不同氮磷钾水平对毛华菊生长发育的影响

张秋玲,杨秀珍,戴思兰,张 倩,罗 虹,张伯晗

花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室,国家花卉工程技术研究中心,城乡生态环境北京实验室,园林学院,北京林业大学,北京 100083

毛华菊[Chrysanthemum vestitum(Hemsl.)Ling]是参与菊花（Crysanthemum×morifoliumRamat.）起源的重要近缘种[1]，遗传背景简单，与其他近缘野生种相比体量较大，瓣型变异覆盖度和连续性高，与栽培菊花亲缘关系较近。最初毛华菊是作为药用，在李时珍的《本草纲目》中有记载，同时它也是一种抗旱性优良的野生花卉种质资源[2]。将其作为植物营养研究的样本，可以为菊花观赏性状的生物学研究提供参考。

毛华菊存在营养生长过程和生殖生长过程，其株高、叶片数、茎粗等形态随着营养生长的变化而变化，开花时间、现蕾、破蕾、盛花、头状花序数量、舌状花形态等均在生殖生长阶段呈现。樊光迅等在对毛华菊进行R 型聚类分析发现，叶部性状与株高聚为了一类，与毛华菊的营养生长密切联系[3]。株高与茎粗等作为反映植物生长的形态指标，与植物的生长状况在一定范围内呈正相关。

矿质元素参与植物整个生长发育过程，其中氮磷钾作为“肥料三要素”，氮素是植物氨基酸、核酸、蛋白质等的重要组成部分，磷素对植物体内含磷化合物的合成极为重要，钾素有利于植物不同生育阶段器官的生长，缺少任何一种都会导致植物发育不良[4-7]。在观赏植物的发育过程中，花是极其重要的观赏性状之一，一直以来育种家们都在致力于研究如何获得观赏价值更高的植物[8,9]。研究发现，在施加不同水平的氮、磷、钾后，白桦的BpMADS1、BpMADS3、BpMADS5、BpSPL1、BpSPL2等与开花相关的基因表达水平被提高[10]；硝酸盐与磷酸盐对开花的作用相反，当植物处于高磷酸盐低硝酸盐下促进开花[11]；在拟南芥中，尽管大多研究结果均表明低氮条件下促进了开花，然而部分结果表明，在更低N 浓度条件下的植物生长会比高N 浓度条件下的晚[12-14]。此外，在灯盏花、番红花、三七和春玉米等植物中，合理施肥不仅可以提高产量，改善品质，对养分利用率和植株产量的影响显著[15-19]。就菊花而言，此前多集中在切花菊、盆栽小菊等方面[20,21]，而营养元素对毛华菊生长发育影响的研究还有待进一步探讨，尤其对营养元素调控毛华菊花期、花型变化的机理研究较少。因此，通过对毛华菊营养生长、生殖生长阶段的进一步栽培探索，深入了解毛华菊营养生长与生殖生长阶段的基本形态变化，对于进一步研究营养元素调控毛华菊的发育机理奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 植物材料

植物材料采自河南省内乡县的野生毛华菊，在北京大东流苗圃试验种植后，采集茎段到北京林业大学花卉工程实验室组织培养扩繁。当组培苗在瓶内生长至刚生根时（5～6 片叶），于3 月10 日选取生长一致的毛华菊移入10×9 cm 的塑料盆中，栽培基质为珍珠岩：蛭石=1：1 的混合基质，每盆装基质50 g（装至距盆沿1 cm 左右），每盆一株，移入长日照人工气候室，待其生长至12～14 片新叶时移入短日照人工气候室进行处理。

1.2 试验方法

试验采用L9(34)正交设计，每升营养液中的氮、磷、钾元素含量和处理因素、水平如表1，每个处理重复8 盆，一个处理的8 盆统一置于530×390×43 的红色托盘中。营养液中的氮、磷、钾源分别由NH4NO3、NaH2PO4·2H2O、K2SO4提供，其余元素的质量浓度采用霍格兰营养液配方。上盆后缓苗16 d3 月26 日）后开始处理，每隔8 d 浇灌营养液，每次浇入每盘里2 L（确保每盘养分适量不累积），相邻两次处理之间视生长情况和基质干湿情况浇水，若个别盘中剩余营养液过多，则在下次浇营养液时全部清理，换入新的营养液，避免营养液积累。

表1 试验因素及水平Table 1 The factors and levels in the test

1.3 测定指标及数据处理

2018 年6 月30 日测茎粗、叶片数和株高；记录现蕾、破蕾、盛花日期。待各处理头状花达到盛花时统一对每个处理的头状花进行拍照记录以及头状花瓣型变化进行记录，8 月1 日采收全株，计算每个处理单株的头状花数量，测量各器官干物质重等指标。

利用游标卡尺和钢卷尺分别测量茎粗和株高；当花蕾达到1 mm 时记录现蕾日期，花蕾破膜显色时记录破蕾日期，舌状花全部展开记录盛花日期；根、茎、叶分离并置于80 ℃烘箱中烘干至恒重，称干重。

试验数据使用Excle、SPSS 进行分析；图形的绘制使用Origin 9.0 软件进行处理和绘制。

2 结果与分析

2.1 不同N、P、K 水平对毛华菊株高、茎粗、叶片数、头状花序数量的影响

不同N、P、K 水平对毛华菊株高、茎粗、叶片数的影响如表2、表3。不同氮水平下，毛华菊的株高增长差异不显著（P>0.05），茎粗之间差异显著（P<0.05），其中N1 与N2、N3 水平处理的植株叶片数差异极显著，N1 与N3 水平处理的植株茎粗差异显著；不同磷水平下，毛华菊的株高、茎粗和叶片数存在一定差异，其中P2 与P3 水平处理的毛华菊茎粗差异显著（P<0.05），P2 与P1、P3 水平下的叶片数差异显著（P<0.05）；K3 与K1、K2 水平处理下的株高差异显著（P<0.05），不同钾水平之间植株叶片数差异不显著（P>0.05）。故此本试验中适宜毛华菊株高、茎粗和叶片数生长发育的最佳组合分别为N3P1K3、N3P1K2、N1P3K1。

表2 不同N、P、K 水平对毛华菊株高、茎粗、叶片数、头状花序数量的影响Table 2 Effect of different N,P,K ratio on plant height,stem diameter,the number of leaves and and number of capitulum of C.vestitum

如表2 和表3 所示，不同氮磷钾正交处理后毛华菊的头状花数量出现了显著差异。通过正交分析发现，N1P1K1、N1P2K2、N1P3K3 处理之间不具有显著性差异（P>0.05），但与其他6 个处理之间具有显著差异（P<0.05），其中N1P1K1 处理的头状花数量仅达到6.80 个，N1P3K3 处理的头状花数量为15.80。N1 与N2、N3，N2 与N3 之间的差异均极显著（P<0.01）。N3P3K2 处理的毛华菊头状花最多，达到了66.40，与其他的处理之间均存在显著差异（P<0.05），说明N3P3K2 处理较为适宜毛华菊头状花的分化。

2.2 不同N、P、K 水平对毛华菊各器官干物质重的影响

图1 不同N、P、K 水平对毛华菊各器官干物质重的影响Fig.1 Effect of different N,P,K ratios on dry matterweight of various organs of C.vestitum

不同氮磷钾水平下毛华菊的根、茎、叶各器官干物质重如图1 所示。从图中可知，根的干物质重以N1P1K1、N1P2K2、N2P2K3 处理的较高，分别为2.087 g、1.985 g、1.842 g，而N3P2K1、N3P1K3 处理的较低，分别为0.952 g、1.044 g；茎的干物质重以N2P2K3、N3P3K2、N2P1K2 处理的较高，分别为3.077 g、3.362 g、2.683 g，而N1P1K1、N1P2K2 处理的较低，分别为1.025 g、1.170 g；叶的干物质重以N3P3K2、N3P1K3 处理的较高，分别为4.308 g、3.756 g，而N1P1K1、N1P2K2、N1P3K3 处理的较低，分别为1.953 g、1.717 g、2.047 g。通过显著性分析，不同氮水平处理下根的干物质重具有显著性差异，其中N1 与N3 之间差异极显著（P<0.01）；不同氮、钾水平处理下茎的干物质重差异显著，N1 与N2、N3 之间差异极显著（P<0.01），K1 与K2 差异显著（P<0.05），K1 与K3 差异极显著（P<0.01）；不同氮水平处理下叶的干物质重差异均极显著（P<0.01）。说明叶片干物质积累随着氮水平的增高而增重，根的干物质重与此相反；此外，当钾水平适度增加，有利于茎的干物质积累。

2.3 不同N、P、K 水平对毛华菊开花时间的影响

如表4 所示，以N3P1K3、N3P2K1、N3P3K2 三个处理的毛华菊现蕾日期较早，分别在6 月6日、7 日、8 日，破蕾日期分别在6 月29 日、7 月1 日、7 月3 日，盛花日期分别在7 月9 日、10日、11 日，其中以N3P2K1 处理的毛华菊开花日期最早，低氮处理条件下毛华菊的开花日期均较晚，且N1P1K1 处理与N3P2K1 处理相比盛花时间晚了22 d。

不同氮磷钾水平下毛华菊的开花日期差异显著。不同氮水平下毛华菊从上盆到现蕾的时间差异均极显著（P<0.01），不同磷处理下仅P1 与P3 之间差异显著（P<0.05），不同钾处理下仅K2 与K3 之间差异显著（P<0.05）。不同氮水平处理下毛华菊从上盆到破蕾的时间差异均极显著（P<0.01），不同磷处理下P1 与P3、P2 与P3 之间差异极显著（P<0.01），不同钾处理下K1 与K2 差异极显著（P<0.01），K1 与K3 差异显著（P<0.05）。不同氮水平处理下毛华菊从上盆到盛花的时间差异均极显著（P<0.01），不同磷处理下P1 与P3、P2 与P3 之间差异显著（P<0.05），不同钾处理下K1与K2、K1 与K3 差异极显著（P<0.01）。

表4 不同N、P、K 水平对毛华菊开花时间的影响Table 4 Effect of different N,P,K ratio on flowering time of C.vestitum

2.4 不同N、P、K 水平对毛华菊头状花序瓣型变化的影响

不同氮磷钾水平下毛华菊的头状花如表5 和图2 所示。比较发现，所有水平处理的毛华菊单个头状花的舌状花总数差异并不显著。对头状花序的瓣型进行分析发现，个别水平处理的舌状花瓣型存在差异，N1P1K1、N1P2K2 处理的毛华菊舌状花平瓣类型数量分别达到了36.90%、28.26%，与其他处理之间差异显著（P<0.05），N2P3K1 处理的平瓣数量分别达到了5.13%，N1P3K3、N2P1K2、N2P2K3、N3P1K3、N3P2K1、N3P3K2 处理的舌状花平瓣类型几乎接近于零。匙瓣数量之间的差异不显著，管瓣仅在N3P3K2 与N1P1K1 和N1P2K 差异显著（P<0.05）。作为平瓣、管瓣、匙瓣兼具的混合瓣型类菊花，因其本身的瓣型分化对外界环境因素响应较为敏感，所以营养元素对毛华菊瓣型的调控机制还需进一步探究。

表5 不同N、P、K 水平对毛华菊头状花序瓣型的影响Table 5 Effect of different N,P,K ratio on the petal shape of the capitulum of C.vestitum

图2 不同N、P、K 配比对毛华菊头状花序瓣型的影响Fig.2 Effect of different N,P,K ratio on the petal shape of the head inflorescence of C.vestitum

3 结论与讨论

本试验通过对毛华菊进行不同N、P、K 水平营养液施肥研究，分析毛华菊在生长发育阶段的各项指标及变化规律。结果发现，不同氮磷钾配比下，毛华菊的株高、茎粗、叶片数、单株的头状花数量和各器官的干物质重存在一定差异。本试验中毛华菊株高、茎粗和叶片数生长的适宜氮、磷、钾配比分别为N 147 mg/L：P 3 mg/L：K 210 mg/L、N 147 mg/L：P 3 mg/L：K 105 mg/L、N 18 mg/L：P 25 mg/L：K 26 mg/L，而毛华菊的最佳需肥量还有待进一步的研究。在开花过程中，以N3P2K1 处理的毛华菊开花日期最早，与N1P1K1 处理相比盛花时间早了22 d；不同配比下毛华菊单株的头状花数量也不同，尤其是N1 与N2、N2 与N3 水平之间的差异极显著，说明氮素在毛华菊的花发育过程中起到了重要的调控作用。此外，作为平瓣、管瓣、匙瓣兼具的混合瓣型类菊花，其头状花上的舌状花分化存在一定差异，考虑到材料本身对外界环境响应的敏感性，营养元素对毛华菊花型差异分化的调控机制还需进一步探究。

近年来，随着分子生物学的发展，对植物的营养调控机制和开花的研究也逐步深入，而氮素作为开花的一个重要调节因素，其与开花时间之间存在着潜在的调控关系[22-24]。氮磷钾作为植物生长发育所必需的大量元素，对植物的发育至关重要，目前针对氮信号调控开花反应以及根构架等其他互作网络之间均进行了大量研究[25-27]。N、P、K 对毛华菊的生长发育具有重要作用，尤其对花发育的调控存在显著差异，而N、P、K 如何调控毛华菊花发育变化的分子机理还需要进一步探究。