蔣 薇，張 佳，賈志航，宋慶科，魏 猛*，張 婷

（1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 銅山試驗(yàn)站,江蘇 徐州 221114；2.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 徐州 221131）

中國(guó)是世界上最大的草莓生產(chǎn)大國(guó)，草莓栽培面積、產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一位［1］。草莓的生長(zhǎng)周期短、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)而使其成為各地發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)農(nóng)民增收的重要經(jīng)濟(jì)作物之一［2］。根系是作物吸收養(yǎng)分、合成內(nèi)源激素的重要器官，同時(shí)起固著和支撐作用。根系的形態(tài)和生長(zhǎng)狀況直接關(guān)系作物養(yǎng)分的吸收及植株地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育，養(yǎng)分的盈虧也會(huì)影響根系自身的生長(zhǎng)［3-7］。氮和磷元素的缺乏會(huì)增加根系生物量，分配到地上部的生物量相對(duì)減少，導(dǎo)致根冠比增大［8］。季應(yīng)明［9］對(duì)草莓缺素癥狀作出了初步診斷，但關(guān)于養(yǎng)分盈虧對(duì)草莓根系的影響鮮有報(bào)道。此外，養(yǎng)分對(duì)植物內(nèi)源激素的合成也具有重要作用。細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素共同調(diào)控細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)，鮑娟等［10］的研究表明，氮元素的缺乏能誘導(dǎo)生長(zhǎng)素合成相關(guān)基因的表達(dá)，并促進(jìn)生長(zhǎng)素從地上部到地下部的運(yùn)輸，從而增加了根系中生長(zhǎng)素的含量。細(xì)胞分裂素對(duì)植物根系生長(zhǎng)的影響主要表現(xiàn)為抑制主根伸長(zhǎng)，并促進(jìn)側(cè)根形成。不同植物在應(yīng)對(duì)缺磷條件下根系中細(xì)胞分裂素信號(hào)具有不同的響應(yīng)［4，11］。目前，關(guān)于養(yǎng)分對(duì)草莓生長(zhǎng)前期植株內(nèi)源激素含量及分布的影響鮮有報(bào)道。本文采用盆栽試驗(yàn)，研究全量營(yíng)養(yǎng)液、缺氮和缺磷營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根系形態(tài)和植株內(nèi)源激素的影響，以期為草莓的養(yǎng)分管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料準(zhǔn)備

供試的草莓品種為圣誕紅，清水洗凈穴盤，并添加草莓幼苗的基質(zhì)，留取3葉1芯及3～5 cm的短根，栽植前用吡噻菌胺1500倍液和多菌靈1000倍液混合液浸泡8 min。

河沙用清水洗凈，與蛭石以1∶1的比例混合裝入圓柱形盆缽內(nèi)，每盆0.88 kg。盆缽規(guī)格為上口直徑130 mm，下口直徑110 mm，高90 mm。盆缽底部鋪墊雙層紗布，以防滲漏。

1.2 試驗(yàn)處理

盆栽試驗(yàn)于2021年9月8日至10月18日在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所銅山試驗(yàn)站連棟溫室內(nèi)進(jìn)行。設(shè)置全量、缺氮、缺磷營(yíng)養(yǎng)液3個(gè)處理，每個(gè)處理各重復(fù)3次。營(yíng)養(yǎng)液為改良的草莓山崎營(yíng)養(yǎng)液配方，配制成10倍的母液，現(xiàn)配現(xiàn)用，調(diào)節(jié)pH值至5.5～6.5，詳細(xì)配方如表1所示。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的草莓幼苗，栽植前澆透底水，栽植完成后用遮陽網(wǎng)適當(dāng)遮陽，以利緩苗，緩苗7 d后進(jìn)行試驗(yàn)處理。9月16—22日澆灌1/2濃度的單位營(yíng)養(yǎng)液，9月23日至10月2日澆灌3/4濃度的單位營(yíng)養(yǎng)液，10月3日至采樣澆灌1個(gè)濃度的單位營(yíng)養(yǎng)液。澆灌時(shí)間為晴天下午的16:00，每盆澆灌100 mL營(yíng)養(yǎng)液，每2～3 d一次，澆2次營(yíng)養(yǎng)液后使用清水澆灌以防鹽害。處理后30 d取樣，取樣時(shí)將盆缽倒扣，小心去除根系附著物，洗凈后擦干水分，用根系掃描儀掃描，選取部分樣品測(cè)定根系的活力，另一部分樣品用液氮保存，用于測(cè)定激素含量。

表1 草莓山崎營(yíng)養(yǎng)液改良配方

1.3 試驗(yàn)方法

根系形態(tài)用根系掃描儀（Epson Perfection V850 Pro，China）掃描獲取根系圖像后，用相關(guān)根系分析軟件（Winrhizo2009，Canada）進(jìn)行根系指標(biāo)分析。根系活力的測(cè)定采用TTC氧化還原法［12］。植物生長(zhǎng)素濃度和細(xì)胞分裂素含量均采用ELASA法定量檢測(cè)試劑盒（睿信生物，福建）、Thermo MULTISKAN GO型酶標(biāo)儀進(jìn)行測(cè)定，使用ELASACclc軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)的整理和分析。采用單因素ANOVA分析（Duncan’s新復(fù)極差法）進(jìn)行顯著性差異比較（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根系活力的影響

經(jīng)過30 d的營(yíng)養(yǎng)液澆灌處理，觀察到各處理間草莓根系存在顯著差異（圖1）。全量營(yíng)養(yǎng)液處理的草莓植株根系發(fā)達(dá)，密生側(cè)根；缺氮處理的草莓植株側(cè)根較少，地上部生長(zhǎng)不良；缺磷處理的草莓植株矮小，而根系長(zhǎng)度增加，根系夾角變小。根系活力是衡量根系抵御逆境能力大小的一個(gè)重要生理指標(biāo)，其活力的高低直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育［13-14］。試驗(yàn)結(jié)果表明，相較于全量營(yíng)養(yǎng)液處理，缺氮和缺磷處理的根系活力明顯下降，較全量處理分別下降17.0%和14.4%（圖2）。

2.2 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期植株干物質(zhì)量及根冠比的影響

由表2可知，缺氮營(yíng)養(yǎng)液處理植株的地上部干物質(zhì)量較全量處理顯著下降，下降達(dá)42.1%，地下部的干物質(zhì)量較全量處理無顯著差異，根冠比最高達(dá)0.63，表明了氮素缺乏會(huì)抑制植株地上部的生長(zhǎng)。缺磷處理植株的地上部干物質(zhì)量較全量處理下降了48.3%，地下部干物質(zhì)量較全量處理下降了43.1%，表明了磷素缺乏會(huì)嚴(yán)重抑制植株的生長(zhǎng)發(fā)育。

表2 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期地上部及地下部干物質(zhì)量的影響

2.3 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根系形態(tài)的影響

氮磷素的供應(yīng)與根系的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)，根系形態(tài)及構(gòu)型發(fā)育狀況也影響著植株對(duì)養(yǎng)分的吸收能力［15-17］，因而對(duì)根系形態(tài)學(xué)特征的研究對(duì)揭示養(yǎng)分吸收利用具有重要意義。由表3可知，全量營(yíng)養(yǎng)液處理的草莓植株根長(zhǎng)、根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)和分枝數(shù)均高于缺素處理。缺氮和缺磷處理的根長(zhǎng)較全量處理分別降低47.7%和61.9%；缺氮和缺磷處理的根表面積分別降低58.1%和64.7%；缺氮處理的根平均直徑降低19.2%，缺磷處理的根平均直徑與全量處理無明顯差異；缺氮和缺磷處理的根體積分別降低66.6%和66.9%；缺氮和缺磷處理的根尖數(shù)分別降低40.1%和50.6%；缺氮和缺磷處理的分枝數(shù)分別降低41.2%和49.5%。綜上所述，氮素、磷素的缺乏不利于草莓植株生長(zhǎng)前期根系發(fā)育形態(tài)構(gòu)建。

表3 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根系形態(tài)的影響

2.4 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根、莖、葉中細(xì)胞分裂素的影響

從圖3可知，全量營(yíng)養(yǎng)液處理的草莓植株根、莖和葉的細(xì)胞分裂素含量分別為4.54、4.74、5.12 ng/mL，根系分泌的細(xì)胞分裂素由地下部向地上部運(yùn)輸。缺氮處理的草莓植株根、莖和葉的細(xì)胞分裂素含量分別為4.72、4.60、5.01 ng/mL，與全量處理對(duì)比，細(xì)胞分裂素含量在根中升高，在莖和葉中下降，但差異不顯著。缺磷處理的草莓植株根、莖和葉的細(xì)胞分裂素含量分別為4.39、4.76、4.58 ng/mL，缺磷處理在葉中的細(xì)胞分裂素含量顯著低于全量處理。綜上所述，缺氮對(duì)草莓生長(zhǎng)前期的影響可能與細(xì)胞分裂素在植株體內(nèi)的分布無關(guān)，而缺磷降低了草莓葉中的細(xì)胞分裂素的含量，從而抑制了地上部生長(zhǎng)。

2.5 氮、磷缺乏對(duì)草莓生長(zhǎng)前期根、莖、葉中生長(zhǎng)素的影響

由圖4可知，全量處理的草莓植株根、莖和葉的生長(zhǎng)素含量分別為1.37、1.30、1.72 μmol/L。缺氮處理的含量分別為1.41、1.37、1.53 μmol/L，其根和莖中的生長(zhǎng)素含量上升，而葉中的生長(zhǎng)素含量下降，與全量處理沒有顯著差異。缺磷處理的草莓植株根、莖和葉的生長(zhǎng)素含量分別為1.25、1.67、1.58 μmol/L，在根中，缺磷處理的生長(zhǎng)素含量顯著低于全量處理；而在葉中，缺磷處理的生長(zhǎng)素含量顯著高于全量處理。綜上所述，缺氮對(duì)草莓生長(zhǎng)前期的影響可能與生長(zhǎng)素在植株體內(nèi)的分布無關(guān)，而缺磷降低了草莓根中生長(zhǎng)素的含量，從而抑制了側(cè)根發(fā)育，提高了草莓莖中生長(zhǎng)素的含量。

3 討論

3.1 草莓生長(zhǎng)前期根系對(duì)氮、磷缺乏的響應(yīng)

根系是作物吸收養(yǎng)分、水分的主要器官，對(duì)大多數(shù)作物而言，生長(zhǎng)前期是根系構(gòu)建的關(guān)鍵時(shí)期，其為作物后期的健壯生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)［18］。作物根系的生長(zhǎng)受作物品種、栽培措施、環(huán)境因子等多種因素影響，其中土壤養(yǎng)分是影響作物根系生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素［19］。大量研究闡明了養(yǎng)分對(duì)作物根系生長(zhǎng)的影響，適量氮可促進(jìn)根系的生長(zhǎng)發(fā)育，而缺氮或過量氮對(duì)根系的生長(zhǎng)不利［5，20-23］。本研究結(jié)果顯示：相較于全量營(yíng)養(yǎng)液，草莓在缺氮處理后的側(cè)根少，根系活力下降，根系干物質(zhì)質(zhì)量和根系形態(tài)指標(biāo)（根長(zhǎng)、根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)、分枝數(shù)）均呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。這表明氮對(duì)草莓生長(zhǎng)前期的根系發(fā)育具有重要作用。

磷對(duì)根系構(gòu)型及光合產(chǎn)物在根、冠之間的分配起重要作用。大多數(shù)研究表明，生長(zhǎng)前期缺磷可以促進(jìn)根系的發(fā)育，從而提高作物的根冠比［24-26］。為適應(yīng)低磷環(huán)境，作物往往通過增加總根尖數(shù)，增大根表面積、根體積及平均直徑來提高對(duì)磷元素的獲取能力［27］。在菜豆中，缺磷表現(xiàn)為基部根系生長(zhǎng)角度變?。?0］。本研究結(jié)果顯示：相較于全量營(yíng)養(yǎng)液，缺磷處理的草莓植株根系夾角變小，根系活力下降，除根平均直徑外，其余根系形態(tài)指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這表明磷是影響草莓生長(zhǎng)前期根系發(fā)育的主要因素之一，生長(zhǎng)前期缺磷不利于草莓根系的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 內(nèi)源激素含量與分布對(duì)草莓前期生長(zhǎng)的調(diào)控作用

內(nèi)源激素具有調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的作用，養(yǎng)分脅迫會(huì)影響內(nèi)源激素的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)［28-29］。陳開等［30］的研究表明，過表達(dá)生長(zhǎng)素合成限速酶YUCCA會(huì)引起表達(dá)部位生長(zhǎng)素含量的上升，從而促進(jìn)不定根數(shù)目的增加，并抑制根系伸長(zhǎng)。在水稻中生長(zhǎng)素運(yùn)輸相關(guān)載體，例如AUX、LAX，對(duì)于側(cè)根發(fā)育具有重要作用［31-32］。在大多數(shù)作物中，缺氮會(huì)提高作物根系生長(zhǎng)素的含量［33-35］。施用氮肥則通過上調(diào)細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵酶IPT基因的表達(dá)，促進(jìn)反式玉米素型細(xì)胞分裂素（tZ-CTK）的合成，從而增加木質(zhì)部及冠層葉片中的tZ-CTK含量［36-38］。但植物也存在反饋抑制調(diào)節(jié)機(jī)制，外源施加細(xì)胞分裂素或過表達(dá)IPT基因均會(huì)顯著抑制植物主根、側(cè)根的發(fā)育［11，39］。低磷脅迫能誘導(dǎo)擬南芥莖尖合成大量的生長(zhǎng)素并通過極性運(yùn)輸方式向下運(yùn)輸［40］。不同植物在應(yīng)對(duì)缺磷條件下根中細(xì)胞分裂素信號(hào)具有不同的響應(yīng)，大多數(shù)研究表明：細(xì)胞分裂素能夠參與長(zhǎng)距離信號(hào)系統(tǒng)控制磷缺乏反應(yīng)的負(fù)調(diào)控，比如缺磷會(huì)導(dǎo)致蕁麻根中細(xì)胞分裂素含量下降；但在擬南芥中，缺磷提高根中細(xì)胞分裂素含量［41-42］。本研究的結(jié)果顯示：全量營(yíng)養(yǎng)液處理的草莓植株不同器官細(xì)胞分裂素含量大小表現(xiàn)為根＜莖＜葉，且全氮處理根中細(xì)胞分裂素含量低于缺氮處理；缺氮處理草莓根中生長(zhǎng)素含量上升。缺磷處理?xiàng)l件下，草莓根中細(xì)胞分裂素含量下降；草莓莖中生長(zhǎng)素含量顯著上升，但在根中生長(zhǎng)素含量顯著下降，抑制了側(cè)根的發(fā)育，促進(jìn)了根系的縱向生長(zhǎng)。這表明氮和磷可能通過調(diào)節(jié)植株內(nèi)源激素的含量與分布，從而影響草莓根系的生長(zhǎng)。