适合于温室盆栽苜蓿的营养液比较研究
[成凤花1 
, 胡进玲1 , 史敏1 , 党淑钟1 , 李彦忠1, 2, * ]
, 胡进玲]
引用本文
成凤花, 胡进玲, 史敏, 党淑钟, 李彦忠. 适合于温室盆栽苜蓿的营养液比较研究. 草业学报, 2019,28(5): 185-191
CHENG Feng-hua, HU Jin-ling, SHI Min, DANG Shu-zhong, LI Yan-zhong. A comparative study on nutrient solutions suitable potted alfalfa plants in a greenhouse. Acta Prataculturae Sinica,2019,28(5): 185-191
Doi:10.11686/cyxb2018734CHENG Feng-hua, HU Jin-ling, SHI Min, DANG Shu-zhong, LI Yan-zhong. A comparative study on nutrient solutions suitable potted alfalfa plants in a greenhouse. Acta Prataculturae Sinica,2019,28(5): 185-191
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适合于温室盆栽苜蓿的营养液比较研究
作者简介:成凤花(1992-),女,甘肃陇南人,在读硕士。E-mail: chengfh16@lzu.edu.cn
摘要
健康的盆栽苜蓿植株是致病性测定等室内科学试验的前提,其生长极易受土壤营养供应的影响。为选择温室盆栽条件下紫花苜蓿健康生长所需要的适宜营养液,本研究将萌发2 d的苜蓿幼苗移栽于装有灭菌土的花盆中,出苗至第4周收获期间,分别浇灌施可得植物生长液、霍格兰氏营养液、自来水和蒸馏水,分析比较苜蓿幼苗在4周期间的长势、生长速率、株高以及生物量等指标。结果表明:施可得植物生长液明显优于其他处理,此处理下植株生长最旺盛,未出现叶片变色、干枯,且植株高大、枝叶繁茂、叶片嫩绿,分枝数4.28个·株-1,生长速率达1.15 cm·d-1(自来水的仅为0.28 cm·d-1),而其余处理植株在第4周时或多或少出现叶片干枯甚至死亡的植株,也未出现分枝;霍格兰氏营养液次于施可得植物生长液,蒸馏水和自来水处理的植株其各项指标无显著差异;与浇灌自来水相比,浇灌施可得植物生长液的植株的株高、地上鲜重、地上干重、根鲜重、根干重、根表面积、根直径、叶片数和节间数分别增加256%、731%、655%、384%、445%、101%、27%、84%和112%,均显著( P<0.05)增加,浇灌霍格兰氏营养液的以上指标分别显著( P<0.05)增加88%、117%、188%、105%、117%、40%、7%、30%和40%。
关键词:
紫花苜蓿; 施可得植物生长液; 霍格兰氏营养液; 自来水; 生长状况
A comparative study on nutrient solutions suitable potted alfalfa plants in a greenhouse
Abstract
Healthy potted alfalfa plants grown in a greenhouse are commonly used in pathogenicity tests. The growth of such test plants is strongly influenced by the environmental conditions, especially nutrient supply. In order to determine the most suitable nutrient solution for the healthy growth of potted alfalfa plants, two-day-old seedlings were transplanted into pots filled with sterilized soil, and supplied either compound fertilizer (CF), Hoagland's solution (HS), tap water (TW), or distilled water (DW). Plant growth status, plant heights and other data were recorded during the next four weeks, and biomass of seedlings at the end of the fourth week was determined. It was found that CF was obviously superior to other treatments; in this treatment, the plant growth status was the healthiest, and the leaves of the CF plants had no discoloration or dryness. Moreover, the growth rate of these plants was up to 1.15 cm·d-1 with on average 4.28 branches per plant whereas the growth rate of TW plants was just 0.28 cm·d-1 with no branches formed. The leaves of the TW plants were more or less dry or had even died by the end of the 4th week. Hoagland's nutrient solution proved inferior to the plant growth fertilizer. There were no significant differences between the DW and TW plants. Compared with TW plants, plant height, fresh weight, ground dry weight, root fresh weight, root dry weight, root surface area, root diameter, numbers of leaves and internode numbers of CF plants were increased, respectively, by 256%, 731%, 655%, 384%, 445%, 101%, 27%, 84% and 112%, with P<0.05 in all cases. For comparison, corresponding plant size increases for HS plants were 88%, 117%, 188%, 105%, 117%, 40%, 7%, 30% and 40%, respectively ( P<0.05).
Keyword:
Medicago sativa; compound fertilizer; Hoagland’s nutrient solution;; tap water; plant growth status
紫花苜蓿(Medicago sativa)为豆科苜蓿属多年生草本植物, 根系发达, 具有产量高、品质好、适应性广、抗逆性强、经济效益高、生态性能好等优点, 素有“ 牧草之王” 和“ 饲料皇后” 的美誉[1, 2], 在我国农业结构调整和草地生态建设中发挥着极其重要的作用。目前对紫花苜蓿栽培的研究主要为田间高产栽培苜蓿, 集中于水分、施肥[3]、灌溉[4]、刈割[5]和种植密度[6]等, 关于室内栽培苜蓿的研究主要集中于盐胁迫[7]等机理方面, 虽然也有关于室内栽培苜蓿的营养方面的研究, 如薛峥等[8]研究了不同营养水平对紫花苜蓿苗期根系生长的影响, 王茜等[9]采用盆栽半控制试验研究土壤水分和施氮水平对紫花苜蓿苗期生长的互作效应, 但有关室内培养出生长健康、整齐的苜蓿植株所需要的营养物质种类比较的研究较为缺乏。
致病性测定是牧草病害研究的关键环节, 据科赫式法则[10], 通常需将病株上分离到的多种微生物接种至生长健康且长势一致的苜蓿植株上, 若接种苗发病而对照苗仍然生长健康, 则可确定测试的接种体为致病菌。然而, 本研究团队在温室内栽培苜蓿准备用于接种时, 通常将土壤灭菌, 浇灌自来水, 结果苜蓿植株出现叶片黄化、干枯和脱落的状况, 部分植株甚至死亡, 无法满足接种之用。光温胁迫[11, 12]、水分不足[13]、养分缺乏[14]以及土壤/种子中的病原杂菌[15]等均可导致出现类似的现象。温室中栽培苜蓿时经常出现生长不良的状况, 是否是光照不足、土壤养分缺乏抑或是自来水中某些物质影响了苜蓿生长, 至今尚未澄清。
本研究的目的为试验温室培养苜蓿时是否由于提供给苜蓿的营养物质的种类及其含量影响了苜蓿的生长。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试苜蓿品种为陇东苜蓿, 于2016年购自克劳沃种子公司, 保存于兰州大学草地农业科技学院种质资源库。供试土壤采自花市, 为黑壤土, 经中国农业科学院兰州畜牧研究所辐照中心钴60辐照灭菌, 确定土壤无菌。
供试营养液有2种, 其中施可得植物生长液(compound fertilizer)购自美国Scotts有限责任公司子公司施可得园艺肥料武汉有限公司, 包装说明上注明的成分为:除大量元素氮(30 g· L-1)、磷酐(15 g· L-1)、氧化钾(17.5 g· L-1), 中量元素氧化镁(1.3 g· L-1)、硫(1.7 g· L-1)外, 还含有植物茁壮成长所必须的螯合态微量元素(总含量≥ 0.2 g· L-1), 使用时4 L蒸馏水中加入30 mL施可得植物生长液, 故稀释后氮磷钾浓度分别为N (225 mg· L-1)、P (49 mg· L-1)、K (109 mg· L-1)。另一种营养液为霍格兰氏营养液[8], 主要成分为四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、七水硫酸镁、碘化钾、四水氯化锰、硫酸锌、硫酸铜、钼酸钠、氯化钴和五水柠檬酸铁(均购自天津市大茂化学试剂厂), 经计算其氮磷钾浓度为N (210 mg· L-1)、P (31 mg· L-1)、K (234 mg· L-1), 使用时用1 mol· L-1的NaOH将霍格兰氏营养液pH调至6.8[16]。供试自来水和蒸馏水与实验室常用的一致, 其中自来水pH为8.08。
1.2 方法
1.2.1 试验方法 试验于2017年, 在兰州大学草地农业科技学院实验室病原菌接种苗培养温室内进行, 温室中每天光照16 h(光照强度6680 LUX), 温度为(22± 1) ℃; 黑暗8 h, 温度(18± 1) ℃, 温度由双空调控制; 温室平均湿度为65%80%。试验采用盆栽法, 盆的上口径7.3 cm, 下口径6.2 cm, 高9 cm, 装入160 g过2 mm筛的灭菌鲜土。在体视显微镜下选取大小均等、籽粒饱满的苜蓿种子, 常规消毒并催芽48 h后(胚长约23 cm)移栽至装有灭菌鲜土的花盆中, 每盆5株, 共移栽20盆, 随机摆放于温室的架子上定期转盆。
本试验设施可得植物生长液、霍格兰氏营养液、自来水和蒸馏水4个处理, 每个处理5个重复, 出苗后分别浇灌上述液体。初次浇水时按土壤最大持水量的75%浇灌, 以后按植株大小和土壤湿润程度浇灌, 即第1、2周, 隔2 d浇1次; 第3周, 隔1.5 d浇1次; 第4周, 隔1 d浇1次, 每次均为40 mL。移栽第4周后取样, 保存于-20 ℃冰箱待测。
1.2.2 测定指标 移栽后每周测量一次株高, 观察植株生长状况, 对出现的异常表现拍照。第4周后统计分枝数、分枝部位、节间数和叶片数, 取样后每个处理测定15株的地上、地下的鲜重和干重, 以干重数据计算根冠比; 每处理取10株根系, 用浓度为1 g· L-1的甲基蓝溶液染色510 min, 蒸馏水冲洗根部残留的染液数次至无残留, 分散后放入盛有适量蒸馏水的透明有机玻璃盘中, 用镊子将重叠的根系充分展开, 用Epson V700彩色图像扫描仪扫描苜蓿根系, Scoots扫描分析软件读取根表面积和根直径数据。
1.3 数据处理
采用Excel 2007进行数据处理, SPSS 22.0软件进行ANOVA方差分析, 结果以平均值± 标准误表示。
2 结果与分析
2.1 植株生长状况
子叶褪绿、变黄、干枯的时间不同(图1A):浇灌自来水和蒸馏水的植株出现在第13天, 浇灌霍格兰氏营养液的植株出现在第20天, 而浇灌施可得植物生长液的植株在收获时子叶保持绿色。
 | 图1 收获时4种处理下苜蓿植株的子叶、单叶、复叶和茎干(A)以及生长状况(B) 图 中小写字母a、b、c和d分别表示施可得植物生长液、霍格兰氏营养液、蒸馏水和自来水处理。Fig.1 The cotyledon leaves, single leaves, compound leaves and stems (A) of the plants under four treatments atthe harvest and growth status of the plants (B) The lowercase letters a, b, c and d in the Figure represent compound fertilizer, Hoagland’ s nutrient solution, distilled water and tap water treatment, respectively. |
真叶褪绿、茎干粗壮(图1A)、植株长势不同:浇灌自来水和蒸馏水的植株基部真叶自下而上逐渐变黄、干枯, 自叶边缘向内褪绿, 叶片出现褪绿黄斑, 且叶小, 叶柄及叶脉呈红褐色, 茎干纤细, 节间短。在浇灌蒸馏水的植株上此症状更明显, 浇灌霍格兰氏营养液的植株也出现类似现象, 整株矮化、生长细弱, 茎干呈红褐色, 而浇灌施可得植物生长液的植株未出现叶片褪绿等以上现象, 且植株高大、叶片嫩绿、茎秆粗壮(图1B)。
2.2 株高
第1周各处理间的株高差异不显著(P> 0.05); 第2周时, 浇灌施可得植物生长液的苜蓿株高显著(P< 0.05)高于自来水, 霍格兰氏营养液、蒸馏水与自来水处理间株高差异不显著(P> 0.05); 第3周, 浇灌施可得植物生长液和霍格兰氏营养液的株高显著(P< 0.05)高于自来水180%和34%, 蒸馏水与自来水处理间株高差异不显著; 第4周, 施可得植物生长液和霍格兰氏营养液处理的苜蓿株高亦显著(P< 0.05)高于自来水256%和88%, 蒸馏水与自来水处理间株高差异仍不显著(图2)。同时, 自来水、蒸馏水、施可得植物生长液和霍格兰氏营养液处理的苜蓿幼苗的株高生长量在4周内分别为4.6、4.5、16.5和8.7 cm, 且施可得植物生长液处理下第3周时苜蓿生长量最大, 生长速率达1.15 cm· d-1, 而自来水的仅为0.28 cm· d-1(图2)。
 | 图2 移栽后4周中4种处理下苜蓿的株高和生长速率 不同大写字母代表同一时间不同处理下的差异显著性(P< 0.05), 小写字母代表同一处理下不同时间的差异显著性(P< 0.05)。Fig.2 The plant height and the growth rate of alfalfa under four treatments at four weeks after transplanting Different capital letters for the significant differences (P< 0.05) in different treatments at the same time, and lowercase letters for the significant differences (P< 0.05) in different time under the same treatment. |
2.3 生物量及其他指标
施可得植物生长液处理下苜蓿植株的地上鲜重、地上干重、根鲜重、根干重、根表面积、根直径、叶片数和节间数显著(P< 0.05)高于自来水处理731%、655%、384%、445%、101%、27%、84%和112%; 霍格兰氏营养液处理比自来水处理显著(P< 0.05)高117%、188%、105%、117%、40%、7%、30%和40%; 但蒸馏水处理与自来水处理各项指标间无显著差异(P> 0.05)。同时, 仅施可得植物生长液处理下苜蓿植株有分枝数且平均每株分枝4.28个, 霍格兰氏营养液、自来水和蒸馏水处理的植株均无分枝。自来水和蒸馏水处理的苜蓿植株其根冠比比施可得植物生长液处理显著(P< 0.05)高172%和153%, 而其余处理间根冠比无明显差异(表1)。
 | 表1 4种不同处理下紫花苜蓿的生物量和其他指标 Table 1 Biomass and others indexes of alfalfa under four different treatments |
3 讨论
健康的盆栽苜蓿植株是病原物致病性测定的基础, 光照不足、温度过高、种带病菌、土壤中的杂菌以及盆土营养不足等均会导致其出现生长不良的现象, 无法满足接种之用。研究表明, 植物生长的形态特征是光照、温度等因素综合作用的直观反应, 苜蓿是喜光、长日照植物, 生长适宜的温度为1525 ℃, 40 ℃高温下苜蓿幼苗生长缓慢、枯萎甚至死亡[17]。本研究中, 移栽后的前2周内未出现生长弱小植株, 未见植株死亡, 可见土壤灭菌彻底、种子上无种带病菌或种带病菌已消毒处理掉, 故种子消毒催芽和土壤灭菌处理是获得生长健康、整齐植株的前提。然而在2周后部分处理的植株出现从子叶至真叶的变黄、干枯症状, 而浇灌施可得植物生长液的植株至收获时子叶仍保持绿色, 真叶未出现变黄、干枯的症状, 因此本研究所使用的温室其温度和光照适宜。
本试验发现, 只有浇灌施可得植物生长液的植株才可旺盛生长, 其分枝能力强、生物量积累多, 而不浇灌营养液时, 无论浇灌自来水还是蒸馏水, 植株均会出现叶片枯黄的现象, 说明本试验所使用的土壤的营养成分含量不足。至于苜蓿生长需要的最佳养分成分及其含量是多少根据本研究无法确定, 因施可得植物生长液为商业产品, 其实际的配方尚不得而知。可以肯定施可得植物生长液含有较高的氮磷肥(N为225 mg· L-1、P为49 mg· L-1), 而霍格兰氏营养液的氮磷浓度则相对较低(N为210 mg· L-1、P为31 mg· L-1), 因此影响苜蓿生长最主要的因素可能为氮磷肥, 也不排除其他元素, 因为各种矿质元素执行特定的生理功能, 具有复杂的互作效应, 氮、磷互作可显著促进苜蓿生长和提高产量[18], 氮和磷配施明显增加苜蓿的生长速度、生物量积累、分枝数和根系直径等[19]。Versteeg等[20]也指出, 氮、磷、钾按比例协调施入, 为作物提供均衡的营养, 有利于植物的生长发育。在本试验中, 浇灌霍格兰氏营养液的苜蓿植株比浇灌自来水和蒸馏水的植株推迟约一周表现出缺素症状, 表明苜蓿随着生长发育的推进, 此营养液所提供的养分不能满足植物日渐增多的营养需求, 从而生长不良。有研究表明[8], 霍格兰营养液显著促进紫花苜蓿小苗地上部的生长并增加根系干物质的积累, 本研究结果与此不一致, 可能是由于所用试剂的有效性和配制及保存方法不同。
自来水和蒸馏水处理相比, 苜蓿植株前期(移栽后13 d左右)生长健康, 之后子叶及基部老叶发黄, 幼叶淡绿, 茎干及叶柄呈红褐色, 至收获时整株矮小, 茎干细弱, 子叶脱落, 节间短, 叶片小, 但根冠比明显高于两种营养液处理, 表明自来水和蒸馏水的矿质营养极度缺乏, 苜蓿表现出典型的缺素症状, 增加根冠比以促进根系吸收矿质元素, 但根生物量仍远低于两种营养液处理, 其原因可能是土壤养分不足产生的一系列生长抑制效应所致, 说明矿质养分对室内紫花苜蓿的生长十分关键, 仅凭盆土中有限的营养远不能满足苜蓿正常生长的养分需求, 因此室内栽培紫花苜蓿应选用土壤肥力较好的土壤或浇灌营养液或施用化肥。本研究发现, 自来水与蒸馏水处理相比, 所有指标差异均不显著, 但蒸馏水处理下苜蓿生长不良的症状更为突出, 表明苜蓿叶片对矿质元素非常敏感, 自来水中极微量的矿物元素发挥了作用, 且次氯酸并未对苜蓿生长造成危害。水的pH越高, 次氯酸离解为氯酸根离子就越多, 当pH大于8时, 次氯酸浓度极低[21], 对植物生长不具危害, 本研究中自来水pH 8.08对苜蓿生长未造成危害结果与此一致。
4 结论
根据本试验可以确定本研究团队温室栽培苜蓿出现的问题为营养成分供给不足, 而不是温度、光照等其他因素。本研究发现, 氮磷浓度较高的施可得植物生长液可培养出生长健康的苜蓿植株, 而其余处理营养不足, 浇灌后均逐渐表现出不同程度的生长不良症状, 表明盆栽苜蓿的健康生长需要较多的矿质养分含量。此外, 自来水与蒸馏水处理相比, 所有指标差异均不显著, 但蒸馏水处理下苜蓿生长不良的症状更为突出, 表明自来水中极微量的次氯酸并未对苜蓿生长造成危害, 同时自来水中的微量矿物元素发挥了作用, 故只有土壤养分足够高, 在光温适宜、种子消毒、土壤灭菌彻底的条件下浇灌自来水也可获得健康的盆栽苜蓿植株。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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