耐低氮胁迫黄瓜品种的筛选

姜 爽 吴凤芝 关颂娜 于敏锐

（东北农业大学园艺学院，黑龙江哈尔滨 150030）

近年来，我国设施园艺发展迅速，截至2010年底设施园艺面积约为466.7 万hm2（喻景权，2011）。黄瓜（Cucumis sativusL.）是全球消费量最大的十类蔬菜之一（于明磊 等，2011），属于喜水喜氮作物，在栽培过程中氮肥淋失严重，对氮肥的需求量极大（Miflin & Lea，1980）。氮素养分是农作物需求量最大的营养元素，氮肥的使用对作物产量的提高起到极大的促进作用，但是目前氮肥进一步的增产效应很小，且氮肥的过量施入已成为我国氮肥利用效率较低（张福锁 等，2008）及地下水硝酸盐含量超标、地表水富营养化等环境问题愈发严重（闰湘 等，2008）的重要原因之一。由此可见，提高氮素利用效率对于减少氮肥施用量和保护环境具有极其重要的意义。研究表明，作物对低氮胁迫的反应存在显著的基因型差异，选用耐低氮品种是提高氮肥利用效率、减少氮肥用量、提高农产品品质的有效途径（赵付江 等，2008），而选育具有耐低氮特性的黄瓜新品种，是减少黄瓜生产中氮肥施用量最有效和最简洁的手段（Yu et al.，2004 ）。自1939年Harve 首次报道了玉米不同品种在氮素吸收利用方面存在差异以来，国内外均已开展了氮高效作物品种的相关研究，多集中于小麦（李淑文 等，2006）、玉米（曹敏建 等，2000；张兴华 等，2010）、水稻（张亚丽 等，2008）、油菜（刘强 等，2008）等，黄瓜（徐志远，2006；于明磊 等，2010）上也有相关研究。

本试验选取哈尔滨地区普遍种植的18 个黄瓜品种为供试材料，在正常供氮和低氮胁迫条件下研究其果实产量、地上部生物量、植株氮素吸收总量、果实氮积累量的变化，并对其相关性进行分析，以期对其耐低氮胁迫能力进行评价，筛选出耐低氮胁迫的黄瓜品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2010年1月～2011年6月在东北农业大学设施工程中心的日光温室内进行，为了降低土壤的基础肥力，采用土掺砂法，河砂与土体积比为3∶1，混合后基本肥力：碱解氮62.37 mg·kg-1，速效磷58.06 mg·kg-1，速效钾122.5 mg·kg-1，有机质2.99%。供试材料为18 个黄瓜品种（表1），均为哈尔滨地区日光温室常用品种。

1.2 试验设计

试验以不施氮（低氮胁迫）和施氮 450 kg·hm-2（正常供氮）为主处理，供试黄瓜品种为副处理，两个主处理均施磷肥（P2O5180 kg·hm-2）和钾肥（K2O 180 kg·hm-2），肥源为磷酸二氢钾（含P2O552%，K2O 34%）和硫酸钾（含K2O 34%），定植时两个主处理磷、钾肥均施入1/3，其余2/3 分别在结果期作追肥分3 次施入，施入量分别为总施入量的2/9、4/9、2/9；施氮处理施入1/3 氮肥，其余2/3 随磷钾肥施入，肥源为尿素（含N 46%）。本试验采用槽培方式，每槽面积约为2 m2（4.08 m×0.48 m），槽内设有软管滴灌，槽底铺有地膜，试验共36 个处理，每个处理设3次重复，每个槽为一个主处理，各副处理随机排列于槽内，设有保护行。

表1 供试黄瓜品种及来源

1.3 测定项目

结瓜期进行分次采收，每个处理选取3 株黄瓜称果实质量，果实全部收获后计算单株产量。每次采收后将果实烘干称质量，粉碎后用于含氮量测定。全生育期结束后将测产的植株称鲜质量，将茎、叶分开于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒质量，称干质量。样品粉碎后采用浓H2SO4-H2O2湿灰化法消煮，用凯氏定氮仪（KDY29830）测定含氮量。

有关指标的计算方法：植株氮素吸收总量（total uptake nitrogen）为植株样本的全氮含量与单位面积植株干质量的乘积；果实氮积累量（fruit total accumulate N）为果实样本的全氮含量与单位面积果实干质量的乘积；地上部生物量（over ground biomass）为单株地上部（包括茎、叶、花和果实）干物质量；相对指数（relative index）为低氮胁迫下黄瓜某性状值与正常供氮下该性状值的比值（裴雪霞 等，2007）。

1.4 数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel 2003 和 SAS 9.0 软件进行分析处理，为消除不同品种间固有的个体差异，品种间比较采用相对值（相对指数）。

2 结果与分析

2.1 低氮胁迫下不同黄瓜品种产量的变化

试验结果表明（表2），在不同施氮水平下黄瓜产量存在显著差异。在低氮胁迫条件下，津优2 号、津优31 号产量最高，显著高于其他品种；津优21 号、129 产量最低。与正常供氮处理相比，低氮胁迫条件下各品种的产量均有下降，但不同基因型的下降幅度不同。其中，津优2 号和津优31 号的产量下降幅度最小，相对指数最高，分别为0.85 和0.98；津绿30 号、586 凯丰3 号、美好下降幅度较大，相对指数较小，分别为0.38、0.47 和0.47。

2.2 低氮胁迫下不同黄瓜品种地上部生物量的变化

由表3 可以看出，在低氮胁迫条件下，黄瓜地上部生物量变幅为24.56～84.45 g·株-1，津优2 号和津优31 号的地上部生物量最大，分别为77.29 g·株-1和84.45 g·株-1，显著高于其他品种；津绿30 号和美好的地上部生物量最小，分别为25.36 g·株-1和24.56 g·株-1。与正常供氮处理相比，低氮胁迫条件下不同黄瓜品种地上部生物量相对指数变幅为 0.38～1.03，其中津优1 号和津优31 号的地上部生物量均有提高，相对指数均达到 1.03；津绿30 号和美好下降幅度最大，相对指数分别为0.38 和0.50。

表2 正常供氮和低氮胁迫下不同黄瓜品种产量的差异

2.3 低氮胁迫下不同黄瓜品种植株氮素吸收总量的变化

试验结果表明（表4），在低氮胁迫条件下各黄瓜品种氮素吸收总量存在显著差异，平均为0.55 g·株-1，其中津优2 号、津优31 号氮素吸收总量最高，分别为1.11 g·株-1和1.09 g·株-1，显著高于其他品种；津绿30 号的氮素吸收总量最低，为0.26 g·株-1，显著低于其他品种。与正常供氮处理相比，低氮胁迫条件下津优31 号的氮素吸收总量稍有提高，相对指数达到1.02；其他品种均有所下降，其中津优2 号下降幅度最小，其相对指数为0.97；津绿30 号、129 下降幅度最大，相对指数较小，均为0.26。

表3 正常供氮和低氮胁迫下不同黄瓜品种地上部生物量的差异

2.4 低氮胁迫下不同黄瓜品种果实氮积累量的变化

表5 表明，在低氮胁迫条件下各黄瓜品种果实氮积累量存在显著差异，其中津优31 号、津优2 号果实氮积累量最高，分别达到0.994 g·株-1和0.917 g·株-1，显著高于其他品种；津绿30 号的果实氮积累量最低，为0.166 g·株-1，显著低于津优2 号、津优31 号、碧春。与正常供氮处理相比，低氮胁迫条件下各品种的果实氮积累量均有下降，但不同基因型的下降幅度不同。津研4 号、津优31 号下降幅度较小，相对指数较高，分别为0.90 和0.81；津绿30 号、堪特佳收下降幅度最大，相对指数较小，分别为0.16 和0.32。

表4 正常供氮和低氮胁迫下不同黄瓜品种植株氮素吸收总量的差异

表5 正常供氮和低氮胁迫下不同黄瓜品种果实氮积累量的差异

2.5 产量与各指标的相关性

为了探明各指标对产量的影响，对黄瓜果实氮积累量、地上部生物量、植株氮素吸收总量与果实产量进行了相关分析。由图1 可以看出，在低氮胁迫条件下，果实氮积累量、植株氮素吸收总量、地上部生物量均与果实产量呈正相关，相关系数分别为0.938、0.709、0.896（r0.01=0.354，为极显著相关的临界值。），均达到了极显著相关水平；正常供氮条件下，果实氮积累量、植株氮素吸收总量、地上部生物量均与果实产量呈正相关，相关系数分别为0.803、0.380、0.822（r0.01=0.354），均达到了极显著相关水平。

图1 低氮胁迫和正常供氮条件下果实氮积累量、氮素吸收总量、地上部生物量与产量的相关性

3 结论与讨论

近年来，随着对改良植物营养性状的研究，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视，氮效率的研究也取得了较大的进展。有学者把氮效率定义为生长介质中氮素浓度低时植物具有维持正常生长的能力，并获得与正常供氮时相近的籽粒产量或生物学产量，也称耐贫瘠性（刘辉和赵竹青，2006）。但由于环境和气候等条件影响，只用产量作为选择指标有很大的偏差（陈范骏 等，2002），但在统一供氮水平时作物（相同生育期）产量可表征为氮素利用效率（张亚丽 等，2008）。已经证明，产量、生物量可作为氮高效品种筛选指标（裴雪霞 等，2007；张锡洲 等，2011），氮积累量的大小可直接用于表征氮吸收效率的高低，也可作为耐低氮能力评价指标（王艳 等，2002；程建峰 等，2007；赵付江 等，2008），由于不同品种自身生物学特性不同，在不同供氮水平下筛选氮高效基因型作物时，采用指标的相对值进行筛选比较合理（张兴华 等，2010）。张亚丽等（2008）在两个氮水平下，通过对177 个基因型水稻的产量、吸氮量和氮素生理利用效率的差异评价水稻的氮素营养效率，结果表明氮高效品种能吸收大量的氮或有较高的产量和氮生理利用效率。赵付江等（2008）以果实产量地上部生物量和氮素吸收总量为耐低氮能力评价指标，对10 个茄子不同基因型筛选，表明耐低氮基因型各指标的相对指数显著高于其他基因型。本试验通过测定不同黄瓜品种产量、地上部生物量、植株氮素吸收总量、果实氮积累量的变化，以其作为指标评价18 个黄瓜品种的耐低氮胁迫能力，筛选出氮效率差异明显的黄瓜品种。

本试验结果表明，正常供氮和低氮胁迫下，不同品种的黄瓜在产量、地上部生物量、植株氮素吸收总量、果实氮积累量上均有显著差异。在低氮胁迫条件下，18 个黄瓜品种的产量和果实氮积累量均有不同幅度的下降，津优2 号和津优31 号的相对指数较高，下降幅度较小，说明津优2 号和津优31 号对缺氮不敏感；津绿30 号、美好的相对指数较低，下降幅度较大，对缺氮敏感。在本试验条件下，津优2 号、津优31 号的地上部生物量、津优31 号的植株氮素吸收总量在低氮胁迫条件下高于正常供氮条件下的值，相对指数大于1，说明津优2 号和津优31 号有很强的耐低氮胁迫能力，是较好的耐低氮品种。相关性分析表明，在低氮胁迫和正常供氮条件下，地上部生物量、植株氮素吸收总量和果实氮积累量均与产量呈极显著正相关，说明地上部生物量、植株氮素吸收总量和果实氮积累量对产量起重要作用，均可作为耐低氮胁迫的筛选指标。

曹敏建，衣莹，佟占昌，宫国安．2000．耐低氮胁迫玉米的筛选与评价．玉米科学，（4）：64-69．

陈范骏，米国华，崔振岭，刘向生，张福锁．2002．玉米杂交种氮效率遗传相关与通径分析．玉米科学，10（1）：10-14．

程建峰，戴廷波，曹卫星，姜东，刘宜柏．2007．不同类型水稻种质氮素营养效率的变异分析．植物营养与肥料学报，13（2）：175-183．

刘强，宋海星，荣湘民，彭建伟，谢桂先．2008．不同品种油菜氮效率差异及其生理基础研究．植物营养与肥料学报，14（1）：113-119．

刘辉，赵竹青．2006．植物氮营养高效基因型筛选指标研究进展．安徽农业科学，34（14）：3265-3267，3272．

李淑文，周彦珍，文宏达，李雁鸣，肖凯．2006．不同小麦品种氮效率和产量性状研究．植物遗传资源学报，7（2）：204-208．

裴雪霞，王姣爱，党建友，张定一．2007．耐低氮小麦基因型筛选指标的研究．植物营养与肥料学报，13（1）：93-98．

闰湘，金继运，何萍，梁鸣早．2008．提高肥料利用率技术研究进展．中国农业科学，41（2）：450-459．

王艳，米国华，陈范骏，张福锁．2002．玉米自交系氮效率基因型差异的比较研究．应用与环境生物学报，8（4）：361-365．

徐志远．2006．黄瓜种质资源耐氮瘠薄性评价〔硕士论文〕．哈尔滨：东北农业大学．

喻景权．2011．“十一五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望．中国蔬菜，（2）：11-23．

于明磊，秦智伟，徐静静，周秀艳．2011．黄瓜耐低氮基因型的筛选及遗传分析．中国蔬菜，（12）：46-51．

赵付江，申书兴，李青云，陈雪平，王彦华，李晓峰，罗双霞，轩淑欣．2008．耐低氮茄子基因型的筛选．植物遗传资源学报，9（3）：375-377．

张亚丽，樊剑波，段英华，王东升，叶利庭，沈其荣．2008．不同基因型水稻氮利用效率的差异及评价．土壤学报，45（2）：267-273．

张福锁，王激清，张卫峰，崔振岭，马文奇，陈新平，江蓉风．2008．中国主要粮食作物氮肥利用效率现状与提高途径．土壤学报，45（5）：915-924．

张兴华，薛吉全，刘万峰，凤艳，张仁和．2010．不同玉米品种耐低氮能力鉴定与评价．西北农业学报，19（8）：65-68．

张锡洲，阳显斌，李廷轩，余海英．2011．小麦氮素利用效率的基因型差异．应用生态学报，22（2）：369-375．

Miflin B J，Lea P J．1980．Ammonia assimilation．The biochemistry of plants．New York：Academic Press：169-202．

Yu X M，Fang P，Xiang C B，Xiao Z D．2004．Screening of low-nitrogen tolerant utants ofArabidopsis thaliana．Plant Nutr Fert Sci，10：441-444．