張秋玲,楊秀珍,戴思蘭,張 倩,羅 虹,張伯晗

花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點實驗室,國家花卉工程技術(shù)研究中心,城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室,園林學(xué)院,北京林業(yè)大學(xué),北京 100083

毛華菊[Chrysanthemum vestitum(Hemsl.)Ling]是參與菊花（Crysanthemum×morifoliumRamat.）起源的重要近緣種[1]，遺傳背景簡單，與其他近緣野生種相比體量較大，瓣型變異覆蓋度和連續(xù)性高，與栽培菊花親緣關(guān)系較近。最初毛華菊是作為藥用，在李時珍的《本草綱目》中有記載，同時它也是一種抗旱性優(yōu)良的野生花卉種質(zhì)資源[2]。將其作為植物營養(yǎng)研究的樣本，可以為菊花觀賞性狀的生物學(xué)研究提供參考。

毛華菊存在營養(yǎng)生長過程和生殖生長過程，其株高、葉片數(shù)、莖粗等形態(tài)隨著營養(yǎng)生長的變化而變化，開花時間、現(xiàn)蕾、破蕾、盛花、頭狀花序數(shù)量、舌狀花形態(tài)等均在生殖生長階段呈現(xiàn)。樊光迅等在對毛華菊進(jìn)行R 型聚類分析發(fā)現(xiàn)，葉部性狀與株高聚為了一類，與毛華菊的營養(yǎng)生長密切聯(lián)系[3]。株高與莖粗等作為反映植物生長的形態(tài)指標(biāo)，與植物的生長狀況在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)。

礦質(zhì)元素參與植物整個生長發(fā)育過程，其中氮磷鉀作為“肥料三要素”，氮素是植物氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等的重要組成部分，磷素對植物體內(nèi)含磷化合物的合成極為重要，鉀素有利于植物不同生育階段器官的生長，缺少任何一種都會導(dǎo)致植物發(fā)育不良[4-7]。在觀賞植物的發(fā)育過程中，花是極其重要的觀賞性狀之一，一直以來育種家們都在致力于研究如何獲得觀賞價值更高的植物[8,9]。研究發(fā)現(xiàn)，在施加不同水平的氮、磷、鉀后，白樺的BpMADS1、BpMADS3、BpMADS5、BpSPL1、BpSPL2等與開花相關(guān)的基因表達(dá)水平被提高[10]；硝酸鹽與磷酸鹽對開花的作用相反，當(dāng)植物處于高磷酸鹽低硝酸鹽下促進(jìn)開花[11]；在擬南芥中，盡管大多研究結(jié)果均表明低氮條件下促進(jìn)了開花，然而部分結(jié)果表明，在更低N 濃度條件下的植物生長會比高N 濃度條件下的晚[12-14]。此外，在燈盞花、番紅花、三七和春玉米等植物中，合理施肥不僅可以提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)，對養(yǎng)分利用率和植株產(chǎn)量的影響顯著[15-19]。就菊花而言，此前多集中在切花菊、盆栽小菊等方面[20,21]，而營養(yǎng)元素對毛華菊生長發(fā)育影響的研究還有待進(jìn)一步探討，尤其對營養(yǎng)元素調(diào)控毛華菊花期、花型變化的機(jī)理研究較少。因此，通過對毛華菊營養(yǎng)生長、生殖生長階段的進(jìn)一步栽培探索，深入了解毛華菊營養(yǎng)生長與生殖生長階段的基本形態(tài)變化，對于進(jìn)一步研究營養(yǎng)元素調(diào)控毛華菊的發(fā)育機(jī)理奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

植物材料采自河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣的野生毛華菊，在北京大東流苗圃試驗種植后，采集莖段到北京林業(yè)大學(xué)花卉工程實驗室組織培養(yǎng)擴(kuò)繁。當(dāng)組培苗在瓶內(nèi)生長至剛生根時（5～6 片葉），于3 月10 日選取生長一致的毛華菊移入10×9 cm 的塑料盆中，栽培基質(zhì)為珍珠巖：蛭石=1：1 的混合基質(zhì)，每盆裝基質(zhì)50 g（裝至距盆沿1 cm 左右），每盆一株，移入長日照人工氣候室，待其生長至12～14 片新葉時移入短日照人工氣候室進(jìn)行處理。

1.2 試驗方法

試驗采用L9(34)正交設(shè)計，每升營養(yǎng)液中的氮、磷、鉀元素含量和處理因素、水平如表1，每個處理重復(fù)8 盆，一個處理的8 盆統(tǒng)一置于530×390×43 的紅色托盤中。營養(yǎng)液中的氮、磷、鉀源分別由NH4NO3、NaH2PO4·2H2O、K2SO4提供，其余元素的質(zhì)量濃度采用霍格蘭營養(yǎng)液配方。上盆后緩苗16 d3 月26 日）后開始處理，每隔8 d 澆灌營養(yǎng)液，每次澆入每盤里2 L（確保每盤養(yǎng)分適量不累積），相鄰兩次處理之間視生長情況和基質(zhì)干濕情況澆水，若個別盤中剩余營養(yǎng)液過多，則在下次澆營養(yǎng)液時全部清理，換入新的營養(yǎng)液，避免營養(yǎng)液積累。

表1 試驗因素及水平Table 1 The factors and levels in the test

1.3 測定指標(biāo)及數(shù)據(jù)處理

2018 年6 月30 日測莖粗、葉片數(shù)和株高；記錄現(xiàn)蕾、破蕾、盛花日期。待各處理頭狀花達(dá)到盛花時統(tǒng)一對每個處理的頭狀花進(jìn)行拍照記錄以及頭狀花瓣型變化進(jìn)行記錄，8 月1 日采收全株，計算每個處理單株的頭狀花數(shù)量，測量各器官干物質(zhì)重等指標(biāo)。

利用游標(biāo)卡尺和鋼卷尺分別測量莖粗和株高；當(dāng)花蕾達(dá)到1 mm 時記錄現(xiàn)蕾日期，花蕾破膜顯色時記錄破蕾日期，舌狀花全部展開記錄盛花日期；根、莖、葉分離并置于80 ℃烘箱中烘干至恒重，稱干重。

試驗數(shù)據(jù)使用Excle、SPSS 進(jìn)行分析；圖形的繪制使用Origin 9.0 軟件進(jìn)行處理和繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同N、P、K 水平對毛華菊株高、莖粗、葉片數(shù)、頭狀花序數(shù)量的影響

不同N、P、K 水平對毛華菊株高、莖粗、葉片數(shù)的影響如表2、表3。不同氮水平下，毛華菊的株高增長差異不顯著（P>0.05），莖粗之間差異顯著（P<0.05），其中N1 與N2、N3 水平處理的植株葉片數(shù)差異極顯著，N1 與N3 水平處理的植株莖粗差異顯著；不同磷水平下，毛華菊的株高、莖粗和葉片數(shù)存在一定差異，其中P2 與P3 水平處理的毛華菊莖粗差異顯著（P<0.05），P2 與P1、P3 水平下的葉片數(shù)差異顯著（P<0.05）；K3 與K1、K2 水平處理下的株高差異顯著（P<0.05），不同鉀水平之間植株葉片數(shù)差異不顯著（P>0.05）。故此本試驗中適宜毛華菊株高、莖粗和葉片數(shù)生長發(fā)育的最佳組合分別為N3P1K3、N3P1K2、N1P3K1。

表2 不同N、P、K 水平對毛華菊株高、莖粗、葉片數(shù)、頭狀花序數(shù)量的影響Table 2 Effect of different N,P,K ratio on plant height,stem diameter,the number of leaves and and number of capitulum of C.vestitum

如表2 和表3 所示，不同氮磷鉀正交處理后毛華菊的頭狀花數(shù)量出現(xiàn)了顯著差異。通過正交分析發(fā)現(xiàn)，N1P1K1、N1P2K2、N1P3K3 處理之間不具有顯著性差異（P>0.05），但與其他6 個處理之間具有顯著差異（P<0.05），其中N1P1K1 處理的頭狀花數(shù)量僅達(dá)到6.80 個，N1P3K3 處理的頭狀花數(shù)量為15.80。N1 與N2、N3，N2 與N3 之間的差異均極顯著（P<0.01）。N3P3K2 處理的毛華菊頭狀花最多，達(dá)到了66.40，與其他的處理之間均存在顯著差異（P<0.05），說明N3P3K2 處理較為適宜毛華菊頭狀花的分化。

2.2 不同N、P、K 水平對毛華菊各器官干物質(zhì)重的影響

圖1 不同N、P、K 水平對毛華菊各器官干物質(zhì)重的影響Fig.1 Effect of different N,P,K ratios on dry matterweight of various organs of C.vestitum

不同氮磷鉀水平下毛華菊的根、莖、葉各器官干物質(zhì)重如圖1 所示。從圖中可知，根的干物質(zhì)重以N1P1K1、N1P2K2、N2P2K3 處理的較高，分別為2.087 g、1.985 g、1.842 g，而N3P2K1、N3P1K3 處理的較低，分別為0.952 g、1.044 g；莖的干物質(zhì)重以N2P2K3、N3P3K2、N2P1K2 處理的較高，分別為3.077 g、3.362 g、2.683 g，而N1P1K1、N1P2K2 處理的較低，分別為1.025 g、1.170 g；葉的干物質(zhì)重以N3P3K2、N3P1K3 處理的較高，分別為4.308 g、3.756 g，而N1P1K1、N1P2K2、N1P3K3 處理的較低，分別為1.953 g、1.717 g、2.047 g。通過顯著性分析，不同氮水平處理下根的干物質(zhì)重具有顯著性差異，其中N1 與N3 之間差異極顯著（P<0.01）；不同氮、鉀水平處理下莖的干物質(zhì)重差異顯著，N1 與N2、N3 之間差異極顯著（P<0.01），K1 與K2 差異顯著（P<0.05），K1 與K3 差異極顯著（P<0.01）；不同氮水平處理下葉的干物質(zhì)重差異均極顯著（P<0.01）。說明葉片干物質(zhì)積累隨著氮水平的增高而增重，根的干物質(zhì)重與此相反；此外，當(dāng)鉀水平適度增加，有利于莖的干物質(zhì)積累。

2.3 不同N、P、K 水平對毛華菊開花時間的影響

如表4 所示，以N3P1K3、N3P2K1、N3P3K2 三個處理的毛華菊現(xiàn)蕾日期較早，分別在6 月6日、7 日、8 日，破蕾日期分別在6 月29 日、7 月1 日、7 月3 日，盛花日期分別在7 月9 日、10日、11 日，其中以N3P2K1 處理的毛華菊開花日期最早，低氮處理條件下毛華菊的開花日期均較晚，且N1P1K1 處理與N3P2K1 處理相比盛花時間晚了22 d。

不同氮磷鉀水平下毛華菊的開花日期差異顯著。不同氮水平下毛華菊從上盆到現(xiàn)蕾的時間差異均極顯著（P<0.01），不同磷處理下僅P1 與P3 之間差異顯著（P<0.05），不同鉀處理下僅K2 與K3 之間差異顯著（P<0.05）。不同氮水平處理下毛華菊從上盆到破蕾的時間差異均極顯著（P<0.01），不同磷處理下P1 與P3、P2 與P3 之間差異極顯著（P<0.01），不同鉀處理下K1 與K2 差異極顯著（P<0.01），K1 與K3 差異顯著（P<0.05）。不同氮水平處理下毛華菊從上盆到盛花的時間差異均極顯著（P<0.01），不同磷處理下P1 與P3、P2 與P3 之間差異顯著（P<0.05），不同鉀處理下K1與K2、K1 與K3 差異極顯著（P<0.01）。

表4 不同N、P、K 水平對毛華菊開花時間的影響Table 4 Effect of different N,P,K ratio on flowering time of C.vestitum

2.4 不同N、P、K 水平對毛華菊頭狀花序瓣型變化的影響

不同氮磷鉀水平下毛華菊的頭狀花如表5 和圖2 所示。比較發(fā)現(xiàn)，所有水平處理的毛華菊單個頭狀花的舌狀花總數(shù)差異并不顯著。對頭狀花序的瓣型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，個別水平處理的舌狀花瓣型存在差異，N1P1K1、N1P2K2 處理的毛華菊舌狀花平瓣類型數(shù)量分別達(dá)到了36.90%、28.26%，與其他處理之間差異顯著（P<0.05），N2P3K1 處理的平瓣數(shù)量分別達(dá)到了5.13%，N1P3K3、N2P1K2、N2P2K3、N3P1K3、N3P2K1、N3P3K2 處理的舌狀花平瓣類型幾乎接近于零。匙瓣數(shù)量之間的差異不顯著，管瓣僅在N3P3K2 與N1P1K1 和N1P2K 差異顯著（P<0.05）。作為平瓣、管瓣、匙瓣兼具的混合瓣型類菊花，因其本身的瓣型分化對外界環(huán)境因素響應(yīng)較為敏感，所以營養(yǎng)元素對毛華菊瓣型的調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步探究。

表5 不同N、P、K 水平對毛華菊頭狀花序瓣型的影響Table 5 Effect of different N,P,K ratio on the petal shape of the capitulum of C.vestitum

圖2 不同N、P、K 配比對毛華菊頭狀花序瓣型的影響Fig.2 Effect of different N,P,K ratio on the petal shape of the head inflorescence of C.vestitum

3 結(jié)論與討論

本試驗通過對毛華菊進(jìn)行不同N、P、K 水平營養(yǎng)液施肥研究，分析毛華菊在生長發(fā)育階段的各項指標(biāo)及變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同氮磷鉀配比下，毛華菊的株高、莖粗、葉片數(shù)、單株的頭狀花數(shù)量和各器官的干物質(zhì)重存在一定差異。本試驗中毛華菊株高、莖粗和葉片數(shù)生長的適宜氮、磷、鉀配比分別為N 147 mg/L：P 3 mg/L：K 210 mg/L、N 147 mg/L：P 3 mg/L：K 105 mg/L、N 18 mg/L：P 25 mg/L：K 26 mg/L，而毛華菊的最佳需肥量還有待進(jìn)一步的研究。在開花過程中，以N3P2K1 處理的毛華菊開花日期最早，與N1P1K1 處理相比盛花時間早了22 d；不同配比下毛華菊單株的頭狀花數(shù)量也不同，尤其是N1 與N2、N2 與N3 水平之間的差異極顯著，說明氮素在毛華菊的花發(fā)育過程中起到了重要的調(diào)控作用。此外，作為平瓣、管瓣、匙瓣兼具的混合瓣型類菊花，其頭狀花上的舌狀花分化存在一定差異，考慮到材料本身對外界環(huán)境響應(yīng)的敏感性，營養(yǎng)元素對毛華菊花型差異分化的調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步探究。

近年來，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，對植物的營養(yǎng)調(diào)控機(jī)制和開花的研究也逐步深入，而氮素作為開花的一個重要調(diào)節(jié)因素，其與開花時間之間存在著潛在的調(diào)控關(guān)系[22-24]。氮磷鉀作為植物生長發(fā)育所必需的大量元素，對植物的發(fā)育至關(guān)重要，目前針對氮信號調(diào)控開花反應(yīng)以及根構(gòu)架等其他互作網(wǎng)絡(luò)之間均進(jìn)行了大量研究[25-27]。N、P、K 對毛華菊的生長發(fā)育具有重要作用，尤其對花發(fā)育的調(diào)控存在顯著差異，而N、P、K 如何調(diào)控毛華菊花發(fā)育變化的分子機(jī)理還需要進(jìn)一步探究。