工廠化條件下氮處理對(duì)奶油生菜的生長(zhǎng)及生理影響

趙云霞，袁瀏歡，孔祥仕，田興軍

(南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

植物工廠是智能調(diào)控植物生長(zhǎng)所必需的光照、溫度、水分、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)等環(huán)境因子實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年持續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)。水培作為工廠化無(wú)土栽培的主要方法，關(guān)鍵是營(yíng)養(yǎng)液管理。營(yíng)養(yǎng)液中養(yǎng)分元素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，其中的N元素是作物生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成過程中所必需的大量元素，也是無(wú)土栽培過程中用量最多的養(yǎng)分元素[1]，對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響[2-3]。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是植物生長(zhǎng)過程中吸收的兩種主要無(wú)機(jī)氮素形態(tài)[4]。已有研究表明，環(huán)境中過量硝態(tài)氮和銨態(tài)氮會(huì)影響作物的生理生化特征，進(jìn)而影響品質(zhì)。硝態(tài)氮過量會(huì)導(dǎo)致作物體內(nèi)可食部分硝酸鹽累積，影響作物品質(zhì)，進(jìn)而影響人體健康[5]。而銨態(tài)氮過量會(huì)使大部分植物生長(zhǎng)和生理特征發(fā)生改變，甚至引起植物體內(nèi)礦質(zhì)元素、有機(jī)離子和氨基酸等含量的變化[6-7]，進(jìn)而對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[8]。前人已經(jīng)從氮素含量和形態(tài)對(duì)作物的光合作用[9-10]、礦質(zhì)元素的吸收[11-13]、硝酸鹽的累積[5,14]及蔬菜生長(zhǎng)和品質(zhì)[15-16]等方面進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 供試生菜苗培育

供試生菜品種為奶油生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort)，育苗步驟如下：

1)種子處理：挑選籽粒飽滿的生菜種子浸泡于40℃水中5 h。

2)種子催芽：用棉簽將2～3粒生菜種子直接抹在清水潤(rùn)濕的育苗棉中(定植棉提前放于育苗盤中)，使水浸至育苗棉表面。

3)留苗：當(dāng)真葉開始顯露時(shí)進(jìn)行間苗，每個(gè)育苗棉上只留一株生長(zhǎng)狀況最好的幼苗,將育苗盤中的水換成營(yíng)養(yǎng)液，使?fàn)I養(yǎng)液浸至育苗棉表面。

4)定植：一周后，待幼苗長(zhǎng)出2片真葉，根尖從海綿塊底部伸出，此時(shí)即可定植。

5)種苗培養(yǎng)：將定植板置于水培箱上培育，5周后收獲植株，進(jìn)行相關(guān)生長(zhǎng)和生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 不同氮處理營(yíng)養(yǎng)液基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)組成 (mmol·L-1)

1.3 參數(shù)測(cè)定與分析方法

1.3.1 植株葉面積、葉片數(shù)和生物量測(cè)定

待生菜移栽到定植板上后，分別在第7、14、21、28和35 d于每個(gè)處理的3個(gè)水箱中隨機(jī)選取5棵植株(下同)，測(cè)定生菜最大葉片的葉長(zhǎng)、葉寬和葉片數(shù)。第35 d收獲植株，統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)，并測(cè)定生菜最大葉片的葉長(zhǎng)、葉寬和株高。同時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)取出5棵葉片和根系完整的生菜樣品，用去離子水洗凈晾干，測(cè)定生菜(地上和地下部)鮮重。然后將生菜置于105℃烘箱中殺青1 h后，80℃下放置72 h，烘干至恒重，測(cè)定生菜地上和地下部干重。

1.3.2 植株光合色素含量的測(cè)定

第35 d收獲植株，每個(gè)處理隨機(jī)選取5棵植株，每棵植株稱取0.1 g葉片置于80%的丙酮中，黑暗條件下浸提光合色素直到葉片變白。測(cè)定提取液在663、646和470 nm的吸光值(A)，根據(jù)定容終體積(V，mL)、樣品鮮重(W，g)，使用下列公式計(jì)算生菜葉片中葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)和類胡蘿卜素(Cx·c)含量。

1.3.3 植株葉片品質(zhì)和根系活力的測(cè)定

第35 d收獲植株，每個(gè)處理隨機(jī)選取5棵植株。將每棵植株第2層(從外到內(nèi))葉片用于測(cè)定生理指標(biāo)，其中可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[18]；可溶性糖的測(cè)定采用蒽酮法[18]；硝酸還原酶活性采用離體法測(cè)定[19]；超氧化物歧化酶(SOD)采用NBT光還原法測(cè)定[18]；葉片花青素含量測(cè)定參照劉萍等[20]的方法。5棵植株根系活力采用TTC法測(cè)定[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，運(yùn)用Duncan對(duì)顯著性(P<0.05)進(jìn)行檢驗(yàn)，用OriginPro 8.6繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮處理對(duì)生菜生長(zhǎng)形態(tài)和生物量的影響

表2為不同氮處理奶油生菜葉面積、葉片數(shù)、株高、根長(zhǎng)和生物量的情況。與N10處理相比，N5+A5處理下奶油生菜葉面積、株高、地上鮮重、地上干重、地下鮮重和地下干重分別降低78.2%、60.4%、87.0%、81.3%、80.1%和87.5%(P<0.05)；N5+A5處理較N5葉面積、株高、地下鮮重和地下干重分別降低58.0%、47.5%、81.8%和80.0%，而根長(zhǎng)提高19.2%(P<0.05)；此外，與N10處理相比，N5處理下奶油生菜地上生物量稍有降低，葉面積、根長(zhǎng)和地下干重則顯著降低(P<0.05)，分別降低48.1%、50.3%和37.5%，其它指標(biāo)無(wú)顯著差異。

表2 不同氮處理生菜的生長(zhǎng)狀況以及生物量

注:表中數(shù)據(jù)是重復(fù)的平均值(n=5)，不同字母表示不同處理在0.05水平上的差異顯著性。

2.2 不同氮處理生菜葉面積和葉片數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)

由圖1可知，各處理葉面積和葉片數(shù)均隨培養(yǎng)時(shí)間增加而增大。其中N10處理葉面積增加較明顯，第28 d后，N10處理葉面積一直顯著高于N5+A5處理(P<0.05)，其次為N5處理，而N5+A5處理第21 d略微下降。所有處理中，以N10處理收獲時(shí)葉片數(shù)最多，N5處理次之，而N5+A5處理葉片數(shù)最少，但處理間無(wú)顯著差異。

2.3 不同氮處理對(duì)生菜光合色素含量的影響

N10和N5+A5處理下奶油生菜葉綠素a和b含量顯著高于N5處理(P<0.05)。而生菜類胡蘿卜素含量3個(gè)處理間無(wú)顯著差異(P>0.05，圖2)。

2.4 不同氮處理對(duì)生菜生理活性的影響

由圖3可知，與N10處理相比，N5+A5可溶性蛋白質(zhì)含量、根系活力、硝酸還原酶活性和超氧化物歧化酶活性分別降低30.2%、65.1%、43.0%和69.5%(P<0.05)；與N5相比，N5+A5處理可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、根系活力和超氧化物歧化酶活性分別降低43.1%、27.2%、68.7%和77.6%(P<0.05)；此外，N5處理較N10奶油生菜葉片可溶性糖含量和花青素相對(duì)含量分別提高67.5%和51.9%(P<0.05)，根系活力提高11.6%，硝酸還原酶活性降低27.5%，其他指標(biāo)無(wú)顯著差異。

圖1 不同氮處理對(duì)奶油生菜葉面積及葉片數(shù)的影響

注:圖中數(shù)據(jù)是重復(fù)的平均值(n=5)；不同字母表示不同處理同一時(shí)間內(nèi)在0.05 水平上的差異顯著性。

圖2 不同氮處理對(duì)生菜光合色素含量的影響

注:圖中數(shù)據(jù)是重復(fù)的平均值(n=5)；不同字母表示不同處理在0.05 水平上的差異顯著性,下同。

2.5 不同氮處理營(yíng)養(yǎng)液和含量隨時(shí)間的變化

圖3 不同氮處理對(duì)生菜生理活性的影響

圖4 不同氮處理營(yíng)養(yǎng)液和含量以及硝態(tài)氮吸收比隨時(shí)間變化趨勢(shì)

注:圖中數(shù)據(jù)是重復(fù)的平均值(n=3)；不同小寫、大寫字母分別表示同一處理不同時(shí)段、不同處理同一時(shí)段內(nèi)在0.05水平上的差異顯著性。

3 小結(jié)與討論