氮磷鉀缺素對水茄幼苗生長和生理特性的影響

許良政 曾憲錄 何桂玲 劉惠娜 劉德良 朱宏官

（嘉應學院生命科學學院，廣東梅州 514015）

目前，我國茄子栽培面積約71萬hm2，占世界總面積的52.5%，總產量超過3 000萬t（樊紹翥，2017）。然而連作導致的黃萎病、枯萎病、青枯病和根結線蟲等土傳病害，已成為制約和阻礙茄子生產的突出問題（毛偉海 等，2003），輕者減產30%～40%，重者絕收（林桂榮和周寶利，2005）。茄子土傳病害很難用藥劑控制，采用抗病砧木嫁接栽培是當前最好的防治方法（高梅秀和孫世海，2003）。砧木托魯巴姆已在國內繁種和茄子嫁接中廣泛使用超過30 a（丁秀華 等，1998；李楠洋 等，2013），然而托魯巴姆種子種皮厚、發(fā)芽勢弱、發(fā)芽周期長、價格高昂（張紅，2011），最近還發(fā)現(xiàn)其嫁接苗在海南感病普遍且嚴重（羅宏偉等，2018）。所以，迫切需要開發(fā)新型茄子嫁接砧木材料。

野生水茄（Solanum torvumSw.）為茄科茄屬多年生直立亞灌木，別稱山顛茄、金衫扣、野茄子、刺茄等（中國科學院中國植物志編輯委員會，1978），用途廣泛，開發(fā)利用前景廣闊（蘇婉玉 等，2017）。有關水茄的研究已有一些報道，李顯仁和林雄武（2008）、馬炳清和王麗波（2014）先后進行了水茄與茄子的嫁接試驗；水茄對茄子黃萎病、枯萎病、青枯病和根結線蟲四大土傳病害具有抗性（魏小傘 等，2010；Jue et al.，2014）；許良政等（2009）研究了水茄種子的發(fā)芽特性；房志堅等（2011）研究了水茄扦插與分蘗繁殖的方式；Wang等（2015）建立了水茄子葉培養(yǎng)簡化快繁技術；方巖巖（2013）對水茄植株再生及其與紫長茄雜交F1的花藥培養(yǎng)進行了研究；王紅（2014）對2個栽培茄自交系（116、117）與水茄遠緣雜交F1的雜種進行鑒定并分析其抗病性；劉炎霖等（2015）成功克隆了水茄泛素結合酶E2基因StUBCc，并用黃萎病菌侵染水茄幼苗根部誘導其表達。迄今，對野生水茄幼苗的缺素癥狀表現(xiàn)、形態(tài)特征及生理特性缺乏研究，本試驗研究了氮、磷、鉀缺素培養(yǎng)時水茄幼苗的缺素癥狀表現(xiàn)、生長發(fā)育狀況及生理特性，旨在為水茄栽培的缺素營養(yǎng)診斷、合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 播種與育苗

2017年12月在梅州市學院路邊收集野生水茄果實，采集種子后洗凈表面殘余物質，自然晾干。2018年3月上旬播種，播前將種子用紗布包好，用3% H2O2消毒15 min，蒸餾水沖洗3次，按許良政等（2009）的方法浸種催芽。選取萌發(fā)程度一致的種子在盛有石英砂（顆粒直徑0.25～0.50 mm，之前用10% HCl浸泡24 h后用清水洗凈）的搪瓷盤中育苗。每隔3 d用1/2完全營養(yǎng)液（李小方和張志良，2016）保持幼苗充足的養(yǎng)分和水分供應，約21 d后待幼苗展開2片真葉時移栽培養(yǎng)。

1.2 缺素處理與缺素癥誘導培養(yǎng)

取192株長勢一致的水茄幼苗，以外表涂上黑油漆的3 L塑料桶作為栽培容器，每桶4株幼苗，幼苗莖基部用海綿固定于培養(yǎng)桶的定植板上，用完全培養(yǎng)液進行溶液培養(yǎng)14 d。待幼苗展開第4片真葉后分別進行缺N、缺P、缺K處理，每種缺素處理各培養(yǎng)48株，按李小方和張志良（2016）的方法配制完全培養(yǎng)液和N、P、K缺素培養(yǎng)液。全部培養(yǎng)過程均在25～27 ℃、相對濕度75%～95%，光照時間 12 h·d-1（光照強度 147 mmol·m-2·s-1）的室內光照培養(yǎng)室進行，培養(yǎng)液每7 d更換1次，pH調節(jié)至6.2～6.5，以電動氣泵對每個塑料桶連續(xù)充氣，以保證植株根部的氧氣供應。

1.3 植株缺素癥狀觀察

缺素處理后每天定期觀察植株長勢，記錄各處理葉片數(shù)量以及能觀察到缺素癥狀的最早日期和部位，記述各處理缺素癥的特征。

1.4 測定方法

于缺素處理第20天、各處理缺素癥狀穩(wěn)定后進行生理指標的測定，以各處理的4株幼苗為1個樣本，每個處理4次重復。

1.4.1 植株生物量與根冠比測定 用稱重法測定生物量，取樣后用去離子水沖洗植物組織表面，105℃殺青15～30 min，80 ℃烘干至恒重，測定地上部、地下部干質量，計算根冠比。

1.4.2 葉綠素含量測定 區(qū)分老葉（第1～3片真葉）和嫩葉（第4片及以上完全展開葉），每處理的老葉和嫩葉采取混合稱樣法稱取0.5 g左右葉片鮮樣，用722S可見分光光度計測定葉綠素含量（陳福明和陳順偉，1984）。

1.4.3 植株根系分析 將上述進行葉綠素含量測定的各處理植株完整根系，用WinRHIZO Pro STD4800高級版根系分析系統(tǒng)掃描，測定總根長和體積。

1.4.4 根系活力測定 用混合稱樣法準確稱取根系鮮樣0.5 g置于小燒杯中，采用722S可見分光光度計測定根系活力（夏金川 等，2008）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel軟件進行計算和圖表繪制，用統(tǒng)計軟件SPSS Statistics 17.0中的一般線性模型t檢驗（LSD）方法進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同缺素處理水茄幼苗的缺素癥狀

從表1可以看出，水茄N、P、K缺素癥狀始現(xiàn)天數(shù)存在顯著差異，缺N癥狀在缺素培養(yǎng)10 d后表現(xiàn)，缺P和缺K癥狀則分別在12 d和13 d后表現(xiàn)。水茄N、P、K缺素癥狀都反映到全株上，表現(xiàn)為地上部矮小瘦弱，其中缺N處理對水茄地上部影響最明顯，其次是缺K處理。在葉的形態(tài)變化中，缺N和缺K的癥狀先從老葉出現(xiàn)，缺P則從嫩葉發(fā)生（圖1）。

2.2 不同缺素處理對水茄幼苗生物量與根冠比的影響

從表2可以看出，N、P、K缺素處理的水茄植株地上部干質量均極顯著低于對照，分別比對照降低了51.32%、18.42%和31.58%。缺N、P處理的地下部干質量比對照增加了19.23%、26.92%；缺K處理的地下部干質量則比對照極顯著降低了26.92%。N、P、K缺素處理的全株干質量分別比對照降低了41.01%、11.80%和30.90%，差異達極顯著水平。根冠比以缺N處理最高，其次為缺P處理，二者均極顯著高于對照和缺K處理。

表1 不同培養(yǎng)液中水茄幼苗的缺素癥狀

圖1 不同缺素處理水茄幼苗老葉（A）和嫩葉（B）的缺素癥狀

表2 不同缺素處理對水茄植株生物量與根冠比的影響

2.3 不同缺素處理對水茄葉片數(shù)量及葉綠素含量的影響

從表3可以看出，N、P、K缺素植株的葉片數(shù)均低于對照，其中缺N處理水茄的葉片數(shù)最少，分別比對照、缺P和缺K處理減少了32.65%、25.00%和29.79%，差異極顯著。缺N處理水茄老葉和嫩葉的葉綠素含量均極顯著低于對照和其他處理；而缺P處理的老葉葉綠素含量與對照差異不顯著，嫩葉葉綠素含量極顯著高于對照和其他處理。

2.4 不同缺素處理對水茄根系生長的影響

從表4可以看出，缺N處理的水茄總根長最長，分別比對照、缺P和缺K處理極顯著提高34.65%、24.02%和35.00%；缺P、缺K處理的總根長和對照差異不顯著。3個缺素處理的植株根總體積均極顯著低于對照。不同缺素處理水茄的根系活力間差異極顯著，缺K處理植株根系活力最強，比對照極顯著提高了44.34%，而缺N、缺P處理則分別比對照極顯著降低了62.85%和13.98%。

表3 不同缺素處理對水茄葉片數(shù)與葉綠素含量的影響

表4 不同缺素處理對水茄根系生長的影響

3 結論與討論

N、P、K是植物必需的大量礦質元素，N、P、K缺素培養(yǎng)導致水茄出現(xiàn)可辨別的專一缺素癥，這些缺素癥的始見部位和典型癥狀，與植物N、P、K缺素表現(xiàn)規(guī)律吻合（李春儉，2008）。本試驗明確了水茄N、P、K缺素癥的具體表現(xiàn)形態(tài)，探明了水茄N、P、K缺素癥的始見時間差異，表明相對于P、K而言，水茄對缺N更為敏感。

根冠比是反映植株根與地上部生長相關性的重要指標。本試驗的各種缺素培養(yǎng)中，水茄地上部干質量、葉片數(shù)均明顯低于對照，根冠比則高于對照，與黃高峰等（2011）的報道一致。然而不同缺素培養(yǎng)下水茄根冠比升高的機制并不相同，缺N、缺P時由于地上部干質量極顯著下降，地下部干質量明顯增加而導致根冠比升高；而水茄缺K時，地下部與地上部干質量均極顯著低于對照，但地上部干質量降低幅度更大，從而導致根冠比升高。水茄N、P、K缺素培養(yǎng)導致根冠比升高機制差異的內在原因需進一步探析。

N、P、K都是可再利用元素，N、P、K缺素培養(yǎng)的水茄老葉葉綠素含量均降低，其中缺N植株降低最顯著，與葉綠素合成需要N的直接參與有關。缺N、缺K水茄嫩葉葉綠素含量均低于對照，而缺P處理的嫩葉葉綠素含量則極顯著高于對照和缺N、缺K處理。上述葉綠素的含量變化，與缺素癥狀始見部位及其葉片顏色變化特征相吻合。

綜合分析植株總根長、根總體積和根系活力的變化，即使缺N植株的總根長極顯著高于對照，缺P、缺K處理的植株總根長與對照無顯著差異，N、P、K缺素培養(yǎng)的水茄根總體積均極顯著低于對照，這意味著總根長的增長主要來源于細根增多，從而增加根的表面積或吸收面積（李諾和許良政，2017）。缺K水茄的根系活力極顯著高于對照和缺N、缺P處理，推測缺素培養(yǎng)時水茄根系的逆境反應機制存在差別，缺N、缺P條件下，水茄根系可通過增加總根長或增加根的吸收面積來適應，而缺K時主要是通過增強根系活力來適應，這一差別的生理機制有待進一步分析。此外，植物生長發(fā)育所必需的礦質元素還包括大量元素Ca、Mg、S及微量元素Cu、B、Zn、Mn、Mo、Ni、Cl等（李春儉，2008），水茄對其他必需礦質元素的缺素癥特點及其表現(xiàn)規(guī)律與識別特征，也值得全面開展研究。