钙营养对甜菜幼苗生长和表观光合作用的影响.pdf
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1、第40 卷第3期2023年6 月D0I:10.13482/j.issn1001-7011.2021.08.159黑龙江大学自然科学学报JOURNAL OF NATURAL SCIENCE OF HEILONGJIANG UNIVERSITYVol.40No.3June,2023投稿网址:https:/钙营养对甜菜幼苗生长和表观光合作用的影响(1.黑龙江大学生命科学学院,哈尔滨150 0 8 0;2.黑龙江大学现代农业与生态环境学院,哈尔滨150 0 8 0)何敏敏王理联责摘要:通过设置不同的Ca*浓度,探究钙营养对甜菜幼苗形态特性和光合作用的影响。结果表明,在0.50.0.7 5、1.50 和
2、3.50 mmolL-1Ca2+浓度处理下,植株根面积、叶面积、株高和叶绿素含量均随Ca2+浓度的升高而增加,在3.50 mmolL-1时达到最大值;随着Ca+浓度进一步提升至7.50mmolL-1时,各项指标开始出现递减趋势;参数净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间COz浓度均随Ca+浓度的增加呈先上升后下降的趋势,在3.50 mmolL-时达到最大值。相关性分析和主成分分析表明,4项表观光合作用指标间均存在显著相关性(P0.005),株高、干重和Tr在衡量不同Ca+浓度对甜菜幼苗生长及光合作用影响中占主要成分。综上所述,适宜的钙营养能促进甜菜幼苗生长,提高光合生理代谢,且在Ca+浓度为3.
3、50 mmolL-时效果最佳。关键词:Ca+浓度;甜菜幼苗;生长形态;光合作用中图分类号:S566.3文献标志码:A文章编号:10 0 1-7 0 11(2 0 2 3)0 3-0 32 5-0 7Effects of calcium nutrition on growth and apparent photosynthesisof sugar beet seedlingsHE Minmin,W A NG G a n g ,CENG Cu i l.(1.College of Life Science,Heilongjiang University,Harbin 150080,China;2.C
4、ollege of Modern Agriculture and Ecological Environment,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)Abstract:Diferet concentations of Ca*were set to explore the ffects of calcium nutrtion on the morphological characte-ristics and photosynthesis of beet seedlings.The results showed that when the Ca?+
5、concentrations were 0.5,0.75,1.50 and 3.50 mmol.L-1,the root area,leaf area,plant height andchlorophll content of the plants allincereased with the Ca concentration inereasing,and reached themaximum value at 3.50 mmol L-1.With the further increase of Ca?+concentration to 7.5 mmol L-1,the indexes beg
6、an to show a decreasing trend.The net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal con-ductance and intercellular CO,concentration showed a trend of first increasing and then decreasing with theincrease of Ca concentration,and reached the maximum value when the concentration of Ca*was3.50 mmol L-
7、1.Correlation analysis and principal component analysis showed that there were significantcorrelations(P0.005)among all the four apparent photosynthesis indexes.Plant height,dry weight andTr were the main components in measuring the effects of diferent Ca+concentations on the growh andphotosynthesis
8、 of sugar beet seedlings.In conclusion,appropriate calcium nutrition could promote thegrowth of beet seedlings and improve photosynthetic physiological metabolism,and the effect was the bestwhen the concentration of Ca?*was 3.50 mmol.L-1.Keywords:Ca2+concentration;beet seedling;growth morphology;pho
9、tosynthesis收稿日期:2 0 2 1-0 4-0 9基金项目:国家自然科学基金(317 0 148 7);国家糖料产业技术体系资助项目(CARS-170209)通讯作者:耿贵(19 6 3-),男,研究员,博士,博士生导师,主要研究方向:甜菜耕作栽培,E-mail:g e n g g u i 0 1 16 3.c o m引文格式:何敏敏,王堤,耿贵钙营养对甜菜幼苗生长和表观光合作用的影响J黑龙江大学自然科学学报,2 0 2 3,40(3):32 5-331.3260引言钙(Ca+)作为细胞内重要的信号分子,是植物所必需的营养元素之一。Ca+可通过增加质膜稳定性维持钙信号系统正常发生和
10、传递,保持细胞离子平衡 。研究发现,添加外源Ca+可增强植物对许多非生物逆境的抗性,如叶面喷施Ca2+可显著缓解盐和重金属等对植物生长发育的抑制作用2-3;增加外源Ca+可有效缓解芦苇幼苗镉中毒,降低其叶绿素含量下降程度,维持生长。也有研究表明,缺钙会导致甘蓝生长受阻、品质下降4;添加适量Ca+可显著促进油松幼苗生长,促进光和色素合成与积累5;而罗绪强等研究发现,过量游离态Ca+会与PO-形成沉淀,干扰与磷代谢有关的生理过程,抑制植物呼吸作用6 。综上所述,适宜浓度Ca+能促进植物生长,但浓度过高或过低均会抑制植物生理代谢。甜菜(Beta ulgaris L.)属二年生草本植物。甜菜作为主要糖
11、料作物之一,是经济作物的主导产业7 。我国甜菜主产区在新疆、内蒙古和黑龙江,而东北地区土壤主要为黑土和黑钙土8-10 ,黑钙土中有石灰富积的钙积层,肥沃的土壤利于甜菜生长发育,进而提高甜菜产量,给地区带来经济效益。目前,国内外关于Ca2*对植物生长和抵御胁迫环境方面的研究较多11-13,而对Ca2能否促进甜菜光合作用影响方面的研究较少。因此,本文通过设置不同的Ca+浓度(0.5 9.0 mmolL-1),探究Ca+对甜菜幼苗生长形态及其光合作用的影响,为甜菜培育提供一定的科学依据。1材料与方法1.1试验材料及设计将甜莱种子(KWS1176)置于蛭石中培养发芽,后移至培育室。培育室光照强度 45
12、0 umolml每日光照/黑暗时长14/10 h,温度白天/夜间(2 51)/(2 31),相对湿度6 0%7 0%。待子叶展开(7 d),选取长势均匀的幼苗移栽至含2.5L改良1/2 Hoagland营养液(1.0 0 mmolL-1MgS047H,0、0.50 mmol L-1 NH,H,PO4、3.50 mmo l L-I KCI、3.0 0 mmo l L-I NaCl 和0.0 6 mmol L-FeSO4-EDTA)和阿农微量元素营养液的水槽中培养。通常甜菜育苗实验中营养液Ca+浓度为3.50 mmolL-l,因此,通过添加Ca(NO,)2 4H,0、Ca Cl 和NH4NO,以设
13、置Ca+浓度分别为0.50、0.7 5、1.50、3.50、7.50 和9.0 0mmolL-16个梯度,保证每个Ca+浓度处理的N浓度为3.0 0 mmolL-1。每槽8 株,培养5d后间苗至每槽4株,每个处理重复5次。培养至第5、10 和14d各更换一次营养液,于培养第18 d收获并进行植株株高、表观光合指标、干重、鲜重、叶片相对含水量和叶绿素含量等指标的测定。1.2测定项目及方法株高为最长甜菜叶子叶基部所在水平面到顶端所在水平面的垂直距离,从每个处理中随机抽取5株植株,使用直尺测量;植株样品收获后分为根、叶柄、叶三部分,按照各项指标量取样并测定其鲜重,后经10 5杀青30 min,7 0
14、 烘干至恒重,测定其干重;根系和叶片面积使用WinRHIZO软件扫描分析;净光合速率(Ne t p h o t o s y n t h e t i c r a t e,Pn)、蒸腾速率(Transpiration rate,T r)、气孔导度(Stomatal conductance,G s)和胞间CO,浓度(IntercellularCOzconcentration,Ci)使用CI-340手持式光合作用测量仪器测定甜菜幼苗第二对真叶;叶绿素测定采用丙酮(AR)比色法。1.3数据分析数据统计与分析采用Microsoft Excel2013(M i c r o s o f t Co r p,Re
15、 d mo n d,W A,U SA)、IBM SPSSSt a t i s t i c s26.0(IBM Co r p,A r m o n k,NY,U SA)进行,作图软件使用MicrosoftExcel2013。2结果与分析2.1钙营养对甜菜幼苗形态特征的影响2.1.1钙营养对甜菜幼苗形态的影响图1和图2 分别为不同Ca+浓度对甜菜幼苗表型和株高的影响,由图可知,不同Ca+浓度处理下植株长势差异明显,株高随Ca+浓度的增加呈先上升后下降的趋势。当添加Ca+浓度为3.50 mmolL-时,植株长势最好,株高最高为14.8 8 cm;当添加Ca+浓度为0.50 mmolL-时,植株矮小,株
16、高7.2 8 cm,较3.50mmolL-处理下降51.0 9%;当Ca+浓度增加至7.50 和9.0 0 mmolL-时,株高呈下降趋势,但较0.50和0.7 5mmolL-处理长势较好。黑龙江大学自然科学学报第40 卷第3期0.5 mmol L-I0.75 mmol L-1图1不同Ca+浓度下甜菜幼苗生长17 天时表型Fig.1Growth of suger beet seedlings after 17 daysunder different Ca+concentrations2.1.2钙营养对甜菜幼苗各部分干重和鲜重的影响图3为不同Ca+浓度对甜菜幼苗各部分干重和鲜重的影响,由图可知,
17、甜菜幼苗各部分的生物量均5(a)4/重31d工工00.53(c)2.251.50.7500.58(e)64何敏敏等:钙营养对甜菜幼苗生长和表观光合作用的影响Co/12961.5 mmol L-I7.5 mmol L-13.5 mmol L-1aabcC0.751.53.57.5Ca+浓度/(mmol L-l)abbbC0.751.53.57.5Ca*浓度/(mmol L-)aab327.18a1539.0 mmol L-100.5图2不同Ca+浓度对甜菜幼苗株高的影响Fig.2Effects of different Ca?+concentrationson the height of sug
18、er beet seedlings注:不同小写字母表示不同处理间的显著性差异(P0.05),下同。0.2(b)ab0.158/重士bc0.10.05090.51.2(d)0.9b0.60.3090.58a()64b0.751.53.57.5Ca2*浓度/(mmol L-)abca工Cd0.751.53.57.5Ca2*浓度/(mmol L-l)aababbC0.751.53.57.5Ca*浓度/(mmol L-1)aabbcd9abTabbc9b9bcC22C00.5图3不同Ca+浓度对甜菜幼苗各部分干重和鲜重的影响:(a)根系鲜重;(b)根系干重;(c)叶柄鲜重;(d)叶柄干重;(e)叶片鲜
19、重;(f)叶片干重Fig.3Effects of different Ca?+concentrations on the dry weight and fresh weight of various parts of suger beetseedlings:(a)root fresh weight;(b)root dry weight;(c)petiols fresh weight;(d)petiols dry weight;(e)leaf fresh weight;(f)leaf dry weight00.751.53.57.5Ca+浓度/(mmol L-l)90.50.751.53.57.
20、5Ca+浓度/(mmol L-l)9328:随Ca+浓度的增加呈先上升后下降趋势,在Ca+浓度为3.50 mmolL-时达到最大值。根系干重和鲜重在各处理间差异显著性相同,其中0.50 mmolL-处理与其他浓度处理的差异显著(P0.05);在叶柄干重和鲜重中,3.50 mmolL-处理与其他浓度处理的差异显著(P0.05)。当Ca+浓度提升至9.0 0 mmolL-时,各部分干重和鲜重与3.50 mmolL-处理相比,生物量均显著降低。2.1.3钙营养对甜菜幼苗叶片相对含水量的影响图4为不同Ca浓度对甜菜幼苗叶片相对含水量的影响,由图可知,在不同Ca+浓度处理下,植株叶片相对含水量均为6 0
21、%9 0%,在3.50 mmolL-1中达到最大值8 4%,与其他处理存在显著差异(P0.05)。叶片相对含水量在0.50 mmolL-处理下最低,为6 7.6 7%。2.1.4钙营养对甜菜幼苗根系面积和叶片面积的影响图5为不同Ca+浓度对甜菜幼苗根系面积和叶片面积的影响,由图可知,不同Ca+浓度处理下,甜菜幼苗根系面积和叶片面积呈先上升后下降的趋势,在3.50mmolL-处理下均达到最大值,分别为39 7.56 和191.25cm。在最低浓度(0.50 mmolL-)处理下,根系面积和叶片面积均最小,且与其他处理存在显著性差异(P0.05),分别为30.8 6 和9 1.8 3cm,较3.5
22、0mmolL-处理分别下降8 3.8 6%和7 6.9 0%;当Ca+浓度达到0.7 5mmolL-时,根系面积和叶片面积显著增大(P0.05);当Ca+浓度进一步增加至7.50 和9.0 0mmolL-时,根系面积和叶片面积开始下降,但仍显著性高于0.50 mmol L-处理。250(a)20015010050C黑龙江大学自然科学学报1b0.8b/重士H0.60.40.200.5图4不同Ca+浓度对甜菜幼苗叶片相对含水量的影响Fig.4Effects of different Ca?+concentrations on leafrelative water content of sugar
23、beet seedlings500(b)a工ab工b第40 卷abb0.751.53.57.5Ca+浓度/(mmol L-1)a400abbb9abbc工C300200100工ahcd00.5Fig.5 Effects of different Ca2+concentrations on root area(a)and leaf area(b)of suger beet seedlings2.27不同钙营养对甜菜幼苗叶片光合作用的影响2.2.1不同钙营养对甜菜幼苗叶片中叶绿素含量的影响图6 为不同Ca+浓度对甜菜幼苗叶片叶绿素含量的影响,由图可知,不同Ca+浓度处理下,甜菜幼苗叶片叶绿素a和叶
24、绿素b的含量均呈先上升后下降的趋势,在3.50 mmolL-处理下达到最大值,分别为0.816mgg和0.7 0 mgg。叶绿素a含量在0.50 和0.7 5mmolL-处理间显著升高(P0.05);随着Ca+浓度进一步增加至9.0 0 mmolL-1,叶绿素a含量逐渐下降,与3.50 mmolL-处理差异显著(P0.05),而后随着Ca+浓度的增加,各处理间叶绿素b含量呈先上升后下降的趋势,且各组含量均大于0.7 5mmolL-1处理,差异显著(P0.05),其他浓度处理中各指标存在显著性差异(P 0.0 5)。Pn 最大值为2 8.38 molm-2s-1,其他各组相较最大值分别下降6 1
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