第二章设施蔬菜栽培 的生物学基础
学习目的 了解各种蔬菜在三大分类法中的地位, 领会蔬菜生长发育各过程的特点, 掌握蔬菜生长发育与各种环境条件间的相互关系 学习重点 蔬菜的三大系统分类法 蔬菜植物生长发育的特点及其与环境条件的关系
内容摘要 第一节蔬菜植物的分类 第二节蔬菜的生长与发育 第三节蔬菜生长发育与环境条件
第一节蔬菜的种类和分类 据统计, 全世界栽培的蔬菜有 97 科 840 种 我国是世界上最大的蔬菜起源中心之一, 加之历史上在与世界各国经济 文化交流过程中, 从国外引进了许多蔬菜种类, 大大丰富了我国的蔬菜品种资源 据初步统计, 我国用食蔬菜有 56 科 229 种, 其中高等植物 34 科 201 种 ( 包括变种 ), 低等植物食用菌 l4 科 18 种, 藻类植物 8 科 10 种 在我国普遍栽培的蔬菜有 52~60 种
蔬菜的种类 品种如此繁多, 为了便于系统地学习 研究和利用, 必须对它们加以科学的分类 常用的蔬菜分类方法有 : 一 植物学分类法 二 食用器官分类法 三 农业生物学分类法
一 植物学分类法 ( 一 ) 分类依据根据蔬菜植物的植物学形态 ( 主要是花器形态 ) 特征, 按照科 属 种 变种 ( 亲缘关系的远近 ) 的分类体系进行分类
( 二 ) 分类体系 1. 分类体系 : 界门纲目科属种变种 2. 学名构成 : 属名 + 种名 + 命名人 3. 学名书写方法 : 属名和种名斜体, 属名第一个字母大写 ; 命名人缩写 正体 可省略
( 三 ) 优缺点 优点 : 可以明确科 属种间在形态 生理上的关系, 以及在遗传 系统上的亲缘关系 ; 同科在生物学特性 栽培技术 轮作防病等方面相同 ; 各种蔬菜有相对固定的拉丁学名, 为世界通用, 便于国内外交流 缺点 : 有些作物属于同科同种, 但其生长发育特性和栽培技术差异较大, 不便于生产和研究使用, 如茄科的马铃薯和番茄
目前我国蔬菜涉及到 :56 科,229 种, 其中高等植物 32 科 200 多种 ( 种 亚种 变种 ) 食用菌和藻类 24 科, 近 30 种 主要分布在十字花科 豆科 菊科 葫芦科 百合科 茄科 伞形科 禾本科等
二食用器官分类法 分类方法 : 按照食用部分的器官形态进行分类 分为根 茎 叶 花 果菜类, 外加子实体类, 共 6 大类
( 一 ) 根菜类 直根类 以肥大的肉质直根为产品, 如萝卜 胡萝卜 根芥菜 芜菁等 块根类 萝卜 根芥菜
直根类 以肥大的不定根或侧根为产品, 如甘薯 豆薯等 块根类 豆薯
( 二 ) 茎菜类 肉质茎类 嫩茎类 以肥大的地上茎为产品, 如茎用芥菜 球茎甘蓝等 块茎类 根茎类 球茎类 茎用芥菜 球茎甘蓝
肉质茎类 嫩茎类 以萌发的嫩茎为产品, 如莴笋 茭白 石刁柏 芦笋 竹笋 块茎类 根茎类 球茎类 竹笋 芦笋
肉质茎类 嫩茎类 以肥大的地下块茎为产品, 如马铃薯 菊芋 草石蚕 山药等 块茎类 根茎类 球茎类 马铃薯 草石蚕
肉质茎类 嫩茎类 以肥大的地下根茎为产品, 如生姜 莲藕等 块茎类 根茎类 球茎类 生姜 莲藕
肉质茎类 嫩茎类 以地下的球状茎为产品, 如慈姑 荸荠 芋等 块茎类 根茎类 球茎类 慈姑 芋
( 三 ) 叶菜类 普通叶菜类 结球叶菜类 以鲜嫩脆绿的叶或叶丛为产品, 如小白菜 乌塌菜 茼蒿 菠菜 芹菜等 香辛叶菜类 鳞茎类 小白菜 芹菜
普通叶菜类 以肥大的叶球为产品, 如大白菜 结球甘蓝 结球莴苣 抱子甘蓝等 结球叶菜类 香辛叶菜类 鳞茎类 结球甘蓝 大白菜
普通叶菜类 结球叶菜类 有香辛味的叶菜, 如大葱 分葱 韭菜 芫荽 茴香 香辛叶菜类 鳞茎类 大葱 韭菜
普通叶菜类 结球叶菜类 有香辛味的叶菜, 如大葱 分葱 韭菜 芫荽 茴香 香辛叶菜类 鳞茎类 大葱 韭菜
普通叶菜类 以肥大的鳞茎为产品, 如洋葱 大蒜 百合等 结球叶菜类 香辛叶菜类 鳞茎类 洋葱 大蒜
( 四 ) 花菜类 花器类 如黄花菜 朝鲜蓟等 黄花菜 朝鲜蓟 花枝类
如花椰菜 青花菜 菜薹等 花器类 花枝类
( 五 ) 果菜类 瓠果类 浆果类 以下位子房和花托发育而成的果实为产品, 如黄瓜 南瓜 西瓜等瓜类蔬菜 荚果类 杂果类
瓠果类 浆果类 以胎座发达而充满汁液的果实为产品, 如茄子 番茄 辣椒等 荚果类 杂果类
瓠果类 浆果类 以脆嫩荚果或其豆粒为产品的豆类蔬菜, 如菜豆 豇豆 蚕豆等 荚果类 杂果类 菜豆 扁豆
瓠果类 浆果类 主要指菜玉米 菱角等上述三种以外的果菜类蔬菜 荚果类 杂果类 菜玉米 菱 角
优点 可以了解彼此间在形态上及生理上的关系 凡在形态上比较相近的蔬菜, 其生物学特性和栽培方法也大体相似, 这在栽培上有一定意义 如萝卜 胡萝卜及根用芥菜, 三者虽为不同的科属, 但对环境条件的要求及栽培技术都很相似 大部分蔬菜凡食用器官相同的, 其生长发育规律和栽培方法大体上相同或相似 缺点 有的类别, 食用器官相同, 而生长习性及栽培技术未必相同 如根茎类的藕和姜 花菜类中的花椰菜和金针菜, 它们的栽培方法相差很远 有些蔬菜, 在栽培方法上, 虽然很相似, 但食用器官大不相同 如甘蓝 花椰菜 球茎甘蓝, 三者要求的外界环境都相似, 但分属于根菜类 花菜类和茎菜类
三 农业生物学分类法 分类方法 : 这种方法是以蔬菜的农业生物学特性作为分类依据, 该方法综合了上面两种方法的优点, 比较适合于生产的要求, 共分为十一类 即 : 根菜类 白菜类 茄果类瓜类 豆类葱蒜类绿叶菜类薯芋类 水生蔬菜多年生蔬菜食用菌类
( 一 ) 根菜类根用芥菜 ( 大头菜 ) 胡萝卜 萝卜 芜菁 以其膨大的直根为食用部分, 生长期中喜冷凉的气候 均用种子繁殖 要求轻松而深厚的土壤
均用种子繁殖, 以柔嫩的叶丛或叶球为食用部分 生长期间需要湿润及冷凉的气候, 如果温度过高, 气候干燥, 则生长不良 为二年生植物, 在生长的第一年形成叶丛或叶球, 到第二年才抽苔开花 ( 二 ) 白菜类 菜薹 小白菜 乌塌菜 大白菜
结球甘蓝 青花菜 球茎甘蓝 芥蓝
根芥菜 茎芥菜 叶芥菜
( 三 ) 茄果类 茄 子 番茄 辣 椒 要求肥沃的土壤及较高的温, 不耐寒冷, 对日照长短要求不严格
( 四 ) 瓜类 冬瓜 黄瓜 瓠瓜 中国南瓜 苦瓜 西瓜 茎为蔓性, 多为雌雄同株异花, 有一定的开花结果习性, 要求较高的温度及充足的阳光, 尤其是西瓜和甜瓜 适于昼热夜凉的大陆性气候及排水良好的土壤
( 五 ) 豆类 豌豆 豇豆 菜豆 刀 豆 扁 豆 除豌豆及蚕豆要求冷凉气候以外, 其他的都要求温暖的环境 为夏季主要蔬菜之一 大都食用其新鲜的种子及豆荚
韭 菜 ( 六 ) 葱蒜类 洋葱 大蒜 大葱 叶鞘基部能形成鳞茎, 所以也叫做 鳞茎类 要求低温通过春化 可用种子繁殖 ( 如洋葱 大葱 韭菜等 ); 亦可用营养繁殖 ( 如大蒜 分葱及韭菜 ) 以秋季及春季为主要栽培季节
( 七 ) 绿叶菜类 分类比较复杂, 均以其幼嫩的绿叶或嫩茎为食用器官的蔬菜 蕹菜 结球莴苣 红苋菜 茼蒿
( 八 ) 薯芋类 芋头 生 姜 山 药 马铃薯 富含淀粉, 耐贮藏 均用营养繁殖
藕 ( 九 ) 水生蔬菜 茭白 荸荠菱角 大都用营养繁殖 生长期间要求热的气候及肥沃的土壤
( 十 ) 多年生蔬菜 香椿 黄花菜 萝卜芽 百合 一次繁殖以后, 可以连续采收数年 除竹笋以外, 地上部
蘑菇 ( 十一 ) 食用菌类 草菇 金针菇 平菇 香菇 大多是人工繁殖, 生长期需要湿润 温暖的环境, 均用分生孢子接种繁殖
优点 该分类法是根据蔬菜作物所要求的农业栽培技术以及蔬菜本身的生物学特性 ( 即形态特征和生长发育特性 ) 进行分类的, 即将栽培方法和生物学特性相同或相近的蔬菜作物归为一类 适用于生产和研究
第二节蔬菜的生长与发育 一 生长与发育 生长是指植物体或其某一组织 某一器官 生长 发育 的大小 ( 体积 重量等 ) 不可逆的增加, 是植物直接产生与其相似器官的现象 生长的基础是细胞的生长, 通过细胞的分裂及其相继增大实现
生长 发育 发育是通过一系列的质变后, 产生 与其相似个体的现象, 发育的结果 产生新的器官 ( 生殖器官 ) 花 种子 果实等
生长 发育
二 蔬菜的生育周期 1 种子时期 2 营养生长时期 3 生殖生长时期
1 种子时期 种子休眠期 种子成熟后大多都有不同程度的休眠期 种子形成期
种子形成期 从形成合子开始到种子成熟为止 授粉受精 种子成熟 种子休眠期
2 营养生长时期 发芽期 从种子萌动开始到真叶出现为止 幼苗期 营养生长盛期 休眠期
发芽期 幼苗期 从真叶出现即进入幼苗期, 其结束的标志因作物而不同 营养生长盛期 休眠期
发芽期 幼苗期结束即进入营养生长盛期 幼苗期 营养生长盛期 休眠期
发芽期 幼苗期 二年生蔬菜在进行旺盛营养生长之后, 随着贮藏器官的形成即开始进入休眠期 营养生长盛期 休眠期
3 生殖生长时期 花芽分化期 从花芽开始分化至开花前的一段时间 开花期 结果期
花芽分化期 从开花至完成授粉受精过程为止 开花期 结果期
花芽分化期 开花期 结果期 结果期是果菜类形成产量的关键时期, 经授粉受精作用, 子房发育为果实, 胚珠发育为种子
蔬菜生育周期示意图 一年生蔬菜生育周期 ( 黄瓜 )
白菜生育周期图 二年生蔬菜生育周期 ( 白菜 )
三 蔬菜器官生长相关性 概念 : 一个植株的一部分或一个器官与另一部分或器官的相互关系 包括 : ( 一 ) 地上部分与地下部分的相关 ( 二 ) 顶芽与侧芽的相关 ( 三 ) 营养生长与生殖生长的相关
( 一 ) 地下根系和地上器官的相关性 根深叶茂 根系 供给地上矿物质 水 茎叶 供给根系有机物质 矿物质 水 有机物质
( 二 ) 顶芽与侧芽的相关性 顶端优势 摘心 打杈 ( 三 ) 营养器官与生殖器官生长的相关性 营养生长是生殖生长的基础作用 生殖器官的生长抑制营养器官的生长
第三节蔬菜的生长发育与环境条件 一 温度二 光照三 水分四 土壤营养
一 温度 ( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 ( 二 ) 不同生育时期对温度的要求 ( 三 ) 温周期对蔬菜生育的影响 ( 四 ) 温度与春化作用 ( 五 ) 土壤温度对蔬菜生长的影响 ( 六 ) 低温与高温伤害
( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 多年生宿根蔬菜 耐寒蔬菜 包括韭菜 黄花菜 芦笋等 最高温度 35, 适宜温度 20~30, 最低温度 -10 半耐寒蔬菜 喜温蔬菜 耐热蔬菜
( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 多年生宿根蔬菜 耐寒蔬菜 包括芫荽 菠菜 大葱 洋葱 大蒜等 最高温度 30, 适宜温度 15~20, 最低温度 -5 半耐寒蔬菜 喜温蔬菜 耐热蔬菜
( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 多年生宿根蔬菜 耐寒蔬菜 包括大白菜 甘蓝 萝卜 胡萝卜 豌豆 蚕豆 结球莴苣等 最高温度 30, 适宜温度 17~25, 最低温度 -2 半耐寒蔬菜 喜温蔬菜 耐热蔬菜
( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 多年生宿根蔬菜 耐寒蔬菜 半耐寒蔬菜 喜温蔬菜 包括黄瓜 番茄 辣椒 菜豆 茄子等 最高温度 35, 适宜温度 20~30, 最低温度 10 耐热蔬菜
( 一 ) 各类蔬菜对温度的要求 多年生宿根蔬菜 耐寒蔬菜 包括冬瓜 苦瓜 西瓜 豇豆 苋菜 蕹菜等, 最高温度 40, 适宜温度 30, 最低温度 15 半耐寒蔬菜 喜温蔬菜 耐热蔬菜
( 二 ) 不同生育时期对温度的要求
种子萌发期幼苗期营养生长盛期生殖生长期 要求较高的温度, 耐寒及半耐寒蔬菜一般在 15~20, 喜温蔬菜一般在 20~30 幼苗对温度适应的可塑性较大, 根据需要温度可稍高或稍低 是决定产量的关键时期, 应尽可能安排在温度适宜的季节 要求较高的温度
( 三 ) 温周期对蔬菜生育的影响 植物生长和分化受到昼夜温度变化的影响, 植物生长发育与温度变化的同步现象称为 温周期 许多蔬菜植物的生长发育都表现出温周期现象, 热带植物的昼夜温差要求在 3~6, 温带植物要求在 5~7, 沙漠植物昼夜温差要求在 10 以上
( 四 ) 温度与春化作用 低温对植物开花的促进作用叫春化作用 各种植物春化所要求的温度有所不同, 有效温 度介于 0 至 10 之间, 最适温度 1-7 低温影响成花 : 一些二年生蔬菜植物和一些冬性 一年生植物, 它们开花必须经历一定时期的低温诱 导, 如果不经过低温处理, 其生长就一直处于营养 生长的状态, 不能抽苔开花 例如自然条件下, 秋 末冬初和初春的低温成为花诱导所必需的条件
春化类型 1. 种子春化型从种子萌动开始即可感受低温通过春化阶段, 如白菜 萝卜 芥菜 菠菜等 2. 绿体春化型幼苗长到一定大小后才能感受低温而通过春化阶段, 如洋葱 芹菜 甘蓝等
( 五 ) 土壤温度对蔬菜生长的影响 土壤温度的高低直接影响蔬菜的根系发育及对土壤养分的吸收 一般蔬菜根系生长的适宜温度为 24~28 土温过低, 根系生长受抑制, 蔬菜易感病 土温过高, 根系生长细弱, 植株易早衰
( 六 ) 低温与高温伤害 低温障碍 冻害零下低温对植物产生的低温伤害 冷害零上低温对植物产生的低温伤害 高温障碍
低温障碍 高温障碍 导致过分蒸腾, 造成失水萎蔫, 水分代谢失衡 光合速率下降, 呼吸消耗增加, 物质累积减少, 地上部早衰 原生质解体, 生物胶体分散性下降, 电解质外渗, 原生质脱水, 蛋白质部分凝固, 细胞受伤害 根系吸水吸肥能力下降, 呼吸加快, 根部早衰, 导致植株早衰
二 光照 光是绿色植物生长发育的必要条件之一 蔬菜植物对光照时间的长短 光线的强弱 光质的变化等都很敏感 光强 光质 日长 生长状态产品形成产量品质成熟迟早
( 一 ) 光照强度对蔬菜生长的影响 ( 二 ) 光质对蔬菜生长发育的影响 ( 三 ) 光周期对蔬菜生长发育的影响
( 一 ) 光照强度对蔬菜生长的影响 光照的强弱直接影响到光合作用的强弱, 也影响到蔬菜植株一系列的形态和解剖变化, 如叶子大小 厚薄 叶肉的结构 节间的长短 茎的粗细等 这些因素都关系到幼苗的素质 植株的生长及产量的形成
喜强光蔬菜 中光性蔬菜 包括西瓜 甜瓜等大部分瓜类和番茄 茄子 芋头 豆薯等 对光照强度要求高, 遇阴雨天气, 产量低 品质差 耐弱光蔬菜
喜强光蔬菜 包括大部分白菜类 萝卜 胡萝卜和葱蒜类, 不要求很强光照, 但光照太弱时生长不良 中光性蔬菜 耐弱光蔬菜
喜强光蔬菜 包括生姜和莴苣 芹菜 菠菜等大部分绿叶菜类蔬菜 喜中等光强, 强光下生长不良, 耐荫能力较强 中光性蔬菜 耐弱光蔬菜
( 二 ) 光质对蔬菜生长的影响 Light for Photosynthesis Color Wavelength Energy Violet short high Blue Green Yellow Red InfraRed long low
Inside nursing box with red light Inside nursing box with blue light Inside nursing box with yellow light Inside nursing box with green light Inside nursing box with RB light Inside nursing box with RGB light
主流 荧光灯光源多段栽培
( 三 ) 光周期对蔬菜生长发育的影响 长日性蔬菜 短日性蔬菜 昼夜长短对植物开花的调节作用称为光周期现象 在较长的光照条件下 ( 一般为 12~14 小时以上 ), 促进开花, 而在较短的日照下, 不开花或延迟开花 包括白菜 萝卜 胡萝卜 芹菜 菠菜 大葱等 中光性蔬菜
长日性蔬菜 短日性蔬菜 在较短的光照条件 ( 一般在 12~14 小时以下 ), 促进开花结实, 而在较长的光照下, 不开花或延迟开花 包括豇豆 扁豆 苋菜 丝瓜等 中光性蔬菜
长日性蔬菜 要求开花对光照时间要求不严 包括黄瓜 番茄 菜豆等 短日性蔬菜 中光性蔬菜
三 水分 ( 一 ) 不同蔬菜种类对水分的要求 ( 二 ) 不同生育期需水特点
( 一 ) 不同蔬菜种类对水分的要求 耐旱蔬菜代表蔬菜有西瓜 甜瓜 胡萝卜等, 消耗水分少, 吸收力强大 半耐旱蔬菜 半湿润蔬菜 湿润蔬菜 水生蔬菜
耐旱蔬菜 半耐旱蔬菜 代表蔬菜有茄果类 豆类 马铃薯等, 消耗水分较多, 吸收力较强 半湿润蔬菜 湿润蔬菜 水生蔬菜
耐旱蔬菜 半耐旱蔬菜 半湿润蔬菜 此类蔬菜有葱蒜类 芦笋等, 消耗水分少, 吸收力弱 湿润蔬菜 水生蔬菜
耐旱蔬菜 半耐旱蔬菜 代表蔬菜有黄瓜 白菜 甘蓝 多数绿叶菜等, 消耗水分多, 吸收力弱 半湿润蔬菜 湿润蔬菜 水生蔬菜
耐旱蔬菜 半耐旱蔬菜 代表蔬菜有藕 茭白等, 消耗水分最多, 吸收力最弱 半湿润蔬菜 湿润蔬菜 水生蔬菜
( 二 ) 不同生育期需水特点 发芽期 幼苗期 种子发芽要求充足的水分, 以供吸水膨胀, 播种后尤其是播种浅的蔬菜, 容易缺水 营养生长盛期 生殖生长期
发芽期 幼苗期 叶面积小 蒸腾量小, 需水量不大, 但由于根初生 分布浅 吸收力弱 营养生长盛期 生殖生长期
发芽期 幼苗期 营养生长盛期 生殖生长期 要进行营养器官的形成和养分的大量积累, 细胞 组织迅速增大, 养分的制造 运转 积累 贮藏等, 都需要大量的水分
发芽期 幼苗期 营养生长盛期 生殖生长期 开花期缺水影响花器生长, 水分过多时引起茎叶徒长 进入结果期, 特别是结果盛期, 果实膨大需较多的水分
四 土壤营养 ( 一 ) 蔬菜生长与土壤条件 ( 二 ) 蔬菜生长与土壤营养
( 一 ) 蔬菜生长与土壤条件 土壤质地 晚熟或水生蔬菜 土壤溶液浓度 瓜类 绝大部分蔬菜 土壤酸碱度 沙壤土壤土粘壤土
土壤质地 适应性强的适应性中等的适应性弱的 土壤溶液浓度 土壤酸碱度 0.25%-0.3% 盐碱度 0.2%-0.25% 盐碱 0.1%-0.2% 盐碱度
土壤质地 土壤溶液浓度 土壤酸碱度 弱酸性土壤 中性土壤 盐碱性土壤
( 二 ) 蔬菜生长与土壤营养 总体需肥 需肥量较大 不同种类 各生育时期 N P K
总体需肥 叶菜类 根 茎 叶球类 果菜类 不同种类 各生育时期 N P K
总体需肥 生育期短产量低 生育期长产量高 不同种类 各生育时期 肥
总体需肥 发芽期 幼苗期 产品器官形成期 不同种类 各生育时期 肥
复习思考题 1. 蔬菜有哪几种常用的分类方法? 哪一种比较 适合蔬菜生产的要求, 为什么? 2. 什么是生长, 什么是发育? 3. 蔬菜植物由营养生长转向生殖生长的条件? 4. 地下根系和地上器官的相关性 5. 营养器官与生殖器官生长的相关性 6. 生育适温 生活适温 致死温度与临界致死 温度的概念 7. 按照蔬菜对温度的要求分哪几类? 8. 种子春化 绿体春化的概念 9. 蔬菜的需肥与吸肥特点 ( 共同点 )