2015, Vol. 30
磷是植物生长发育的必需元素，直接影响着植物的碳代谢、能量代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢及核酸代谢[1]，磷素水平在很大程度上决定着作物产量的高低和品质的好坏。大量的研究表明，适量供应磷素能促进根系发育并增加根系活力[2]，增加作物产量[3, 4]，改善农产品品质[5, 6]；但当磷素供应不足或过高都会影响作物的生长发育和产、质量形成[7, 8]。
烟草是中国重要的经济作物，育苗是烟叶生产的关键环节。目前漂浮育苗是中国烟草育苗应用最为广泛的技术[9]。漂浮育苗过程中，由于烟苗根系不与土壤接触，其生长发育所需的养分均从营养液获取，营养液对养分的缓冲性能小。因此，施肥技术决定着烟草漂浮育苗的成败，尤其是磷素，对健壮烟苗的培育起着至关重要的作用。关于烟草漂浮育苗施肥技术方面的研究以氮素较多，鲜有关于磷肥施用标准的报道。且研究中均以营养池中营养液的密度为标准进行[10, 11]，由于不同营养池灌注营养液量不同，以同样浓度进行计算肥料用量时将导致施肥量过多或过少，难以保障科学施肥。本试验以单株烟苗磷素供应量为标准进行研究，以期为烟草漂浮育苗中磷肥的科学施用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验设计本试验在西南大学的温室内进行，供试烤烟品种为“K326”，于2014年2月22日播种，漂浮育苗。共设置4个施磷量处理(以P2O5计)，T1(9 mg·株-1)、T2(12 mg·株-1)、T3(15 mg·株-1)、T4(18 mg·株-1)，每个处理4盘(308穴·盘-1)，3次重复；育苗盘置于不锈钢水盘内。各处理的氮肥和钾肥施用量分别为12、29 mg·株-1；磷肥于齐苗期一次性施用；氮肥分3次施用，齐苗期施用60%，大十字期施用30%，6叶期施用10%；钾肥于齐苗期施用30%，大十字期施用60%，6叶期施用10%。营养液保持(4±1)cm深，每隔3～4 d灌水1次。
1.2 样品采集与指标测定 1.2.1 根系扫描试验分别于播种后第39、45、51、57和63 d取各处理烟苗根系(30株·盘-1)，于清水冲净后用日本产的Epson根系扫描仪进行扫描。
1.2.2 根系活力测定试验分别于播种后第39、45、51、57和63 d取各处理烟苗根系(30株·盘-1)，采用TTC还原法测定根系活力，具体步骤参照文献[12]。
1.2.3 酶活性测定试验分别于播种后第39、45、51、57和63 d取各处理叶片(30株·盘-1)，测定相关酶活性。苯丙氨酸解氨酶活性的测定采用分光光度计法[13]，多酚氧化酶活性的测定采用邻苯二酚法[14]，过氧化氢酶活性测定采用过氧化氢氧化法[15]。
1.2.4 叶绿素含量测定试验分别于播种后第51、57和63 d取各处理烟苗叶片，采用丙酮浸提后分光光度计比色法[15]测定计算叶绿素含量。
1.2.5 光合性能测定光合性能的测定于播种后第58 d的9:30~11:30时进行，测定前将烟苗移出温室照光2 h以上。采用美国Licor公司生产的Li-6400便携式光合测定系统测定净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)，叶片水分利用率(WUE)= Pn / Tr。系统控制条件设置如下：CO2浓度为360 μmol·mol-1，光照强度1 200 μmol·m-2·s-1，温度25℃。
2 结果与分析 2.1 对根系形态特征的影响不同施磷量对烟苗根系形态特征的影响结果见图 1。由图 1可知，根系的长度、直径、根尖数、投影面积、表面积和体积等6个形态特征受施磷量的影响较大。其中，根系的总长度、根尖数、投影面积、表面积和体积均有随施磷量的增加而逐渐增大的趋势；T4的各形态特征指标均随生育期的推进而逐渐增大的趋势；T1、T2和T3的根系长度、根尖数、投影面积和体积有随着生育期的推进而逐渐增大，根长、根尖数和根投影面积(T2)至苗龄为51 d时又逐渐降低，根投影面积(T1和T3)、根体积至苗龄为57 d时逐渐降低。因此，苗龄在51 d前后的烟苗根系形态特征较好，此时移栽至大田后缓苗快，有利于早生快发。
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图 1 不同施磷量对烟苗根系形态特征的影响 Fig. 1 Effect of P fertilizations on root morphology of tobacco seedlings 注：同列不同字母表示在0.05%水平存在显著性差异。 |
不同施磷量对烟苗根系活力的影响见表 1。由表可知，不同施磷量处理除63 d苗龄外，其他各时期对烟苗根系活力的影响均存在极显著性差异，随施磷量的增加烟苗根系活力有逐渐增大的趋势。除51 d苗龄外，其余各苗龄的根系活力均以T4为最高，51 d苗龄以T3为最高；除51 d外，其余各苗龄的根系活力均以T1最低，51 d苗龄以T2为最低。由最高根系活力出现的苗龄来看，T1和T3的最高根系活力出现在51 d苗龄，T2和T4出现在45 d苗龄。
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表 1 不同施磷量对烟苗根系活力的影响 Tab.1 Effect of P fertilizations on root vigor of tobacco seedlings |
由表 2可知，不同施磷量间烟苗的苯丙氨酸酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性存在极显著性差异；各处理烟苗的PPO、POD和PAL酶活性随苗龄增加而呈现逐渐增大的趋势，PAL酶的活性分别增加了60.49%(T1)、71.05%(T2)、166.37%(T3)和213.62%(T4)，POD酶的活性分别增加了461.13%(T1)、247.22%(T2)、292.01%(T3)和694.03%(T4)，PPO酶的活性分别增加了40.08%(T1)、83.90%(T2)、111.89%(T3)和185.47%(T4)。前期3种酶的活性以中低施磷量处理较高，中后期以中高施磷量处理较高，活性最高值均出现在63 d苗龄、最低值均出现在39 d苗龄期。
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表 2 不同施磷量对烟苗叶片PAL、PPO和POD的影响 Tab.2 Effect of P fertilizations on PAL,PPO,and POD of tobacco seedlings |
由图 2可知，不同施磷量对烟苗叶绿素含量有较大影响，随施磷量的增加叶绿素含量逐渐增大；其中，51、57和63 d苗龄期T4比T1的叶绿素含量分别高8.32%、10.40%和16.72%；51 d苗龄期4个处理间叶绿素含量没有显著性差异。57 d苗龄期的T1、T2、T3间和T3、T4间没有显著性差异；63 d苗龄期的T1、T2、T3间和T2、T3、T4间不具显著性差异。T1、T2、T3的叶绿素含量以57 d苗龄期最高，T4以63 d最高。
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图 2 不同施磷量对烟苗叶绿素含量的影响 Fig. 2 Effect of P fertilizations on chlorophyll in leaves of tobacco seedlings |
不同施磷量对烟苗光合性能的影响结果见表 3。由表可知，施磷量对净光合速率(Pn)的影响较大，随施磷量增加Pn呈逐渐增大的趋势。施磷量由9 mg·株-1增加至12、15、18 mg·株-1时，Pn分别增加了8.00%、10.46%和15.44%，T2和T3间差异不显著。水分利用率(WUE)受施磷量的影响也较大，施磷量由9 mg·株-1每增加3 mg·株-1，WUE分别增加28.06%、16.06%和9.26%，增幅随施磷量的增加逐渐减小，且相邻两处理间均不具备显著性差异。施磷量对气孔导度(Gi)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的影响较小，施磷量过低或过高将导致Ci的显著性增高；就Tr而言，随施磷量的增加Tr逐渐降低，T4较T1降低了18.69%。
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表 3 不同施磷量对烟苗光合特性的影响 Tab.3 Effect of P fertilizations on photosynthesis of tobacco seedlings |
磷是烟草生长发育需要的最重要元素之一，对烟草的物质代谢和能力代谢起着重要作用[16]。缺磷时细胞分裂减弱或停止，导致根系发育不良[1]。本研究表明，随着施磷量的增加，烟苗根系的长度、根尖数、投影面积、表面积和体积均有逐渐增大的趋势。徐敏等[16]以中烟101、中烟100、NC89、K326和庆胜2号等5个烤烟品种为材料进行研究表明，施磷能显著提高烟苗的根系体积。刘国顺等[17]研究发现，随施磷量的增加烤烟根系体积也逐渐提高。大豆[18]、山核桃[19]和水稻[20]等作物对磷素水平也有类似的响应。
根系活力反映了其新陈代谢活动的强弱，是表征根系吸收功能的一项综合指标。施磷水平对小麦[21]、橡胶树[22]、油茶[23]等植物的根系活力有着显著的影响。本试验表明，施磷水平对各苗龄时期烟苗的根系活力均有极显著的影响，适宜范围内提高施磷量能极显著地提升烟苗的根系活力。习向银等[24]利用烤烟“NC89”品种研究时也发现了相同的研究结果。
叶绿素是捕获光能、同化CO2的重要色素，在一定范围内，叶绿素含量的高低可直接影响叶片的光合作用能力[25]。磷素营养对叶绿素的合成起着至关重要的作用，缺磷将导致叶绿素含量的降低[26, 27]。在本试验中，增加磷施用量能提高烟苗的叶绿素含量，且不同处理间存在极显著的差异。徐敏[16]、习向银[24]在磷素对烟苗叶绿素含量的影响研究中也得到了相同的结论，烤烟大田期的叶绿素含量对磷素也有类似的响应[28]，杨睛等[29]发现小麦的叶绿素含量也施磷量的增加而提高。
当植株生长在磷素不足的环境中，叶片的光合速率将会明显降低，这在C3植物[30]和C4[31]植物中均有报道。磷素对烟苗的生长发育起着至关重要的作用，缺乏会严重影响烟苗光合效率。本研究表明，低磷处理显著降低了烟苗的净光合速率，然而随磷素的增加烟苗的净光合速率也随之显著增加。这可能与缺磷影响了烟苗同化力的形成[32]、卡尔文环中酶的活性及RuBP的再生[33]及同化物的运输[34]等有关，周开勇等[35]也报道了类似的研究结果，杨睛等[29]发现小麦的净光合速率对磷素也有类似的响应。此外，研究发现增施磷肥将导致WUE的升高和Tr的降低，磷素过低或过高将导致Ci的显著性增高。有报道显示，磷素对水稻[36, 37]、大豆[38]、番茄[39]、蓖麻[40]等作物也有类似的作用。
烟草生长前期对磷素比较敏感，磷素水平对烟苗的根系发育、叶绿素含量、光合性能及抗逆性等都有较大的影响。本文利用漂浮育苗方法，研究了不同施磷水平对烟苗生长和生理特性的影响。结果表明，适量增施磷肥提高了根系的长度、根尖数、投影面积、表面积和体积及根系活力，促进烟苗形成健壮的根系；提升了烟苗的PPO、POD和PAL等酶的活性，增强了烟苗对逆境的抵抗力；增加了叶绿素含量及净光合速率等指标，增强了烟苗的光合性能。综合以上分析表明，烟草漂浮育苗的磷肥施用量以15~18 mg·株-1为佳。
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