1、本科毕业论文（设计）题 目 不同离子浓度对水培脱毒马铃薯植株生长和光合性能的影响学 院 农学与生物科技学院 专 业 农学 年 级 2012 级农学一班 学 号 222012326012039 姓 名 宋阳 指 导 教 师 唐道彬 成 绩 2016 年 5 月 8 日目 录摘要 .1Abstract .1Key words .11 文献综述 .22 引言 .33 材料和方法 .33.1 试验材料 .33.2 试验调控 .33.3 实验方法 .43.4 测定项目 .43.5 数据处理 .54 结果与分析 .54.1 不同离子浓度营养液对马铃薯植株生长发育的影响 .54.2 不同离子浓度营养液处理的
2、植株叶绿素含量和光和速率的变化 .64.3 不同离子浓度营养液下植株根系生长和根系活力的变化 .74.4 不同离子浓度营养液处理的微型薯营养指标测定 .85 讨论 .95.1 不同离子浓度营养液处理下马铃薯植株生长发育 .95.2 不同离子浓度营养液处理的植株叶绿素含量和光和速率的变化 .95.3 不同离子浓度营养液下植株根系生长和根系活力的变化 .105.4 不同离子浓度营养液处理的微型薯营养指标测定 .116 结论 .11参考文献 .11致谢 .12不同离子浓度营养液对水培脱毒马铃薯植株生长发育和光合性能的影响宋阳西南大学农学与生物科技学院，重庆 400715摘要：以鄂薯 5 号和渝薯 1
3、 号的脱毒苗为材料，采用营养液膜水培技术，配制离子浓度约为4000、3000、2000 和 1000mg L-1的四种浓度的营养液来培养脱毒马铃薯植株，以研究不同离子浓度营养液对水培脱毒马铃薯植株生长发育和光合性能的影响。实验表明 4248.51mg L-1处理的马铃薯植株光合速率、叶绿素含量、根系活力、根体积最高，但蛋白质和淀粉含量下降，说明有利于光合性能的提高，但不利于微型薯物质的积累。在马铃薯生长中期，3186.38mg L-1处理的马铃薯植株地上、地下部分干重和整株干重最大，说明有利于植株的生长发育。1062.13 mg L-1处理的马铃薯淀粉含量高，可溶性糖和蛋白质含量最低，说明有利
4、于微型薯的储藏性能。关键词：脱毒马铃薯 离子浓度 水培 根系发育 光合速率 储藏性能Effects of Different Ionic Concentration of Nutrient Solution on Plant Growth and Photosynthetic Characteristics In Virus-free PotatoSONG YangCollege of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715，China Abstract：This experiment is cond
5、ucted with materials of virus-free potato seedlings of E-Potato No.5 and Yu-Potato No.1, adopting the nutrient film technique. Four nutrient solutions of different ionic concentration are about 4000、3000、2000 and 1000 mg L-1 . Each cultivation trough provides with one nutrient solution of a certain
6、ionic concentration, nurturing the virus-free potato seedlings in greenhouses, as to study the effects of different ionic concentration of nutrient solution on plant growth and photosynthetic characteristics in virus-free potato.The results showed that in the processing of 4248.51 mg L - 1 , the pot
7、atos photosynthetic rate, chlorophyll content and root activity, root volume are the highest, but the protein and starch content decreased.This process is helpful for the improvement of the performance of the photosynthetic, but bad for the material accumulation.In the middle of the potato growth,.I
8、n the processing of 3186.38 mg L - 1, the dry weight of the potato plants which on the ground and underground part and whole-plant dry weight are the largest that are beneficial to plant growth and development.In the processing of1062.13 mg L - 1 the starch content of potato is high, soluble sugar a
9、nd protein content is the lowest, that are beneficial to the potatos storage performance.Key words: virus-free potato；ion concentration；hydroponic；root development；photosynthetic rate；s torage performance1 文献综述马铃薯是茄科茄属多年生草本块茎植物，起源于南美洲秘鲁以及沿安第斯山麓智利沿岸、玻利维亚等地。因其富含蛋白质、糖类、脂肪、粗纤维和各种维生素，成为粮、饲、加工等多用途的农作物，已成为
10、全球继水稻、小麦和玉米之后的第四大主粮，对粮食安全起到重要作用，在我国农业生产中占有举足轻重的地位。据FAO 统计，2003 年全世界马铃薯种植面积为 1890 万 hm2，总产为 3.1 亿 t，单产水平为 16448kg/hm2，种植马铃薯的国家有 150 个。2003 年中国马铃薯种植面积逾450 多万 hm2占世界面积的 22，欧洲的 58，产量 6680 万 t，居世界第一位，而单产水平为 14842kg/hm2，低于世界平均水平 1l，与发达国家有较大差距。由于马铃薯生产上大多利用块茎进行无性繁殖，病毒易在块茎中逐代积累导致“退化”，这些病毒一旦侵入马铃薯植株或块茎，就表现各种各样
11、的退化类型，主要有花叶、卷叶和束顶等，植株表现为矮小，内部网状坏死，严重者失去发芽能力，一般减产2030，严重者减产 80以上，而且病情逐年加重，最后失去种用价值，致使马铃薯产量和质量严重下降。脱毒种薯的生产是提高马铃薯产量的一项重要技术，有效解决了马铃薯的退化问题。为提高马铃薯生产水平和满足淀粉加工业和快餐食品加工业发展所需的廉价质优原料需求，国内外均利用马铃薯脱毒快繁技术生产脱毒种薯并形成产业。国外如荷兰、波兰、加拿大、美国等国家都有国家级，州级或公司建立的专用型脱毒种薯良繁基地。中国 1998 年率先在内蒙古成立“正丰马铃薯种业股份有限公司”，在北京成立了“中种集团马铃薯开发有限责 任公
12、司”。此后全国各地相继建立了国家级、省级、地市级、县级等政府性质的以及私营性质的和国外公司合资性质的种薯繁育中心或企业。马铃薯脱毒种薯繁育是脱毒技术利用的基础，国内外专家均将脱毒种薯分为“两个大类四 个级别”，在“基础种薯”大类中包含原原种薯和原种种薯两个级别，在“合格种薯”大类中包括一级种薯和二级种薯两个级别。由于对种薯级别的内涵和外延界定有所不同，形成了不同的种薯繁育体系并制定了相应的种薯质量标准。在欧美国家主要是“三级良繁体系”而目前在中国存在“四级良繁体系”、“三级良繁体系”和“二级良繁体系”并存的局面。种薯生产体系总的发展趋势是向着体系更加简化，繁育年限缩短，效益更高的方向发展。由此
13、，也促进了马铃薯脱毒种薯产业的发展。目前生产上主要采用基质栽培生产脱毒微型薯，但基质栽培最大的缺点就是结薯较少，一般每株结微型薯12 粒，还需要大量的脱毒苗来进行密植才能保证产量，生产费时费力，繁殖效率低下（杨元军 等，2002） 1。近年来，马铃薯雾化栽培技术的应用，扩大了单株繁殖率，单株结薯数可达到几十个甚至上百个，而且可以连续收获。营养液栽培是与土壤栽培方式相对而言的，它属于无土栽培的一种包括水培，雾培、气培等多种栽培方式。雾培设施复杂，成本较高，生产管理技术要求高，最致命的缺点是喷头容易堵塞，水泵启闭频繁容易损坏，水培生产技术是一种新兴技术，它具有简单、快捷、成本投入少等优点，Dong
14、 Chil Chang2比较了雾培、半雾培和水培三种方式来生产脱毒微型薯，发现与雾培相比，水培的营养液 pH 值和 EC 值变化较小，营养液缓冲能力更好，且设备简易，成本较低，短时间断电不影响植株生长。水培植物高产的关键就是要保证植株有庞大的根系和较高的根系活力，根系活力越高，根系对营养液中营养的吸收越强。研究水培生产过程中不同离子浓度营养液对脱毒马铃薯苗生长发育和光和性能的影响，在保证种薯生产的无毒化和高产上具有极为重要的意义。2 引言马铃薯的生长发育特性，有别于其他观赏类和叶菜类植物，水培营养液既要保证马铃薯地上枝叶健壮生长，还要有利于地下匍匐茎和块茎的生长。目前，针对微型薯生产营养液浓度
15、的研究主要从马铃薯植株的生长发育和微型薯产量来进行，而不同营养液浓度处理对马铃薯植株根系发育和叶片光合速率等还鲜有报道。因此设计该实验为微型薯水培生产过程中营养液管理提供理论依据。本实验采用营养液膜水培技术（Nutrient flow technical, NFT），设置一系列离子浓度的营养液进行脱毒马铃薯苗的培育，来研究不同离子浓度的营养液对马铃薯水培苗生长发育、根系生长、叶片光合性能和微型薯产量的影响，并进行各个指标间的数据包分析，以研究不同离子浓度营养液对水培脱毒马铃薯植株生长发育和光合性能的影响。3 材料和方法3.1 试验材料采用鄂薯5号和渝薯1号两个马铃薯品种的脱毒苗进行试验。鄂薯5
16、号为晚熟品种，渝薯1号为中早熟品种，脱毒苗由西南大学薯类作物研究所提供。3.2 试验调控试验于2014年9月-2015年2月在西南大学薯类作物研究所马铃薯设施栽培温室内进行。水培槽由钢材焊接而成，规格为120cm370cm20cm，底部和侧边铺设防水板材，槽内铺设塑料防渗薄膜。供试材料的脱毒组培苗揭掉瓶盖在室温下炼苗2-3天，再将苗从组培瓶中取出后去掉老根并洗净，在15mg L-1 IBA 溶液中浸泡20min 后定植于马铃薯脱毒种薯水培定植板上，定植密度10cm10cm，同一槽中随机种植两个马铃薯品种。设置四种不同离子浓度的营养液，编号为 M1 、M2、 M3和 M4，每个栽培槽提供一种营养
17、液，四种营养液大量元素配方及其离子浓度和电导率（electrical conductivity，EC）如表1所示，微量元素和铁盐成分参考 MS 配方（Murashige T. & Skoog F.，1962） 4，每个栽培槽内配制200L 营养液。表 1 营养液大量元素配方和离子浓度大量元素浓度 /mg L -1营养液 NO3- NH4+ K+ H2PO4- SO42- Ca2+ Mg2+离子浓度/mg L-1电导率(EC)/ms cm-1M1 2626.86 317.25 781.25 119.92 144.39 119.42 36.10 4248.51 3.45M2 1970.14 237
18、.94 585.94 89.94 108.29 89.56 27.07 3186.38 2.91M3 1313.43 158.63 390.63 59.96 72.20 59.71 18.05 2124.26 2.25M4656.71 79.31 195.31 29.98 36.10 29.85 9.02 1062.13 1.643.3 实验方法试验设计采用随机区组设计，两次重复。配制好后调节 pH 至5.80.2。待植株生长20天根系发达后，在栽培板下架设特制支架，将栽培板撑起离槽底5cm，保证有充足结薯空间。栽培槽底前期保持23cm 营养液膜，中后期降至1cm 左右，保证根与空气充分接触，
19、营养液每隔30min 强制循环一次，每次流动3min。营养液池内安装液体恒温机组，保证营养液温度在18-20，营养液7天全部更换一次。3.4 测定项目 营养液的 pH 值和电导率（EC 值）用 pH 计和电导仪测定。定植 30 天后，在每个小区随机选取 3 株来测定植株生长情况，重复两次，植株生长发育指标包括植株的叶面积，地上鲜重，地上干重，地下鲜重，地下干重（地下部分包括根系、匍匐茎和块茎）以及地下干重/ 地上干重茎，将取样株称重后的鲜叶、鲜茎、块茎，于105下杀青 20min 后在 80下烘至恒重，称量干重。根系长度和体积用植物根系形态分析系统（LC-4800，加拿大）测定。叶绿素含量每隔
20、 15 天剪取马铃薯植株倒四叶用丙酮:乙醇 2:1 混合提取液浸泡 48h 后比色法测定（杨振德，1996） 5。根系活力测定采用 TTC 法（张永成，2007；李合生 等，2001） 6。植株倒四叶的气体交换参数用 Li-6400 型便携式光合测定系统(Li-Cor Inc, 美国)测定，采用开放气路，光量子通量密度(PFD)设定为 1000mol m-2 s-1, 叶室温度控制在 25。3.5 数据处理试验据采用 DPS v7.55 软件进行数据统计、方差分析和多元相关性分析，图表用 Microsoft Excel 2010 绘制。4 结果与分析4.1 不同离子浓度营养液对马铃薯植株生长发
21、育的影响表 2 不同离子浓度对马铃薯植株生长的影响地上部分质量/g 地下部分质量/g定植天数/d品种 离子浓 度 鲜重 干重 鲜重 干重整株干重/g地下干重/地上干重叶面积/cm2M1 17.29 ab 1.44 a 8.02 b 0.35ab 1.78 b 0.24 b 406.29 aM2 21.43a 1.58 a 8.94 a 0.39 a 2.17 a 0.25 b 398.86 aM3 11.18b 0.93 b 5.99 c 0.26 b 1.19 c 0.28 ab 263.59 b鄂薯5 号M4 7.61c 0.63b 4.57 c 0.20 c 0.83 d 0.31 a
22、256.36 bM1 14.36a 1.19 a 8.27 c 0.76 c 1.96 b 0.64 c 371.20 aM2 13.92 ab 1.16 a 14.26 b 1.51 b 2.73 ab 1.33 b 385.60 aM3 13.70 ab 1.14 a 15.79 a 1.62 a 2.76 a 1.42 b 247.70 b30渝薯1 号M4 8.35b 0.70 b 15.42 a 1.58ab 2.28 b 2.26 a 206.67 cM1 26.94a 3.81 a 20.40 b 3.16 b 6.26 ab 0.83 c 532.29 aM2 27.42a 3
23、.70 a 26.07 a 4.04 a 7.74 a 1.09 bc 548.33 aM3 19.94 b 2.69 b 19.33 b 2.99 c 5.69 b 1.11 b 463.32 b鄂薯5 号M4 17.67 b 2.38 c 19.17 b 2.97 c 5.36 c 1.24 a 425.80 bM1 13.24 ab 1.78 a 31.24 b 4.83 b 6.61 b 2.71 b 477.33 abM2 15.61a 2.10 a 35.74 a 5.77 a 7.63 a 2.75 b 514.25 aM3 12.31b 1.15 b 27.35 c 4.12
24、c 5.17 c 3.58 a 452.32 b45渝薯1 号M4 7.92c 1.07 b 18.66 d 2.84 d 3.93 d 2.65 b 341.25 c注：M1、M2、M3 和 M4 的离子浓度分别为 4248.51、3186.38、2124.26 和 1062.13 mg L-1。小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著。由表 2 可知，在水培 30d 的条件下，鄂薯 5 号除地下干重/ 地上干重茎该指标外，叶面积，地上鲜重，地上干重，地下鲜重，地下干重（地下部分包括根系、匍匐茎和块茎）以及地下干重/ 地上干重茎等指标均以生长营养液配方 M2 最高，渝薯1 号除地上部分重
25、量和除地下干重/ 地上干重茎该指标外，地下鲜重，地下干重（地下部分包括根系、匍匐茎和块茎）以及地下干重/ 地上干重茎等指标均以生长营养液配方 M2 最高。在水培 40d 的条件下，鄂薯 5 号和渝薯 1 号除地下干重/ 地上干重茎该指标外，其它指标皆以生长营养液配方 M2 最高。综合来看，水培马铃薯脱毒苗在生长营养液配方 M2 的条件下生长效果最佳。4.2 不同离子浓度营养液处理的植株叶绿素含量和光和速率的变化叶绿素是植物细胞中最重要的组成部分，其可以吸收光能，同时将二氧化碳中的碳元素进行固定和还原、向大气中释放氧气等，这些化学过程都离不开叶绿素。光合色素在光能的吸收、传递及转换中起着非常重要
26、的作用，是植物光合作用的物质基础和运行场所，植物叶片中光合色素的含量高低在一定程度上也反映了叶片光合能力的强弱。同时叶片光合色素的含量高低也是衡量其叶片功能的持续期长短的重要标志。通常情况下，叶绿素含量高，有利于叶片进行光合作用，叶面积增大，生物量就会提高。不同离子浓度处理下的马铃薯叶绿素含量随定植时间动态变化如表 3 所示，叶绿素含量在定植时（DAT=0）幼苗的叶绿素含量较低，在 30 天时达到最大值，45 天后又逐渐下降。定植 30 天时，鄂薯 1 号的植株在 M1、M2、M3 三个离子浓度处理下叶绿素含量无显著差异，但都显著高于 M4 处理；渝薯 1 号的叶绿素含量在 M1 处理下显著高
27、于对照 M2，M3 与 M2 无显著差异，M4 处理最低。说明马铃薯植株在营养生长期对营养需求较旺盛，营养液离子浓度低于 M2 处理不利于早期植株生长。定植 45 天时，马铃薯植株的叶绿素含量与营养液离子浓度呈正相关关系，鄂薯 5 号在 M1 处理下叶绿素含量显著高于 M2，M3 与 M2 相比无显著差异，M4 处理最低。渝薯 1 号在 M1 和 M2 处理下无显著差异，M3 与 M2 相比也无显著差异，但 M1 处理显著高于 M3，M4 处理叶绿素含量最低。定植 60 天时，早熟品种渝薯 1 号的叶绿素含量显著下降，植株进入成熟阶段。两个品种的叶绿素含量都是在 M1 和 M2 两个离子浓度处
28、理相对较高。光合作用是植物生长的重要能量来源和物质基础，由表 4可以看出，鄂薯 5 号在 M1 和 M2 处理下两者差异不显著，但 M1、M2 与 M3、M4 之间差异显著，说明在 M1 和 M2 处理下有助于提高鄂薯 5 号的净光合速率。渝薯 1 号在M2 处理下，净光合速率最大并且 M2 与 M1、M3、M4 之间差异显著，说明在 M2 的处理下有助于提高渝薯 1 号的光合速率。随着种植天数的增加，鄂薯 5 号和渝薯 1 号的光合速率均表现为先上升后降低，这说明后期叶片衰老，提高离子浓度会减缓后期脱毒马铃薯叶片的衰老。表 3 不同离子浓度对马铃薯叶绿素总含量的影响定植天数 /d品种离子浓度
29、 0 30 45 60M1 2.892 a 3.297 a 2.618 a 2.45 aM2 2.879 a 3.289 a 2.332 b 2.28 bM3 2.909 a 3.192 ab 2.267 b 2.03 c鄂薯 5 号M4 2.919 a 2.986 b 2.010 c 1.98 cM1 2.440 a 3.289 a 2.766 a 1.78 aM2 2.525 a 3.192 b 2.643 ab 1.65 aM3 2.464 a 3.166 b 2.507 b 1.23 b渝薯 1 号M4 2.475 a 2.416 c 2.087 c 1.12 b注：M1、M2、M3
30、和 M4 的离子浓度分别为 4248.51、3186.38、2124.26 和 1062.13 mg L-1。小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著。表 4 不同离子浓度对马铃薯光合速率的影响处理 定植天数 /d30 45 60品种 离子浓度 标准差 平均值 标准差 平均值 标准差 平均值M1 0.35 8.62 a 65 10.59 a 0.56 6.38 a鄂薯 M2 0.45 7.81 a 0.45 10.75 a 0.39 6.08 a5 号 M3 0.53 6.16 b 0.74 8.36 b 0.66 3.65 bM4 0.44 5.31 b 0.35 7.18 c 0.25
31、 3.93 c渝薯 M1 0.4 6.48 bc 0.5 11.56 b 0.34 4.98 a1 号 M2 0.55 8.76 a 0.68 12.37 a 0.46 5.08 aM3 0.23 6.95 b 0.28 10.00 c 0.19 4.03 bM4 0.47 5.43 c 0.58+ 7.88 d 0.39 3.15 c注：M1、M2、M3 和 M4 的离子浓度分别为 4248.51、3186.38、2124.26 和 1062.13 mg L-1。小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著。 4.3 不同离子浓度营养液下植株根系生长和根系活力的变化不同离子浓度处理下马铃薯根
32、总长、根体积和根系活力随定植时间变化如表 5所示。定植 3045 天时，鄂薯 5 号在 M2 离子浓度处理下根长最长，而根体积在 M1下最大；渝薯 1 号的根长在 M1、M2 和 M3 三个浓度处理下无显著差异，但根体积在M1 和 M2 处理下高于 M3 和 M4 处理。说明水培马铃薯根系在高浓度营养液中偏向于径向增粗使体积增大，在低浓度下横向伸长。定植 60 天时，鄂薯 5 号的根长和根体积都在 M1 营养液下最大，且根长和根体积值随营养液浓度降低而减小，说明晚熟品种在后期提供充足的营养可减弱根系衰老；而早熟品种渝薯 1 号的根长和根体积都在 M2 营养液下最大，高离子浓度（M1）处理和低离
33、子浓度处理（M3 和 M4）都不利于其根系的发育。晚熟品种鄂薯 5 号的根系活力在定植 3045 内逐渐升高，60 天时又下降；鄂薯 5 号在 M2 离子浓度处理下根系活力在 3045 天时最高，而这一时期正是块茎形成和膨大期；相比 M2，高浓度的 M1 和低浓度的 M3 和 M4 处理下的植株在生长旺期的根系活力较 M2 相比较低。早熟品种渝薯 1 号的根系活力最高峰在定植 3045 天时，在离子浓度 M2 处理的根系活力显著高于其他三处理，说明在马铃薯生长中期营养液离子浓度过高过低都会对根系代谢造成影响。表 5 不同离子浓度对马铃薯四个生长期根长和根体积的影响处理 定植天数 /d30 45
34、 60品种离子浓度根总长/cm 根体积 /cm3根系活力/g g-1 h-1 FW根总长/cm根体积/cm3根系活力/g g-1 h-1 FW根总长/cm 根体积 /cm3根系活力/g g-1 h-1 FWM1 893.52 b 3.07 a 73.13 a1489.12 b 4.72 a 65.66 b 2195.86 a 5.30 a 43.47 bM2 1146.34 a 2.38 b 74.68 a1910.55 a 3.65 b 83.74 a 1965.82 b 4.10 b 48.64 aM3 776.23 b 1.87 c 65.30 b1293.73 c 2.87 c 73.
35、44 b 1525.23 c 3.23 c46.56 ab鄂薯5号M4 894.63 b 1.36 c 53.25 c1491.02 b 2.08 d 60.05 c 1560.71 c 2.34 d 43.57 bM1 856.86 a 1.84 a 75.60 bc1428.01 a 2.83 b 51.29 b 1538.75b 3.18 b 14.01 aM2 952.51 a 2.29 a 88.99 a1587.53 a 3.52 a 56.86 a 1602.10 a 3.96 a 15.66 aM3 588.30 b 1.33ab 81.16 b 980.53 b 2.04 c
36、 44.60 c 1470.95 c 2.29 c 14.63 a渝薯1号M4 841.86 a 1.04 b 71.38 c1402.74 a 1.60 d 38.52 d 1476.11 c 1.82 d 11.64 b注：M1、M2、M3 和 M4 的离子浓度分别为 4248.51、3186.38、2124.26 和 1062.13 mg L-1。小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著。4.4 不同离子浓度营养液处理的微型薯营养指标测定不同浓度营养液处理影响微型薯的各个营养指标，并且不同营养液处理对各个指标的影响各有不同（表 6）。在 M2 方式处理下，鄂薯 5 号蛋白质含量最高但与其
