肖英奎1于海业1李继嫚1张艳平2

( 1． 吉林大学生物与农业工程学院，长春 130025; 2． 嘉吉生化有限公司，松原 138006)

【摘要】 在不同供铁水平气雾栽培实验条件下，测试了微型种薯相关生理指标，分析了营养液中不同铁离子浓度对微型种薯的相关生理指标的影响，以期探求合理供铁量以提高微型种薯的品质和产量。结果表明: 铁素缺乏与过量都会抑制叶绿素 a 和 b 的合成，一定程度上减少蛋白质含量，抑制光合作用，使光合产物的积累减少，供铁不当会降低微型种薯的品质和产量，提出了在温室环境下气雾培法生产马铃薯微型种薯的营养液中适宜铁离子浓度。

关键词: 马铃薯种薯 气雾培 铁离子浓度 生理指标

中图分类号: Q945. 12; S318 文献标识码: A 文章编号: 1000-1298( 2012) 10-0195-05

Effect of Concentration of Iron Element in Aeroponics Cultivation on

Photosynthesis and Yield of Potato Minituber

Xiao Yingkui1Yu Haiye1Li Jiman1Zhang Yanping2

( 1． College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130025，China2． Cerestar China Resources Maize Industry Co． ，Ltd． ，Songyuan 138006，China)

Abstract

Under the aeroponics cultivation experiment of the different levels of Fe，the relative physiologicalindexes of the potato minituber was tested． The effect of the different concentrations of Fe ion on relativephysiological indexes of the potato minituber was analyzed to explore reasonable application of Fe forimproving the quality and yield of potato minituber． The results showed that iron content would affect thesynthesization of chlorophyll a and b． Protein contents decreased in a certain extent． Photosynthesis andthe accumulation of photosynthetic products decreased． The experiment validated that theunsuitableapplication of Fe reduced the quality and yield of potato minituber． The suitable Fe ion concentration ofnutrient solution in cultivation of the potato minituber with aeroponics method in greenhouse was putforward．

Key words Seed potato，Aeroponic cultivation，Iron concentration，Physiological index

引言

采用气雾培法生产马铃薯微型种薯是目前一项新兴的栽培技术［1 ～ 3］，而营养液的配制方法是气雾化栽培技术的重心［4］。随着人们对马铃薯品质要求的不断提高，微量元素在营养液中的作用也越来越引起重视［5 ～ 6］。

在多种植物体中 80% 左右的铁存在于叶绿体中，铁可以通过多种途径影响光合作用。铁还与碳水化合物、有机酸、维生素的合成有关系。植物缺铁时首先表现在顶端和幼叶上，由于叶绿素的形成受阻，使得叶片失绿黄白化; 铁离子含量过高时，植物会出现铁中毒现象，叶片变为暗绿色，有的叶片出现失绿斑，地上部分及根系生长受阻。铁参与核酸和蛋白质的合成，植物在缺铁时体内蛋白质的含量会显著下降，并导致叶绿体的解体［7 ～ 8］。铁元素在马铃薯生长过程中是参与光合作用和叶绿素合成的必需元素［9 ～ 10］。有研究表明马铃薯缺铁时症状从幼苗开始，表现为幼苗及叶脉黄化，生长细弱，影响作物产量和品质［11］。

本文研究营养液中不同铁离子浓度对叶绿素含量、可溶性糖含量和作物产量等生理指标的影响，从而找出适合马铃薯微型种薯应用的最佳铁离子浓度和配比。

1 材料与方法

1. 1 实验材料与设计

供实验的马铃薯品种为春薯 4 号，选取长势和形态相似的同批次组培脱毒幼苗( 苗高 15 cm 左右)用于实验。

实验是在温室环境下采用气雾培方式进行的，营养液的配置采用改良的 Hoagland 营养液配方，其中 Fe2 +浓度用不同浓度的 Fe SO₄7H₂O进行调控，共设计 5 个浓度梯度，即处理 C0、处理 C1、处理C2、处理 C3 和处理 C4，其中 Fe²⁺浓度分别为0、1. 4、2. 8、5. 6 和 7. 0 mg / L。将实验幼苗分为5 组，分别用上述不同 Fe²⁺的营养液预培 3 d，然后再进行实验。实验期间白天将幼苗置于温室以 18 ～23℃的温度正常培养，每间隔 10 min 喷雾 20 s。

1. 2 实验指标测定方法

实验的检测指标主要是依据铁元素对植物的光合作用、参与蛋白质合成等方面的影响，有针对性进行选取。在植株移栽后生长 10 ～ 20 d 进行测试，其生长初期( 10、20 d) 株高平均 20 cm，生长中期( 30、40、50 d) 株高平均分别在 30、40、50 cm 左右，其生长后期( 60、70 d) 株高平均 60 cm 左右。

( 1) 采用分光光度法测定叶绿素 a、b 含量。

( 2) 采用植物效能分析仪 PEA( Hansatech，英国) 测定叶绿素荧光动力学参数，叶片暗适应时间为 20 min。通过测量与计算获得有效的叶绿素荧光动力学参数: 初始荧光 F0、最大荧光 Fm、可变荧光Fv( Fv= Fm－ F0) 和叶片 PSⅡ光化学效率 Fv/ Fm。

( 3) 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量。以葡萄糖作标准曲线线性方程求出糖含量，并计算试样可溶性糖含量。

( 4) 采用考马斯亮蓝 G250 染色法测定可溶性蛋白含量。以牛血清白蛋白( BSA) 作标准曲线。

( 5) 结薯性能指标测定。马铃薯的结薯性能指标包括平均结薯个数和总薯质量［12］。

本实验中每次采收质量大于 5 g 的小薯，每隔 7 d 采收一次，记录每次收获的小薯数量和质量，并在最后一次采收后，作产量的累积统计。以上各指标的测定均重复 3 次取平均值。

2 实验结果与分析

2. 1 铁离子浓度对马铃薯植株光合作用的影响

2. 1. 1 叶绿素 a、b 含量与叶片叶绿素荧光动力学参数的方差分析

马铃薯脱毒苗定植 20 d 后开始检测叶绿素 a、b含量，方差分析( 在 α = 0. 05 的显著水平下) 结果见表 1。从表中可以看出，各处理差异显著，说明 Fe2 +浓度的变化对叶绿素 a 与 b 的合成影响很大。

2. 1. 2 不同 Fe²⁺浓度下叶绿素 a、b 含量与叶片叶绿素荧光动力学参数的变化

( 1) 不同 Fe²⁺浓度下叶绿素 a 含量的变化情况如图 1 所示在定植后 20 ～30 d 时，C1 的叶绿素 a 含量较大，在 40 ～ 60 d 左右，C2 的叶绿素 a 含量较大。造成这种现象的原因是在马铃薯生育的前期，马铃薯植株较小，所以对营养元素的需求也较少，随着马铃薯植株的旺盛生长，对铁元素的需求不断增加。C3 和 C4 的叶绿素 a 含量一直较少，这是因为 C3 和 C4铁元素过量，导致叶绿素的含量降低。

( 2) 不同 Fe²⁺浓度下叶绿素 b 含量的变化情况如图 2 所示。从图中可以看出，马铃薯植株体内的叶绿素 b 含量比较少。在马铃薯的各个生长阶段，C0 中的叶绿素 b 含量都是最少的，这种现象说明了铁元素对于叶绿素 b 的合成具有重要的作用，铁缺乏会抑制叶绿素 b 的合成。在定植后 20 ～ 30 d时，C1、C2、C3 的叶绿素 b 含量较大，而从定植后40 ～ 70 d，叶绿素 b 含量表现出随着 Fe²⁺浓度的增加，叶绿素 b 含量逐渐减少，说明铁过量也会抑制叶绿素 b 的合成。总体上 C2 较好。

( 3) 不同 Fe²⁺浓度下 Fv/ Fm值的变化不同 Fe²⁺浓度下 Fv/ Fm值的变化情况如图 3 所示。从图中可以看出，在测量的整个过程 C2 曲线基本 处 于 其 他 曲 线 之 上，说 明 在 Fe²⁺浓 度 为2. 8 mg / L时，马铃薯叶片具有较大的光能转化效率，而增加 Fe²⁺浓度和减少 Fe²⁺浓度都会使光能转化效率呈递减趋势。

2. 2 铁离子浓度对微型种薯产量和品质的影响

( 1) 可溶性糖含量与可溶性蛋白含量的方差分析马铃薯脱毒苗定植 20 d 后开始检测可溶性糖含量与可溶性蛋白含量，方差分析( 在 α = 0. 05 的显著水平下) 结果如表 2 所示。从表中可以看出，各处理差异显著，说明 Fe²⁺的变化对植株体的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量影响很大。

( 2) 不同 Fe²⁺浓度下可溶性糖含量的变化  不同 Fe²⁺下可溶性糖含量的变化情况如图 4 所示。从图中可以看出，20 ～ 40 d 可溶性糖含量呈现递增趋势，而 50 ～ 70 d 可溶性糖含量却逐渐减少。每个生长阶段 C2 可溶性糖含量最高，其次是 C1、C3、C4，C0 可溶性糖含量最低。说明铁元素在一定的浓度下对碳水化合物的合成具有重要的作用，而过量的铁元素会使光合色素含量降低，抑制了光合作用，使光合产物的积累减少。有利于可溶性糖合成的 Fe²⁺浓度是 2. 8 mg /L。

( 3) 不同 Fe²⁺浓度下可溶性蛋白含量的变化

不同 Fe²⁺浓度下可溶性蛋白含量的变情况如图 5 所示。从图中可以看出，20 ～ 40 d 5 种处理的可溶性蛋白含量呈上升趋势，之后开始下降。图中每个生长阶段中 C0 的可溶性蛋白含量最低，造成这种现象的原因是铁参与蛋白质的合成，当铁元素严重不足时就会使蛋白质含量下降。C1 可溶性蛋白含量相应增加，C2 的含量最高，说明随着 Fe²⁺浓度提高，蛋白质含量增加。C3 与 C4 蛋白质含量反而降低，说明过量的 Fe²⁺浓度会抑制马铃薯植株体内的可溶性蛋白的生成。有利于可溶性蛋白积累的Fe²⁺质量浓度是 2. 8 mg /L。

( 4) Fe²⁺对马铃薯结薯个数的影响

不同的Fe²⁺浓度对马铃薯结薯个数的影响如图 6 所示。从图中可以看出，采用不同处理得到的结薯个数是 35 ～ 45 个之间，其中 C1 和 C2 相差不大，C3 与 C2 相比，减少了 2. 8% ，而 C0、C4 比 C2 减少了 7. 7% ，说明 Fe²⁺的浓度对马铃薯的结薯个数存在一定的影响。从 C1、C2 和 C3 看，虽然 Fe²⁺的浓度在一定范围内对马铃薯的结薯个数影响不大，但在 Fe²⁺质量浓度是 2. 8 mg /L 时，马铃薯获得相对较多的结薯个数。

( 5) Fe²⁺浓度对马铃薯总薯质量的影响

不同的 Fe²⁺对马铃薯总薯质量的影响如图 7 所示。从图中可以看出，不同的 Fe²⁺浓度之间，马铃薯总薯质量差异明显，C2 获得的马铃薯总薯质量相对较大，其次是 C1、C3、C4，最少的是 C0。这说明铁元素在马铃薯的生长发育过程中是不可以缺少的营养元素，Fe²⁺浓度在适当的范围内会提高马铃薯的产量，但是过量或是缺乏都会使马铃薯的产量降低。在实验条件下有利于马铃薯产量提高的Fe²⁺浓度是 2. 8 mg /L。

3 结束语

针对铁元素在植物生长发育过程中所起到的重要作用，本文在气雾培马铃薯微型种薯中通过测试叶绿素 a 与 b 含量、叶片叶绿素荧光动力学参数、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和马铃薯结薯个数、总薯质量的动态变化，探索营养液中不同铁离子浓度对马铃薯植株光合作用及微型种薯产量和品质的影响，实验中所测试指标的各处理的差异显著( P ＜0. 05) ，说明铁元素对马铃薯微型种薯生理指标有不同程度的影响。实验结果表明，在配制营养液时，选择合理的铁离子浓度可促进光合产物的积累，对结薯性能有一定程度的促进作用，在本实验条件下验证马铃薯微型种薯营养液中适宜的 Fe²⁺质量浓度是 2. 8 mg /L。但本研究的气雾培营养液配方中铁离子浓度不适合于其他栽培方式，另外不同地域、不同品种的马铃薯对营养液配方中铁离子浓度也要进行一些调整，本研究的结果适用于东北地区。

参 考 文 献

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