耐低氮脅迫黃瓜品種的篩選

姜 爽 吳鳳芝 關(guān)頌?zāi)?于敏銳

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來，我國設(shè)施園藝發(fā)展迅速，截至2010年底設(shè)施園藝面積約為466.7 萬hm2（喻景權(quán)，2011）。黃瓜（Cucumis sativusL.）是全球消費(fèi)量最大的十類蔬菜之一（于明磊 等，2011），屬于喜水喜氮作物，在栽培過程中氮肥淋失嚴(yán)重，對(duì)氮肥的需求量極大（Miflin & Lea，1980）。氮素養(yǎng)分是農(nóng)作物需求量最大的營養(yǎng)元素，氮肥的使用對(duì)作物產(chǎn)量的提高起到極大的促進(jìn)作用，但是目前氮肥進(jìn)一步的增產(chǎn)效應(yīng)很小，且氮肥的過量施入已成為我國氮肥利用效率較低（張福鎖 等，2008）及地下水硝酸鹽含量超標(biāo)、地表水富營養(yǎng)化等環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)重（閏湘 等，2008）的重要原因之一。由此可見，提高氮素利用效率對(duì)于減少氮肥施用量和保護(hù)環(huán)境具有極其重要的意義。研究表明，作物對(duì)低氮脅迫的反應(yīng)存在顯著的基因型差異，選用耐低氮品種是提高氮肥利用效率、減少氮肥用量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的有效途徑（趙付江 等，2008），而選育具有耐低氮特性的黃瓜新品種，是減少黃瓜生產(chǎn)中氮肥施用量最有效和最簡潔的手段（Yu et al.，2004 ）。自1939年Harve 首次報(bào)道了玉米不同品種在氮素吸收利用方面存在差異以來，國內(nèi)外均已開展了氮高效作物品種的相關(guān)研究，多集中于小麥（李淑文 等，2006）、玉米（曹敏建 等，2000；張興華 等，2010）、水稻（張亞麗 等，2008）、油菜（劉強(qiáng) 等，2008）等，黃瓜（徐志遠(yuǎn)，2006；于明磊 等，2010）上也有相關(guān)研究。

本試驗(yàn)選取哈爾濱地區(qū)普遍種植的18 個(gè)黃瓜品種為供試材料，在正常供氮和低氮脅迫條件下研究其果實(shí)產(chǎn)量、地上部生物量、植株氮素吸收總量、果實(shí)氮積累量的變化，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析，以期對(duì)其耐低氮脅迫能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出耐低氮脅迫的黃瓜品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2010年1月～2011年6月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心的日光溫室內(nèi)進(jìn)行，為了降低土壤的基礎(chǔ)肥力，采用土摻砂法，河砂與土體積比為3∶1，混合后基本肥力：堿解氮62.37 mg·kg-1，速效磷58.06 mg·kg-1，速效鉀122.5 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)2.99%。供試材料為18 個(gè)黃瓜品種（表1），均為哈爾濱地區(qū)日光溫室常用品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以不施氮（低氮脅迫）和施氮 450 kg·hm-2（正常供氮）為主處理，供試黃瓜品種為副處理，兩個(gè)主處理均施磷肥（P2O5180 kg·hm-2）和鉀肥（K2O 180 kg·hm-2），肥源為磷酸二氫鉀（含P2O552%，K2O 34%）和硫酸鉀（含K2O 34%），定植時(shí)兩個(gè)主處理磷、鉀肥均施入1/3，其余2/3 分別在結(jié)果期作追肥分3 次施入，施入量分別為總施入量的2/9、4/9、2/9；施氮處理施入1/3 氮肥，其余2/3 隨磷鉀肥施入，肥源為尿素（含N 46%）。本試驗(yàn)采用槽培方式，每槽面積約為2 m2（4.08 m×0.48 m），槽內(nèi)設(shè)有軟管滴灌，槽底鋪有地膜，試驗(yàn)共36 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)槽為一個(gè)主處理，各副處理隨機(jī)排列于槽內(nèi)，設(shè)有保護(hù)行。

表1 供試黃瓜品種及來源

1.3 測定項(xiàng)目

結(jié)瓜期進(jìn)行分次采收，每個(gè)處理選取3 株黃瓜稱果實(shí)質(zhì)量，果實(shí)全部收獲后計(jì)算單株產(chǎn)量。每次采收后將果實(shí)烘干稱質(zhì)量，粉碎后用于含氮量測定。全生育期結(jié)束后將測產(chǎn)的植株稱鮮質(zhì)量，將莖、葉分開于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。樣品粉碎后采用濃H2SO4-H2O2濕灰化法消煮，用凱氏定氮儀（KDY29830）測定含氮量。

有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法：植株氮素吸收總量（total uptake nitrogen）為植株樣本的全氮含量與單位面積植株干質(zhì)量的乘積；果實(shí)氮積累量（fruit total accumulate N）為果實(shí)樣本的全氮含量與單位面積果實(shí)干質(zhì)量的乘積；地上部生物量（over ground biomass）為單株地上部（包括莖、葉、花和果實(shí)）干物質(zhì)量；相對(duì)指數(shù)（relative index）為低氮脅迫下黃瓜某性狀值與正常供氮下該性狀值的比值（裴雪霞 等，2007）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2003 和 SAS 9.0 軟件進(jìn)行分析處理，為消除不同品種間固有的個(gè)體差異，品種間比較采用相對(duì)值（相對(duì)指數(shù)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮脅迫下不同黃瓜品種產(chǎn)量的變化

試驗(yàn)結(jié)果表明（表2），在不同施氮水平下黃瓜產(chǎn)量存在顯著差異。在低氮脅迫條件下，津優(yōu)2 號(hào)、津優(yōu)31 號(hào)產(chǎn)量最高，顯著高于其他品種；津優(yōu)21 號(hào)、129 產(chǎn)量最低。與正常供氮處理相比，低氮脅迫條件下各品種的產(chǎn)量均有下降，但不同基因型的下降幅度不同。其中，津優(yōu)2 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)的產(chǎn)量下降幅度最小，相對(duì)指數(shù)最高，分別為0.85 和0.98；津綠30 號(hào)、586 凱豐3 號(hào)、美好下降幅度較大，相對(duì)指數(shù)較小，分別為0.38、0.47 和0.47。

2.2 低氮脅迫下不同黃瓜品種地上部生物量的變化

由表3 可以看出，在低氮脅迫條件下，黃瓜地上部生物量變幅為24.56～84.45 g·株-1，津優(yōu)2 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)的地上部生物量最大，分別為77.29 g·株-1和84.45 g·株-1，顯著高于其他品種；津綠30 號(hào)和美好的地上部生物量最小，分別為25.36 g·株-1和24.56 g·株-1。與正常供氮處理相比，低氮脅迫條件下不同黃瓜品種地上部生物量相對(duì)指數(shù)變幅為 0.38～1.03，其中津優(yōu)1 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)的地上部生物量均有提高，相對(duì)指數(shù)均達(dá)到 1.03；津綠30 號(hào)和美好下降幅度最大，相對(duì)指數(shù)分別為0.38 和0.50。

表2 正常供氮和低氮脅迫下不同黃瓜品種產(chǎn)量的差異

2.3 低氮脅迫下不同黃瓜品種植株氮素吸收總量的變化

試驗(yàn)結(jié)果表明（表4），在低氮脅迫條件下各黃瓜品種氮素吸收總量存在顯著差異，平均為0.55 g·株-1，其中津優(yōu)2 號(hào)、津優(yōu)31 號(hào)氮素吸收總量最高，分別為1.11 g·株-1和1.09 g·株-1，顯著高于其他品種；津綠30 號(hào)的氮素吸收總量最低，為0.26 g·株-1，顯著低于其他品種。與正常供氮處理相比，低氮脅迫條件下津優(yōu)31 號(hào)的氮素吸收總量稍有提高，相對(duì)指數(shù)達(dá)到1.02；其他品種均有所下降，其中津優(yōu)2 號(hào)下降幅度最小，其相對(duì)指數(shù)為0.97；津綠30 號(hào)、129 下降幅度最大，相對(duì)指數(shù)較小，均為0.26。

表3 正常供氮和低氮脅迫下不同黃瓜品種地上部生物量的差異

2.4 低氮脅迫下不同黃瓜品種果實(shí)氮積累量的變化

表5 表明，在低氮脅迫條件下各黃瓜品種果實(shí)氮積累量存在顯著差異，其中津優(yōu)31 號(hào)、津優(yōu)2 號(hào)果實(shí)氮積累量最高，分別達(dá)到0.994 g·株-1和0.917 g·株-1，顯著高于其他品種；津綠30 號(hào)的果實(shí)氮積累量最低，為0.166 g·株-1，顯著低于津優(yōu)2 號(hào)、津優(yōu)31 號(hào)、碧春。與正常供氮處理相比，低氮脅迫條件下各品種的果實(shí)氮積累量均有下降，但不同基因型的下降幅度不同。津研4 號(hào)、津優(yōu)31 號(hào)下降幅度較小，相對(duì)指數(shù)較高，分別為0.90 和0.81；津綠30 號(hào)、堪特佳收下降幅度最大，相對(duì)指數(shù)較小，分別為0.16 和0.32。

表4 正常供氮和低氮脅迫下不同黃瓜品種植株氮素吸收總量的差異

表5 正常供氮和低氮脅迫下不同黃瓜品種果實(shí)氮積累量的差異

2.5 產(chǎn)量與各指標(biāo)的相關(guān)性

為了探明各指標(biāo)對(duì)產(chǎn)量的影響，對(duì)黃瓜果實(shí)氮積累量、地上部生物量、植株氮素吸收總量與果實(shí)產(chǎn)量進(jìn)行了相關(guān)分析。由圖1 可以看出，在低氮脅迫條件下，果實(shí)氮積累量、植株氮素吸收總量、地上部生物量均與果實(shí)產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.938、0.709、0.896（r0.01=0.354，為極顯著相關(guān)的臨界值。），均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平；正常供氮條件下，果實(shí)氮積累量、植株氮素吸收總量、地上部生物量均與果實(shí)產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.803、0.380、0.822（r0.01=0.354），均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平。

圖1 低氮脅迫和正常供氮條件下果實(shí)氮積累量、氮素吸收總量、地上部生物量與產(chǎn)量的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

近年來，隨著對(duì)改良植物營養(yǎng)性狀的研究，培育和利用氮高效基因型作物以提高氮素利用率日益得到重視，氮效率的研究也取得了較大的進(jìn)展。有學(xué)者把氮效率定義為生長介質(zhì)中氮素濃度低時(shí)植物具有維持正常生長的能力，并獲得與正常供氮時(shí)相近的籽粒產(chǎn)量或生物學(xué)產(chǎn)量，也稱耐貧瘠性（劉輝和趙竹青，2006）。但由于環(huán)境和氣候等條件影響，只用產(chǎn)量作為選擇指標(biāo)有很大的偏差（陳范駿 等，2002），但在統(tǒng)一供氮水平時(shí)作物（相同生育期）產(chǎn)量可表征為氮素利用效率（張亞麗 等，2008）。已經(jīng)證明，產(chǎn)量、生物量可作為氮高效品種篩選指標(biāo)（裴雪霞 等，2007；張錫洲 等，2011），氮積累量的大小可直接用于表征氮吸收效率的高低，也可作為耐低氮能力評(píng)價(jià)指標(biāo)（王艷 等，2002；程建峰 等，2007；趙付江 等，2008），由于不同品種自身生物學(xué)特性不同，在不同供氮水平下篩選氮高效基因型作物時(shí)，采用指標(biāo)的相對(duì)值進(jìn)行篩選比較合理（張興華 等，2010）。張亞麗等（2008）在兩個(gè)氮水平下，通過對(duì)177 個(gè)基因型水稻的產(chǎn)量、吸氮量和氮素生理利用效率的差異評(píng)價(jià)水稻的氮素營養(yǎng)效率，結(jié)果表明氮高效品種能吸收大量的氮或有較高的產(chǎn)量和氮生理利用效率。趙付江等（2008）以果實(shí)產(chǎn)量地上部生物量和氮素吸收總量為耐低氮能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)10 個(gè)茄子不同基因型篩選，表明耐低氮基因型各指標(biāo)的相對(duì)指數(shù)顯著高于其他基因型。本試驗(yàn)通過測定不同黃瓜品種產(chǎn)量、地上部生物量、植株氮素吸收總量、果實(shí)氮積累量的變化，以其作為指標(biāo)評(píng)價(jià)18 個(gè)黃瓜品種的耐低氮脅迫能力，篩選出氮效率差異明顯的黃瓜品種。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，正常供氮和低氮脅迫下，不同品種的黃瓜在產(chǎn)量、地上部生物量、植株氮素吸收總量、果實(shí)氮積累量上均有顯著差異。在低氮脅迫條件下，18 個(gè)黃瓜品種的產(chǎn)量和果實(shí)氮積累量均有不同幅度的下降，津優(yōu)2 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)的相對(duì)指數(shù)較高，下降幅度較小，說明津優(yōu)2 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)對(duì)缺氮不敏感；津綠30 號(hào)、美好的相對(duì)指數(shù)較低，下降幅度較大，對(duì)缺氮敏感。在本試驗(yàn)條件下，津優(yōu)2 號(hào)、津優(yōu)31 號(hào)的地上部生物量、津優(yōu)31 號(hào)的植株氮素吸收總量在低氮脅迫條件下高于正常供氮條件下的值，相對(duì)指數(shù)大于1，說明津優(yōu)2 號(hào)和津優(yōu)31 號(hào)有很強(qiáng)的耐低氮脅迫能力，是較好的耐低氮品種。相關(guān)性分析表明，在低氮脅迫和正常供氮條件下，地上部生物量、植株氮素吸收總量和果實(shí)氮積累量均與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，說明地上部生物量、植株氮素吸收總量和果實(shí)氮積累量對(duì)產(chǎn)量起重要作用，均可作為耐低氮脅迫的篩選指標(biāo)。

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