工厂化条件下氮处理对奶油生菜的生长及生理影响

2018-11-05赵云霞袁浏欢孔祥仕田兴军

中国土壤与肥料 2018年5期

赵云霞，袁浏欢，孔祥仕，田兴军

(南京大学生命科学学院，江苏南京 210023)

植物工厂是智能调控植物生长所必需的光照、温度、水分、CO2浓度和营养等环境因子实现农作物周年持续生产的系统。水培作为工厂化无土栽培的主要方法，关键是营养液管理。营养液中养分元素是作物生长发育的物质基础，其中的N元素是作物生长发育和形态建成过程中所必需的大量元素，也是无土栽培过程中用量最多的养分元素[1]，对作物产量和品质有重要影响[2-3]。硝态氮和铵态氮是植物生长过程中吸收的两种主要无机氮素形态[4]。已有研究表明，环境中过量硝态氮和铵态氮会影响作物的生理生化特征，进而影响品质。硝态氮过量会导致作物体内可食部分硝酸盐累积，影响作物品质，进而影响人体健康[5]。而铵态氮过量会使大部分植物生长和生理特征发生改变，甚至引起植物体内矿质元素、有机离子和氨基酸等含量的变化[6-7]，进而对植物产生毒害作用[8]。前人已经从氮素含量和形态对作物的光合作用[9-10]、矿质元素的吸收[11-13]、硝酸盐的累积[5,14]及蔬菜生长和品质[15-16]等方面进行了研究。

1 材料与方法

1.1 供试生菜苗培育

供试生菜品种为奶油生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort)，育苗步骤如下：

1)种子处理：挑选籽粒饱满的生菜种子浸泡于40℃水中5 h。

2)种子催芽：用棉签将2～3粒生菜种子直接抹在清水润湿的育苗棉中(定植棉提前放于育苗盘中)，使水浸至育苗棉表面。

3)留苗：当真叶开始显露时进行间苗，每个育苗棉上只留一株生长状况最好的幼苗,将育苗盘中的水换成营养液，使营养液浸至育苗棉表面。

4)定植：一周后，待幼苗长出2片真叶，根尖从海绵块底部伸出，此时即可定植。

5)种苗培养：将定植板置于水培箱上培育，5周后收获植株，进行相关生长和生理指标测定。

1.2 试验设计

表1 不同氮处理营养液基础营养组成 (mmol·L-1)

1.3 参数测定与分析方法

1.3.1 植株叶面积、叶片数和生物量测定

待生菜移栽到定植板上后，分别在第7、14、21、28和35 d于每个处理的3个水箱中随机选取5棵植株(下同)，测定生菜最大叶片的叶长、叶宽和叶片数。第35 d收获植株，统计叶片数，并测定生菜最大叶片的叶长、叶宽和株高。同时，每个处理随机取出5棵叶片和根系完整的生菜样品，用去离子水洗净晾干，测定生菜(地上和地下部)鲜重。然后将生菜置于105℃烘箱中杀青1 h后，80℃下放置72 h，烘干至恒重，测定生菜地上和地下部干重。

1.3.2 植株光合色素含量的测定

第35 d收获植株，每个处理随机选取5棵植株，每棵植株称取0.1 g叶片置于80%的丙酮中，黑暗条件下浸提光合色素直到叶片变白。测定提取液在663、646和470 nm的吸光值(A)，根据定容终体积(V，mL)、样品鲜重(W，g)，使用下列公式计算生菜叶片中叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)和类胡萝卜素(Cx·c)含量。

1.3.3 植株叶片品质和根系活力的测定

第35 d收获植株，每个处理随机选取5棵植株。将每棵植株第2层(从外到内)叶片用于测定生理指标，其中可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250法测定[18]；可溶性糖的测定采用蒽酮法[18]；硝酸还原酶活性采用离体法测定[19]；超氧化物歧化酶(SOD)采用NBT光还原法测定[18]；叶片花青素含量测定参照刘萍等[20]的方法。5棵植株根系活力采用TTC法测定[20]。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0进行方差分析，运用Duncan对显著性(P<0.05)进行检验，用OriginPro 8.6绘图。

2 结果与分析

2.1 不同氮处理对生菜生长形态和生物量的影响

表2为不同氮处理奶油生菜叶面积、叶片数、株高、根长和生物量的情况。与N10处理相比，N5+A5处理下奶油生菜叶面积、株高、地上鲜重、地上干重、地下鲜重和地下干重分别降低78.2%、60.4%、87.0%、81.3%、80.1%和87.5%(P<0.05)；N5+A5处理较N5叶面积、株高、地下鲜重和地下干重分别降低58.0%、47.5%、81.8%和80.0%，而根长提高19.2%(P<0.05)；此外，与N10处理相比，N5处理下奶油生菜地上生物量稍有降低，叶面积、根长和地下干重则显著降低(P<0.05)，分别降低48.1%、50.3%和37.5%，其它指标无显著差异。

表2 不同氮处理生菜的生长状况以及生物量

注:表中数据是重复的平均值(n=5)，不同字母表示不同处理在0.05水平上的差异显著性。

2.2 不同氮处理生菜叶面积和叶片数随时间变化趋势

由图1可知，各处理叶面积和叶片数均随培养时间增加而增大。其中N10处理叶面积增加较明显，第28 d后，N10处理叶面积一直显著高于N5+A5处理(P<0.05)，其次为N5处理，而N5+A5处理第21 d略微下降。所有处理中，以N10处理收获时叶片数最多，N5处理次之，而N5+A5处理叶片数最少，但处理间无显著差异。

2.3 不同氮处理对生菜光合色素含量的影响

N10和N5+A5处理下奶油生菜叶绿素a和b含量显著高于N5处理(P<0.05)。而生菜类胡萝卜素含量3个处理间无显著差异(P>0.05，图2)。

2.4 不同氮处理对生菜生理活性的影响

由图3可知，与N10处理相比，N5+A5可溶性蛋白质含量、根系活力、硝酸还原酶活性和超氧化物歧化酶活性分别降低30.2%、65.1%、43.0%和69.5%(P<0.05)；与N5相比，N5+A5处理可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、根系活力和超氧化物歧化酶活性分别降低43.1%、27.2%、68.7%和77.6%(P<0.05)；此外，N5处理较N10奶油生菜叶片可溶性糖含量和花青素相对含量分别提高67.5%和51.9%(P<0.05)，根系活力提高11.6%，硝酸还原酶活性降低27.5%，其他指标无显著差异。