不同礦質(zhì)元素對玉米生長的影響

1、礦質(zhì)元素對玉米幼苗生長的影響郝欣蔚 屈楠 王林夕 趙煒 侯曉珍 張小巧 鄧麗 高宇(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南省昆明市 650201)摘要：將玉米種子完全培養(yǎng)至兩葉期，用水培法把兩葉期苗進(jìn)行缺素(P)處理培養(yǎng)，缺素癥狀出現(xiàn)后進(jìn)行癥狀觀察與生長測量并進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定，結(jié)果表明：玉米幼苗在六種缺素條件下明顯表現(xiàn)出七種不同的缺素癥狀，其形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)均明顯低于對照，各種缺素癥狀出現(xiàn)在不同的生長時(shí)期。為研究其需肥特點(diǎn)及快速營養(yǎng)診斷提供參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞：玉米幼苗；缺素培養(yǎng)；缺素癥狀；生理指標(biāo)玉米(Zea mays)是我國的主要糧食作物，對發(fā)展農(nóng)業(yè) 、畜牧業(yè)具有十分重要的意義1， Dunca

2、n 已對玉米一生中光合作用作了大量研究3。為了提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)和作物育種上開展各種研究的同時(shí)，掌握作物個(gè)體發(fā)育對外界環(huán)境條件營養(yǎng)物質(zhì)需要極為重要。關(guān)于玉米一生各時(shí)期所需要的營養(yǎng)和缺素癥狀也己有大量的報(bào)道3-5，但多為整個(gè)生育期總體的研究。而缺素情況下對玉米幼苗期的影響情況，我們又一次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在學(xué)習(xí)培養(yǎng)操作的同時(shí)以補(bǔ)充和完善對缺乏各類元素癥狀的認(rèn)識，為更有效地掌握玉米生產(chǎn)中營養(yǎng)管理提供科學(xué)依據(jù)。本文擬以P這1種植物必需的礦質(zhì)元素，利用營養(yǎng)液培育方法，分析使植物發(fā)生相應(yīng)的生理生化并影響其生長發(fā)育而產(chǎn)生相應(yīng)癥狀。如缺乏這些元素可產(chǎn)生特有的缺素病癥；生長速率下降；根冠比改變

3、；根的活力及物質(zhì)、積累受影響等6。但某些元素含量過高，又影響其他元素的吸收和體內(nèi)的代謝。在操作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對玉米植株的缺素癥狀以及生理指標(biāo)的測量有更深入的認(rèn)識。本組中的實(shí)驗(yàn)由2人共同完成，本人做缺P培養(yǎng)的工作，以下方法和操作介紹以缺P培養(yǎng)為主，實(shí)驗(yàn)結(jié)論為所有實(shí)驗(yàn)的共同分析。1 材料與方法11材料 植物材料健康的玉米種子 (材料由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生理實(shí)驗(yàn)室提供)。 試劑硝酸鉀（KNO3）；硫酸鎂（MgSO4）；磷酸二氫鉀（KH2PO4）；硫酸鉀（K2SO4）；硫酸鈉（Na2SO4）；磷酸二氫鈉（NaH2PO4）；硝酸鈉（NaNO3）；硝酸鈣（Ca(NO3)2）；氯化鈣（CaCl2）；硫酸亞鐵（

4、FaSO4）；硼酸（H3BO4）；氯化錳（MnCl2）；硫酸銅（CuSO4）；硫酸鋅（ZnSO4）；鉬酸（H2MoO4）；鹽酸（HCl）；乙二胺四乙酸鈉（EDTA-Na2）。以上試劑均需分析純。12 方法試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理。分別為完全營養(yǎng)液、缺N營養(yǎng)液、缺P營養(yǎng)液、缺K營養(yǎng)液、缺Ca營養(yǎng)液、缺Mg營養(yǎng)液、缺Fe營養(yǎng)液，以這些缺素營養(yǎng)液作為水培材料，將兩葉期玉米幼苗去胚后放入棕色培養(yǎng)瓶上培養(yǎng)。 培苗選大小一致、飽滿的玉米種子消毒、浸種、催芽。取搪瓷盆一個(gè)，內(nèi)放用有機(jī)玻璃自制的發(fā)芽框（框厚2cm、上面覆蓋塑料紗網(wǎng)和一層大濾紙，濾紙浸入搪瓷盤的水中），將催好芽的種子均勻擺放在紗網(wǎng)的濾紙上，置溫暖處生長至

5、第一葉抽出時(shí)，轉(zhuǎn)入塑料紗網(wǎng)（抽去一些紗的）覆蓋的容器上生長，直到出現(xiàn)第2或第3片真葉時(shí)，移栽。 配制儲備液6儲備液的配制過程中，每一種試劑要先溶再混合，以免出現(xiàn)沉淀。特別是H2MoO4·H2O的配制，先用堿（NaOH）或氨水一滴一滴加進(jìn)，使之完全溶解后加蒸餾水稀釋，再與其他幾種微量元素混合?；旌蠒r(shí)應(yīng)慢慢傾入，并不斷用玻璃棒攪拌，如發(fā)現(xiàn)渾濁出現(xiàn)，應(yīng)加一滴HCl中和，保證混合液清澈、透明。（1）大量元素及鐵的儲備液按表1，用蒸餾水配制。表1 大量元素及鐵的儲備液配制表試劑濃度（g·L-1）試劑濃度（g·L-1）Ca(NO3)2·4H2O263NaH2PO42

6、4KNO3102NaNO3170MgSO4·7H2O98Na2SO421KH2PO427EDTA-FeK2SO4881EDTA-Na7.45CaCl21112FaSO4·7H2O5.57（2）微量元素的儲備液按表2，用蒸餾水配制。表2 微量元素的儲備液配制表試劑濃度（g·L-1）試劑濃度（g·L-1）H3BO42.86H2MoO4·H2O0.09MnCl2·4H2O1.81ZnSO4·7H2O5.57CuSO4·5H2O0.08（3）在500ml棕色廣口瓶中瓶裝400ml蒸餾水，按表3加儲備液，邊加邊攪，以防出現(xiàn)沉

7、淀。加完儲備液后再補(bǔ)足蒸餾水至500ml，并用1%稀鹽酸調(diào)整pH至5.55.8,即為完全培養(yǎng)液或缺乏某種元素的培養(yǎng)液。貼上標(biāo)簽，寫明日期。表3 完全培養(yǎng)液和各種缺素培養(yǎng)液配置儲備液每100ml培養(yǎng)液中儲備液的量（ml）完全缺N缺P缺K缺Ca缺Mg缺FeCa(NO3)20.50.50.50.50.5KNO30.50.50.50.50.5MgSO40.50.50.50.50.50.5KH2PO40.50.50.50.50.5CaCl20.5NaH2PO40.5NaNO30.50.5Na2SO40.5EDTA-Fe0.50.50.50.50.50.5微量元素0.10.10.10.10.10.10.1

8、 缺素處理方法挑選生長一致（株高、根長、葉片數(shù)基本相同）且健壯的植株，除去胚乳，在吸水紙上輕輕吸干根部水分，測量株高、根長、葉片數(shù)和整株鮮重，記錄。將植株小心地通過廣口瓶膠塞圓孔，用棉花固定，使根系浸入培養(yǎng)液中。為是根系生長良好，最好在膠塞和培養(yǎng)液之間保留一定空隙，以利通氣。將培養(yǎng)瓶放在陽光充足、溫度適宜（2025）的地方培養(yǎng)。以后每周補(bǔ)充一次蒸餾水，每2周更換一次培養(yǎng)液。 癥狀觀察與生長測量每周觀察記錄缺乏某一必需元素時(shí)所表現(xiàn)的癥狀和最先出現(xiàn)癥狀的部分。待幼苗表現(xiàn)出明顯的癥狀（21天）后結(jié)束實(shí)驗(yàn)，并測量株高、根長、葉片數(shù)，用吸水紙輕輕吸干部分水分后，稱取地上部鮮重和地下部鮮重。 生理生化指標(biāo)

9、測定（1）根系總吸收面積和活躍吸收面積測定用吸水紙吸干根系上的水后測重，記錄。在3個(gè)編號為1、2、3的燒杯中加入根系重量10倍體積的0.0002mol·L-1甲烯藍(lán)溶液，將根在1、2、3號燒杯中依次浸泡1.5分鐘，從1、2、3燒杯中分別取1ml到編號為1、2、3的試管中，每個(gè)試管中加蒸餾水9ml。用721型分光光度計(jì)比色（660nm、1cm光經(jīng)的比色皿）直接讀出溶液濃度。（2）葉綠體色素的定量測定取新鮮的玉米葉片擦凈表面污物，去掉葉片主脈，用剪刀剪碎、混勻后稱取0.2g。將稱取的材料放入25ml的容量瓶中，加入80%的丙酮（不要加到刻度線），放在黑暗的條件下，浸泡至葉片發(fā)白（7天），

10、用80%丙酮定容至25ml，搖勻、備用。將葉綠體色素的浸提液倒入1cm光徑的比色皿內(nèi)，以浸提試劑（80%丙酮）為空白分別測定波長663nm、646nm和470nm下的吸光度。2、結(jié)果與分析根據(jù)葉尚紅主編的植物生理生化實(shí)驗(yàn)教程（第二版）上的公式計(jì)算得出以下數(shù)據(jù)6。2.1植株的缺素癥狀與生長指標(biāo)記錄植株的缺素癥狀7 (二)缺磷：植株矮化，葉片不舒展，莖稈細(xì)弱；葉尖、葉緣失綠呈紫紅色，后葉端枯死或變成暗紫褐色；生長緩慢矮縮，根系發(fā)育差。2.1.2生長指標(biāo)記錄由表4中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論，完全培養(yǎng)液培養(yǎng)的幼苗的生長狀況要好于其他缺素培養(yǎng)的幼苗。P元素對植物生長都極為重要。缺P培養(yǎng)的玉米苗生長情況，?。缺乏任

11、何一種必需元素都會使植株的根冠比增大，大于完全培養(yǎng)下的植株根冠比，而相對生長速率都小于完全培養(yǎng)下的植株生長速率。植株的重量、葉片數(shù)、株高等指標(biāo)都小于完全培養(yǎng)下的植株指標(biāo)。表4 玉米幼苗21天缺素培養(yǎng)的生長狀況缺素類型株高（cm）根長（cm）葉片數(shù)（片）地上重（g）地下重（g）RGR（g·g-1·d-1）根冠比（R/T）完全6421.7710.112.130.740.21缺鉀3137.851.040.840.1850.81缺磷4250.742.250.870.1680.39缺氮29.145.151.151.541.161.34缺鈣26.727.251.270.690.0770

12、.54缺鐵30.725.251.250.820.1040.66缺鎂37.812.551.970.690.180.352.2 根系活力測定根系活力泛指根系整體代謝的強(qiáng)弱，包括吸收、合成、呼吸作用、氧化力等。根系活力的大小與整個(gè)植株生命活動(dòng)的強(qiáng)度有密切相關(guān)，是一種客觀反映根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)。根系活力跟作物的產(chǎn)量有密切的關(guān)，根系活力越大。相應(yīng)的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也就越大。根系活力強(qiáng)，吸收面積大，有利于根系吸收水分和養(yǎng)分。缺氮培養(yǎng)的根系吸收面積最小，為15.8%，因?yàn)榈厥敲傅幕境煞?，缺氮會阻礙這些有機(jī)物的合成，從而降低了根系活性，由總吸收面積這一指標(biāo)看，完全培養(yǎng)的幼苗最高，其吸水和吸肥的能力越

13、強(qiáng)，生長最好。表5 玉米幼苗21天缺素培養(yǎng)的根系活力測定表缺素類型C1(ug·ml-1)C2(ug·ml-1)C3(ug·ml-1)總吸收面積（m2·株-1）活躍吸收面積（m2·株-1）活躍吸收面積（%）比表面（m2·g-1）完全5.686.337.030.690.1115.9%0.30缺鉀5.105.436.880.4090.05513.56%0.49缺鈣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.

14、3%0.36缺鐵5.205.676.340.480.1225%0.45缺鎂4.785.375.740.370.1335.7%0.54.2.3 葉綠體色素的定量測定下面我對缺鐵培養(yǎng)下的玉米幼苗葉綠素含量的測定進(jìn)行詳細(xì)的描述，根據(jù)朗伯-比爾定律(A=kCL)，各種有色物質(zhì)溶液在不同波長下的吸收系數(shù)可通過測定已知濃度的純物質(zhì)在不同波長下的吸光度求得。Arnon在濃度為80%丙酮提取液下測比色吸光度，葉綠素濃度公式經(jīng)Lichtenthaier修正后為：所以只需要以浸提取液（80%丙酮）為空白，測出663nm、646nm和470nm下提取液的吸光度，再通過上述公式計(jì)算，就可以求出葉綠素a、葉綠素b和類胡

15、蘿卜素的濃度。求的各色素的濃度后再按下列公式計(jì)算組織中的總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的4種色素的含量。然后將所有原始數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)記錄到表6中，綜合組織其余數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)在表7中。表6 玉米幼苗21天缺鐵培養(yǎng)的葉綠體色素?cái)?shù)據(jù)記錄表缺素類型吸光度 (A)色素濃度 (mg·L-1)色素含量 (mg·g-1)a:bCT:CX663(nm)646(nm)470(nm)aba+bCXaba+bCX缺鐵0.3810.1700.3074.361.515.870.590.5450.1890.7340.0742.889.92根據(jù)表7分析，a、b分別代表葉綠素a和葉綠素b，CT=a+b

16、表示葉綠素的總濃度，CX表示類胡蘿卜素的濃度。由表看出，營養(yǎng)液中缺少任何一種營養(yǎng)元素對植株葉綠素含量都有不同程度的降低，其中缺氮、缺鎂、缺鐵下降顯著，這可能與氮、鎂是葉綠素的組成成分以及鐵能促進(jìn)葉綠素的生物合成有關(guān)。缺鐵的葉綠素含量最低，缺鈣的葉綠素含量最高。葉綠素a和葉綠素b的比值沒有太大的波動(dòng)，在3:1附近；總的葉綠素含量和類胡蘿卜素的比值也沒有太大的波動(dòng)。缺鐵的玉米植株由于葉片發(fā)白，光和作用減弱，葉綠素合成量減弱，缺鈣的植株由于新葉生長點(diǎn)壞死，生長發(fā)生紊亂，葉綠素a和葉綠素b的比值已經(jīng)超出了3:1的范圍。表7 玉米幼苗21天缺素培養(yǎng)的葉綠體色素定量測定表缺素類型色素含量 (mg·

17、;g-1)a:bCT:CXaba+bCX完全1.210.371.580.183.278.78缺鉀1.1660.3551.5210.19253.287.90缺磷1.57290.55202.12490.19242.8511.04缺鐵0.5450.1890.7340.0742.889.92缺氮1.070.341.410.143.1510.07缺鈣2.2530.6622.8750.3463.6228.309缺鎂1.060.361.420.152.949.473、討論通過不同缺素處理出現(xiàn)了相應(yīng)的缺素癥狀，表明這些元素都是玉米幼苗生長過程中不可缺少的營養(yǎng)元素，可以為玉米幼苗的快速營養(yǎng)診斷提供參考和依據(jù)。由

18、上述結(jié)果可以看出。各種元素出現(xiàn)的缺素時(shí)間并不相同，這些缺素癥狀出現(xiàn)的時(shí)間先后表明了玉米幼苗對這些元素的需求在生長時(shí)期上不同。這也反映出玉米幼苗在生長時(shí)期的需肥特點(diǎn)。針對這些特點(diǎn)，可以制定出一套適合玉米幼苗營養(yǎng)生長的營養(yǎng)液配方方案。滿足其在各個(gè)生長時(shí)期的需肥要求，為玉米的栽培種植建立一套完善的營養(yǎng)管理體系。下面就我做的缺鐵實(shí)驗(yàn)探討一下鐵對玉米的影響，鐵是以Fe2+或Fe3+形式被植物吸收，鐵是合成植物體葉綠素所必需的，它又是許多酶的輔基，如細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶、鐵氧還原蛋白等。催化葉綠素合成的酶需要Fe2+激活，缺鐵時(shí)，幼嫩的葉片會受損失綠，缺鐵可引起光合膜、藻膽蛋白

19、、羧酶體、葉綠素和類囊體數(shù)量和類胡蘿卜素含量減少，及合成裝置等發(fā)生變化，并造成葉部缺綠癥8。近年來發(fā)現(xiàn)，鐵對葉綠體構(gòu)造的影響比對葉綠素合成的影響更大9。植物除了從土壤中吸收水分外，還要從中吸收礦質(zhì)營養(yǎng)和氮素，以維持正常的生命活動(dòng)。作物缺乏某種必須元素時(shí)，便會引起生理和形態(tài)上的變化。如：氮、磷是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂的主要成分，缺氮、磷時(shí)，蛋白質(zhì)、核酸、磷脂等的物質(zhì)合成受阻，同時(shí)葉綠素合成受限。鉀在碳水化合物代謝、呼吸作用及蛋白質(zhì)代謝中起重要作用，生物體缺鉀還會間接地影響光合作用。鈣離子可作為磷脂中的磷酸與蛋白質(zhì)的羧基間聯(lián)結(jié)的橋梁，具有穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)的作用。鎂在核酸和蛋白質(zhì)代謝中起重要作用10。所以當(dāng)培

20、養(yǎng)液中缺少某種元素時(shí)均會使生物體蛋白質(zhì)代謝降解加速，含量降低；葉片綠色逐漸消失，光合速率下降。所以合理施肥，對延長玉米光周期、增加玉米產(chǎn)量具有重要的意義。參考文獻(xiàn)1 黃鑫等，玉米幼苗缺素癥狀研究。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（3）：272275.2 Duncan W G，Hesketh J n Net photosynthetic rates，relative leaf growth rates，and leaf numbers of 22 rates of maizegrown at eight temperaturesJCrop Science，1968，8：670-764.3 昆明植

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