营养诊断

营养诊断（精选八篇）

营养诊断 篇1

1 材料和方法

1.1 诊断样品的采集和制备

诊断样品采自本所油茶丰产林试验地。其土壤为红色沙砾岩发育的丘陵红壤,pH为5.2,养分含量较低。品种为15年生的霜降籽油茶。在其林中随机选择有代表性的油茶高产株10～25株为诊断采样株。其采样部位在其树冠周围东西南北各方向约1.5～1.7 m之目视高度,选择发育中庸的,且无病虫害及物理化学损伤的营养性春梢,由顶端往下数第3或第4叶取一片(带柄)成熟无污染之正常叶片。这是因为营养性春梢多能成为结果母枝,对指示次年结果状况有一定意义。采样时间一般选择叶片营养元素含量的稳定期采集叶片进行分析较为适宜。因此,油茶叶片营养诊断的采样期以9～10月间为好,即春梢叶龄为4～7个月。这时可在晴天的上午8∶00～10∶00时,在每采样株采集8片(即东西南北各采各2片),总样量为80～200片叶。将采集的样叶装入已编号的塑料袋中,并写好标签,带回室内立即用水洗净叶片,以除去叶片上附着的泥沙、灰尘、肥料、农药等杂物,立即置于90℃烘箱中杀青15～20 min,以抑制酶的活动。然后取出风干、磨碎并过1 mm筛,储于磨口瓶中,即为油茶营养诊断之样叶。

1.2 诊断方法

准确称取油茶诊断的叶样0.5xxx g,采用疏酸—过氧化氢消化法制备待测液,用纳氏试剂比色法测定氮(N)元素,钼锑抗比色法测定磷(P)元素,火焰光度法测定钾(K)元素,偶氮氯膦Ⅲ比色法测定钙(Ca)元素,偶氮氯膦Ⅰ比色法测定镁(Mg)元素。其分析结果列于表1。

2 结果与讨论

2.1 油茶高产植株营养诊断指标的确定

由于作物营养诊断指标一般可用作物营养元素含量的临界值来表示,则可通过作物高产植株营养元素分析数据进行数理统计而得到。因此,油茶高产植株营养诊断指标可通过表1之测定结果进行数理统计而得到。其统计结果见表2和表3,统计时由于数值分布于X軍±s范围内的概率为68.3%。故可选用X軍±s作为油茶高产植株营养平衡的临界范围,则小于(X軍-s)之值视为营养偏低或缺乏;介于(X軍-s)～(X軍+s)之值,认为营养最适范围;大于(X軍+s)之值,视为营养偏高或过剩。因此油茶高产植株营养诊断指标,可定为:含N>0.296%,含P>0.044%,含K>0.156%,含Ca>1.378%,含Mg>0.168%。这是霜降籽油茶高产植株在9月中旬必须达到的营养诊断初步指标。至于其它品种的油茶高产植株营养诊断指标,还有待进一步研究。

有了一套霜降籽油茶高产营养诊断指标作参考,就可在油茶林中进行随机抽样,按本文方法分析其植株营养元素含量,与上述的营养诊断指标比较,并用t测验来判断油茶植株的营养状况,从而确定油茶能否达到高产或需要施什么肥。其t测验公式如下:

式中,X軍是抽测的n个样品的平均值,s是它的标准差,为了检验X軍是否显著地偏离了该元素含量的最适范围,当X軍小于最适范围下限值时,则会μo为该元素含量最适下限值;当大于最适范围上限值时,则令μo为该元素的最适上限值,当X落在最适范围内时,则令μo为最适均值。

例如,从表1中的霜降籽油茶林抽测的8个低产树之营养元素含量分析数据之统计和t检验结果列于表4。

注:t0.01(8)=3.36,t0.05(8)=2.31

由表4看出,霜降籽油茶低产树的钙素营养极显著地偏离了该元素最适范围的下限值,这说明霜降籽油茶低产在营养方面之原因,主要是缺钙所致。由于赣州市气候高温多雨的丘陵红壤受到强度淋溶,导致土壤pH值低(4.0～5.0)和土壤交换性钙含量较低,不能满足油茶植株对钙素营养的需要是一致的。油茶虽然是一种较耐酸的植物,但也需要有充足的钙素营养才能获得高产。是否这样,可在油茶林中适当增施钙肥(如石灰),如其产量能提高,则证明缺钙。除钙素外,其余营养元素,在油茶高产树和低产树之间均无显著的差异,可视其营养不缺。

2.2 油茶植株营养元素之间的相互关系

在应用油茶植株营养诊断来指导施肥时,还应考虑到营养元素在吸收时的相互促进或相互拮抗的关系,这是因为诊断出某一元素的缺乏,并非土壤缺素,而是因另一元素的过量吸收而又往往破坏植株营养平衡,从而造成某一营养元素的吸收增多或减少。为了说明这种情况,以便更好地为油茶合理施肥提供科学依据。根据表1油茶植株叶片营养元素分析结果统计了各元素之间的相互关系,其结果列于表5。

注:**表示在1%水平上显著,*表示在5%水平上显著

由表5看出,氮磷、磷镁以及氮镁之间有极显著或显著的正相关,这说明它们之间在吸收时有强烈的相互促进作用,因此,在施肥时,将这些元素的肥料混合使用将有利于互相吸收。但须注意的是,混合后元素的有效性不能降低。同时,由表5还可看出,在钾镁、钾钙之间与上述情况相反,它们之间存在极显著或显著的负相关,这表明它们之间存在极显著或显著的拮抗作用。也就是说,钾素的大量吸收将引起钙、镁元素的减少。因此,施用过量钾肥并非适宜或钾钙、钾镁肥料不宜同时使用,必须引起注意。

2.3 关于油茶高产专用复合肥的配方与生产

由表2可得到油茶高产植株营养元素N、P、K之比为0.356∶0.064∶0.254。若以P元素含量约为1,即N约为5.6,K约为4.也即N∶P∶K约等于5.6∶1∶4。但是氮、磷、钾复合肥的有效成分是以N、P2O5、K2O表示的。因此,油茶专用复合肥的氮、磷、钾的基本配方为5.6∶2.29∶4.8。由于氮磷钾复合肥的部颁标准是:N+P2O5+K2O三者之和应≥25%。因此油茶专用复合肥含氮(N)量≥11%,含磷(P2O5)量≥5%,含钾(K2O)量≥9%。但必须指出,这是霜降籽油茶高产专用复合肥的基本配方。至于是否适合其它油茶品种高产专用复合肥的配方,还须通过施肥试验才能证明。

3 小结

1)本文提出的油茶高产植株营养诊断指标是初步的,且只是根据霜降籽油茶高产植株在9月中旬采样分析而得出的。至于是否适合其它品种的油茶高产营养诊断指标,还有待进一步研究。这是因为不同的品种和采样期,其诊断指标是不同的。

2)有了一套霜降籽油茶高产植株营养诊断的初步指标,就可通过随机抽样测定油茶植株营养元素含量,并对照油茶高产营诊断指标,从而判断能否达到高产或需要施肥。

3)油茶专用肥的N、P、K基本配方,本文只是根据霜降籽油茶高产植株营养元素含量而得出的配方。仅供参考,若要得到比较实用的配方,还须通过各油茶品种施肥正交试验的方差分析和Q检验,才能得出。因此需要进一步研究。

摘要：根据14株油茶高产植株叶片N、P、K、Ca、Mg营养元素含量的分析数据,运用数理统计方法,总结出油茶高产植株营养诊断指标的初步标准,以及油茶专用复合肥的基本配方。这对正确指导油茶高产施肥及其专用肥的生产具有重要的理论和实践意义。

关键词：营养诊断,指标,高产,油茶

参考文献

[1]庄伊美.柑桔营养与施肥[M].中国农业出版社,1994.

[2]李萃升.黑荆矮林营养诊断的化学方法的研究[J].亚林科技,1986(3).

营养诊断 篇2

二、实习地点：资阳市雁江区响水村

三、实习背景

此次实习的地点是资阳市雁江区，雁江区雁江区位于四川盆地中部，总面积1633平方千米。

雁江区内土壤因气候、地形、成土母质及水文、植被等条件的差异，分为紫色土、黄壤土、冲积土、水稻土4个土类。其中主要由紫色土和水稻土组成，分别占总量的69.2%和27.1%1。下面主要介绍紫色土和水稻土两种土壤类型。

紫色土类 是由侏罗系紫色泥岩风化物发育而成。其中红棕紫泥土属，分布于区境中部一带，地貌多属馒头丘。由遂宁组厚泥岩发育而成，土壤发育浅。胶体品质差，加有不同程度的石粒碎屑，土层厚薄不均，肥力差异大，我们实习地点响水村的土壤即是属于此类；灰棕紫色泥土属，分布于雁江区南部丘陵地区，地貌多属方山，其土壤质地偏轻，胶体品质较好，土层比较深厚，保水保肥力、抗逆力均较强，结构良好，宜耕期较长，宜种性较广；棕紫泥土属，分布于区境北部，由蓬莱镇组砂页岩互层发育而成，土壤质地较好，肥力、抗旱力介于灰棕紫泥土和红棕紫泥土之间。

水稻土 由长期水耕熟化发育而成，其中冲击性水稻土，分布于沱江及其支流沿岸平坝上，肥力高，耕性好。黄壤性水稻土，分布于沱江沿岸二三级阶梯平坦面上，土质黏重，养分贫乏，耕性不良。紫色性水稻土，遍布全区各地，占水稻土的91.17%。以灰棕紫色水稻土属和棕紫色水稻土属面积最大。灰棕紫色水稻土，土层深厚，矿质养分丰富，供肥保肥能力强。棕紫色水稻土，土质好，耕层质地黏性较大。红棕紫色水稻土，质地中壤之中粘，呈微碱性，保水保肥能力差。

四、实习目的与任务

（1）通过实地考察加深对作物缺素时的特定症状以及其原因的认识。

（2）初步掌握野外调查研究和分析植物营养丰缺状况基本方法和技能，如形态诊断。

（3）学会综合分析作物生长发育的健康状况，若出现缺素症状，能够提出科学合理改进措施，做到平衡合理施肥。

五、实习内容

1、植物缺素症状（1）柑橘的缺素症

1缺锌症 ○在前往实习地点途中，经过了不少柑橘地。很多柑橘都表现出了缺素症状。其中新梢叶片随着叶片老熟，叶脉间出现黄色斑点，逐渐形成肋骨状的鲜明黄色斑块。一些缺锌严重的果树长出的顶枝极纤短，节间缩短。叶呈丛生状，叶片直立窄小，此症状俗称“小叶病”或“簇叶病”。此时植株呈现直立的短生状，如果未及时采取补救措施，随后小枝干枯死亡。果实也较小，果皮光滑变厚，着色不良，果肉汁少、味淡。可分析得知，土壤有效含锌量过低，究其原因。有以下几种：此处土壤属于遂宁组钙质紫色土，pH呈碱性，一般在7.5以上，有的可高达8.2，降低了锌的有效性。营养元素的平衡施用也很重要，过量施用磷肥的土壤和某些因恶劣环境条件而限制了根系发育的土壤，也易产生锌的缺素症。每年果实的采收均会带走大量的锌，若不及时补充也会引起缺锌。

柑橘缺锌的防治方法：首先在春梢抽发1/3-2/3时，叶面喷洒0.4%-0.5%硫酸锌水溶液（加1%-2%石灰和0.1%粘着剂），也可喷洒0.1%-0.2%的氧化锌矫治。之后可适时地施用硫酸铵、硫酸钾等生理酸性肥料，以减轻缺锌程度。

2缺铁症 ○ 柑橘林除了缺锌以外，还存在缺铁的现象，铁是柑橘树体内氧化酶的成分，它对叶绿素的形成是必不可少的，柑橘对缺铁十分敏感，主要表现在：嫩梢先表现出缺素症状，叶片变薄黄化，淡绿至黄白色，叶脉绿色，在黄化叶片上呈明显的绿色网纹，以小枝顶端的叶片更为明显。病株枝条纤弱，幼枝上叶片很易脱落，常仅存稀疏的叶片。小枝叶片脱落后，下部较大的枝上才长出正常的枝叶，但顶枝陆续死亡。发病严重时全株叶片均变为橙黄色。就其枝梢而言，春梢叶发病轻，而秋梢和晚秋发病重，随着叶片的提取脱落，枝梢也相继发生。果实缺铁后变现为皮黄、汁少、味淡。

其原因在于碱性土壤中含有碳酸钙或其他碳酸盐过多（特别在干旱情况下），铁素被固定为不溶性化合物不能被吸收，很易发生缺素病。另外一些可能的原因是：磷肥施用过多使吸收到体内的过剩磷与铁化合而在体内固定；枳等砧木品种对铁的吸收利用能力较差；冬春季低温干旱时比夏季发病严重；低温干燥或盐类异常积累影响铁的吸收；锰和铜的过剩吸收，使体内铁氧化而失去活性等等。

应对防治措施：

碱性土壤应多施绿肥、土杂肥等有机肥和酸性肥料。

靠接铁素吸收率高的砧木，如枸头橙、资阳香橙、高橙和红橘等。在新叶期叶面喷洒0.2%-0.3%的硫酸亚铁溶液；或在树干上打孔，用高压方法注入硫酸亚铁、柠檬酸铁或多价螯合铁等溶液；或截断部分树根，让其吸入硫酸亚铁溶液。（2）油菜缺磷症

在柑橘林旁边不远处有几块油菜地。油菜排列整齐，但仔细一看，许多油菜叶表现出不同程度的缺磷症状：油菜缺磷时，油菜苗期瘦小，生长缓慢，根系发育不良，叶数少.比正常植株少2一3片叶。叶片小而厚，严重时甚至不能自然展平。叶色暗绿无光泽.逐渐转变暗紫色。叶背面的叶柄、叶脉呈紫红色，以后叶脉边缘显现紫红色斑点或斑块。缺磷症状在植株下部、中部叶片出现早而明显，当发展到上部小叶呈暗绿色甚至暗紫色时，说明植株已严重缺磷。下部片变黄脱落，有的植株叶脉、叶柄呈紫红色，但叶片鲜绿有光泽，叶大而平展，一般不是缺磷的表现。防治措施：植物诊断P117（3）玉米缺锌症 另外据吕老师介绍，在我们实习之前收获的玉米也有不同程度的缺锌症。缺磷症状在苗 期最为明显，植株生长缓慢、瘦弱，茎基部、叶鞘甚至全株呈现紫红色，叶尖和叶缘出现黄色 严重时叶尖枯萎呈褐色。幼嫩植株表现尤为严重。随着生长，下部叶片有紫红色变成黄色。抽穗吐丝延迟。缺磷影响玉米授粉和籽粒灌浆，玉米果穗小，秃尖，易弯曲，行列不整齐，籽粒也不饱和，成熟期推迟。

其防治措施如下：可撒施有机肥、钙镁磷肥或磷矿粉作为基肥；磷肥宜早施、集中施。过磷酸钙、重过磷酸钙和磷酸二铵等可采用条施、集中施用，每公顷施纯磷（p2o5）75-150kg。苗期易缺磷地块可采用少量水溶性磷肥，一般以水溶性磷肥沟施，但效果不如叶面喷施好。采用叶面喷实施一般可用0.3%-0.5%的磷酸二氢钾溶液。（4）箬竹的缺素症

在路上还看到几株竹类植物，经过查阅文献，其学名是箬竹。它普遍见于南方地区，尤其是长江中下游以南广大流域。竿高0.75-2米，直径4-7.5毫米，叶片大型。属观叶植物，具有较好的观赏性。叶片多用以衬垫茶篓或装作各种防雨用品，亦可包裹粽子。

和前面提到的植物一样，箬竹也表现出了缺素症状。其上部新叶出现不同程度的变黄，叶脉仍为绿色。这可能是缺铁造成的。除此之外还可能缺乏磷肥等，以为前面提到此地土壤呈碱性，使大量磷元素被固定，有效性磷肥较少。

2、水稻覆膜技术

雁江区位于川东伏旱与川西洪涝的过渡地带，气候异常，灾害频繁，自然灾害中旱灾居首位。据《资阳县志》记载，在1957—1985年的29年中分别发生春旱、夏旱、伏旱分别29次、21次和18次，发生的频率较高，常导致稻田减产甚至绝收，这严重影响了农民收入。

针对这一状况。吕世华老师等人经过数年潜心研究，开发出了水稻覆膜节水综合高产技术，该技术的节水抗旱效果经受住了2006～2007 年四川盆地大范围内特大旱灾的检验，其增产增收效果在风调雨顺的2008 年得到了广泛的证明。经过多年多点示范推广的实践证明，水稻覆膜节水综合高产技术适宜在所有的稻田应用，但更适合丘陵和山区无水源保证和灌溉成本高的地区和稻田类型，也特别适用于冷浸田、烂泥田、荫蔽田等稻田类型，在平原尾水灌区也具有重要的推广价值。

其技术要点如下：

1)推行旱育秧 通过改水育秧和两段育秧为旱育秧，不仅可以大量减少育秧环节用水及育秧和栽秧用工，而且能确保秧苗早发高产。在钙质土区推行旱育秧应注意选择pH 相对较低的苗床土，并重视调整床土酸碱度，防治秧苗缺铁黄化。2)倡导免耕规范开厢 通过改传统翻耕为规范性的开厢免耕，既节省整地用工，又减少水的渗漏损失，促进水在全田的均匀分布，提高水资源利用效率。

3)实施精量推荐施肥 根据区域土壤养分供应特点和覆膜条件下水稻高产的需肥规律，在肥料施用上注重控制氮肥用量，科学施用磷钾肥和锌肥，实行一次性精量推荐施肥，满足水稻全生育期的养分需求。

4)采用地膜覆盖 通过地膜覆盖可以大大抑制土壤水分的蒸发损失，减少氮素的氨挥发损失，也能提高土壤温度促进秧苗早发，抑制田间杂草生长。

5)落实“大三围”栽培 “大三围”栽培是三角型稀植栽培的俗称，大面积生产上我们提倡每亩栽4 000 窝左右，每窝以苗间距 12cm 左右栽 3 苗。通过“大三围”栽培可以节省用种和栽秧用工，减少苗间竞争，促进田间通风透光，协调水稻个体与群体矛盾。

6)贯彻节水灌溉 水稻虽然是需水和耗水量最大的农作物，但只要能满足其生理用水甚至可以旱作。以满足不同生育阶段水稻生理用水为原则，贯彻节水灌溉思想，杜绝生产上普遍存在的大水漫灌和水的浪费。

7)重视病虫害综合防治 选择抗病性强的水稻品种，选用高效低毒低残留农药在关键时期进行病虫害综合防治，控制和减少病虫害导致的产量损失。

3、实习心得与体会

这是我第二次野外实习，第一次是在地质学老师的带领下，到泸县等地进行地质学实习，让我收获颇丰。这次植物营养诊断与施肥的野外实习同样让我兴奋不已，实习地点是在资阳雁江区。

雁江区地处“天府之国”四川盆地腹心浅丘，这里山清水秀，土地肥沃，物产丰富，人杰地灵。区内土地肥沃，雨量充沛，1957—1985累年平均降水量为965.8mm；无霜期年平均为303天，地面温度能较长的保持在0C以上，作物生长期也较长；年平均气温17℃。因此其农业较为发达，是国家和省粮食、花生、海椒、柑桔及瘦肉型商品猪出口基地，也是发展蔬菜、经济林木、中药材、花卉等现代立体农业的理想基地。除此之外，雁江区还拥有许多示范田和试验田，比如：水稻覆膜节水综合高产技术示范田、南方山地丘陵地区面源污染试验田等。

水稻覆膜节水综合高产技术示范田是由吕世华老师等人共同开发的水稻旱作节水技术。在05年的时候该技术在资阳响水村开始推广应用，万事开头难，对于新事物一向谨慎的农民一开始就消极的态度对待这一技术，认为这在当地还没用过，什么经验都没有，还拿我们当实验品，这要是到了收获的季节亏了怎么办，你来赔偿我损失嘛！显然不实际嘛！但这对于吕老师一行人来说，这些困难只是暂时的，他们联系当地村委会，联合当地的党员干部，先做好党员们的思想工作，并充满信心的给他们作保证，这种技术肯定能让你们增收，他们也同意了。后来在党员干部的带动下，村民也跟着应用这种水稻旱作技术，在当年就取得了很好的增产效果。而且在干旱来袭时，它也能保证水稻田的产量。这对农民来说真是一件大实事，在这以后，吕老师一行人只要一到这里，就会被村民亲切成为老师，虽然简单两个词却充满了浓浓的尊敬与谢意。通过吕老师这一席话语，我终于明白了一个新技术的应用需要耗费多少精力呀！作为一名科技工作者需要付。出多少辛勤的汗水呀！

农业部行业专业项目：南方山地丘陵区面源污染监测与氮磷投入阈值研究。据查阅资料，其首席专家雷宝坤博士、中国农科院农业资源与农业区划研究所雷秋良博士等一行4人到四川检查项目执行情况。在四川试验点负责人我院土肥所林超文博士和课题组成员黄晶晶陪同下，考察了该课题在土肥所资阳、彭山试验点的田间试验进展情况。

考察中，四川试验点负责人林超文博士向各位专家详细介绍了资阳、彭山试验点的试验进展情况，并带各位专家参观了资阳水保站的其他基础研究设施。雷所长详细了解试验进展后，对我们的工作给与了高度评价，认为我们试验规范，数据可靠，样品保存良好，能够高质量完成课题任务。双方还就小流域监测试验的数据收集、指标、相关调查等方面进行了交流与沟通。雷所长还热情邀请我所课题成员到云南进一步交流。

理论联系实际。在途中，我看到了不少植物，在刚不久的考试中也复习了相关理论，但是看到这些症状，仍然是抓耳挠腮，不知其然。要说到原因，关键在于没有将自己的学习内容联系实际，应用到农田生产当中。终于在之后吕老师的讲解下，我才明白过来，因其土壤物化性质等因素的影响这里的作物普遍缺乏锌、铁，伴有局部缺磷的症状。如：前面提到的柑橘缺铁、锌，油菜缺磷等。

比较学习、集体学习、反复学习：虽然每种缺素症都有自己独特的一面，但是对于我这种初学者来说还是会很容易就把两种植物弄混。在这个时候，比较学习往往让我事半功倍。仔细观察植物，列出易混植物的异同点，通过比较和反复记忆就可以准确地区别它们了。而让我收获最多的莫过于集体学习了——一群人围在一桌标本边上，比赛着、互相帮助着、互相提醒着、笑着闹着，硬是把一袋袋的标本消化了。尤其是在考试前的一晚，我们组的男生自发去采集新鲜标本回来供我们全组成员共同复习反复记忆，那晚一起围在饭堂门前的方桌前流水线式的复习不仅给我们整个小组带来不错的平均成绩，还让我们感到了集体的温暖。我觉得，集体学习气氛比较轻松活跃，学习效率比较高，个人独立思考的时间相对少了但是从他人身上获得的东西多了。独学无友则孤陋寡闻，集体学习在同学之间普遍缺少多人面对面交流的大学有着重要意义。当然了，对于认种来说无论什么学习方式都离不开反复学习，只有反复地去看、去摸、去闻，不断地消化记忆，才有可能让数量如此庞大的种类烂熟于心。

实习地点：

资阳市雁江区，雁江区是典型的四川盆地红岩丘陵区。丘陵多为浑圆形或长条状、桌状的浅丘和中丘，岗丘杂陈，连绵起伏，山脊走向明显，沟冲纵横曲折，谷坡平缓，覆盖紫色砂页岩互层。境内沱江及其支流两岸，小平坝变化座落其间县境内地势起伏不大，海拔在390米——460米之间，相对高度在40——90米左右。最高点是回龙乡老鸦山，海拔544米，最低点是铜钟乡罗家坝河边，海拔316.8米，最大高差227.2米。县境西、西北、东和东北部较高，向中央逐渐降低，并向东南倾斜，沱江及其部分支流均向东南流入资中境内。雁江区气候温和，冬暖春早，夏无酷署，年平均气温17.3摄氏度，年均日照1233小时，年均降雨量965.8毫米，年均无霜期303天。

雁江区物华天宝，土地肥沃，雨量充沛，无霜期长，物产丰富，是国家和省粮食、花生、海椒、柑桔及瘦肉型商品猪出口基地；地势起伏不大，海拔在390—460米之间，岗丘杂陈，连绵起伏，沱江纵贯全境，是发展现代农业（蔬菜、经济林木、中药材、花卉）的理想基地。配合“绿色资阳”建设和农业结构调整，雁江区大力发展水果业，以柑桔、黄金梨、西瓜、枇杷等为龙头的优质水果已形成气候。其中碑记镇发展优质桔类1.4万亩，1万亩进入盛产期，已成为“中国早熟蜜柑之乡”。伍隍镇的枇杷已成为当地农民致富的首要途径。实习内容及实习方法

雁江区响水村土壤概况：土壤母质为遂宁组石灰性泥沙岩，主要由砖红色、棕红色泥岩夹砂岩组成，分上、下两段。下段为鲜红色、棕红色砂质泥岩、泥岩夹少量灰绿、灰白、紫红色细砂岩、粉砂岩、厚2724m；上段为紫红、灰紫色厚层至块状细粒长石石英砂岩与紫红、鲜红色泥岩互层，厚137.3m。与下伏上沙溪庙组和上覆蓬莱镇组均为整合接触。该组广布于四川盆地。各地岩性有一定的变化，在龙门山前地带岩性变粗，夹砾岩及含砾粗砂岩。在盆地西、南部较薄，一般200～300m；东部、东北部较厚，400～600m。遂宁组紫色土，属于石灰质初育土类，系侏罗系紫色砂、泥岩发育而来，母质母岩沉积相为比较干旱条件和河漫湖泊的洪水泛滥至正常河流环境四种母质沉积，由于母质沉积环境的不同，造成母质中氮、磷含量和形态的差异而影响其在水体中的释放；母质矿物成分、化学组成、物理特性成熟度与氧化物活动性不同，使不同母质在物理上的紧实度、化学性质上的释放位点等表现出差异而导致其释放养分的速度和量的不同。由于区域内气候较干燥，常年降雨量均在1000mm左右，碳酸钙淋溶微弱，土壤始终处于幼年粗骨性阶段。PH在7.5-8.5之间，粘壤土到壤土，CaCO3含量大于8%，土壤有机质在10g/kg左右，全氮、速效磷低，铁的有效性低，锌、硼严重缺乏，土体浅薄，保水抗旱力差。根据对遂宁组、自流井组、沙溪庙组土壤性质的比较发现，遂宁组土壤结构性较差，土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾含量普遍低于自流井组和沙溪庙组，但遂宁组土壤全钾含量最高。因此，合理施肥，测土施肥在该区域内尤为重要。

植物诊断调查主要针对该地区广泛种植的柑桔营养情况进行调查。通过调查发现，该地区去许多柑桔树冠及枝梢都失绿黄化，表现出典型的缺铁。

果树的铁营养缺乏症是最常见的营养障碍之一。北方的苹果，南方的柑桔，以及葡萄、梨、桃树等果树上均有缺铁失绿黄化症的发生，其一般症状为：新梢叶片失绿，在同一病枝上的叶片，症状自下而上加重，甚至顶芽叶簇几乎漂白；叶脉常保持绿色，且与叶肉组织的界限清晰，形成鲜明的网状花纹，少有污斑杂色及破损。严重缺铁时，白化叶持续一段时间后，在叶缘附近出现灼烧状焦枯或叶面穿孔，提早脱落，呈枯梢状；着果稀少甚至不着果，果形变小，色淡无味，品质低劣。

柑桔缺铁时，幼嫩新梢叶片黄化，叶脉仍保持绿色，而且脉纹清晰可见。随着缺铁程度加重，叶片除主脉保持绿色外，其余呈黄白化。严重时，叶缘也会焦枯褐变，叶片提早脱落。柑桔缺铁黄化以树冠外缘向阳部位的新梢叶最为严重，而树冠内部和荫蔽部位黄化较轻；从枝梢而言，春梢叶发病较轻，而秋梢或晚秋梢发病较重。

植物缺铁主要原因是,石灰性土壤影响植物对铁的活化吸收、运输和利用。高浓度的碳酸盐及碳酸氢盐提高并缓冲了pH值,降低了可溶性铁的浓度,同时高pH值严重抑制双子叶植物根系对缺铁的适应反应,使H+泵活度减弱,降低酸的释放和减弱质膜上Fe3+的还原。高浓度的HCO3-可以增加根中有机酸的合成,一些有机酸在液泡中螯合铁可能抑制向地上部运输。高浓度的HCO3-还可抑制根系生长,并降低根压-驱动木质部中的溶质流由根向地上部运输,造成铁向地上部运输受阻,使铁在叶组织中分布不均匀,另外降低了细胞分裂素向上运输的速度,影响叶绿素形成,造成失绿叶Fe3+的积累。

该地区之所以产生这一普遍柑桔缺铁黄化现象，紫色土富含碳酸钙是主要因素。其原因是碳酸钙使土壤pH升高土壤活性铁失效，植株吸铁量减少，叶绿素含量下降，致使减产和糖酸含量下降。土壤pH值也影响柑桔叶片过氧化物酶活性。加上铁在植物体内移动性差，再利用程度低，故柑桔缺铁是这地区一种普遍的缺素病害。

而同一地点，部分柑橘表现出缺铁的症状，部分却没有。个别柑橘左右两边的枝桠缺铁现象不尽相同。产生这一现象的原因在于，土壤成土因素母质的分布不均，从而导致土壤某些地方营养元素缺乏，某些地方营养元素充足。同时在一处靠近水田的柑橘地发现奇怪现象：远离水田的柑橘的叶片表现出明显的缺铁症状，而靠近水田的柑橘却未表现。经过分析讨论，得出造成这一现象的原因是，水田处于淹水状态，Eh降低，PH降低，使一部分不能被植物吸收的铁转化成为有效铁，靠近水田的柑橘的根系伸入水田中，吸收并利用水田中的还原铁，使其铁元素含量充足，从而避免了铁素缺乏。在水田旁，缺铁症以水田为中心，逐步加大的情况。该地区除柑橘以外，花生、红苕、水稻也易出现缺铁现象。水稻在水田淹水条件下不易出现缺铁，但在旱秧则容易出现明显的缺铁现象。

矫治柑桔缺铁黄化症是最常用的方法是施用含铁化合物，其施用方法多样。施用硫磺粉或硫酸稀释液酸化柑桔根系土壤,中和碳酸钙,生成极难溶的硫酸钙,可以获得最好效果,但成本太高。树干注铁直接效果较好,但由于每年钻孔注射,损伤树干易加重病虫害。埋沙供铁使土壤局部铁保持有效态,土壤通气良好,柑桔须根增多,铁吸收增加,黄化叶复绿,增强了生长,可作局部供铁的方法。施用螯合铁矫正果树的缺铁失绿症比用硫酸亚铁更有效,见效快,且能增强树势,提高产量及果品品质,但土施过量易造成药害,而根外喷施效果不一,有药害,螯合剂质量不稳定,成本高,均影响生产上的应用。靠换耐碱砧木是较为省钱省事的方法。将已严重黄化的柑桔植株靠换较耐碱的构头橙,使黄化枳砧锦橙复绿,但在石灰含量和pH太高时构头橙亦会表现缺铁黄化。因此，筛选高抗盐碱的材料，筛选高抗盐碱基因，在柑桔生产中显得尤为重要。

此外,栽培管理技术如灌水排水,整形修剪,病虫防治,生长调节剂的使用也影响铁的吸收和利用。采取合理的栽培管理措施,可以起到辅助矫治的作用。

在该地区还发现了小叶丛生等明显的缺锌现象。柑桔缺锌时，抽生的新叶随着老熟，叶脉间出现黄色斑点，逐渐形成肋骨状的鲜明黄色斑块；严重时，新生叶变小，抽生的枝梢节间缩短，叶呈丛生状，俗称小叶病，果实也明显变小。一般同一树上的向阳部位较荫蔽部位严重。

植物在石灰性土壤上缺Zn的问题较为普遍，其主要是由于碳酸盐导致土壤PH上升，在较高PH条件下氧化铁对锌的强烈固定，造成了大量专性吸附状态的氧化铁结合态锌及部份碳酸盐结合锌，使交换态的有效锌含量很低。

缺锌治理的主要措施在于合理施肥，增施锌肥，严格控制磷肥施用量，同时还应避免磷肥的过分集中施用，防止局部磷锌比失调而诱发果树缺锌。

同时，在该地区部分植物还出现了缺硼的现象。当柑桔缺硼时，在初期新梢叶出现水浸状斑点，叶畸形，叶脉发黄增粗，表皮开裂；新芽丛生，幼叶发僵发黑，成熟果实的果皮增厚、粗糙，内果皮层有褐色胶状物，果肉干瘪无味。严重时，树顶部生长受到抑制，出现枯枝落叶、树冠呈秃顶景观，有时还可以看到叶柄断裂，叶倒挂在枝梢上，最后枯萎脱落。土壤有效硼含量低是导致柑桔缺硼的主要因素。此外，气候条件，氮肥施用过多也会诱导缺硼。

柑桔缺硼的防治方法：改善土壤环境，培肥地力，提高土壤的供硼能力。同时，应改善土壤的保水供水性能，促进果树根系的生长发育及其对硼的吸收利用。增施有机肥、套中绿肥可以提高土壤有效硼，增加土壤供硼能力。增施硼肥，一般叶面喷施0.2%-0.3%的硼砂溶液，土施时应根据树体大小确定施用量，一般情况下，小树每株施硼砂20-30g，大树每株施硼砂100-200g。无论土施还是叶面喷施，都要做到均匀施用，以防发生硼中毒。

在之后踏查中还观察到，油菜苗的老叶颜色发紫，表现出明显的磷素缺素症。植物缺磷的主要原因是土壤中的有效磷含量较低，植物吸收磷的含量较少，导致磷素缺乏。从全磷含量来看，石灰性紫色土壤是不缺磷的，但是因其风化程度浅，钙质饱和度高，钙质磷的释放转化慢，故石灰性紫色土的有效磷含量普遍偏低。有效磷含量不高是石灰性紫色土上施用水溶性磷肥增产显著的直接原因。油菜为十字花科喜磷作物，对磷十分敏感。而且油菜生长期较长，生长季节的气候条件对油菜磷素的吸收和利用有很大影响。因此，油菜缺磷现象发生普遍，严重影响油菜的生长发育和产量品质。缺磷油菜叶色暗绿，叶片变小增厚，呈现紫红色，叶柄和叶脉背面尤为明显，叶片数量少，严重影响油菜产量。

油菜缺磷防治措施：适时早栽。借助年内气温高的时期，提早播种，促进发根，增强根对磷的吸收能力，从而减少低温对油菜苗期缺磷的影响。合理增施磷肥。多施水溶性磷肥，配合施用酸性肥料，降低土壤pH，提高土壤磷肥利用；注意磷肥和硼的配合施用，有研究表明，在供磷条件下，适当增施硼能增加油菜生物学产量6.65-19.39%，经济产量6.29-104.44%，但在缺磷条件下过高硼肥用量在一定程度上加重油菜的缺磷症状，经济产量下降达17.65-42.86%。另外，钾肥和磷肥对油菜生长和产量具有明显正交互作用，因此适当施用钾肥亦有利于磷的吸收。

花生高光谱叶片营养诊断研究 篇3

关键词：花生；叶片；营养诊断；高光谱；遥感识别；估算模型

中图分类号： S565206文献标志码： A

文章编号：002-302（204）2-029-03

花生是我国主要的油料作物之一，合理施肥是提高花生产量和改善花生品质的有效途径。随着光谱技术的发展，应用光谱技术在作物营养诊断和养分估测方面的研究越来越多。通过测定植物叶片光谱特征分析植物体内各种生化成分含量，是目前植物光谱营养诊断的主要方法，国内外学者利用光谱营养诊断方法对水稻、玉米、小麦、棉花等作物进行了较多的研究报道[-3]，但对花生高光谱营养诊断鲜有报道。本研究针对花生进行叶片光谱采集及叶片氮磷钾含量测试分析，建立光谱特征参量与氮磷钾含量的估算模型，旨在寻找最佳模型估算叶片养分含量，为花生鲜叶养分组分的高光谱遥感识别提供依据，对指导有效施肥具有现实意义。

材料与方法

试验设计

试验选择在湖北省大悟县进行，该县地处鄂北地区，花生种植面积达2万hm2，对它进行研究具有一定的代表性。试验设氮磷钾（NK）、缺氮（N0K）、缺磷（N0K）、缺钾（NK0）和对照（CK）5个处理，重复4次，小区面积为0 m2，每个处理的施肥量见表。供试土壤类型为沙壤。供试氮肥为尿素（含46%N），磷肥为过磷酸钙（含2%2O5），钾肥为氯化钾（含60%K2O），肥料用量通过纯养分量计算获得。每小区测定花生叶样氮磷钾含量和有关品质项目，在花生开花期进行野外冠层和叶片的光谱测定。

2光谱测定

[3]采用美国ASD FieldSpec3在花生开花期对各处理花生冠[2]层及叶片进行光谱测定。该光谱仪波段范围在350～2 500 nm，光谱采样间隔为4 nm （350～ 000 nm）和2 nm（ 000～2 500 nm），光谱分辨率为3 nm（350～ 000 nm）和0 nm（ 000～2 500 nm）。[CM（7]室内光谱测试环境设置如下：测量环境[CM）]

[FK（W9][HT6H][Z]表试验处理及肥料用量[HTSS][STBZ]

[H5][BG（！][BHDFG3，WK62，WK222W]试验处理[ZB（][BHDWG2，WK222W]肥料用量（kg/hm2）

[BHDWG2，WK72。3W]N2O5K2O[ZB）W]

[BHDG2，WK62，WK72。3W] CK000

[BHDW]NK756090

[BH]N0K06090

[BH]N0K75090

[BH]NK075600[H][BG）F][FK）]

为光源入射天顶角30°、入射方位角0°；观测天顶角0°、观测方位角330°，采用0°视场角，探头垂直向下，距离叶片样品表面23 cm，叶片样品平放在黑色皮衣上，每一叶片样本采集5条光谱曲线，将测得的叶片反射率光谱剔除异常值后取其平均值作为该样本的反射率光谱值。每个小区单收单称，记录各处理的小区生物量，分别取植株和农产品样品，用 H2SO4-H2O2 消煮蒸馏法测全氮、钒钼黄比色法测全磷和火焰光度法测钾，并对植株样品进行室内光谱测定。同时在各处理小区取混合土样各8 kg，带回实验室，采用半微量开氏法测全氮、NaOH熔融-钼锑抗比色法测全磷、火焰光度法测全钾含量，并对其进行光谱测定。

2结果与分析

2花生生化组分和土壤养分特征

分别对花生叶片样品的全氮、全磷、全鉀含量以及土壤有机质、全氮、全磷、全钾彼此间的相关性进行研究，生成如表2所示的相关系数矩阵。

由表2可见，土壤全氮含量与土壤有机质、植株全氮含量的相关性都很高，而各指标含量与植株全氮含量的相关系数相对较低。

22光谱特性分析

由于光谱的一阶、二阶和高阶导数可以消除背景噪声、分辨重叠光谱，因此常用导数光谱技术作为分析处理高光谱遥感信息的有效手段。由于实测的光谱数据是离散的，高光谱数据导数的求算一般用差分方法来近似计算。 一阶导数光谱：

式（）、（2）中，λi是波段i的波长值，ρ（λi）是波长λi的光谱反射率值。

图是对花生叶片光谱进行一阶导数和二阶导数计算的结果，从图中可以发现，导数光谱能够比较容易确定光谱曲线的拐点、最大反射率和最小反射率处的波长位置等光谱特征参数，如“三边”参数、绿峰、红谷等。分别将花生叶片氮磷钾养分含量测定值与相应叶片的原始光谱、一阶导数光谱等光谱特征变量做相关分析，得出花生叶片氮磷钾含量与原始光谱、一阶导数光谱间的相关系数曲线（图2、图3、图4）。

[FK（W9][TWYNtif][FK）]

如图2所示，在可见光和近红外光范围内大部分波段通过00极显著性检验水平；全氮含量与原始光谱、一阶导数光谱变量间的最大正相关系数、负相关系数分别为（0845、570 nm）、（-083、70 nm）。

[FK（W0][TWYN2tif][FK）]

如图3所示，有部分原始光谱值通过005显著性和 00 极显著性检验水平，最大相关系数为（-0477，720 nm）；部分一阶导数光谱值通过显著性和极显著性检验水平，最大正相关系数、负相关系数分别为（0538，565nm）和（-0537，70 nm）。

nlc202309041116

[FK（W0][TWYN3tif][FK）]

如图4所示，在整个光谱区域内，只有极少数的原始光谱值通过显著性检验水平，且均未达到极显著性检验水平；少数一阶导数光谱波段通过显著性检验水平，极少数波段通过极显著性检验水平。

[FK（W2][TWYN4tif][FK）]

23花生叶片养分含量估算模型分析

本研究选用5个单变量线性与非线性回归模型，包括简单线性模型（Linear）、抛物线模型（Quadratic）、对数模型（Logarithmic）、逆函数模型（Inverse）、指数模型（Exponential）。采用模型拟合R2值、预测R2值、均方根误差（RMSE）3个检验指标，对各生化组分估算模型进行精度评价。各估算模型都有较好的估算效果，其中单变量回归模型中以一阶导数光谱变量dv570建立的逆函数模型为佳，其模型拟合R2值最大，RMSE值和MRE（平均相对误差）值最小，预测R2值也较大。逐步回归分析模型随着入选方程变量增加，模型拟合R2值增大，而预测R2值减小，RMSE值和MRE值也随着变大，因此，花生叶片氮素含量最佳估算模型为y=-0445 7-0002 6/dv570（表3）。

3结论与讨论

本研究是在高光谱遥感技术对植被的理化特性和农学参数提取研究的基础上，通过控制叶片光谱采集环境，利用光谱分析技术提取光谱特征变量，通过统计回归分析方法建立光谱特征变量与花生生化组分含量间的关系，找出一些适于估算生化组分含量的敏感波段和特征参数，并评价其估算叶片生化组分含量的潜力。研究结果表明，一阶导数光谱对叶片生化组分含量的估算能力比原始光谱好。对花生氮磷钾含量光谱诊断的研究结果发现，无法预测叶片钾含量；叶片氮、磷含量均能够得到较好的预测。本研究只通过相关分析简单建立光谱特征变量与叶片生化组分间的单变量回归模型和多元回归模型，今后可以尝试通过构建人工神经网络模型和构造光谱植被指数来预测各生化组分，同时还可以在分层次采集冠层叶片样品、光谱采集过程、数据处理分析时利用曲线拟合提取光谱参数等方面进一步拓展。

[HS2][HT85H]参考文献：[HT8SS]

[ZK（#]丁圣彦，李昊民，钱乐祥 应用遥感技术评价植被生化物质含量的研究进展 生态学杂志，2004，23（4）：09-7

[2]浦瑞良，宫鹏 高光谱遥感及其应用[M] 北京：高等教育出版社，2000：68-73

[3]Kokaly R FInvestigating a physical basis for spectroscopic estimates of leaf nitrogen concentration Remote Sensing of Environment，200，75：53-6[H82mm]

[4]Osbome S L，Schepers S，Francis D D，et alDetection of phosphorus and nitrogen deficiencies in corn using spectral radiance measurements Agronmy ournal，2002，94：25-22

[5]王秀珍，黃敬峰，李云梅，等 水稻生物化学参数与高光谱遥感特征参数的相关分析 农业工程学报，2003，9（2）：44-48

[6]赵文，刘国顺，贾方方，等烤烟烟碱含量的高光谱预测模型江苏农业科学，204，42（3）：275-279

[7]周鹏，张小刚，徐彪，等基于高光谱的南疆红枣病虫害特征谱段选择模式江苏农业科学，203，4（4）：08-

[8]唐延林，王秀珍，李建龙，等 棉花高光谱及其红边特征（Ⅱ） 棉花学报，2003，5（4）：25-220

[9]程一松，胡春胜，郝二波，等 氮素胁迫下的冬小麦高光谱特征提取与分析 资源科学，2003，25（）：86-93[ZK）]

[0][ZK（#]谭昌伟，王纪华，黄文江，等 夏玉米叶片全氮、叶绿素及叶面积指数的光谱响应研究 西北植物学报，2004，24（6）：04-046

王磊，白由路 基于光谱理论的作物营养诊断研究进展 植物营养与肥料学报，2006，2（6）：902-92

[2]李映雪，朱艳，曹卫星 不同施氮条件下小麦冠层的高光谱和多光谱反射特征 麦类作物学报，2006，26（2）：03-08

[3]孙俊，金夏明，毛罕平，等基于有监督特征提取的生菜叶片农药残留浓度高光谱鉴别研究江苏农业科学，204，42（5）：227-229

油菜缺乏营养元素的诊断与对策 篇4

1 黄叶诊断

油菜出现黄叶, 是因缺乏营养引起的。

1.1 缺氮黄叶

油菜苗期氮素不足, 植株矮小, 叶片小, 新叶出生慢, 叶色渐呈淡黄色、黄绿色或黄色, 或者茎下部叶边缘发黄并逐渐扩大。此时应及时追肥, 可追施碳酸氢铵225～300 kg·hm-2, 或尿素75～120 kg·hm-2。

1.2 缺硫黄叶

油菜缺硫, 苗期根系短而稀, 叶少而小, 整株呈淡绿色, 但幼嫩叶片的色泽较老叶深。缺硫黄叶与缺氮黄叶的表现不同, 缺硫黄叶是从幼叶开始发黄, 而缺氮则是由老叶向新叶发展, 二者容易区别。缺硫时采用配方施肥技术或严重缺硫时追施硫酸钾150～300 kg·hm-2。

2 暗紫色叶的诊断

油菜因缺磷而出现暗紫色。缺磷植株生长缓慢且矮小, 叶片变小, 叶肉变厚, 叶片暗绿或灰绿, 缺乏光泽, 叶柄紫色, 叶脉边缘出现紫红色斑点, 严重时呈暗紫色, 并逐渐枯死。对缺磷油菜追施过磷酸钙375～450 kg·hm-2, 或用0.2%～0.3%磷酸二氢钾溶液均匀喷施, 连喷2～3次, 每次间隔5～7 d。

3 褐色叶的诊断

油菜叶片出现褐色, 这是缺钾的表现。油菜缺钾, 叶片失绿呈现水渍状针头大的小点, 叶脉明显变深, 皱缩增厚, 叶缘逐渐枯焦, 形成“焦边”。严重缺钾时, 植株心叶萎缩变硬, 呈褐色, 直至全株枯死。油菜苗期缺钾, 可追施氯化钾105～150 kg·hm-2, 或草木灰1 500 kg·hm-2;抽苔期缺钾, 可用0.1%～0.2%的磷酸二氢钾溶液900～1 050 kg·hm-2均匀喷施, 连喷2～3次, 每次间隔7 d左右。

4 红叶诊断

油菜叶片不仅含叶绿素, 还含有一种花青素, 它能使叶片呈现红色。氮素是制造叶绿素的重要物质。如果氮素不足, 叶片里的叶绿素减少, 花青素就表现出来, 叶片就会由绿变红。由此可见, 氮素不足是油菜叶片变红的主要原因, 而氮素不足又是由多种因素引起的。

4.1 干旱红叶

土壤长期干旱缺水, 有肥无水油菜植株吸收困难。油菜受旱, 生长缓慢, 植株矮小, 叶色变为淡红色。这时应及时浇水抗旱, 有条件的地区, 可以进行沟灌, 忌大水漫灌, 避免造成烂根死苗。

4.2 渍害红叶

在排水不良的土壤中生长, 植株易遭受猝倒病危害, 烂根、死苗现象加重。土壤含水量愈高, 持续的时间愈长, 烂根、死苗率愈高。田间渍水会造成伤根、僵苗, 根系发育不良, 吸收能力降低, 导致营养供应失调, 叶色暗红。在田间管理上, 要注意开好排灌沟, 能灌能排, 确保根系生长正常, 消除渍害红叶。

4.3 虫害红叶

油菜苗期蚜虫危害严重时, 叶片萎缩, 发僵泛红。对此, 可用50%抗蚜威可湿性粉剂150～225 g·hm-2, 兑水750～900 kg·hm-2均匀喷雾, 防治效果良好, 或用烟草石灰合剂、蓖麻茎叶浸泡液、烟蒜合剂等自制土农药防治, 不仅防蚜效果好, 而且不污染环境。

5 紫蓝色叶的诊断

油菜出现紫蓝色叶斑, 是缺硼引起的。硼是油菜不可缺少的一种微量元素。油菜缺硼, 常表现为叶片初为暗绿色, 叶片小, 叶质增厚变脆, 叶端反卷, 皱缩不平。中下部叶片边缘开始变成紫色并逐渐向内发展, 叶脉及附近组织变黄, 形成紫蓝斑。此时施21%高效速溶硼肥1 500 g·hm-2或施硼砂7.5～15.0 kg·hm-2, 对严重缺硼地区要重施, 一般与氮、磷、钾混合使用, 或需喷施硼砂1 500～3 000 g·hm-2兑水750～900 kg·hm-2, 连续进行2～3次。

6 灰白色叶的诊断

营养诊断 篇5

关键词 镁素 ；生理功能 ；营养诊断 ；镁肥

分类号 S15 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.03.009

Abstract With the deficiency of Magnesium （Mg） more and more obviously， and it affects the normal physiological function and growth of plants. Thus， people have paid more attention for application of Mg-containing fertilizers. The physiological function， nutrition diagnosis and application of Mg in plants were reviewed in this article. In addition， the physiological function includes photosynthesis physiological function， activating function of enzyme， the impact of oxygen metabolism and gene expression in plant. It will provide bases and references for the further study of Mg in the future.

Keywords magnesium ； physiological function ； nutrition diagnosis ； magnesium-containing fertilizers

镁素是植物所必需的中量元素之一，对植物生长发育起至关重要的作用。镁是植物细胞中重要的二价阳离子，是叶绿素的中心离子，还是很多酶的活化剂，参与能量代谢，对提高作物产量和森林蓄积量等具有重要作用[1-2]。但是，随着工业和农业产业的快速发展，很多地区酸沉降现象加剧，镁在酸性土壤中溶解流失加重[3]，因此，缺镁现象普遍存在于植物中，中国许多地方出现植物缺镁失绿的状况，仅中国土壤缺镁面积就占了全国总耕地面积的6%[4-5]，影响了农业生产的多个领域。因此，本文综述了镁素的各种生理功能，主要体现在光合生理功能、酶活化功能、其对植物活性氧代谢和基因表达的影响等方面，并对植物镁素营养失衡诊断及镁肥的施用进行综述，以期为更好地利用镁元素提高作物的产量和品质提供参考。

1 镁素生理生化功能

1.1 镁素的光合生理功能

镁素最重要的生理功能就是其作为叶绿素的中心离子所起的作用[6]，镁可以占叶绿素分子量的2.7%，参与叶绿素（chl）、色素的构成，大约10%的镁结合在chl a和chl b中[7]，对维持叶绿体结构起到非常重要的作用。但是植物缺镁时叶片叶绿素含量降低的真正原因，目前还存在争议。许多学者认为，由于镁是叶绿体正常发育所必需的元素，并且需求量很大，因此，缺镁时镁的不足是导致叶片失绿的原因；而有部分学者认为，缺镁导致蛋白合成受阻才是缺镁植物失绿的原因[8]；Marschner等[9]和Cakmak等[10]研究结果发现，缺镁胁迫下的活性氧（ROS）受伤害才是叶绿素含量降低和叶片失绿的主要原因。研究证明，Mg2+可以影响植物光合膜的垛叠形成基粒，调节PSⅠ和PSⅡ 2个光系统之间的激发能分配、PSⅡ活性和原初光能的转化效率、光合电子传递速率、叶绿素荧光和光合碳代谢等过程[4]。凌丽俐等[11]研究表明，缺镁导致纽荷尔脐橙老叶叶绿素含量明显降低，但对新叶无影响。缺镁胁迫和过量镁胁迫均导致纽荷尔脐橙叶片的光化学效率（Fv/Fm）以及相对电子传递速率（rETR）降低，但是，缺镁胁迫的影响作用大于过量镁胁迫。李泽等[12]研究证实，低镁（Mg2+<2 mmol/L）胁迫显著降低了油桐叶片中叶绿素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、最大PSⅡ的潜在活性等；而高镁（Mg2+>4 mmol/L）同样也降低了叶绿素含量、Pn、Gs等，但是镁浓度升高对光合生理指标的影响要小于缺镁胁迫的作用。

1.2 酶活化功能

镁是植物酶的重要组成部分，是植物体内多种酶的活化剂，几乎所有的磷酸化酶、磷酸激酶、二磷酸核酮糖羧化酶都需要镁的激活或者活化，若镁缺乏会抑制CO2的同化，从而影响光合作用[13-15]。Mg2+可以与ATP或ADP的焦磷酸盐结构和酶分子间呈桥式结合，从而促进磷酸化作用，其作用的机制是改变ATP酶的构象，使得埋藏在酶内部的结合态核苷酸更易暴露出来，更容易接近底物。镁对磷酸激酶和磷酸转移酶的活化是专性的[4-16]。

1.3 镁素对植物活性氧代谢的影响

叶绿体类囊体膜PSI的还原侧是植物活性氧（ROS）产生的重要部位[17]。植物一旦缺镁会降低卡尔文（Calvin）循环的效率，CO2同化受到限制，光合同化力NADPH/NADP+会累积，供给暗反应的能量随之减少，也就减少了NADPH的利用率，导致光合作用电子传递系统过度饱和，从而激发产生过ROS，过ROS传递到分子氧O2后会产生超氧阴离子O2-1等[18-19]，由此衍生的羟自由基（OH-）和单线氧（1O2）等其他ROS均具有很强的活性，它们可以对植物的光合作用等许多生物功能造成伤害[20]。

nlc202309050252

但是，植物本身具有抗氧化能力，可通过产生一系列的抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化氢酶（CAT）等，以及小分子抗氧化物质，如还原型谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸（ASC）和维生素E等，来消除过量的ROS[7]。陈伟立等[21]研究发现，缺镁处理砂糖橘后植株叶片的叶绿素含量显著降低，并且POD和CAT活性显著提高，SOD和APX活性变化不明显，该结果说明，缺镁引起砂糖橘叶片中活性氧的积累，而POD和CAT可能参与了活性氧的清除，这与薄荷、玉米、龙眼等在缺镁处理后出现的植物体内抗氧化酶活性增强、小分子抗氧化剂含量明显增加的结果相同[22-23]。朱帅等[24]于低温下用30%镁处理黄瓜幼苗，结果发现幼苗植株中丙二醛（MDA）含量增加，但SOD、POD、CAT、APX和GR等活性降低。申燕等[25]研究发现，缺镁使“不知火”橘橙和椪柑叶片SOD活性显著降低，但二者的POD活性、MDA含量及“不知火”橘橙的CAT活性均显著提高，此结果说明“不知火”橘橙和椪柑虽然对缺镁胁迫均有一定的抵御和适应能力，但随着缺镁处理时间的延长，体内ROS的累积超过其保护酶的清除能力，其抗氧化防御系统已不能抵御质膜所受到的ROS的攻击，丧失对膜系统的保护，最终导致细胞伤害的发生和伤害程度的差异[26]。

1.4 镁素对植物基因表达的影响

镁在植物基因组的稳定中起到重要的作用[27]。当植物缺镁时，体内的核酸含量就会下降，某些正常情况下表达的基因不表达，而原来不表达的基因开始表达[4]。例如，拟南芥缺镁时，编码1-氨基环丙烷-1羧酸酶家族同工酶的4个基因（ACS11、ACS2、ACS7、ACS8）被诱导表达；在拟南芥的根和叶片中，ACS11基因表达上调，而ACS2、ACS7和ACS8基因只在叶片中表达上调。持续缺镁7 d后，缺镁处理组乙烯的释放量是对照组的2倍，同时研究发现，运输镁的通透酶也未表达，只有MRS2-9基因表达水平显著下调[28]。

2 植物镁素营养的诊断

植物缺镁是一个普遍存在的问题。镁是植物叶绿素的重要成分，因此，缺镁最明显的表现就是叶片失绿。而镁的移动性较强，所以，失绿首先表现在老叶，缺镁情况严重时会导致整片叶片发黄干枯[29-30]。李金玲等[31]采用砂培的方法，研究缺镁对一年生何首乌的影响，结果表明，缺镁胁迫导致何首乌叶片颜色失绿，叶绿素含量下降，地上部生长较差，膨大的块根减少。Tewari等[20]研究发现，缺镁症状首先表现在桑树的老叶边缘，继而向主脉蔓延，出现黄色斑点，随后斑点不断变大，颜色加深，最终形成坏死斑点，从而导致叶片凋落。植物缺镁除了出现叶片失绿等现象外，还表现在枝干细长柔弱、根数量减少、开花缓慢、花色不鲜亮、根茎比下降等方面[30]。彭昊阳[29]利用蛋白质组学研究了缺镁胁迫对雪柑的影响，结果表明，雪柑叶片中有89个蛋白发生了改变，包含58个上调蛋白，31个下调蛋白；根系中有32个蛋白发生了改变，包含20个上调蛋白，12个下调蛋白，表明缺镁胁迫对雪柑叶片和根蛋白的影响不同。此外，缺镁胁迫还导致Rubisco、Rubisco活化酶、类光合电子传递蛋白、FNR等多种参与光合作用的酶水平下降。靳晓琳[32]采用cDNA-AFLP 技术筛选并分析芦柑中与缺镁胁迫相关的基因。结果发现，芦柑叶对缺镁胁迫的响应主要涉及光合作用、碳水化合物代谢、细胞组织合成、逆境响应、氧化还原反应、蛋白质代谢、信号转导、转录翻译和转运等过程。

3 镁肥种类及施用

3.1 镁肥种类

凡是含有镁素的化合物原则上都可以作为镁肥。目前一般使用的都是无机物，根据其溶解性不同可以分为水溶性、枸溶性和难溶性[33]。根据物质组成形式还可以将镁肥分为镁的氧化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐和氯化物等，具体分析见表1[30，34]。

3.2 镁肥施用

镁肥可作为基肥或者追肥。水溶性的镁肥一般可以表施，而溶解性小的可与土壤混施。一般来说，镁肥必须与其他肥料配施效果才好。中国南方地区为酸性土壤，镁素易淋失，尤其需要施加镁肥。早在20世纪60年代，谢建昌等[35]在南方12块红壤稻田和6块红壤旱地上进行了水稻、大豆镁肥肥效试验。结果发现，施用镁肥后，水稻平均增产10%左右，大豆平均增产23.5%。到70年代，海南大面积的橡胶由于缺镁而发生“鱼骨状”黄化病，此后镁肥开始被使用。80年代，南方地区陆续有关于多种作物出现缺镁症状的报道，如剑麻出现的茎枯病[36]，水稻出现的火烧黄叶病[37]等。据文献报道，在南方酸性土壤上施用镁肥效果显著，如海南保亭县畅好农场连续施用镁肥15 a后，缺镁导致的橡胶黄化病发病率由原来的50.7%下降至16.0%，产量净增7%，而未施镁素的对照区，黄化病则越来越严重，发病率达90.0%以上[30]。周晓琳等[38]研究了叶面施镁肥对结球甘蓝产量与品质的影响。结果发现，施加MgSO4可以增大甘蓝球的横、纵径以及提高产量，并且增产可达5.97%～32.09%。王丹等[1]研究发现，镁可以显著促进冬季生长迟缓期的艾纳香生长，显著提高了艾纳香叶、茎和根生物量。其中10、15 g/L七水硫酸镁处理下的艾纳香叶片和茎生物量分别是对照组的10.08和5.28、10.91和5.50倍。高华军等[39]对不同施镁方式和施镁时间进行了研究。结果表明，施镁肥时，基施+追施可提高烤烟生长中期土壤中的镁素含量，增加烤后烟叶镁素含量（较对照组增加了12.68%），并明显促进植物生长发育、改善植物农艺性状。随着土壤缺镁面积的不断增加和人们对作物品质改善的要求，通过施用镁肥来提高作物产量和品质的方式也将越来越受到人们的重视，相关的研究报道也会越来越多。

参考文献

[1] 王 丹，范佐旺，庞玉新，等. 外源镁对冬季迟缓期的艾纳香生物量和有效成分含量的影响[J]. 中国实验方剂学杂志，2015，21（4）：75-79.

nlc202309050252

[2] Beale S I. Enzymes of chlorophyll biosynthesisi[J]. Photosynthesis research， 1999（60）： 43-73.

[3] Hermans C， Bourgis F， Faucher M， et al. Magnesium deficiency in sugar beet alters sugar partitioning and phloem loading in young mature leaves[J]. Planta， 2005， 220（4）： 541-549.

[4] 熊英杰，陈少凤，李恩香，等. 植物缺镁研究进展及展望[J]. 安徽农业科学，2010，38（15）：7 754-7 757.

[5] 靳晓琳，马翠兰，陈立松. 植物缺镁研究进展[J]. 亚热带农业研究，2012，8（2）：118-122.

[6] 李 娟. 植物钾、钙、镁素营养的研究进展[J]. 福建稻麦科技，2007，25（1）：39-42，30.

[7] 郑重禄. 缺镁胁迫对柑橘的影响研究综述（2）——缺镁对柑橘光合作用及相关生理生化的影响[J]. 浙江柑橘，2015，32（3）：2-8.

[8] Marschener H. Mineral nutrition of higher plants [M]. London： Academic Press Inc， 1986， 235-243.

[9] Marschner H， Cakmak I. Hight light intensity enhances chlorosis and necrosis in leaves of zinc， potassium，and magnesium deficient bean（Phaseolus vulgaris）plants[J]. Journal of Plant Physiology， 1989， 134（3）： 308-315.

[10] Cakmak I， Hengeler C， Marschenser H. Partitioning of shoot and root dry matter and carbohydrates in bean plants suffering from phosphrus， potassium and magnesium deficiency[J]. Journal of Experimental Botany， 1994， 45（9）： 1 245-1 250.

[11] 凌丽俐，朱春钊，彭良志，等. 镁胁迫对纽荷尔脐橙叶绿素荧光日变化特性的影响[J]. 西南大学学报（自然科学版），2014，36（6）：67-73.

[12] 李 泽，谭晓风，卢 锟，等. 供镁水平对油桐幼苗生长及光合特性的影响[J]. 生态学杂志，2015，34（9）：2 440-2 447.

[13] 尹永强，何明雄，韦峥宇，等. 烟草镁素营养研究进展[J]. 广西农业科学，2009，40（1）：60-66.

[14] 杨军芳，周晓芬，冯 伟. 土壤与植物镁素研究进展概述[J]. 河北农业科学，2008，12（3）：91-93，96.

[15] Cakmak I， Yazici A M. Magnesium： A forgotten element in crop production[J]. Better Crops， 2010， 94（2）： 23-25.

[16] 李 延，刘星辉，庄卫民. 植物Mg素营养生理的研究进展[J]. 福建农业大学学报，2000，29（1）：74-80.

[17] 余叔文，汤章城. 植物生理与分子生物学（第二版）[M]. 北京：科学出版社，1998：307.

[18] Winston G W. Physiochemical basis for free radical formation in cells： production and defenses [M]//Alschor R G， Cumming J R. Stress responses in plants： adaptation and acclimation mechanisms. New York： Wiley-liss， 1990： 57-86.

[19] Marschner H. Mineral nutrition of higher plants（2nd Ed）POD [M]. London， UK： Academic Press， 1995： 313-320.

[20] Tewari R K， Kumar P， Sharma P N. Magnesium deficiency induced oxidative stress and antioxidant responses in mulberry plants[J]. Scientia Horticulturae， 2006， 108： 7-14.

[21] 陈伟立，谢小林，李 娟，等. 缺镁胁迫对‘砂糖橘’植株矿质养分及抗氧化酶的影响[J]. 热带农业科学，2015，35（6）：5-10.

[22] Candan N， Tarhan L. Relationship among chlorophyll-carotenoid content， antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation levels by Mg2+ deficiency in the Mentha pulegium leaves[J]. Plant Physiology Biochemistry， 2003， 41： 335-40.

nlc202309050252

[23] Tew Arirk， Kumar P， Tew Arin， et al. Macronutrient deficiencies and differential antioxidant responses-influence on the activity and expression of superoxide dismutase in maize [J]. Plant Science， 2004， 166： 187-694.

[24] 朱 帅，吴帼秀，蔡 欢，等. 低镁胁迫对低温下黄瓜幼苗光合特性和抗氧化系统的影响[J]. 应用生态学报，2015，26（5）：1 351-1 358.

[25] 申 燕，肖家欣，杨 慧，等. 镁缺乏对“不知火”和“椪柑”生理指标、镁分布及叶片超微结构的影响[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），2011，37（4）：446-452.

[26] 郑重禄. 缺镁胁迫对柑橘的影响研究综述（1）-缺镁对柑橘生长发育的影响[J]. 浙江柑橘，2015，32（2）：7-10.

[27] 姚嘉宜，刘利英，宋土生. 镁在基因组稳定中的作用[J]. 国外医学医学地理分册，2003，24（3）：115-118.

[28] Hermans C， Vuylsteke M， Coppen F， et al. Systems analysis of the responses to long-term magnesium deficiency and restoration in Arabidopsis thaliana[J]. New Phytologist， 2010， 187（1）： 132-144.

[29] 彭昊阳. 缺镁胁迫下雪柑根叶蛋白质组学研究[D]. 福州：福建农林大学，2013.

[30] 汪 洪，褚天铎. 植物镁素营养诊断及镁肥施用[J]. 土壤肥料，2000（4）：4-8.

[31] 李金玲，熊寅森，赵 致，等. 钙镁元素缺乏对何首乌生长发育的影响[J]. 贵州农业科学，2012，40（11）：68-70.

[32] 靳晓琳. 缺镁胁迫下柑橘幼苗cDNA-AFLP分析[D]. 福州：福建农林大学，2013.

[33] 李明晶，孙华云，刘亦凡. 镁在植物生长中的作用及镁肥[J]. 硫磷设计与粉体工程，2009（4）：36-39，52.

[34] 郭如新. 镁肥肥源及其应用[J]. 磷肥与复肥，2011，26（1）：50-52.

[35] 谢建昌，陈际型，朱月珍，等. 红壤区几种主要土壤的镁素供应状况及镁肥肥效的初步研究[J]. 土壤学报，1963，1（3）：294-305.

[36] 华南热作研究院橡胶栽培研究所营养诊断课题组. 我国橡胶树的缺镁症及其防治的研究[J]. 热带作物研究，1985（2）：1-10.

[37] 李伏生. 红壤地区镁肥对作物的效应[J]. 土壤与环境，2000，9（1）：53-55.

[38] 周晓琳，李洪杰，赵同凯，等. 叶面喷施钙镁肥对结球甘蓝养分积累及产量的影响[J]. 山东农业科学，2015，47（9）：98-100.

[39] 高华军，林北森，杨小梅，等. 镁肥施用方法和时期对烤烟镁含量及产量、品质的影响[J]. 河南农业科学，2013，42（10）：36-40.

营养诊断 篇6

1.1 造树造林和保持水土技术

植树造林技术是根据树木种植的多少,树木质量的好坏,以及种植时间和种植方法来决定的。评价树木质量的高低是以树木的生长是否旺盛、树木的根系是否发达以及树皮有无损伤等为标准的。另外,树木的种植是全部种植还是分片种植是依据果树的特点和保持水土的需要而决定的。

1.2 果树的管理

果树的管理技术指果树品种的筛选、果树的嫁接技术、果树的杀虫和果树的施肥等。选择果树的品种一定要实事求是,因地制宜,不盲目,选定适合本土种植的品种。果树的嫁接不能被动地接受一些果农片面的方法,要跟专门的技术员学习嫁接技术。杀虫要未雨绸缪,不能等到虫子蔓延了才去杀虫,杀虫剂要选择合适的。土壤的施肥时间要选对,施肥的多少以及施肥的品种务必把握好,只有这样,才能保证果树的营养得到及时有效的满足。

1.3 温度与果树园艺

1.3.1 果树的低温和自然休眠的解除。

落叶果树进行自然休眠是大自然物种长期进化的结果,落叶果树在进入休眠后,要想解除休眠就需要一定的低温量,只有这样果树才能正常的发芽、开花、结果。因此,必须先解除果树的自然休眠,才能对落叶果树进行加温栽培。如果果树的低温量不够,达不到需求,就不会自然休眠,在此时,即使采取保温措施,果树也不能发芽开花甚至结果,达不到想要的目的。

1.3.2 温度和果树的设施栽培座果多少的关系。

果树的设施栽培是指为了提早使果树发芽、开花、结果,早早的占据市场,而创造的高于露地温度环境的栽培技术,目的是为了取得好的效益。事实上,通过设施栽培却出现了坐果率低的现象。一般来说,落叶果树的有效温度起点是4.5℃。在自然条件下,落叶果树在经历了低温条件解除休眠后,又因为气温的过低而继续休眠,在休眠期,落叶果树不断分化和发育。因此,要在果树解除休眠后,便立即采取加温的方法,倘若温度太高,温度升幅太大,都不能使果树健康生长。

2 果树营养诊断方法

2.1 对土壤的诊断

土壤诊断是指从果园的部分区域采集一些土壤样品拿回实验室再进行分析和研究,通过对土壤的性质,土壤的成分以及土壤营养的测定,决定果树种植的多少,以及怎样采取有效的施肥方法。这种诊断方法非常科学,参考价值很高,能够很好地指导我们的实践活动。

2.2 对施肥的诊断

此种方法的提出已经有一段比较长的时间了,现在此方法已经被广泛地运用到种植业和对果树营养的诊断上。该方法可以把叶片中的营养多少测试出来,从而对果树的生长是否健康有一个了解,以此确定该给果树补充哪些营养和什么时间施肥才是最合适的,然后及时有效地采取对策,这样就保证了果树的稳产和高产。

2.3 在休眠期对枝条的诊断

目前大多数人采用的叶片诊断法是不够完善的,此法有一定的不足。因为运用此法会延误果树营养元素的补给,不利于果树的健康生长和营养的补给。而对枝条进行诊断正好能弥补这一缺陷,比如,在果树的休眠期1月份采集枝条来进行营养诊断,就可以对果树的营养状况较早得知,及时的对果树补充营养。另外,此种诊断方法能够帮助我们得知以前施肥所产生的效果如何。

2.4“四看”诊断法

①春季看叶色的深和浅:春天随着果树的发芽,它的叶色变化较快,在很短的时间内就能变成浓绿色,如果果树的花和叶相互衬托,颜色分明,说明果树的营养状况好;反之,说明果树的营养状况差。②夏季看长梢的长和停:初夏,中短梢已经不再生长,叶子多,显得非常浓绿,梢端变粗,顶芽开始生长。在春季,当长梢生长较快,叶子变大时就停止生长,此时说明果树的营养高;反之,说明果树的营养流失多。③秋季看叶色的有劲和无劲:在采摘果实后,无论是长梢、中梢、还是短梢,如果它们的中、下部叶子看上去大而绿,说明果树的营养水平较高;反之,说明果树的营养水平较低。④冬季看枝芽和叶痕:在果树的冬眠期,枝条显得短而粗,如果粗壮的树枝较多,颜色明显,说明果树的营养水平高;反之,营养水平低。但这是一种感官上的确认,难免存在误差,存在一定的片面性和局限性。

通过对果树园艺技术的领悟,改进了果树的管理和培育技术。果树的健康生长需要科学的管理,只有这样,才能保证高产、丰产和稳产,才能满足人们的需求。通过对果树各方面的营养诊断,可以及早发现问题,从而采取有效的策略,保证果实的质量,满足人们的需要,增加广大果农的收入,是非常值得学习和推崇的。

参考文献

[1]王勇振,汪林华果树营养诊断与果树园艺技术[J].现代园艺,2012(10)

玉米光谱氮营养诊断技术研究进展 篇7

玉米作为我国北方地区的主要经济作物, 其种植面积不断扩大, 其总产量迅速增加, 其相关产业得到较快发展, 这是值得肯定的[1]。但是, 近年来北方地区土地风蚀、水蚀严重, 黑土地的土壤结构遭到破坏, 蓄水和保肥能力大幅度降低, 而农民又单一的追求玉米的高产, 造成肥料的极度不合理施用, 使得肥料利用率持续下降, 环境压力不断增大[2]。精准农业是未来的方向, 其关键点是块儿准、高而精地获得农田信息。本文立足当前, 着重介绍通过光谱诊断新技术这一中间量, 间接无损伤地获取作物的生物属性信息, 预测其产量以及监测其发育长势, 便于农田精细化管理, 减少人力物力投入, 并能提高农作物产量产出。

1传统技术的玉米氮营养诊断方法

1.1 玉米缺氮肉眼诊断

不同生育期的玉米对氨的要求是不一样的, 其缺氮症状亦是不同的。苗期表现为株竿细瘦、矮小, 叶片发育缓慢, 叶黄;穂期表现为叶色基部枯黄, 从叶尖沿中脉呈V字形, 边缘仍为绿色但向上卷曲。由于症状与病虫害、药害、生理病害时玉米所表现出的症状相混淆。因此, 肉眼诊氮在实际应用中较差[2]。

1.2 玉米氮素化学诊断

氮营养诊断和评价植物氮的主要方法是基于土壤和植物组织的实验室分析, 根据其临界氮浓度, 测定不同生育期植株全氮, 来反映玉米的氮素营养状况[1]。凯氏定氮法是测定玉米全氮的方法之一, 由于该方法破坏土壤和植物样本、操作繁琐, 耗时耗力, 难以实现规模化推广。

2现代光谱诊断技术

光谱诊断技术是基于被测物质对光谱特征波长的选择性吸收、透射和反射特性, 来进行定量或定性分析的技术。植物光谱吸收、透射和反射特征波段主要分布在可见、近红外区域。不同作物的生物特性决定了其对光谱的吸收、透射和反射特征不同。

2.1 光谱与作物氮素的关系

氮素是植物生命周期内最基本的营养元素之一, 支持着其光合作用和生态系统生产力, 影响着植物的生长发育、果实总产量和外观品质等。1 棵玉米体内的全氮量约为其植株干重的0.3%~5.0%, 叶绿素的组成少不了氮素参与, 其中叶绿素a和叶绿素b中都有氮, 叶绿素是作物光合作用必不可少的[3]。研究发现, 645~665nm波长处的光叶绿素吸收最强, 430~450nm处的波段次之。橙光、黄光和绿光处于叶绿素的不明显吸收区域, 叶绿素吸收绿光极其微弱, 甚至最少。

2.2 叶绿素相对含量诊断

叶片氮含量的分布和叶绿素含量分布趋势类同, 因此可通过测定玉米叶片叶绿素含量来反演玉米植株氮含量。研究发现, 940nm和650nm附近波长的反射率是叶绿素的敏感点[4]。但是单一波段的光谱易受生物量、品种、叶片厚度等的影响, 两波段取对数后作差可以提高叶绿素相对含量精度。

式中, K为常数;IRT为中心波长940nm近红外光源透过叶片后的接收到的光强度;IR0为中心波长940nm近红外光源光强度;RT为650nm中心波长红光光源透过叶片后接收到的光强度;R0为中心波长650nm红光光源强度。

据此, 日本美能达公司于20 世纪80 年代末推出了一款便携式叶绿素诊断仪 (简称SPAD-502) , 用于田间作物氮素诊断, 根据模型计算追施肥量。研究表明, 利用SPAD给东北春玉米追施肥, 尿素的预测准度达67%。

2.3 植被指数诊断

植被指数是表示地表植被的一个度量。通过不同波段光谱变化率组合而得, 它反映着植被繁衍变化的信息。其也类似SPAD原理, 区别在于波段选择不同, 公式的表达方式不同。通常植被指数的设计是选用可见光和近红外光的组合来设计的。近红外和红色可见光的比值与其植被对应的叶绿素真实含量密切关联。

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) 归一化植被指数, 是研究植被发育状况及其所在空间内, 其分布密度的最佳指标参数, 使用660nm红光反射率和940nm近红外光反射率组合来设计NDVI。NDVI值与其所在的植被叶绿素含量趋势相同。

Green Seeker是近几年近地遥感的代表。因其可靠性高, 数据自动采集, 受外界干扰小。实时性好而被广泛使用。其主要应用是测定归一化植被指数。计算公式为:

公式中, RIR代表的是近红外波段的反射率, RR代表的红光波段的反射率。

Chen等提出一种基于光谱双峰特征的新的估测氮素含量的指标[152]。冠层双峰指数 (DCNI) 该指标在小麦和玉米氮素浓度中表现良好。玉米V8 时期, INMAN等人研究发现其NDVI测量值与玉米产量之间的变化趋势相同。在V12 时期, 卢艳丽等发现NDVI值相对玉米的叶绿素含量的变化最敏感。因此, 在V8~V12 时期, Green Seeker能很好的诊断玉米氨营养状况。

3结论与展望

大量的研究证明, 光谱的探测和分析方法, 证明了玉米氮营养状况与其特征光谱存在相关关系。通过对作物敏感区光谱波长分析, 能有效获得基础信息及作物营养状况。最终对玉米营养状况直观准确地判断, 调整肥料追施量, 达到高产优产的目的。现今玉米氮营养诊断存在如下问题:

测得的植被指数与追施肥量模型之间的关系不统一, 无法划分等级。

氮营养诊断已经基本确定了敏感波段范围, 而磷、钾等元素, 到底有没有这个光谱敏感波段还是未知。

光谱仪大部分是进口, 成本高, 人机不友好, 能否在原理的基础上, 研制出国产的高精度光谱诊断仪, 这就需要跨专业强强联合, 精研光电传感器、电子电路以及大量的后续试验。

大田试验如何获取有效的光谱诊断试验信息, 分门类多角度试验及高效的建模方法值得商榷。

尽管现状存在一定的困难, 但相比实验室分析, 鲜叶光谱分析具有诸多优点, 它不破坏植物生理特性、速度快、便携、无污染辐射不需额外试剂等优点。因此, 基于植物营养的光谱诊断有着极广泛的应用发展前景。

参考文献

[1]贾良良, 孙钦平, 陈新平.应用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断[J].光谱学与光谱分析, 2009, 29 (2) :432-436.

[2]薛利红, 罗卫红, 曹卫星等.作物水分和氮素光谱诊断研究进展[J].遥感学报, 2003, 7 (1) :73-79.

[3]王磊, 白由路.基于光谱理论的作物营养诊断研究进展[J].植物营养与肥料学报, 2006, 12 (6) :902-912.

营养诊断 篇8

1 对象与方法

1.1 对象

1.1.1 病例1

36岁的女性携带者,儿子10岁,4岁时发病,9岁时在我院行基因诊断证实为DMD48号外显子缺失突变患者。2003年8月孕5个月在我院经产前诊断胎儿为男性DMD 48号外显子缺失突变患儿而引产。丈夫,38岁,正常人。

1.1.2 病例2

40岁的女性携带者,儿子9岁,5岁时发病,8岁时在我院行基因诊断证实为DMD48～50号外显子缺失突变患者。丈夫,41岁,正常人。

1.1.3 病例3

38岁的女性携带者,儿子12岁,5岁时发病,10岁时在我院行基因诊断证实为DMD48号外显子缺失突变患者。丈夫,39岁,正常人。

1.2 方法

1.2.1 引物序列

引物序列由软件Primer3 input(http://frodo.wi.mit.edu/primer3)设计,引物序列(见表1)。

1.2.2 分离单个淋巴细胞

抽取患者和/或携带者的外周血,经淋巴细胞分离液分离得到白细胞,于显微操作仪下挑取单个淋巴细胞,细胞洗涤1次,吸取含单个淋巴细胞的洗涤液(1640培养基)0.2μL入含有2.5μL碱性裂解液[3]的200μL的无菌薄壁管中,并分别吸取洗涤液和未洗涤细胞的前述培养基各0.2μL入前述薄壁管中作空白对照。

1.2.3 活检单个卵裂球

取材于我室体外授精(in-vitro fertilization,IVF)中心发育差、不宜移植的正常人的胚胎,并得到患者同意和经伦理委员会批准。于显微操作仪下从此类胚胎活检单个卵裂球,每个单卵裂球均分别在3滴G-MOPS(瑞典vitrolife公司)培养基微滴中洗涤2次,吸取含单个卵裂球的G-MOPS 0.2μL入前述薄壁管中,同前吸取洗涤和未洗涤卵裂球的G-MOPS作空白对照。

1.2.4 单细胞处理

上述含单细胞的薄壁管离心后加入20μL无菌矿物油覆盖液滴,65℃孵育10min,然后置入-70℃冰箱保存[3]。

1.2.5 PCR扩增

(1)巢式PCR扩增裂解后的单细胞中加入2.5μL中合缓冲液(200 m M Tricine)[3],第一轮PCR 25μL的反应体系含0.24μmol/L外引物混合液,2.0 mmol/L Mg CL2,100 mmol/L Tris HCL,pH8.3,0.1%(w/v)明胶,0.2 mmol/L dNTP,2.0 u Ta Ka Ra EX Taq(购自上海瑞真公司)。在PE 9700PCR扩增仪上完成PCR扩增,反应条件为96℃3min,1个循环;96℃30 s,60℃40 s,72℃40 s,10个循环;接着94℃30 s,58℃35 s,72℃35 s,30个循环;72℃延伸7 min;4℃保温。第二轮PCR反应体系为10μL含0.5μL外引物对扩增产物,1×PCR缓冲液(含1.5 mmol/L Mg Cl2),0.2 mmol/L dNTP,0.2μmol/L内引物混合液,0.5 u Ta Ka Ra Taq。反应条件为95℃1 min,1个循环;94℃25 s,60℃25 s,72℃25 s,35个循环;72℃延伸5 min;4℃保温。反应结束后取产物5μL经2%的琼脂糖凝胶电泳检测结果并摄像。

1.2.6 PGD周期获取单个卵裂球

采用本中心常规超排卵方案进行超排卵,行卵胞浆内单精子显微注射(intracytoplasmicsperm injection,ICSI)受精。取卵后第3天正常受精并发育到6～8细胞以上的胚胎,采用激光打孔法进行活检,取1、2个卵裂球。将吸出的卵裂球在G-MOPS培基中洗涤2、3次,然后将其放入5μL碱性裂解液的PCR反应管中,同时取洗涤卵裂球和未洗涤卵裂球的G-MOPS液移入含5μL碱性裂解液的PCR反应管中做阴性对照。取正常人100 ng g DNA做阳性对照。

1.2.7 对PGD周期单卵裂球进行PCR

除碱裂解处理后的反应管加入5μL的中合缓冲液、第1轮PCR反应体系为50μL外,余反应条件及结果检测同前述单细胞。

1.2.8 胚胎移植

选择评分高,有继续分裂的非异常胚胎进行移植。临床妊娠为胚胎移植后5周可以见到孕囊和胎心搏动。

1.3 统计学方法

携带者的单个淋巴细胞及正常人的单个卵裂球细胞的PCR扩增效率的差异采用四格表确切概率检验(Fisher检验)进行统计分析。

2 结果

2.1 单细胞巢式P CR对DMD基因48号外显子的扩增效率

用巢式PCR扩增DMD携带者的105个淋巴细胞,95个扩增出产物,扩增成功率为90.5%。18个空白对照的假阳性率为0。DMD患者的65个淋巴细胞均无扩增产物,假阳性率为0。10个阴性对照的假阳性率为0。正常人的63个单卵裂球细胞,54个扩增出产物,PCR扩增成功率为85.7%。10个阴性对照的假阳性率为0(0/10)。携带者的单个淋巴细胞组与正常人的单个卵裂球细胞组相比PCR扩增效率的差异无显著性(P>0.05),见表2。

注:P=0.1252

2.2 临床P GD

2.2.1 病例1

这位36岁的女性携带携带了DMD48号外显子缺失突变,共获卵丘复合体10枚,其中8枚(MII期)行ICSI授精,7枚卵母细胞正常受精。第3天上午,8枚胚胎进行了PGD,共活检了8枚单卵裂球和1个细胞碎片,其中5个单卵裂球和1个细胞碎片扩增出产物,3个单卵裂球无扩增产物。8个单卵裂球洗涤液对照,1个扩增出产物。1个PCR反应液空白对照无扩增产物(见附图)。移植了2个分别为7细胞Ⅰ级、8细胞Ⅰ级的正常或携带者优质胚胎并获得了临床单胎妊娠。孕18周时经脐带血穿刺产前基因诊断证实为正常胎儿。2005年4月已分娩1名正常女婴。

2.2.2 病例2

这位40岁的女性携带了DMD48～50号外显子缺失突变,共获卵丘复合体3枚,3枚(MII期)行ICSI授精,均正常受精。第3天上午,3枚胚胎进行了PGD。每枚胚胎活检了2个单卵裂球,共活检了6枚单卵裂球,其中1、2号胚胎的4个单卵裂球扩增出产物,3号胚胎的2个单卵裂球无扩增产物。6个单卵裂球洗涤液空白对照、未洗涤卵裂球的G-MOPS空白对照和1个PCR反应液空白对照均无扩增产物。3号胚胎诊断为患者。2枚诊断为正常或携带者的7细胞Ⅱ级、8细胞Ⅱ级的胚胎给予移植,但不幸未能继续妊娠。

2.2.3 病例3

这位38岁的女性携带了DMD 48号外显子缺失突变,共获卵丘复合体8枚,6枚(MII期)行ICSI授精,4枚正常受精。第3天上午,4枚胚胎进行了PGD。每枚胚胎活检了1个单卵裂球,共活检了4枚单卵裂球,其中1、4号胚胎的4个单卵裂球扩增出产物,2、3号胚胎的2个单卵裂球无扩增产物。4个单卵裂球洗涤液空白对照、未洗涤卵裂球的G-MOPS空白对照和1个PCR反应液空白对照均无扩增产物。2、3号胚胎诊断为患者。1、4号胚胎诊断为正常或携带者胚胎因胚胎发育差(分别为5细胞、6细胞Ⅳ级胚胎)未予移植。

3 讨论

对绝大多数遗传病来说目前尚无有效的治疗方法。产前诊断-选择性流产已成为预防遗传病患儿出生的重要手段,然而孕妇经产前诊断确认怀有某种遗传病胎儿,终止妊娠将是唯一的选择,这样就不可避免地需经历治疗性流产所带来的身心创伤,为了生育一个健康的婴儿,孕妇及其家庭将需反复承担这一创伤的打击。而PGD技术的出现,恰好给上述患者带来了福音,它克服了产前诊断的这一缺点,为具有高风险传递遗传病给其后代的夫妇提供了替代产前诊断的新途径[2]。

目前,国际上对DMD的PGD主要采用巢式PCR结合缺失突变检测[4]、荧光原位杂交检测缺失突变并结合性别诊断[5]、多重缺失突变检测与性别诊断的联合[6],多重置换扩增结合突变检测、连锁分析及性别诊断[7]等。通过针对缺失位点的检测并结合性别诊断虽然能明确地知道移植胚胎的性别,保证移植正常的未受累男性胚胎和正常的未受累或携带者女性胚胎,同时性别诊断的PCR产物尚有内对照的作用。然而,不做性别诊断,直接针对特异的缺失突变进行检测,可供移植的胚胎的性别结局也是两种,即正常的未受累男性胚胎和正常的未受累或携带者女性胚胎,与前一方案的区别只不过是在移植前不知其性别。如果单纯以性别作为移植标准,仅移植正常的男性胚胎,势必就剥夺了表型完全正常的未受累女性胚胎和携带者女性胚胎的出生机会。既然两种方案都容许移植男女性胚胎,性别诊断也并非必不可少。后一种方案,即使PCR扩增失败,其后果是仅减少了可供移植的胚胎数,但不至于导致误诊的发生。正是基如此,本组才设计了针对患者的48号外显子缺失直接进行巢式PCR扩增检测的策略。

由于单细胞PCR扩增进行PGD时,存在的主要问题是扩增失败、等位基因脱扣(allele dropout,ADO)和污染[3]。这些问题发生率的高低将直接影响PGD诊断的准确性。单细胞的PCR扩增效率的高低,首先取决于单个细胞的质量,在实验中,尽量挑选具有良好的组织学形态的单个新鲜细胞,且具有单个完整而清晰的细胞核,以尽可能保证DNA未降解,尽量缩短处理单个细胞的操作时间,操作时挑好的单个细胞尽量放置于冰上,碱裂解后的单细胞,立即冻存于-70℃冰箱,最大程度地减少DNA的降解;其次,移取单个细胞的显微操作也十分重要,以显微毛细吸管分离单个细胞后,需反复在液滴中吹吸并见完整的单个细胞,以证实细胞未被破坏且每次吸取中显微毛细吸管内均含有单个细胞,从而尽量保证每次操作DNA未丢失;第三,PCR扩增酶及裂解缓冲液的选择也很重要,本组选用了扩增效率较高的Ta Ka Ra EXTaq及碱裂解缓冲液,后者分装成小份冻存且一次性使用。ADO的存在就直接导致了误诊的发生,RAY等[8]的研究发现在单细胞的PCR扩增中提高前10个循环PCR反应的变性温度能有效地降低ADO的发生率,故而本实验在PCR反应的前10个循环均采用了96℃变性。污染也是单细胞PCR扩增中不容忽视的一个问题,活检单卵裂球的内源性污染主要来自于丘细胞和精子细胞,故而,操作中应尽量去除卵细胞周围的丘细胞,并在倒置显微镜下检查证实外,活检卵裂球应在磷酸盐缓冲液或培养基中反复洗脱。精子的污染可采用卵胞浆内单精子注射显微授精来避免。还可采用多重PCR同时检测活检标本及双亲的DNA指纹加以鉴别。为防外源DNA污染,PCR试剂与耗材在使用前均应进行严格的实验室检测以确保试剂未被污染。本组所用的PCR耗材均为进口一次性并采用带滤芯的tips,使用前经紫外线照射30 min以上,显微操作在正压无菌层流室中完成以避免DNA污染。同时配备了一间与常规分析PCR产物的工作间完全分开的正压无菌层流室专门用作PCR加样,内配能消毒的水平层流柜作为PCR加样工作区,PCR加样层流室及PCR加样工作区每次使用前均经紫外线照射30 min以上。常用的PCR试剂与耗材均放置在PCR加样层流室,避免反复移动而增加污染的机会。戴无菌手套在能消毒的水平层流柜中使用专用的移液器加样。每次均设立相应的空白对照[9]。

稳定准确的单细胞基因诊断技术是开展PGD的先决条件。在预试验中,本组分批把携带者和患者的单淋巴细胞同时进行巢式PCR扩增,共检测了170个淋巴细胞。携带者的105个单淋巴细胞,本组获得了90.5%的PCR扩增成功率,而患者的65个单淋巴细胞均无扩增产物,无假阳性发生,63个正常人的单卵裂球,本组也获得了85.7%的成功扩增,其扩增失败率为14.3%,与文献报道的大约10.0%的扩增失败率接近[3]。携带者的单个淋巴细胞组与正常人的单个卵裂球细胞组相比PCR扩增效率的差异无显著性(P>0.05)。38个单淋巴细胞和单卵裂球细胞洗涤液的阴性对照均无扩增产物,无假阳性发生。整个诊断过程可以在7 h内完成,完全能够满足临床PGD应用所需的准确性、时效性及特异性,诊断所需时间能够满足在活检的当天完成胚胎移植。

笔者先后对3位DMD携带者进行了共3个周期的PGD治疗,病例1的8枚胚胎共活检了8枚单卵裂球和1个细胞碎片,其中5个单卵裂球未见明显胞核,来源于6枚胚胎的总共5个单卵裂球和1个细胞碎片经扩增后有产物出现,说明未发生48号外显子的缺失,但与细胞碎片来源相同的单卵裂球却无扩增产物,提示扩增失败,由于该单卵裂球所来源胚胎(7号胚胎)在活检时已是Ⅳ级胚胎,胚胎内见较多碎片,且活检的单卵裂球未见胞核,提示核有可能已降解而致无产物扩出。而5个扩增出产物的单卵裂球,其洗涤液的阴性对照有1个有PCR的扩增产物,说明有假阳性发生,因为来源于非卵裂球细胞洗涤液的阴性对照均无扩增产物,考虑内源性污染的可能性大,即来源于颗粒细胞DNA和胚胎内未完全降解的DNA。这可能与本组在活检单卵裂球时只洗涤2次,可能带入洗涤液中的前述DNA未被充分稀释而被吸入阴性对照管所致。污染的来源可通过增加对多态性的短串联重复序列的扩增加以监测,这有待于在以后的试验中加以改进。由于这个假阳性的出现,使得这个有扩赠产物的单卵裂球也不排除被污染的可能,污染的后果将导致误诊的发生,故这枚胚胎不作移植考虑。由此也可看出,对活检出的卵裂球洗涤至少3次是十分必要的。在剩下可供移植的4枚胚胎中,1枚为异常受精且活检后细胞数未增加,另1枚活检后细胞数反而减少,胚胎质量差,均不宜移植;只有2枚在授精后第4天上午分别为7细胞Ⅰ级、8细胞Ⅰ级的优质胚胎移植入宫内,随后获得了妊娠,移植后5周B超检查证实为临床单胎妊娠。孕18周时经脐静脉穿刺术产前基因诊断证实为正常胎儿。2005年4月已分娩1名正常女婴,现4岁多,经临床随访一切正常。这是在我国国内首次出生DMD经PGD后的健康婴儿。病例2的3枚胚胎,每枚胚胎活检了2个单卵裂球。其中3号胚胎的2个单卵裂球均无扩增产物,诊断为患者;1、2号胚胎的4个单卵裂球均扩增出产物,说明未发生48号外显子的缺失,诊断为正常或携带者胚胎。6个单卵裂球洗涤液空白对照、未洗涤卵裂球的G-MOPS空白对照和1个PCR反应液空白对照均无扩增产物,说明无污染。2枚诊断为正常或携带者胚胎(分别为7细胞Ⅱ级、8细胞Ⅱ级)给予移植,但不幸未能继续妊娠。病例3的4枚胚胎,每枚活检了1个单卵裂球,共活检了4枚单卵裂球,其中1、4号胚胎的2个单卵裂球扩增出产物,说明未发生48号外显子的缺失,诊断为正常或携带者胚胎。2、3号胚胎的2个单卵裂球无扩增产物,诊断为患者。4个单卵裂球洗涤液空白对照、未洗涤卵裂球的G-MOPS空白对照和1个PCR反应液空白对照均无扩增产物,说明无污染。诊断为正常或携带者的1、4号胚胎因胚胎发育差(分别为5细胞、6细胞Ⅳ级胚胎)未予移植。后2例病例的单卵裂球均经3次洗涤,其空白对照均无扩增产物,也从侧面反映了对单卵裂球进行3次以上的洗涤,可能降低污染的发生。

总之,本组所建立的诊断体系达到了临床PGD诊断所需的准确性、时效性和特异性,并经临床初步验证,证实该体系简单、实用、准确、可行,可以用于临床DMD的PGD。

参考文献

[1]EMERY,AE.Population frequencies of inherited neuromuscular dis-eases-a world survey[J].Neuromusc Disord,1991,1:19-29.

[2]KANAVAKIS,E,TRAEGER-SYNODINOS J.Preimplantation genetic diagnosis in clinical practice[J].J Med Genet,2002,39:6-11.

[3]HARPER,JC,WELLS,D.Recent advances and future developments in PGD[J].Prenat Diagn,1999,19:1193-1199.

[4]LIU J,LISSENS,W,VAN BROECKHOVEN,C,et al.Normal preg-nancy after preimplantation DNA diagnosis of a dystrophin gene dele-tion[J].Prenat Diagn,1995,15:351-358.

[5]MALMGREN,H,WHITE,I,JOHANSSON,S,et al.PGD for dys-trophin gene deletions using fluorescence in situ hybridization[J].Mol Hum Reprod,2006,12(5):353-356.

[6]GIRARDET,A,HAMAMAH,S,DéCHAUD,H,et al.Specific detec-tion of deleted and non-deleted dystrophin exons together with gender assignment in preimplantation genetic diagnosis of duchenne muscular dystrophy[J].Mol Hum Reprod,2003,9:421-427.

[7]REN,Z,ZENG,HT,XU,YW,et al.Preimplantation genetic diagnosis for duchenne muscular dystrophy by multiple displacement amplifica-tion[J].Fertil Steril,2009,91(2):359-364.

[8]RAY PF,HANDSIDE AH.Increasing the denaturation temperature during the first cycles of amp lification reduces allele drop out from single cells for preimplantation diagnosis.Mol Hum Reprod,1996,2:213-218.