不同養分缺乏對烤煙根系形態及營養生長的影響

李　玥，賴勇林，王　軍，王　行，沈　宏*.

（1.華南農業大學農學院，廣州 510642；2.廣東省煙草南雄科學研究所，廣東南雄 512400）

不同養分缺乏對烤煙根系形態及營養生長的影響

李玥1，賴勇林1，王軍2，王行2，沈宏1*.

（1.華南農業大學農學院，廣州 510642；2.廣東省煙草南雄科學研究所，廣東南雄 512400）

摘要：為了弄清礦質元素缺乏對煙苗生長的影響，以K326和湘煙四號兩個烤煙品種幼苗為材料，在氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵缺乏條件下觀察煙株的缺素癥狀，并測定根系形態和植株生物量。結果表明，兩個烤煙品種在7種缺素條件下地上部和根系均出現各自特有的癥狀，其中缺鐵癥狀出現最早，缺硫癥狀出現最晚。缺氮處理促進K326和湘煙四號烤煙根系生長，其中根系生物量分別比對照增加80.0%和78.1%，然而地上部生物量明顯下降。而缺硫處理對兩個烤煙品種的根系形態和地上部生物量影響不大。其他缺素處理下，兩個品種的根系和地上部生物量明顯下降，K326品種的側根數也顯著降低，但是湘煙四號品種僅在缺鎂和缺鐵處理中降低明顯。

關鍵詞：烤煙；缺素；根系形態；生物量；營養生長

煙草是我國農業生產中重要的經濟作物，其收入是我國的重要經濟來源［1］。煙草的正常生長、產量及品質的提高與其必需的各種營養元素有著不可分割的關系［2-3］。當煙草長期缺少某種元素時，則相應地要在形態結構與生理功能等方面發生反應，產生癥狀。嚴重者會降低產量和品質，直至死亡。關于某一必需元素缺乏對煙草生長狀況的影響，前人已作了大量研究［4-6］，但不同生育期、不同品種的煙草對不同元素缺乏的響應差別較大，并且對煙草根系生長的研究亦不盡相同［7-9］。為此，本研究以K326和湘煙四號為試驗材料，研究了四葉一心期煙草在7種必需營養元素缺乏條件下，地上部及根系生長狀況，以期為煙草營養診斷以及養分高效利用提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料與設計

供試烤煙品種為K326和湘煙四號。先將煙草包衣種子播在基質中，當3片真葉展開時，將煙苗轉移至8 L營養液中培養，待其生長至四葉一心時選取長勢一致的煙苗進行處理。設8個處理，分別為：（1）全素營養（CK）；（2）缺氮（－N）；（3）缺磷（－P）；（4）缺鉀（－K）；（5）缺鈣（－Ca）；（6）缺鎂（－Mg）；（7）缺硫（－S）；（8）缺鐵（－Fe）。每盆種植6株煙苗，3次重復。營養液按Hoagland完全營養液（全素）或缺素營養液配方配制［10］。每5天更換一次營養液，營養液pH調節為6.0。試驗在華南農業大學農學院根層調控實驗室進行。

1.2測定項目與方法

煙苗處理期間，每天定期觀察煙草葉片和根系的變化，并記錄缺素癥狀及出現的時間。處理20 d后，從每個處理中挑選一株具有代表性的煙苗進行拍攝。同時，測定所有煙苗的根系形態學指標及根系、地上部生物量。具體方法為：根系用蒸餾水清洗干凈，用照相機拍照，經Image J軟件計算總根長、側根數，之后分離根系與地上部，用排水法測定根系體積。其后將根系和地上部一起烘干，測定根系和地上部生物量。根冠比為根系與地上部干重的比值。

1.3數據處理

試驗數據采用SAS 9.0統計軟件進行方差分析和多重比較分析，差異顯著性水平為5%。

2　結果

2.1煙苗生長狀況

從圖1可以看出，兩個烤煙品種在各缺素處理條件下外觀癥狀表現大體一致，CK處理地上部明顯比其他缺素處理長勢好。根系除了缺氮處理外，其他處理的根系均不如CK處理發達。從表1可以看出，各處理中兩個煙草品種的缺鐵癥狀出現最早，而缺硫癥狀出現最晚。缺鉀和缺硫處理下，兩個煙草品種缺素癥狀出現時間相當。但是兩個煙草品種間在也存在著一些差異，在缺氮、缺鈣、缺鎂、缺鐵處理下，K326品種比湘煙四號品種出現缺素癥狀時間晚。而缺磷條件下，K326品種比湘煙四號品種出現缺素癥狀時間早。

2.2根系形態指標

為定量分析不同元素缺乏對煙苗的影響，測定了煙苗的側根數、總根長和根體積。從表2可以看出，缺氮下兩個煙草品種的根系生長明顯比其他處理發達，其側根數、總根長和根體積均顯著高于其他處理，其中，K326品種的側根數、總根長和根體積分別比對照增加了40.0%、24.0%和24.3%，而湘煙四號分別增加了45.7%、19.2%和85.5%。

缺硫處理對兩個品種的根系形態影響不大，但能明顯降低了K326品種的根體積。

在缺磷、缺鉀、缺鈣處理中，K326品種的側根數、總根長和根體積均比對照處理顯著降低；湘煙四號品種在總根長和根體積上也有一致的下降現象，但是其側根數與對照無明顯差異。

而缺鎂和缺鐵處理中，兩個煙草品種的側根數、總根長和根體積均比對照處理顯著降低。進一步比較7種元素缺乏對烤煙苗期根系形態影響的差異可知，兩個煙草品種的側根數、總根長和根體積在缺鐵處理下降低最大，K326品種分別下降29.5%、48.8%和64.9%；湘煙四號品種分別下降26.1%、46.3%和48.7%。

2.3根系和地上部生物量

從表3可以看出，不同元素的缺乏對烤煙植株生物量及根冠比影響不一致。缺氮條件下，K326和湘煙四號的根系生物量明顯增加，分別比對照增加了80.0%和78.1%，這與表2中缺氮處理能顯著促進兩品種總根長、側根數和根體積的增加相一致。然而，缺氮導致兩個烤煙品種地上部生物量均明顯下降，進而根冠比增大，其中K326 和湘煙四號分別比對照增加了182.5%和180.3%。

缺磷處理顯著降低兩個烤煙品種的根系和地上部生物量，然而K326的根冠比明顯增加，而湘煙四號品種沒有表現出差異。

缺硫處理對湘煙四號的根系生物量、地上部生物量和根冠比影響不顯著，對K326的根系生物量和根冠比的影響也不明顯。然而，缺硫處理顯著降低K326的地上部生物量。

缺鉀、缺鈣、缺鎂和缺鐵處理條件下，兩個烤煙品種的根系和地上部生物量與對照相比均有明顯下降，其中，兩個品種在缺鐵處理下根系生物量下降幅度最大。然而在地上部生物量方面，K326在缺鎂條件下降幅度最大，降幅達59.0%，而湘煙四號在缺鐵條件下降低最大，降幅達63.2%。在根冠比方面，不同缺素處理中表現不一。缺鉀、缺鈣和缺鐵處理下，兩個烤煙品種的根冠比沒有表現出差異。而缺鎂處理卻顯著增加K326和湘煙四號的根冠比值。

表2　不同養分缺乏對烤煙苗期根系形態指標的影響Table2　Effect of different element efficiencies on root morphology in tobacco seedling

表3　不同養分缺乏對烤煙苗期根系和地上部生物量的影響Table3　Effect of different element efficiencies on root and shoot biomass in tobacco

3　討論

不同元素缺乏下烤煙生長會出現各自特有的癥狀［11］。本試驗中缺鐵處理對烤煙生長影響最大，缺鐵癥狀最早出現，這與前人在大豆和甜茶幼苗上的發現相似［12-13］。這可能是因為鐵是葉綠體形成過程中保持葉綠體蛋白含量增加的必備元素，且在煙株中移動性較其他元素弱，因此缺鐵癥狀會最早在新葉上出現［14］。相應地，缺鐵處理的煙株總根長、根體積、側根數、根系干重及地上部干重等與對照處理相比均下降明顯，而且是所有缺素處理中降幅最大的。這說明烤煙對鐵元素缺乏非常敏感。缺硫處理對烤煙營養生長及根系生長影響不大。前人在大豆缺素實驗中也發現，缺硫處理比其他缺素處理對大豆生長的影響最小［12］。這可能是因為大氣環境中有SO2、H2S等含硫氣體，植物可吸收利用這部分硫以補充營養液中缺乏的硫［15］，同時也有可能是20 d內這兩個品種對缺硫的影響沒有充分表現。

在7種營養元素的缺乏中，K326和湘煙四號兩個品種缺氮處理的根系均變細變白，并且根系總根長、側根數、根體積、根干重及根冠比相比正常對照明顯增加，這與小麥、擬南芥上缺氮表現相類似［16-17］，這可能是由于氮缺乏誘導了烤煙中抑制細胞分裂素合成酶Isopentenyltransferase（IPT）基因表達的下降，促進了細胞分裂素合成的增加［18-19］，從而刺激側根數量的增加，并進一步擴大根系與土壤的接觸面積，促進根體積和根干重的增加，有利于氮素的吸收。此外，本研究中，缺磷、缺鉀、缺鈣、缺鎂處理下，兩品種的根體積和總根長均比對照下降明顯，烤煙根長、根系數量與根系干重、地上部干重有顯著正相關關系［20］，因此這幾個處理的根系干重和地上部干重也呈現相同的趨勢，這與王敏艷等［21］研究菊科花卉常見缺素癥及植株養分含量變化的結果相類似。

不同品種烤煙在營養缺乏時表現不同。本研究中，K326品種比湘煙四號先出現缺磷癥狀，并且K326的側根數在缺磷下與其對照相比明顯下降，差異顯著，而湘煙四號的側根數在缺磷20 d時與對照相比沒有明顯變化，此外，缺磷下K326的根冠比比對照明顯增多，湘煙四號根冠比增加不顯著，這說明與湘煙四號相比，K326品種抵抗缺磷能力弱，在缺磷20 d時，K326品種側根數量的大幅度減少造成根系干重的降低，但地上部干重降低幅度大于根系干重降低幅度，因此根冠比會比對照增加。徐敏等［8］在研究磷對不同基因型烤煙幼苗生長和生理特性的影響時發現K326較中煙100、中煙101、NC89和慶勝2號更耐磷的缺乏，然而在本研究中，與湘煙四號相比，K326品種對缺磷的適應能力較差，需要補充更多的磷營養保證其正常生長。

4　結論

烤煙幼苗在某種必需營養元素缺少或失衡的情況下表現出特有的外觀癥狀。從外觀形態上看，烤煙對鐵素缺乏最敏感，其次為鉀元素，硫為較不缺乏元素；處理20 d時，氮素缺乏能夠顯著促進側根數、根體積、總根長、根系生物量及根冠比的增加，這有利于更好的吸收氮素；湘煙四號比K326較能忍耐低磷脅迫，在缺磷、缺鉀、缺鈣、缺鎂和缺鐵條件下，兩個品種的總根長、根體積、根系和地上部生物量明顯下降，K326品種的側根數也顯著降低，但是湘煙四號品種僅在缺鎂和缺鐵處理中降低明顯。

參考文獻

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中圖分類號：S572.06

文章編號：1007-5119（2015）02-0060-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2015.02.011

基金項目：廣東省煙草專賣局（公司）科技項目（201307）

作者簡介：李玥，女，碩士研究生，主要從事煙草根層調控技術研究。E-mail：liyue707289@163.com。*通信作者，E-mail：hshen@scau.edu.cn

收稿日期：2014-07-03

Effect of Different Nutrient Deficiencies on Root Morphology and Vegetative Growth in Flue-Cured Tobacco

LI Yue1， LAI Yonglin1， WANG Jun2， WANG Hang2， SHEN Hong1*
（1. College of Agronomy， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China；2. Nanxiong Institute of Tobacco Research， Nanxiong， Guangdong512400， China）

Abstracts:Two tobaccocultivars K326 and Xiangyan 4 were selected to investigate nutrient deficiency symptoms， root morphology，and biomass under the nitrogen （N）， phosphorus （P）， potassium （K）， calcium （Ca）， magnesium （Mg）， sulfur （S） and iron （Fe）deficient treatments in order to identify the effects of nutrient deficiencies on tobacco seedling. The results indicated that the shoots and roots of both cultivars appeared specific symptoms under 7 element deficiency treatments. Among them， Fe deficiency resulted in the appearance of the earliest deficient-symptom， but S deficiency resulted in the latest symptom. Compared to the control， N deficiency promoted root growth of K326 and Xiangyan 4， and the root biomass increased by 80.0% and 78.1%， respectively. However， N deficiency decreased shoot biomass of both tobacco cultivars. S deficiency had the least effect on root morphology and plant biomass of two cultivars. Under the other element deficiency treatments， the biomass of shoots and roots decreased remarkably for both cultivars. The lateral root number of K326 also declined rapidly， however， for Xiangyan 4， its lateral root number reduced sharply only under Mg and Fe deficient treatments.

Keywords:flue- cured tobacco； nutrient deficiency； root morphology； biomass； vegetative growth