氮磷钾缺素对水茄幼苗生长和生理特性的影响

许良政 曾宪录 何桂玲 刘惠娜 刘德良 朱宏官

（嘉应学院生命科学学院，广东梅州 514015）

目前，我国茄子栽培面积约71万hm2，占世界总面积的52.5%，总产量超过3 000万t（樊绍翥，2017）。然而连作导致的黄萎病、枯萎病、青枯病和根结线虫等土传病害，已成为制约和阻碍茄子生产的突出问题（毛伟海 等，2003），轻者减产30%～40%，重者绝收（林桂荣和周宝利，2005）。茄子土传病害很难用药剂控制，采用抗病砧木嫁接栽培是当前最好的防治方法（高梅秀和孙世海，2003）。砧木托鲁巴姆已在国内繁种和茄子嫁接中广泛使用超过30 a（丁秀华 等，1998；李楠洋 等，2013），然而托鲁巴姆种子种皮厚、发芽势弱、发芽周期长、价格高昂（张红，2011），最近还发现其嫁接苗在海南感病普遍且严重（罗宏伟等，2018）。所以，迫切需要开发新型茄子嫁接砧木材料。

野生水茄（Solanum torvumSw.）为茄科茄属多年生直立亚灌木，别称山颠茄、金衫扣、野茄子、刺茄等（中国科学院中国植物志编辑委员会，1978），用途广泛，开发利用前景广阔（苏婉玉 等，2017）。有关水茄的研究已有一些报道，李显仁和林雄武（2008）、马炳清和王丽波（2014）先后进行了水茄与茄子的嫁接试验；水茄对茄子黄萎病、枯萎病、青枯病和根结线虫四大土传病害具有抗性（魏小伞 等，2010；Jue et al.，2014）；许良政等（2009）研究了水茄种子的发芽特性；房志坚等（2011）研究了水茄扦插与分蘖繁殖的方式；Wang等（2015）建立了水茄子叶培养简化快繁技术；方岩岩（2013）对水茄植株再生及其与紫长茄杂交F1的花药培养进行了研究；王红（2014）对2个栽培茄自交系（116、117）与水茄远缘杂交F1的杂种进行鉴定并分析其抗病性；刘炎霖等（2015）成功克隆了水茄泛素结合酶E2基因StUBCc，并用黄萎病菌侵染水茄幼苗根部诱导其表达。迄今，对野生水茄幼苗的缺素症状表现、形态特征及生理特性缺乏研究，本试验研究了氮、磷、钾缺素培养时水茄幼苗的缺素症状表现、生长发育状况及生理特性，旨在为水茄栽培的缺素营养诊断、合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 播种与育苗

2017年12月在梅州市学院路边收集野生水茄果实，采集种子后洗净表面残余物质，自然晾干。2018年3月上旬播种，播前将种子用纱布包好，用3% H2O2消毒15 min，蒸馏水冲洗3次，按许良政等（2009）的方法浸种催芽。选取萌发程度一致的种子在盛有石英砂（颗粒直径0.25～0.50 mm，之前用10% HCl浸泡24 h后用清水洗净）的搪瓷盘中育苗。每隔3 d用1/2完全营养液（李小方和张志良，2016）保持幼苗充足的养分和水分供应，约21 d后待幼苗展开2片真叶时移栽培养。

1.2 缺素处理与缺素症诱导培养

取192株长势一致的水茄幼苗，以外表涂上黑油漆的3 L塑料桶作为栽培容器，每桶4株幼苗，幼苗茎基部用海绵固定于培养桶的定植板上，用完全培养液进行溶液培养14 d。待幼苗展开第4片真叶后分别进行缺N、缺P、缺K处理，每种缺素处理各培养48株，按李小方和张志良（2016）的方法配制完全培养液和N、P、K缺素培养液。全部培养过程均在25～27 ℃、相对湿度75%～95%，光照时间 12 h·d-1（光照强度 147 mmol·m-2·s-1）的室内光照培养室进行，培养液每7 d更换1次，pH调节至6.2～6.5，以电动气泵对每个塑料桶连续充气，以保证植株根部的氧气供应。

1.3 植株缺素症状观察

缺素处理后每天定期观察植株长势，记录各处理叶片数量以及能观察到缺素症状的最早日期和部位，记述各处理缺素症的特征。

1.4 测定方法

于缺素处理第20天、各处理缺素症状稳定后进行生理指标的测定，以各处理的4株幼苗为1个样本，每个处理4次重复。

1.4.1 植株生物量与根冠比测定 用称重法测定生物量，取样后用去离子水冲洗植物组织表面，105℃杀青15～30 min，80 ℃烘干至恒重，测定地上部、地下部干质量，计算根冠比。

1.4.2 叶绿素含量测定 区分老叶（第1～3片真叶）和嫩叶（第4片及以上完全展开叶），每处理的老叶和嫩叶采取混合称样法称取0.5 g左右叶片鲜样，用722S可见分光光度计测定叶绿素含量（陈福明和陈顺伟，1984）。

1.4.3 植株根系分析 将上述进行叶绿素含量测定的各处理植株完整根系，用WinRHIZO Pro STD4800高级版根系分析系统扫描，测定总根长和体积。

1.4.4 根系活力测定 用混合称样法准确称取根系鲜样0.5 g置于小烧杯中，采用722S可见分光光度计测定根系活力（夏金川 等，2008）。

1.5 数据处理

数据采用Microsoft Office Excel软件进行计算和图表绘制，用统计软件SPSS Statistics 17.0中的一般线性模型t检验（LSD）方法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同缺素处理水茄幼苗的缺素症状

从表1可以看出，水茄N、P、K缺素症状始现天数存在显著差异，缺N症状在缺素培养10 d后表现，缺P和缺K症状则分别在12 d和13 d后表现。水茄N、P、K缺素症状都反映到全株上，表现为地上部矮小瘦弱，其中缺N处理对水茄地上部影响最明显，其次是缺K处理。在叶的形态变化中，缺N和缺K的症状先从老叶出现，缺P则从嫩叶发生（图1）。

2.2 不同缺素处理对水茄幼苗生物量与根冠比的影响

从表2可以看出，N、P、K缺素处理的水茄植株地上部干质量均极显著低于对照，分别比对照降低了51.32%、18.42%和31.58%。缺N、P处理的地下部干质量比对照增加了19.23%、26.92%；缺K处理的地下部干质量则比对照极显著降低了26.92%。N、P、K缺素处理的全株干质量分别比对照降低了41.01%、11.80%和30.90%，差异达极显著水平。根冠比以缺N处理最高，其次为缺P处理，二者均极显著高于对照和缺K处理。

表1 不同培养液中水茄幼苗的缺素症状

图1 不同缺素处理水茄幼苗老叶（A）和嫩叶（B）的缺素症状

表2 不同缺素处理对水茄植株生物量与根冠比的影响

2.3 不同缺素处理对水茄叶片数量及叶绿素含量的影响

从表3可以看出，N、P、K缺素植株的叶片数均低于对照，其中缺N处理水茄的叶片数最少，分别比对照、缺P和缺K处理减少了32.65%、25.00%和29.79%，差异极显著。缺N处理水茄老叶和嫩叶的叶绿素含量均极显著低于对照和其他处理；而缺P处理的老叶叶绿素含量与对照差异不显著，嫩叶叶绿素含量极显著高于对照和其他处理。

2.4 不同缺素处理对水茄根系生长的影响

从表4可以看出，缺N处理的水茄总根长最长，分别比对照、缺P和缺K处理极显著提高34.65%、24.02%和35.00%；缺P、缺K处理的总根长和对照差异不显著。3个缺素处理的植株根总体积均极显著低于对照。不同缺素处理水茄的根系活力间差异极显著，缺K处理植株根系活力最强，比对照极显著提高了44.34%，而缺N、缺P处理则分别比对照极显著降低了62.85%和13.98%。

表3 不同缺素处理对水茄叶片数与叶绿素含量的影响

表4 不同缺素处理对水茄根系生长的影响

3 结论与讨论

N、P、K是植物必需的大量矿质元素，N、P、K缺素培养导致水茄出现可辨别的专一缺素症，这些缺素症的始见部位和典型症状，与植物N、P、K缺素表现规律吻合（李春俭，2008）。本试验明确了水茄N、P、K缺素症的具体表现形态，探明了水茄N、P、K缺素症的始见时间差异，表明相对于P、K而言，水茄对缺N更为敏感。

根冠比是反映植株根与地上部生长相关性的重要指标。本试验的各种缺素培养中，水茄地上部干质量、叶片数均明显低于对照，根冠比则高于对照，与黄高峰等（2011）的报道一致。然而不同缺素培养下水茄根冠比升高的机制并不相同，缺N、缺P时由于地上部干质量极显著下降，地下部干质量明显增加而导致根冠比升高；而水茄缺K时，地下部与地上部干质量均极显著低于对照，但地上部干质量降低幅度更大，从而导致根冠比升高。水茄N、P、K缺素培养导致根冠比升高机制差异的内在原因需进一步探析。

N、P、K都是可再利用元素，N、P、K缺素培养的水茄老叶叶绿素含量均降低，其中缺N植株降低最显著，与叶绿素合成需要N的直接参与有关。缺N、缺K水茄嫩叶叶绿素含量均低于对照，而缺P处理的嫩叶叶绿素含量则极显著高于对照和缺N、缺K处理。上述叶绿素的含量变化，与缺素症状始见部位及其叶片颜色变化特征相吻合。

综合分析植株总根长、根总体积和根系活力的变化，即使缺N植株的总根长极显著高于对照，缺P、缺K处理的植株总根长与对照无显著差异，N、P、K缺素培养的水茄根总体积均极显著低于对照，这意味着总根长的增长主要来源于细根增多，从而增加根的表面积或吸收面积（李诺和许良政，2017）。缺K水茄的根系活力极显著高于对照和缺N、缺P处理，推测缺素培养时水茄根系的逆境反应机制存在差别，缺N、缺P条件下，水茄根系可通过增加总根长或增加根的吸收面积来适应，而缺K时主要是通过增强根系活力来适应，这一差别的生理机制有待进一步分析。此外，植物生长发育所必需的矿质元素还包括大量元素Ca、Mg、S及微量元素Cu、B、Zn、Mn、Mo、Ni、Cl等（李春俭，2008），水茄对其他必需矿质元素的缺素症特点及其表现规律与识别特征，也值得全面开展研究。