湖北农业科学V01.52 No.1 2013年1月Hubei Agricultural Sciences Jan ,2013 (1.中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京210008;2.中国科学院研究生院,北京100049; 3.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所,南昌 330200) 摘要:在不同磷水平(0、0.1、0.5、1.0、10.0、20.0mmol/L)下培养黄瓜幼苗,研究磷素对黄瓜生长及养分吸 收和分配的影响。结果表明,随磷浓度增加,黄瓜根、茎和叶干重呈先增加后降低的趋势;供磷浓度为 10.0mmol/L时开始产生高磷胁迫症状,症状首先出现在老叶,沿叶脉两侧发黄、有光泽、向上凸起,子叶 出现红色坏死斑点.严重时老叶坏死.新叶会出现叶脉间失绿症状。随供磷水平增加,植株体内磷浓度 增加,最高达到干重的1.28%;钾浓度在茎中呈先增加后降低的趋势,铜浓度降低,钙、镁、锰、锌等元素浓 度及其在根、茎及叶间分配趋势无显著变化。 关键词:高磷胁迫:黄瓜;养分吸收;养分分配 中图分类号:S一3 文献标识码:A 文章编号:0439—8114(2013)01—0052—04 Effects HighPhosphorus Stress MineralNutrients CucumberSeedlings XU Leil2.3,LIANG Lin—zhoul,DONG Xiao-ying'SHEN Ren-fan91 (1.State Key Laboratory.of Soil SustainableAgriculture,Institute SoilScience,Chinese Academy Sciences,Naming210008, China;2.Graduate University ChineseAcademy Sciences,Beijing100049,China;3.Institute Environment,JiangxiAcademy A扣cultureSciences,Nanchang 330200,China) Abstract:The growth mineralnutrients cucumberseedlings were studied under different phosphorus(P)levels(0,0.1,0.5,1.0,10.0,20.0 mmoL/L).The results showed dryweight cucumberseedlings increased firstly Plevels.WhenPlevel higherthan 10.0 mmol/L,high—P—stress symptoms appeared oldestleaves initially,i.e.midrib leafrose brightyellow along midrib leaf.Oldleaves were firing withered youngleaves were intervein chlorosis when Ptoxicity serious.Pconcentration increased significantly Plevel,thehighest Pconcentration reached 1.28%ofdry weight.Potassium concentration plantsincreased firstly reduced,copper concentrations plantsdecreased,but concentration plantsdid Plevel.Thedistribution model nutrientsamong roots,stems leavesdid changeunder high Plevel. Key words:high phosphorus stress;cucumber;nutrient absorption;nutrient distribution 磷素缺乏是植物生长的重要限制因子之一,1]. 然而在高度集约化的农业生产方式下,大量施用磷 肥导致磷素在土壤中过多累积,国外畜牧业高度发 达地区和我国蔬菜等经济价值较高的作物生产中 尤其如此|2,3。。鲁如坤等=4=和周健民等研究指出我 国农田生态系统磷素从20世纪80年代开始就已 出现盈余,此后呈现直线上升的态势。近年来研究 表明我国是世界上土壤磷素过剩最严重的国家之 一,尤其是中东部经济发达地区[6’7]。高磷导致植物 产生磷毒害.降低农产品产量和品质隅.9]。然而磷毒 害机制仍不清楚瑚:,一般认为高磷导致铁、锌及铜 等元素缺乏口一。高磷对植物养分吸收的影响是其对 植物产生胁迫的重要环节。但前人关于不同磷水平 对植物多种养分吸收影响的研究尚少…]。本试验以 收稿日期:2012-06—06 基金项目:江苏省自然科学基金重点项目(BK2010097);公益性行业(农业)科研专项课题(200903叭1);国家自然科学青年基金项目 (41001 172);中国科学院知识创新_丁程重大项目课题(KSCX2一EW—N一08) 作者简介:徐雷(1981-),男,安徽阜阳人,在读博士研究生,研究方向为土壤与植物营养,(电话)15996249691(电子信箱)xulei一1209@163.com。 万方数据 高累积磷的重要蔬菜黄瓜为材料,通过水培方式研究不同磷水平对植株养分吸收和分配的影响,旨在 探讨高磷与植物矿质元素吸收与分配的关系,揭示 高磷胁迫机理,为磷素养分管理提供科学依据。 1材料与方法 1.1 试验材料 供试黄瓜品种为江苏农业科学院研发的江蔬 1.2试验设计试验在中国科学院南京土壤研究所光照生长 室进行。黄瓜种子经10%H:0:消毒20 min后,置于 培养皿中催芽至露白,然后移入装有蛭石的穴盘 中,待子叶平展后用自来水冲洗根部的蛭石,移入 PVC管制成的培养罐中,每罐装有1.1 L1/4山崎 营养液,每罐2株黄瓜苗,每2 d换一次营养液。培 d后,选择生长状况相同的苗,每罐留1株苗。处理时营养液是以1/2山崎营养液为基础,设置6 个磷水平,分别为0、0.1、0.5、1.0、10.0及20.0 mmol/L, 以磷酸的形式加入,用NaOH调节pH至5.2。每天 更换一次营养液。每个处理重复4次,随机排列。 1.3采样和测定 处理8 d后开始采样,黄瓜苗经自来水冲洗1 遍后.用去离子水清洗3遍,分根、茎(含叶柄)及叶 片3部分,于烘箱中105杀青30 min,然后75 烘干至恒重,研磨后待测。称一定量的样品硝酸消 煮后用ICP—AES测定养分元素。 1.4数据统计 试验数据采用Excel 2003和DPS统计分析。 2结果与分析 2.1 不同磷水平对黄瓜幼苗生长的影响 随磷浓度增加,黄瓜苗根、茎及叶干重都是呈 先增加后降低的趋势,但各部分干重达到最大值的 磷浓度并不同,达到最大值时的外界磷浓度分别是 1.0、10.0 mmol/L(图1)。虽然在外界磷浓度为 20.0 mm01/L时干重才显著降低,但在磷浓度 10.0 mmoI/L时.黄瓜叶色就开始不正常。磷毒害症 状(图2)最初出现在老叶上,老叶沿叶脉两侧发黄、 有光泽、向上凸起。子叶出现红色坏死斑点,严重时 老叶坏死,新叶会出现叶脉间失绿症状: 2.2不同磷水平对黄瓜幼苗养分浓度的影响 2.2.1 不同磷水平对黄瓜幼苗磷和钾浓度的影响 由图3A可知,随供磷水平增加,黄瓜根、茎和叶 磷浓度逐渐增加,外界磷浓度10.0 mmol/L时,各器 官磷浓度达到1%。除不供磷处理的根系磷浓度显 图2黄瓜磷毒害症状 著大于茎和叶外,其他磷浓度处理的根、茎、叶磷浓 度无显著差别。随供磷水平的增加,黄瓜茎中钾浓 度先增加,在磷水平0.1~1.0 mmol/L范围内保持稳 定.随后降低(图3B);而根和叶中钾浓度在供磷0 mmoI/L最低,其他磷水平下无显著差异。在供磷水 平O.1、0.5、1.0 mmol/L下,钾浓度在各器官的趋势 为茎>根>叶,其他磷水平下,钾浓度分布趋势为 瞬小十iimmoitL图3不同磷水平对黄瓜幼苗根、茎及叶中磷和钾浓度 的影响 2.2.2不同磷水平对黄瓜幼苗钙和镁浓度的影响 由图4可知。随磷水平的增加,钙和镁在黄瓜 根、茎和叶中分布变化趋势相似。在不同的供磷水 平下.茎和根部的钙和镁浓度无显著变化,叶中钙 mmol/L时最低,其他磷水平下无显著差异。同一供磷水平下,钙和镁浓度在根、茎 万方数据 54 湖北农业科学2013年 40 立30 壶吾20 丢S10 10.51.0 10.0 20.O 磷水平//mmol/L 磷水平//mmol/L图4不同磷水平对黄瓜幼苗根、茎及叶中钙、镁浓度的影响 和叶中差异较大,总的趋势为叶中钙、镁浓度高于 镁浓度。2.2.3不同磷水平对黄瓜幼苗铜、锰和锌浓度的影 响由图5A可知,随磷水平的增加,黄瓜幼苗根、 茎和叶中的铜浓度有降低的趋势,尤其在高磷时。 同一供磷水平下,根中铜浓度高于茎、叶铜浓度,茎 和叶中铜浓度无大的差异。随供磷水平增加,黄瓜 根和茎中锰浓度无显著变化.而叶中锰浓度在供磷 mmol/L时最低,在其他磷水平下无显著差异(图5B)。锰浓度在各器官中表现为叶和根中无明显 差异,但均高于茎中锰浓度。黄瓜各器官中锌浓度 受供磷水平影响较小,高磷没有导致锌浓度降低, 甚至略有增加,尤其是叶中锌浓度;根、茎和叶中锌 浓度差别不大,以茎中锌浓度为最低(图5C)。 3讨论 植株干重的数据表明,供磷0.1 mmol/L已基本 满足黄瓜磷素需求。产生磷毒害时的供磷浓度 (10.0 mmol/L)和磷毒害症状与Groot等[12 3的研究结 果一致。但与Marschner等-131给出黄瓜磷毒害图片 展示的症状不同,他们认为磷毒害的症状为老叶和 成熟叶片叶脉间失绿:本试验中黄瓜发生毒害时的 磷含量符合一般认可的植株磷浓度为1%时即存在 潜在磷毒害的观点~一。但我们的盆栽试验(数据待发 表)及Sharma等3试验中黄瓜植株磷浓度超过l% 并未产生磷毒害,表明磷毒害是否发生除了与体内 磷浓度有关,还可能受其他因素的控制,比如光照、 其他养分的含量等,存在多种机制=12]。Trimble等m: 的研究发现黄瓜茎中磷浓度大于叶片.而本试验茎 和叶的磷浓度并没有显著差异。Cresswell等Z16]提出 00.1O.5 1.O 10 020.0 磷水平//mmol/L 00.10.5 1.0 10.0 200 磷水平Ihnnlolll, 图5不同磷水平对黄瓜幼苗根、茎及叶中铜、锰、锌浓度的影响 以植株茎的磷浓度作为磷状态的指标.茎可以作为 过量磷库,调节叶片磷状态。从本试验结果来看,这 个机制对于黄瓜避免磷毒害的作用可能有限。随外 界磷水平增加黄瓜植株钾浓度的降低可能主要受 伴随离子钠的影响而不是磷的作用,钾和钠之间存 在离子竞争,但是叶片钾的浓度依然处在适宜范 围,为干重的2.5%~4.0%。植株茎中钾浓度更容易受 环境影响,意味着茎中钾浓度可作为判断钾素丰缺 的指标。供磷20.0 mmol/L时伴随离子钠也不足以 产生盐害,王素平等‘17 3研究表明。以1/2山崎营养 液培养黄瓜,25.0 mmol/L NaCl还不会产生盐害,甚 至促进一些品种生长。高磷虽导致黄瓜根、茎、叶中 铜浓度降低,但黄瓜叶片的表现与铜缺乏症状(首 先幼叶叶脉间失绿)不同,说明本试验中高磷产生 的症状不是磷诱导的铜缺乏导致的。高磷并未降低 植株的钙、镁、锰和锌的浓度,同时也没有改变这些 元素在根、茎和叶的分配趋势,说明高磷并未导致 这些元素的缺乏,但是由于高磷导致干重的降低。 意味着高磷导致这些元素吸收和转运降低。 综上所述,高磷导致的毒害主要是磷的作用而 非磷诱导其他养分缺乏引起的。由于磷与其他养分 之间关系复杂,它们之问不仅存在直接的化学作 用,而且在植物的生理代谢、生化过程和基因水平 上具有交互作用{1819],因此并不能完全排除磷毒害 ,Jj瞳 一'lIIl一 ,lJ ,huIIlllL 0j置 一n1,I.1L Bi点万方数据 徐雷等:高磷胁迫对黄瓜幼苗生长及养分吸收和分配的影响55 中其他养分所起到的作用,磷毒害机制的真正揭示 Cell,2006,18:412—421. 仍将需要针对磷与其他养分间的关系进行深入的 [11]郝小雨,廖文华,刘建玲,等-过量旖磷对油菜吸收矿质养分的 研究。 影响[J] 河北农业大学学报,2009,32(3):26—30 参考文献: 【12]GROOT sPc,zu研RA s,JANSEN Ph。sph。msnutri- …MARSCHNER}L Mineral Nutrition Hig“erPlanls[M]Lon- mildew resistance cucumber[J]J。umal0fthe孟eTica:l don:A。8demlc Pre85'1995. Sociefy Honicul￡uralScience,1992.1 17(3):500—503. [2]QIN HL,QUAN z,LIU XL,e‘a1.Ph。8phorus status [133MARSCHNER H.0BERLE H,CAKMAK I.et a1.Gfowlh ri5k。f ph。8ph8‘8 188。hing loss from 789e‘abl8 80ils differe“enhaIlcement bv silic。n cucunaberfCucm括sativus)plants planting ye“in 8“b“rb8 ch“gsha,c‰[J]fAgficultural depends zincsupply[J].PIant S。i。“。88 长期施肥条件下填土磷素累积与淋失研究[D]陕西杨 [14]SHARMA Nc,STARNEs DL,SAHI Sv.Phytoext『action 凌,西北农林科技大学,2004 excesssoil ph。sph。nls[J].Environmental Polluti。n,2007, 我国典型地区农业生态系统养分循146:120-127. 环和平衡研究-全国和典型地区养分循环和平衡现状[J] [15]TRIMBLEMR,KNOWLES NR.Influence。f ph。sph。ms 壤通报,1996,27(5):193—196 nutrition vesicul“~曲uscularmvc。hizal fun西。nwth E5 2周健民,陈小琴,谢建昌 中国农田生态系统养分平衡状况与管 greenh。usecucumber(Cucumis sativus 理对策[A]周健民 农田养分平衡与管理[M] 南京:河海大学 Canadian Joumat PlantScience1995。75:251—259. 出版社,2000.42-52 [16]CRESSWELL G,JAMES L.Nutrient disorders of肿enhouse [6]MACDONALD GK,BENNErIT EM,POTrER PA,eI a1.Lebanese cucurobersfM].London:A如t H8.3.3 New South Agro“。“i。phosph。“8 inabal锄。es across the”rid,s。mplands Wales Press.1998. NationalAcademy Sciences,201l,[17]王素平,郭世荣,李壤,等.盐胁迫对不同基因型黄瓜幼苗生 108(7):3086—309l 长的影响[J].江苏农业科学,2006(2):76—79,100. [7]sHEN RP,SUN B,ZHA0 QG Spatial temporalVari一 [18]WANG YH,GARVIN DF,KOCHIAN LV.Rapid induc. ability China[J]tion transponergenes phos—Pedosphere,2005,15(3):347-355 phoms,potassium,and imn deftciencies tomator00ts.E” 施磷量对小麦物质生产及吸磷特性idence crosstalk root/rhizosphere—mediatedsignals『J]. 的影响[J].植物营养与肥料学报,2006,12(5):628—634 P1aJlt Phvsiology2002.130(3):1361—1370. [93孙慧敏 施磷量和旋磷方式对小麦品质、产量和氮肥利用的影 f19]ZHENG L,HUANG F,NARSAI R,et a1.Phvsi。1。gical 山东泰安:山东农业大学,2004tmlscriptome analysis phosphomsinteraction [10]CHIOUTJ,AUNG K,LIN SI,et al Regulation phos‘rice seedlin萨….P1ant Phvsi0109y,2009.151(1):262—274. pha‘e“。meo吼asis 6y micmRNA 111eP1… (责任编辑 我院主持的公益性行业(农业)专项子课题“紫茎泽兰经济阈值研究、替代试验与示范" 通过专家现场考察验收 2012年9月28日,由湖北省农业科学院主持,专家小 组对湖北省农业科学院植保土肥研究所承担的农业部公益 性行业科研专项“恶性外来人侵植物紫茎泽兰防控与利用技 术研究”项目中的“紫茎泽兰经济阈值研究、替代试验与示 范”(200803021—070)i式验现场进行了考察与评议。项目首席 专家、中国农业科学院植物保护研究所曹坳程研究员向与会 专家介绍了整个项目的进展情况。专家们考察了田间试验现 场.听取了课题负责人朱文达研究员和项目实施地四川I省西 昌市植保站陈耕同志关于项目实施情况的报告,专家们一致 认为该项目研究具有十分重要的理论和实际意义。