养液浓度的降低，分葱叶片PSⅡ的最大光化学效率逐渐降低，表明营养元素的减少均发生光抑制，叶片吸收的光能不能被有效利用，造成大量过剩激发能。光合性能指数（PIABS，PItotal）能够综合反映PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ有活性反应中心的数目以及PSⅡ受体侧电子传递效率，它能更全面和更灵敏的反映PSⅡ的状态和活性（Wen et al．，2005）。PIABS，和PItotal的变化也表明了分葱叶片PSⅡ受营养液浓度的影响。总体来看，3个处理组光合作用效率依次为对照组 ＜半营养组 ＜全营养组，这一结果与前面产量和株高结果相对应。

氮是植物体构建的重要基础条件，对蔬菜品质形成产生多方面影响（汤丽玲et al．，2002）。赵凤艳等研究发现，在较高肥力水平的大棚土壤上，施氮使油菜、生菜和茼蒿产量分别增加5．4%～25．9%、8．9%～28．9%和8．8%～21．7%（赵凤艳et al．，2001）。本研究发现，完全没有施氮肥的分葱植株矮小、叶片发黄，严重影响商品价值，在一定范围内，分葱经济产量和株高随着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

傅凯文，男，学生，湖北省武昌水果湖第一小学，E-mail：3272768792＠qq．com通讯作者：朱俊，男，教师，湖北省武昌水果湖第一小学，E-mail：2220740086＠qq．com