植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用转让专利
申请号 : CN202311461564.0
文献号 : CN117185878B
文献日 : 2024-02-13
发明人 : 高伟 , 周义良 , 赵鹏飞 , 武佳敏 , 杨永志 , 阮云泽
申请人 : 海南大学三亚南繁研究院 , 海南众联生态农业有限公司
摘要 :
本发明涉及种植栽培技术领域，更具体地，涉及植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用，该植物营养液包括基础营养液、第一氮源和第二氮源，所述基础营养液为加水稀释一倍后的霍格兰营养液，所述第一氮源包括NH4+‑N和NO3—N，所述第二氮源至少包括glycine‑N，所述植物营养液中第一氮源和第二氮源的摩尔浓度均为1.5~4mM。本发明实施例中提供的含甘氨酸的植物营养液在火龙果栽培中的新应用，缩短了根系长度，增长了火龙果根系的根毛长度，从而影响养分和水分的吸收，火龙果幼苗的侧枝数、侧枝长度和茎部生物量都有明显的提升。
权利要求 :
1.植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用，其中，所述植物营养液包括基础营养液、第一氮源和第二氮源，所述基础营养液为加水稀释一倍后的霍格兰营养液，所述第一氮源包括NH4+‑N和NO3—N，所述第二氮源至少包括glycine‑N，所述第一氮源中的NH4+‑N和NO3—N的摩尔浓度均为1.5~4mM，第二氮源中的glycine‑N的摩尔浓度为1.5~4mM；所述基础营养液包括以下摩尔浓度的各组分：0.5mM KH2PO4、1.25mM K2SO4、2.5mM CaCl2、1mM MgSO4·7H2O、0.5mM EDTA‑Fe、0.05mM FeSO4·7H2O、0.05mM H3BO3、0.01mM MnSO4·H2O、
0.0008mM ZnSO4·7H2O、0.0002mM CuSO4·5H2O、0.0021mM Na2MoO4·2H2O、0.0048mM KI。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第二氮源还包括glutamate‑N，所述glutamate‑N的摩尔浓度为2‑3mM。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第二氮源仅为glycine‑N。
4.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述NH4+‑N、NO3—N和glycine‑N的摩尔浓度均为2 3mM。
~
5.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述NH4+‑N、NO3—N和glycine‑N的摩尔浓度均为2.5mM。
+ ‑
6.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述NH4‑N、NO3‑N、glycine‑N分别源自于(NH4)2SO4、KNO3和L‑glycine。
说明书 :
植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用
技术领域
[0001] 本发明涉及火龙果种植栽培技术领域，更具体地，涉及植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用。
背景技术
[0002] 火龙果是仙人掌科、量天尺属的多年生攀援性植物，也是一种新兴的营养型水果，具有很高的经济价值。火龙果起源于中美洲地区，目前在中国主要分布在海南、广东、广西、福建等地。火龙果产量高，平均每公顷产量为50‑150吨，火龙果种植已经成为热带和亚热带地区农业产业结构的重要经济支柱。
[0003] 氮是火龙果需要的主要营养元素之一，施氮有利于火龙果根系和枝条的生长，从而保持高产。商业化生产中火龙果对氮的需求量较大，对氮素的精准管理是火龙果种植中的关键技术。氮素形态和施氮量影响火龙果净CO2吸收能力和地上部氮含量，以及植株生长、果实产量和品质，但目前氮素形态是否影响火龙果根毛生长还不清楚。
[0004] 根毛是植物根表皮细胞分化而成的向外突出、顶端密闭的管状结构器官，是植物根系的重要组成部分，在植物从土壤吸收水分和养分中起着重要作用。根毛是植物根系的重要组成部分，由于其细胞壁薄软而胶黏，易与土粒紧贴在一起，在植物生长中起固着作用。根毛能够极大地增加根的吸收面积，伸长的根毛在细胞生长和吸收水分和养分方面起重要作用，这些水分和养分被输送到根内皮层细胞，再输送到地上部分。不仅如此,根毛还能通过自身的适应性反应和其根系分泌物,来提高植物的抗逆性。而目前技术手段中制备的火龙果营养液大多数是对火龙果的根系长度起到促进作用，但对火龙果根毛生长影响的研究较少，而实验表明火龙果的根系越长对其产量和质量并不一定越好，故为了对田间促根栽培技术提质增效，亟需发明一种能够促进火龙果根毛生长的植物营养液。
发明内容
[0005] 本发明为克服上述背景技术中所述的目前技术手段中制备的火龙果营养液大多数是对火龙果的根系长度起到促进作用，但对火龙果根毛生长影响的研究较少，而实验表明火龙果的根系越长对其产量和质量并不一定越好的问题，提供一种植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种植物营养液在缩短火龙果根系长度中的应用，其中所述植物营养液包括基础营养液、第一氮源和第二氮源，所述基础营养液为加水稀释一倍后的霍格兰营养液，所述第一氮源包括NH4+‑N和NO3—N，所述第二氮源至少包括glycine‑N，所述第一氮源中的NH4+‑N和NO3—N的摩尔浓度均为1.5~4mM，第二氮源中的glycine‑N的摩尔浓度为1.5 4mM。~
[0007] 作为一种优选方案，所述第二氮源还包括glutamate‑N，所述glutamate‑N的摩尔浓度为2‑3mM。
[0008] 优选的，基础营养液包括以下摩尔浓度的各组分：
[0009] 0.5mM KH2PO4、1.25mM K2SO4、2.5mM CaCl2、1mM MgSO4·7H2O、0.5mM EDTA‑Fe、0.05mM FeSO4·7H2O、0.05mM H3BO3、0.01mM MnSO4·H2O、0.0008mM ZnSO4·7H2O、0.0002mM CuSO4·5H2O、0.0021mM Na2MoO4·2H2O、0.0048mM KI。
[0010] 作为一种优选方案，所述第二氮源仅为glycine‑N。
[0011] 优选的，所述NH4+‑N、NO3—N和glycine‑N的摩尔浓度均为2~3mM。
[0012] 优选的，所述NH4+‑N、NO3—N和glycine‑N的摩尔浓度均为2.5mM。
[0013] 优选的，所述NH4+‑N、NO3‑‑N、glycine‑N分别源自于(NH4)2SO4、KNO3和L‑glycine。
[0014] 将本技术方案中的植物营养液用于火龙果的栽培种植，由于在霍格兰营养液中加入了不同形态的氮素，上述的第一氮源即为常见用于植物栽培中的铵态氮、硝态氮等基础氮源，施氮有利于火龙果根系和枝条的生长，细胞质中NH4+平衡能够维持根毛顶端生长，而额外加入的第二氨源—甘氨酸能够促进根毛对的生长，其机理是通过ＲOPs调节活性氧(ＲOS)以维持细胞质中钙离子浓度梯度，而钙离子浓度梯度对根毛顶端生长十分重要。
[0015] 另外的，还提供一种植物营养液的制备方法，在加水稀释1倍后的霍格兰营养液中添加第一氮源和第二氮源，所述第一氮源包括NH4+‑N和NO3—N，所述第二氮源至少包括glycine‑N。
[0016] 与现有技术相比，有益效果是：本发明中提供的含甘氨酸的植物营养液，用于火龙果植株栽培时，明显缩短了火龙果根系长度，增长了火龙果根系的根毛长度，从而影响养分和水分的吸收，火龙果幼苗的侧枝数、侧枝长度和茎部生物量都有明显的提升。由于在火龙果栽培时上根系越长不一定越好，需要注重养根的前提下，本发明提高对根毛长度的关注，对田间促根栽培技术有了明显的提升，提高了火龙果植株的生长性能以及对后期的结果产量和质量有了显著的提升，同时也使在不同氮素形态的对植物根毛的影响的研究更进一步。
附图说明
[0017] 图1是实施例1与对比例1的根毛长度显微结构效果图。
[0018] 图2是实施例1与对比例1的根系长度显微结构效果图。
具体实施方式
[0019] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0020] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
[0021] 本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，代表的具体关系可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，其可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0022] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
[0023] 第一方面，本发明提供一种植物营养液，主要用于火龙果的栽培种植，其包括以下摩尔浓度的组分：
[0024] 0.5mM KH2PO4、1.25mM K2SO4、2.5mM CaCl2、1mM MgSO4·7H2O、0.5mM EDTA‑Fe、0.05mM FeSO4·7H2O、0.05mM H3BO3、0.01mM MnSO4·H2O、0.0008mM ZnSO4·7H2O、0.0002mM CuSO4·5H2O、0.0021mM Na2MoO4·2H2O、0.0048mM KI。
[0025] 以及第一氮源和第二氮源，第一氮源包括有NH4+‑N和NO3—N，第二氮源为glycine‑N。
[0026] 在其它实施方式中，第二氮源还可以包括除glycine‑N之外的其他类型的氮源，例如，第二氮源可以再添加入合适摩尔浓度的glutamate‑N（谷氨酸）等氨基酸类氮源，第一氮源可以再添加入合适摩尔浓度的硝酸钙、尿素等常规氮源。
[0027] 第二方面，本发明提供上述的植物营养液的制备方法，其是在加水稀释1倍后的霍格兰营养液中添加第一氮源和第二氮源，第一氮源包括有NH4+‑N和NO3—N，第二氮源为glycine‑N。具体的方法步骤以及其应用于火龙果栽培中的方式如下：
[0028] 实验材料：火龙果植株为海南三合火龙果基地；
[0029] 植物生长条件：基地光、热均为自然状态，当地年日照时数2200 h，年平均气温24.5 ℃。火龙果采用枝条扦插的方式进行种植，供试枝条的重量控制在110±5 g。试验采用加水稀释1倍后的霍格兰植物营养液加不同形态氮素用量，所述加水稀释1倍后的霍格兰营养液包括以下摩尔浓度的各组分：0.5mM KH2PO4、1.25mM K2SO4、2.5mM CaCl2、1mM MgSO4·7H2O、0.5mM EDTA‑Fe、0.05mM FeSO4·7H2O、0.05mM H3BO3、0.01mM MnSO4·H2O、
0.0008mM ZnSO4·7H2O、0.0002mM CuSO4·5H2O、0.0021mM Na2MoO4·2H2O、0.0048mM KI。
0.0008mM ZnSO4·7H2O、0.0002mM CuSO4·5H2O、0.0021mM Na2MoO4·2H2O、0.0048mM KI。
[0030] 实验处理：NH4+‑N、NO3‑‑N、glycine‑N是以(NH4)2SO4、KNO3和L‑glycine的形式加入。定植前将火龙果母株擦拭干净，定植于容量为7.4 L的PVC水培罐中，并由电磁式空气泵向水培罐间歇性通气，通气时间为每日8:00‑18:00，每小时通气20 min，7天更换一次水培营养液。
[0031] 样品的采集与测定：取样时将地上部和地下部分开，记录母枝上生长的侧枝数量，测定侧枝的总长度。用自来水轻轻冲洗植株表面的杂质，再用去离子水冲洗3次，稍晾干，将样品剪碎并分别放入事先标记好的牛皮纸信封中，放入烘箱。105 ℃下杀青30 min，再调节温度至80 ℃，烘至恒重，称量枝条的干重。
[0032] 根系用去离子水清洗后，置于50%的酒精溶液中，随后放入4 ℃冰箱保存，防止根系变形。在每条根中剪取能代表根毛长度的大约1 cm的部位，用浓度为0.005%的甲苯胺蓝溶液将其染色。在体视显微镜下观察，用Motic Images Plus 3.0(x64)软件拍照和测量根毛长度，参考图1和图2，从图1和图2可以清楚地看到，采用本发明中的植物营养液栽培的火龙果幼苗的根系长度显著减小，根毛长度增加。
[0033] 针对本发明中的植物营养液，设置实施例和对比例，其中，对比例的营养液采用1/2霍格兰营养液添加Amm + Nit （铵态氮＋硝态氮）处理，即仅添加有第一氮源；实施例采用本发明中的植物营养液，即1/2霍格兰营养液添加Amm + Nit + Gly（铵态氮＋硝态氮＋甘氨酸）处理，然后测定不同营养液处理下火龙果幼苗的侧枝数、侧枝长度和茎部生物量，得到以下数据：
[0034] 表 1 不同氮型处理的火龙果幼苗的侧枝数、侧枝长度和茎部生物量测定
[0035]处理组 侧枝数 侧枝长度(cm) 茎部生物量
对比例 3.0±0.7 35.6±5.7 9.45±2.08
实施例 5.8±0.6 61.9±6.0 18.12±1.76
对比例 3.0±0.7 35.6±5.7 9.45±2.08
实施例 5.8±0.6 61.9±6.0 18.12±1.76
[0036] 另外的，对于根毛和根系的测定比较，还分别测试多个实施例和对比例下，[0037] 实施例1‑8采用本发明中的植物营养液，即稀释一倍后的霍格兰营养液添加Amm + Nit + Gly（铵态氮＋硝态氮＋甘氨酸）三种氮源对火龙果幼苗进行栽培处理。
[0038] 其中，实施例1‑3中，每种氮源的摩尔浓度均为2.5 mM；
[0039] 实施例4中，每种氮源的摩尔浓度均为1.5mM；
[0040] 实施例5中，每种氮源的摩尔浓度均为4mM；
[0041] 实施例6中，每种氮源的摩尔浓度均为3mM；
[0042] 实施例7中，在实施例1的基础上再添加摩尔浓度为2mM的谷氨酸；
[0043] 实施例8中，在实施例1的基础上再添加摩尔浓度为3mM的谷氨酸；
[0044] 对比例1‑3的营养液采用加水稀释一倍后的霍格兰营养液只添加Amm + Nit （铵态氮＋硝态氮）处理，每种氮源的摩尔浓度为2.5mM；对比例4采用加水稀释一倍后的霍格兰营养液添加Amm + Nit + Glu（铵态氮＋硝态氮＋谷氨酸）三种氮源对火龙果幼苗进行栽培处理，每种氮源的摩尔浓度为2.5mM；对比例5‑6采用传统的营养液（花玲珑）对火龙果幼苗进行栽培处理；对比例7采用加水稀释一倍后的霍格兰营养液添加Amm + Nit + Gly（铵态氮＋硝态氮＋甘氨酸）三种氮源对火龙果幼苗进行栽培处理，每种氮源的摩尔浓度为5mM，对比例8采用加水稀释一倍后的霍格兰营养液添加Amm + Nit + Gly（铵态氮＋硝态氮＋甘氨酸）三类氮源对火龙果幼苗进行栽培处理，每种氮源的摩尔浓度为1mM。
[0045] 然后分别测量计算对比例1‑8、实施例1‑8的平均根毛长度和平均根系长度，得到如下数据：
[0046] 表 2 不同氮型处理的火龙果幼苗根系根毛长度和根系长度
[0047]处理组 根毛长度（μm） 根系长度（cm）
实施例1 3079.39 6.5
实施例2 2917.27 6.3
实施例3 2044.85 6.6
实施例4 2136.13 7.1
实施例5 2209.23 6.9
实施例6 2688.69 6.7
实施例7 2446.32 7.0
实施例8 2375.42 6.9
对比例1 1668.96 14.2
对比例2 1015.27 14.5
对比例3 1573.14 13.9
对比例4 1792.31 13.5
对比例5 1519.21 12.2
对比例6 1647.34 12.7
对比例7 1768.23 12.8
对比例8 1554.68 11.9
实施例1 3079.39 6.5
实施例2 2917.27 6.3
实施例3 2044.85 6.6
实施例4 2136.13 7.1
实施例5 2209.23 6.9
实施例6 2688.69 6.7
实施例7 2446.32 7.0
实施例8 2375.42 6.9
对比例1 1668.96 14.2
对比例2 1015.27 14.5
对比例3 1573.14 13.9
对比例4 1792.31 13.5
对比例5 1519.21 12.2
对比例6 1647.34 12.7
对比例7 1768.23 12.8
对比例8 1554.68 11.9
[0048] 通过表1和表2中的数据可以明显发现，按照本发明配方得到的植物营养液（Amm + Nit + Gly处理）进行栽培处理后的火龙果幼苗的侧枝数量、侧枝长度、地上部生物量都显著高于对比例（Amm + Nit处理）；特别的是，实施例1‑3中加入甘氨酸后的Amm + Nit + Gly（铵态氮＋硝态氮＋甘氨酸）处理相比于对比例1‑3中Amm + Nit （铵态氮＋硝态氮）处理根毛增长1.8倍，而根长显著降低，相比于对比例4‑8，根毛长度以也明显增加，根系长度明显减小，符合根毛在养分和水分吸收起到重要作用的理论，实施例4‑8中，相比于对比例1‑8中，也对根毛长度有明显的增加作用，对根系长度明显的抑制作用。经过分析，主要是由于在霍格兰营养液中加入了不同形态的氮素，施氮有利于火龙果根系和枝条的生长，细胞质中NH4+平衡能够维持根毛顶端生长，而额外加入的第二氨源—甘氨酸能够促进根毛对的生长，其机理是通过ＲOPs调节活性氧(ＲOS)以维持细胞质中钙离子浓度梯度，而钙离子浓度梯度对根毛顶端生长十分重要。
[0049] 综上可见，本发明实施例中提供的第二氮源—甘氨酸的植物营养液，明显缩短了根系长度，增长了火龙果根系的根毛长度，从而影响养分和水分的吸收，火龙果幼苗的侧枝数、侧枝长度和茎部生物量都有明显的提升。由于火龙果在栽培时上根系并不是越长越好，需要注重养根，本发明提高对根毛长度的关注，对田间促根栽培技术和提质增效具有重要指导意义，同时使在不同氮素形态的对植物根毛的影响的研究更进一步。
[0050] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。