營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下缺氮對玉米幼苗生長發(fā)育的影響分析

[摘 要] 氮作為品質元素，對玉米的生長發(fā)育有重要影響。本文研究缺氮處理下對玉米幼苗地上部和地下部各部分生長的影響。結果表明，與完全營養(yǎng)液培養(yǎng)的玉米幼苗相比，根鮮質量增加176.00%～245.65%，根系總長度增加92.37%～388.02%，根冠比則減少183.33%～243.47%，葉綠素含量減少6.27%～14.48%，地上部鮮質量減少56.76%～166.67%，葉片數平均增加了1片，葉片總面積則增加50.13%～64.14%。除根條數和葉片數外，其他各項差異均達顯著水平。缺氮后抑制地上部的生長，缺氮的玉米幼苗地上部鮮質量最高才達0.37 g，但促進了地下部的生長，地下根鮮質量最重為1.59 g。

[關鍵詞] 缺氮；營養(yǎng)液培養(yǎng)；玉米幼苗；影響

[中圖分類號] S513 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）20-56-2

氮素是限制植物生長發(fā)育及產量形成的首要因素[1]。近幾年，東北地區(qū)為了滿足玉米產量持續(xù)增長的需要，肥料用量尤其是氮肥施用量不斷增加。但是，由于作物的氮肥利用率不高，土壤中硝酸鹽的淋溶引起地下水污染的潛在威脅加大[2]，同時也造成了資源的浪費。植物需要的氮素主要由根系吸收，Wang等[3]認為根系的生長狀況與氮素的吸收密切相關。在氮素充足的情況下，高產作物的根系長度和表面積一般都較大，但過多的氮肥則使根系生長量降低，影響對土壤深層養(yǎng)分和水分的利用[4]。氮肥不足的情況下，較多的光合產物被根系利用，作物形成較大的根系來增加對氮素的吸收。但也有研究表明，作物根系形態(tài)和氮吸收之間的關系并不密切。例如，玉米在未施氮條件下氮吸收量和根系干物質量、總根長等指標之間有一定的相關性，但在施用氮肥的情況下相反。無機氮素轉化為有機氮素的主要途徑是硝酸鹽的同化，而植物對氮素同化的首要步驟是根系對NO3--N的吸收和運輸。前人對氮素對玉米、小麥的影響的研究基本上都是在土培或者沙培的質地中進行，本文則通過營養(yǎng)液的培養(yǎng)，研究缺氮對玉米幼苗生長發(fā)育的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗玉米品種為鄭單958。

1.2 試驗設計

選均勻一致的玉米鄭單958種子進行消毒、催芽，室溫下培養(yǎng)至二葉一心。選取發(fā)育一致的幼苗，移栽于含有1 700 mL營養(yǎng)液的培養(yǎng)容器中，每盆3株，做7個重復試驗。開始2 d為1/2濃度的營養(yǎng)液，之后改為完全營養(yǎng)液，2 d更換一次，用氣泵連續(xù)通氣。營養(yǎng)液配置（mmol/L）為：K2SO4 0.75，MgSO4 0.65，KCl 0.10，H3BO3 1×10-3，MnSO4 1×10-3，CuSO4 1×10-4，ZnSO4 1×10-3，Fe-EDTA 0.10，KH2PO4 0.25。營養(yǎng)液的起始pH值為6.0，植物生長條件為晝夜溫度20～25 ℃，光照強度210～250 μE/（m2·s），光照時間14 h/d。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生物量的測定。樣品收獲后，將地上部和根系剪斷分開，在105 ℃下殺青30 min后，70～80 ℃烘干至恒質量并分別稱質量，即為生物量。

1.3.2 幼苗根系形態(tài)指標。采用根系掃描儀WinRHI-ZO分別對根系總長、根表面積、根體積進行掃描分析。同時數出葉片數，并計算出根冠比。

除了測定以上項目，同時要注意觀察葉片的顏色、根的生長狀況并及時記錄。采用Excel2010和SPSS17.0軟件對數據進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 缺氮對根系生長的影響

由表1可以看出，缺氮處理的根系總長度、根鮮質量比完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的數值大。總體來講，缺氮處理后的玉米根系長度相差不大，完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的根系長度略短于缺氮處理。完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的根長在27～45 cm，而缺氮的則在86～106 cm，基本上是完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的92.37%～388.02%。缺氮處理的根鮮質量比完全營養(yǎng)液培養(yǎng)增加176.00%～245.65%，正常培養(yǎng)的根長、根鮮質量與缺氮培養(yǎng)之間差異性顯著。由此可知，在一段時間內缺氮培養(yǎng)會增加玉米苗的根長及根鮮質量。

2.2 缺氮對地上部生長的影響

由表2可以看出，完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的葉片數比缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)的葉片數平均少了1片，差異不顯著；完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的葉片葉綠素含量比缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)的葉片葉綠素含量多6.27%～14.48%，缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)比完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的葉片總面積多達50.13%～64.14%，完全培養(yǎng)液培養(yǎng)比缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)的地上部鮮質量多達56.76%～166.67%，完全培養(yǎng)液培養(yǎng)比缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)的根冠比多達183.33%～243.47%，而且以上測定項目差異性均達顯著。由此可知，玉米用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)效果較好，苗葉綠素含量、葉片總面積、地上部鮮質量及根冠比均高于缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)，且差異性顯著；葉片數則是缺氮培養(yǎng)液培養(yǎng)培養(yǎng)的數量較多。由此可知，缺氮培養(yǎng)會抑制玉米幼苗地上部生長。

2.3 植株生長葉片顏色及癥狀

通過觀察發(fā)現葉片的顏色大部分都是綠色，只有葉的上部呈黃綠，老葉從葉尖沿著葉中脈向葉片莖部黃枯。黃枯部呈“V”型，有部分小葉下部葉尖枯死，但葉邊緣仍保持黃綠色而略卷曲。

3 結論

根系的發(fā)生發(fā)育除受其本身遺傳因子的作用外，外界環(huán)境對其發(fā)生發(fā)育也有一定的影響。李鋒等[5]和劉建祥等[6]研究表明，植株根系與氮磷鉀的吸收效率之間有著重要的關系。另外，程建峰等[7]研究表明，氮吸收效率基因型不同，水稻拔節(jié)期的總根長、根表面積、根干質量和根密度也有顯著差異。本研究結果表明，在正常供氮情況下，玉米幼根條數、葉綠素含量、地上部鮮質量和根冠比要高于缺氮處理，除了根條數外，其他的差異性顯著，而缺氮處理下的根系總長度、葉片數和葉片總面積則高于正常供氮處理，其中根系總長度、葉片總面積的差異性顯著。這可能和氮虧缺條件下，植物為了盡可能尋找氮源而產生的補償效應有關。通常，如果根系的吸收面積大、根系活力強，那么根系吸收水分和養(yǎng)分的能力就較強。缺氮處理后根系的活力顯著下降，即便是恢復正常供氮后，根系活力仍然遠低于正常處理。但是，缺氮處理后的根系表面積要高于正常處理，說明為了生存的需要，根系通過增加吸收面積來增加氮的吸收。

總之，試驗結果表明，缺氮抑制玉米幼苗地上部的生長，其地上部鮮質量最高才達0.37 g，但促進了地下部的生長，地下根鮮質量最重為1.59 g。因此，營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下缺氮對玉米幼苗生長發(fā)育有較大的影響，抑制地上部生長，促進地下部生長。

參考文獻

[1]劉弋菊，孔箐鋅，蘇勝寶.玉米氮素代謝機制的研究進展[J].玉米科學，2009（1）：135-138.

[2]Wang Y，Mi Gh，Chen FJ，et al. Response of root morphology to nitrate supply and its contribution to nitrogen up take in maize[J].J Plant Nutr，2004（12）：2189-2202.

[3]王艷，米國華，張福鎖.氮對不同基因型玉米根系形態(tài)變化的影響研究[J].中國生態(tài)農業(yè)學報，2003（3）：69-71.

[4]Feil B，Thiraporn R，Geisler G，et al. Root traits of maizeseedings indicators of nitrogen efficiency [J].Plant Soil，1990（123）：155-159.

[5]李鋒，曲雪艷，潘曉華，等.不同水稻品種對難溶性磷利用能力的初步研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2003（4）：420-424.

[6]劉建祥，楊肖娥，楊玉愛，等.低鉀脅迫下水稻鉀高效基因型若干生長特性和營養(yǎng)特性的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2003（2）：190-195.

[7]程建峰，戴廷波，荊奇，等.不同水稻基因型的根系形態(tài)生理特性與高效氮素吸收[J].土壤學報，2007（2）：266-272.