不同矿质元素对玉米生长的影响

矿质元素对玉米幼苗生长的影响郝欣蔚屈楠王林夕赵炜侯晓珍张小巧邓丽高宇(云南农业大学园林园艺学院，云南省昆明市650201)摘要：将玉米种子完全培养至两叶期，用水培法把两叶期苗进行缺素(P)处理培养，缺素症状出现后进行症状观察与生长测量并进行生理生化指标测定，结果表明：玉米幼苗在六种缺素条件下明显表现出七种不同的缺素症状，其形态指标及生理指标均明显低于对照，各种缺素症状出现在不同的生长时期。为研究其需肥特点及快速营养诊断提供参考和依据。关键词：玉米幼苗；缺素培养；缺素症状；生理指标玉米(Zeamays)是我国的主要粮食作物，对发展农业、畜牧业具有十分重要的意义[1]，Duncan已对玉米一生中光合作用作了大量研究[3]。为了提高玉米的产量和品质，在农业栽培技术和作物育种上开展各种研究的同时，掌握作物个体发育对外界环境条件营养物质需要极为重要。关于玉米一生各时期所需要的营养和缺素症状也己有大量的报道[3-5]，但多为整个生育期总体的研究。而缺素情况下对玉米幼苗期的影响情况，我们又一次进行了实验研究，在学习培养操作的同时以补充和完善对缺乏各类元素症状的认识，为更有效地掌握玉米生产中营养管理提供科学依据。本文拟以P这1种植物必需的矿质元素，利用营养液培育方法，分析使植物发生相应的生理生化并影响其生长发育而产生相应症状。如缺乏这些元素可产生特有的缺素病症；生长速率下降；根冠比改变；根的活力及物质、积累受影响等[6]。但某些元素含量过高，又影响其他元素的吸收和体内的代谢。在操作学习的基础上，对玉米植株的缺素症状以及生理指标的测量有更深入的认识。本组中的实验由2人共同完成，本人做缺P培养的工作，以下方法和操作介绍以缺P培养为主，实验结论为所有实验的共同分析。1材料与方法1．1材料1.1.1植物材料健康的玉米种子(材料由云南农业大学植物生理实验室提供)。1.1.2试剂硝酸钾（KNO3）；硫酸镁（MgSO4）；磷酸二氢钾（KH2PO4）；硫酸钾（K2SO4）；硫酸钠（Na2SO4）；磷酸二氢钠（NaH2PO4）；硝酸钠（NaNO3）；硝酸钙（Ca(NO3)2）；氯化钙（CaCl2）；硫酸亚铁（FaSO4）；硼酸（H3BO4）；氯化锰（MnCl2）；硫酸铜（CuSO4）；硫酸锌（ZnSO4）；钼酸（H2MoO4）；盐酸（HCl）；乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2）。以上试剂均需分析纯。1．2方法试验设7个处理。分别为完全营养液、缺N营养液、缺P营养液、缺K营养液、缺Ca营养液、缺Mg营养液、缺Fe营养液，以这些缺素营养液作为水培材料，将两叶期玉米幼苗去胚后放入棕色培养瓶上培养。1.2.1培苗选大小一致、饱满的玉米种子消毒、浸种、催芽。取搪瓷盆一个，内放用有机玻璃自制的发芽框（框厚2cm、上面覆盖塑料纱网和一层大滤纸，滤纸浸入搪瓷盘的水中），将催好芽的种子均匀摆放在纱网的滤纸上，置温暖处生长至第一叶抽出时，转入塑料纱网（抽去一些纱的）覆盖的容器上生长，直到出现第2或第3片真叶时，移栽。1.2.2配制储备液[6]储备液的配制过程中，每一种试剂要先溶再混合，以免出现沉淀。特别是H2MoO4·H2O的配制，先用碱（NaOH）或氨水一滴一滴加进，使之完全溶解后加蒸馏水稀释，再与其他几种微量元素混合。混合时应慢慢倾入，并不断用玻璃棒搅拌，如发现浑浊出现，应加一滴HCl中和，保证混合液清澈、透明。（1）大量元素及铁的储备液按表1，用蒸馏水配制。表1大量元素及铁的储备液配制表试剂浓度（g·L-1）试剂浓度（g·L-1）Ca(NO3)2·4H2O263NaH2PO424KNO3102NaNO3170MgSO4·7H2O98Na2SO421KH2PO427EDTA-FeK2SO4881EDTA-Na7.45CaCl21112FaSO4·7H2O5.57（2）微量元素的储备液按表2，用蒸馏水配制。表2微量元素的储备液配制表试剂浓度（g·L-1）试剂浓度（g·L-1）H3BO42.86H2MoO4·H2O0.09MnCl2·4H2O1.81ZnSO4·7H2O5.57CuSO4·5H2O0.08（3）在500ml棕色广口瓶中瓶装400ml蒸馏水，按表3加储备液，边加边搅，以防出现沉淀。加完储备液后再补足蒸馏水至500ml，并用1%稀盐酸调整pH至5.5~5.8,即为完全培养液或缺乏某种元素的培养液。贴上标签，写明日期。表3完全培养液和各种缺素培养液配置储备液每100ml培养液中储备液的量（ml）完全缺N缺P缺K缺Ca缺Mg缺FeCa(NO3)20.5–0.50.5–0.50.5KNO30.5–0.5–0.50.50.5MgSO40.50.50.50.50.5–0.5KH2PO40.50.5––0.50.50.5CaCl2–0.5–––––NaH2PO4–––0.5–––NaNO3–––0.50.5––Na2SO4–––––0.5–EDTA-Fe0.50.50.50.50.50.5–微量元素0.10.10.10.10.10.10.11.2.3缺素处理方法挑选生长一致（株高、根长、叶片数基本相同）且健壮的植株，除去胚乳，在吸水纸上轻轻吸干根部水分，测量株高、根长、叶片数和整株鲜重，记录。将植株小心地通过广口瓶胶塞圆孔，用棉花固定，使根系浸入培养液中。为是根系生长良好，最好在胶塞和培养液之间保留一定空隙，以利通气。将培养瓶放在阳光充足、温度适宜（20~25℃）的地方培养。以后每周补充一次蒸馏水，每2周更换一次培养液。1.2.4症状观察与生长测量每周观察记录缺乏某一必需元素时所表现的症状和最先出现症状的部分。待幼苗表现出明显的症状（21天）后结束实验，并测量株高、根长、叶片数，用吸水纸轻轻吸干部分水分后，称取地上部鲜重和地下部鲜重。1.2.5生理生化指标测定（1）根系总吸收面积和活跃吸收面积测定用吸水纸吸干根系上的水后测重，记录。在3个编号为1、2、3的烧杯中加入根系重量10倍体积的0.0002mol·L-1甲烯蓝溶液，将根在1、2、3号烧杯中依次浸泡1.5分钟，从1、2、3烧杯中分别取1ml到编号为1、2、3的试管中，每个试管中加蒸馏水9ml。用721型分光光度计比色（660nm、1cm光经的比色皿）直接读出溶液浓度。（2）叶绿体色素的定量测定取新鲜的玉米叶片擦净表面污物，去掉叶片主脉，用剪刀剪碎、混匀后称取0.2g。将称取的材料放入25ml的容量瓶中，加入80%的丙酮（不要加到刻度线），放在黑暗的条件下，浸泡至叶片发白（7天），用80%丙酮定容至25ml，摇匀、备用。将叶绿体色素的浸提液倒入1cm光径的比色皿内，以浸提试剂（80%丙酮）为空白分别测定波长663nm、646nm和470nm下的吸光度。2、结果与分析根据叶尚红主编的《植物生理生化实验教程》（第二版）上的公式计算得出以下数据[6]。2.1植株的缺素症状与生长指标记录2.1.1植株的缺素症状[7](二)缺磷：植株矮化，叶片不舒展，茎秆细弱；叶尖、叶缘失绿呈紫红色，后叶端枯死或变成暗紫褐色；生长缓慢矮缩，根系发育差。2.1.2生长指标记录由表4中数据可得出结论，完全培养液培养的幼苗的生长状况要好于其他缺素培养的幼苗。P元素对植物生长都极为重要。缺P培养的玉米苗生长情况，????????????。缺乏任何一种必需元素都会使植株的根冠比增大，大于完全培养下的植株根冠比，而相对生长速率都小于完全培养下的植株生长速率。植株的重量、叶片数、株高等指标都小于完全培养下的植株指标。表4玉米幼苗21天缺素培养的生长状况缺素类型株高根长叶片数地上重地下重RGR根冠比（cm）（cm）（片）（g）（g）（g·g-1·d-1）（R/T）完全6421.7710.112.130.740.21缺钾3137.851.040.840.1850.81缺磷4250.742.250.870.1680.39缺氮29.145.151.151.541.161.34缺钙26.727.251.270.690.0770.54缺铁30.725.251.250.820.1040.66缺镁37.812.551.970.690.180.352.2根系活力测定根系活力泛指根系整体代谢的强弱，包括吸收、合成、呼吸作用、氧化力等。根系活力的大小与整个植株生命活动的强度有密切相关，是一种客观反映根系生命活动的生理指标。根系活力跟作物的产量有密切的关，根系活力越大。相应的生物产量和经济产量也就越大。根系活力强，吸收面积大，有利于根系吸收水分和养分。缺氮培养的根系吸收面积最小，为15.8%，因为氮素是酶的基本成分，缺氮会阻碍这些有机物的合成，从而降低了根系活性，由总吸收面积这一指标看，完全培养的幼苗最高，其吸水和吸肥的能力越强，生长最好。表5玉米幼苗21天缺素培养的根系活力测定表缺素类型C1(ug·ml-1)C2(ug·ml-1)C3(ug·ml-1)总吸收面积（m2·株-1）活跃吸收面积（m2·株-1）活跃吸收面积（%）比表面（m2·g-1）完全5.686.337.030.690.1115.9%0.30缺钾5.105.436.880.4090.05513.56%0.49缺钙5.486.066.270.290.09235.38%0.38缺氮5.085.326.340.600.09515.8%0.390缺磷5.785.896.780.310.06721.3%0.36缺铁5.205.676.340.480.1225%0.45缺镁4.785.375.740.370.1335.7%0.54.2.3叶绿体色素的定量测定下面我对缺铁培养下的玉米幼苗叶绿素含量的测定进行详细的描述，根据朗伯-比尔定律(A=kCL)，各种有色物质溶液在不同波长下的吸收系数可通过测定已知浓度的纯物质在不同波长下的吸光度求得。Arnon在浓度为80%丙酮提取液下测比色吸光度，叶绿素浓度公式经Lichtenthaier修正后为：229/)10427.31000(03.513.2081.221.12470663646646663baxbaCCACAACAAC所以只需要以浸提取液（80%丙酮）为空白，测出663nm、646nm和470nm下提取液的吸光度，再通过上述公式计算，就可以求出叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的浓度。求的各色素的浓度后再按下列公式计算组织中的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的4种色素的含量。1000)()()()(11gmlLmgCgmg叶样重量提取液总量叶绿体色素含量然后将所有原始数据和计算数据记录到表6中，综合组织其余数据，统计在表7中。表6玉米幼苗21天缺铁培养的叶绿体色素数据记录表缺素类型吸光度(A)色素浓度(mg·L-1)色素含量(mg·g-1)a:bCT:CX663(nm)646(nm)470(nm)aba+bCXaba+bCX缺铁0.3810.1700.3074.361.515.870.590.5450.1890.7340.0742.889.92根据表7分析，a、b分别代表叶绿素a和叶绿素b，CT=a+b表示叶绿素的总浓度，CX表示类胡萝卜素的浓度。由表看出，营养液中缺少任何一种营养元素对植株叶绿素含量都有不同程度的降低，其中缺氮、缺镁、缺铁下降显著，这可能与氮、镁是叶绿素的组成成分以及铁能促进叶绿素的生物合成有关。缺铁的叶绿素含量最低，缺钙的叶绿素含量最高。叶绿素a和叶绿素b的比值没有太大的波动，在3:1附近；总的叶绿素含量和类胡萝卜素的比值也没有太大的波动。缺铁的玉米植株由于叶片发白，光和作用减弱，叶绿素合成量减弱，缺钙的植株由于新叶生长点坏死，生长发生紊乱，叶绿素a和叶绿素b的比值已经超出了3:1的范围。表7玉米幼苗21天缺素培养的叶绿体色素定量测定表缺素类型色素含量(mg·g-1)a:bCT:CXaba+bCX完全1.210.371.580.183.278.78缺钾1.1660.3551.5210.19253.287.90缺磷1.57290.55202.12490.19242.8511.04缺铁0.5450.1890.7340.074