矿质营养对矮牵牛生长开花的影响与推荐施肥研究

摘要

矮牵牛(Petunia hybrida Vilm)属于茄科矮牵牛属，其具有生长周期短，易于栽培管理等特点，是国际上重要的盆花、花坛装饰植物并用于商业贸易的草本花卉。矮牵牛还是研究植物开花和花色素合成的重要模式植物之一。近年来，矮牵牛的种植面积仍在进一步扩大，在花卉产业链中具有重要的生产力价值，并在新品种的培育、组织培养、转基因改良和花期调控等领域取得一系列成果，但是随着新品种的不断培育更新，有关矿质营养以及养分管理方面的研究报道鲜见报道。由于肥料是影响花卉生长的重要因子之一，合理施肥不仅能提高花卉品质，而且对改善环境也起着至关重要的作用。因此本试验以矮牵牛为研究对象，采用土培和水培试验，系统研究了不同品种矮牵牛养分吸收特性及不同器官中的养分分配差异；分析了矿质养分对矮牵牛生长、开花及活性氧和花青素代谢的影响；并结合武汉绿地土壤养分状况分析，初步建立了矮牵牛最佳施肥用量。主要结论如下：
　　 (1)通过对三种主要矮牵牛栽培品种(重瓣豪放，单瓣迷你，单瓣豪放)养分吸收特性研究，结果表明矮牵牛植株中N、P、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn养分含量均随生育期推进总体呈先上升后降低变化趋势，而K和Mn含量呈波动形变化趋势。不同矮牵牛品种对养分最大吸收量变化幅度为370.09-442.63 mg N，46.13-65.73 mg P，198.46-220.05 mg K，282.21-307.12mg Ca，49.58-62.88 mg Mg，5.98-7.21 mg Fe，2.88-2.95 mg Mn，0.35-0.52 mg Cu和1.08-1.34 mg Zn，累积量大小顺序为N>Ca>K>P>Mg>Fe>Mn>Zn>Cu。矮牵牛不同器官对元素吸收量及最大吸收时期均不相同，苗期到初花期阶段，茎，叶中各种元素含量最高，开花以后随着蒴果的逐渐形成，养分逐渐向生殖器官转移。养分累积率主要在蕾期和盛花期达到最大值，其中蕾期K，Mg和Mn最大累积率分别是42.74%，53.91%和30.80%；盛花期N，P，Cu和Zn最大累积率分别是29.49%，54.36%，37.79%和36.57%；Ca和Fe在衰败期达到最大值为26.95%和43.41%，以上说明蕾期和盛花期是矮牵牛生长及养分调控管理的关键时期。
　　 (2)武汉城市绿地土壤pH高于自然土壤，呈现中性偏碱趋势；土壤有机质含量比较低，土壤氮素含量缺乏，土壤有效磷和有效钾含量处于中等偏上水平；土壤中量元素有效Ca、Mg和S含量丰富；微量元素有效Fe、Mn、Cu、Zn及B含量较丰富。通过选取四种绿地土壤进行“3414”肥料配比试验，得出在供试的四种土壤上，氮肥的施用范围为0.28-0.54 g/kg；磷肥施用范围为0.17-0.20 g/kg；钾肥施用范围为0.19-0.23 g/kg。氮磷钾综合比较，氮的需求量最大，为矮牵牛生长最主要限制因子，磷钾次之。
　　 (3)氮肥施用可提高矮牵牛叶片叶绿素含量，分枝数、植株干重等生长指标；存花数及总花朵数也随着氮肥施用的增加而增加。氮肥施用影响花瓣及叶片的活性氧代谢酶变化，并诱发了细胞膜脂过氧程度的高低。低氮胁迫条件下，叶片中O2·-产生速率显著增加，过氧化氢(H2O2)含量显著升高，最终导致膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量升高；花瓣在氮胁迫下，并没有引起MDA含量的上升，说明缺氮胁迫对花瓣膜脂过氧化影响不明显。低氮胁迫花瓣中氮及蛋白质含量大幅降低，初生代谢和次生代谢对氮源的竞争可导致花青素次生代谢途径中酶活性的升高，从而促进了花青素含量增加，而花青素作为一种多酚物质，能高效清除植物体内产生的自由基，减轻植物氧化损伤。
　　 (4)磷肥施用可促进分枝数及干物质累积量的增加，增加存花数及总花朵数。低磷胁迫下，叶片和花瓣中抗氧化物酶活性显著升高，最终叶片中MDA含量显著升高，而花瓣中MDA含量却降低。低磷胁迫下，可溶性糖和黄酮含量均增加，说明低磷胁迫条件下花青素代谢的加强可能与糖在植物体内的运输受阻及黄酮类物质的大量分泌有关。
　　 (5)低钾胁迫条件下，减少植株分枝数，叶绿素含量，并且当日存花数及总花朵数也显著降低。钾还影响了叶片及花瓣中活性氧代谢的强弱。在低钾条件下，花瓣和叶片中MDA含量均有增加的趋势，说明钾缺乏引起花瓣及叶片中活性氧伤害。低钾胁迫下可溶性糖和苯丙氨酸含量增加，可为花青素合成提供良好的物质基础，并且钾与细胞含水量密切相关，钾的缺乏导致细胞中水分的丧失，而细胞含水量的降低造成的浓缩效应也可间接导致花青素含量的升高。
　　 (6)低铁条件下，矮牵牛生长及开花受到严重影响，其中新叶中叶绿素含量和总花朵数等指标显著降低。低铁胁迫下，叶片和花瓣细胞中抗氧化物酶的活性均显著降低，并最终造成花瓣和叶片中膜脂过氧化产物MDA的累积，导致植株过氧化损伤。低铁胁迫还可改变花瓣的结构，导致花瓣纵向直径及横向厚度的缩短，说明缺铁不利于花瓣生长。铁作为共因子直接参与花青素代谢，铁的缺乏直接导致花青素合成酶活性的降低，从而减少花青素的合成量。
　　 (7)利用高效液相-电喷雾-质谱联用(HPLC-ESI-MS)技术对花青素成分分析表明，氮磷钾及铁缺乏条件下，总离子流在530 nm均检测出3个花青素特征峰，可能的化学结构为P1：矢车菊素-3-槐糖苷；P2：矢车菊素-3-葡萄糖苷(半乳糖苷)；P3：芍药素-3-葡萄糖苷(半乳糖苷)。对花青素组分比例进行分析，氮磷钾缺乏胁迫下，(矢车菊素)Cy及(芍药素)Pn型色素组成比例较为稳定；而在缺铁胁迫下，花青素组分有从Cy向Pn型转化的趋势。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 花卉产业现状

1.2 矮牵牛植物学特性

1.3 矮牵牛生物态特性

1.4 矮牵牛分布与种类

1.5 矮牵牛研究进展

1.6 矿质营养与花卉生长

1.7 矿质营养与花卉衰老

1.7.1 植物体内自由基产生及清除机制

1.7.2 矿质营养与自由基

1.8 矿质营养与花青素代谢调控

1.8.1 色素种类

1.8.2 花色素(花青素)合成途径

1.8.3 矿质营养与花青素代谢调控

1.8.4 矿质营养在植物花青素代谢过程中的调控机理

2 课题研究的背景、内容和技术路线

2.1 课题研究的背景及意义

2.2 研究内容

2.3 技术路线

3 不同矮牵牛品种矿质养分吸收及分配规律研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.3 试验内容

3.2.1 试验地点

3.2.2 试验材料

3.2.4 试验方法及样品测试

3.2.5 养分累积量及累积率计算及曲线拟合

3.2.6 数据处理

3.3 结果与分析

3.3.1 矮牵牛不同品种干物质累积量及矿质养分吸收动态

3.3.2 矮牵牛不同器官矿质元素养分吸收动态

3.4 讨论

4 盆栽矮牵牛氮磷钾肥效应及推荐用量研究

4.1 引言

4.2 试验材料与方法

4.2.1 试验材料

4.2.2 试验设计

4.2.3 试验内容

4.2.4 相关指标计算及肥料推荐用量筛选

4.3 结果与分析

4.3.1 四种土壤氮肥施用效果

4.3.2 四种土壤磷肥施用效果

4.3.3 四种土壤钾肥施用效果

4.3.4 四种土壤氮磷钾肥施用效果比较

4.3.5 四种土壤肥料推荐用量筛选

4.3.6 四种土壤矮牵牛氮磷钾施肥配方比较

4.4 讨论

5 武汉市绿地土壤养分状况评价

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 土壤样品采集

5.2.2 土壤养分测试

5.2.3 ASI法的土壤养分分级指标

5.3 结果与分析

5.3.1 采样点分布图

5.3.2 土壤pH频率分布状况

5.3.3 土壤有机质及铵态氮养分含量状况分析

5.3.4 土壤有效磷和有效钾养分含量状况分析

5.3.5 土壤中量元素养分状况分析

5.3.6 土壤微量元素养分状况分析

5.4 讨论

5.4.1 武汉市绿地土壤养分状况分析

5.4.2 养分管理对策

5.4.3 植被种植

6 氮磷钾及铁施用水平对矮牵牛生长、活性氧和次生代谢的影响

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.2.1 土培试验

6.2.2 水培试验

6.3 结果与分析

6.3.1 不同施氮水平对矮牵牛生长、活性氧及次生代谢的影响

6.3.2 不同施磷水平对矮牵牛生长、活性氧和次生代谢的影响

6.3.3 不同施钾水平对矮牵牛生长、活性氧和次生代谢的影响

6.3.4 不同铁处理对矮牵牛生长、活性氧和次生代谢的影响

7 氮磷钾及铁缺乏胁迫对矮牵牛花瓣中花青素代谢产物的影响

7.1 引言

7.2 试验材料与方法

7.2.1 试验材料

7.2.2 试验设计

7.2.3 样品HPLC-MS分析

7.3 结果与分析

7.3.1 氮磷钾及铁缺乏胁迫对矮牵牛生长开花的影响

7.3.2 氮磷钾及铁缺乏胁迫条件下花瓣中总黄酮组成定量分析

7.3.3 氮磷钾及铁缺乏胁迫条件下花瓣中花青苷组成定量分析

7.3.4 氮磷钾及铁缺乏胁迫条件下花瓣中花青苷组成定性分析

7.4 讨论

8 全文总结与展望

8.1 主要结论

8.2 研究课题创新点

8.3 展望

参考文献

附录

致谢