不同氮处理下速生柳对水体氮的吸收、分配及生理响应

汪庆兵, 张建锋,*,陈光才, 孙 慧, 吴 灏, 张 颖,2, 杨泉泉, 王 丽

1 中国林科院亚热带林业研究所, 富阳 311400

2 青岛农业大学, 青岛 266109

不同氮处理下速生柳对水体氮的吸收、分配及生理响应

汪庆兵1, 张建锋1,*,陈光才1, 孙 慧1, 吴 灏1, 张 颖1,2, 杨泉泉1, 王 丽1

1 中国林科院亚热带林业研究所, 富阳 311400

2 青岛农业大学, 青岛 266109

15N示踪; 旱柳; 铵态氮; 硝态氮; 吸收分配; 生理响应

近年来，由于全球气候变化和人为活动的影响，以及大气氮沉降的加剧，世界范围内水体氮污染普遍存在[1]。大气氮沉降以及硝酸盐的过量导致水体可溶性氮大幅度增加，我国水体氮污染状况不容乐观[2- 3]。植物修复是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物，达到降低或清除污染物的一种环境修复技术[4]。植物修复因其具有高效、经济和景观效果好等特点，普遍被应用于土壤、水体污染的修复研究[5- 6]。目前，对水体富营养化的修复研究大多集中于水生和草本植物等，对木本植物的相关研究则较少[5, 7]。柳树性喜湿，根系发达，适应性强，生长速度快，耐水性好，常于水旁栽植，对水体氮、磷污染有很好的修复作用，是应用于富营养化水体植物修复的重要树种[8- 9]。

1 材料与方法

1.1 供试材料培养与方法

实验选用的柳树无性系于2013年3月份引种于山东滨州一逸林业有限公司，为旱柳无性系27号。将柳树枝条剪成10cm长插条，均匀扦插于40cm×20cm的有孔泡沫板中，每个泡沫板上扦插12棵插条，置于19L的方形塑料箱中培养。自然光照强度下，温度为20—30℃，每天光照约10h。用改进的Hoagland营养液配方培养[19](营养液成分为：0.51 g/L KNO3，0.82 g/L Ca(NO3)2·4H2O，0.136 g/L KH2PO4，0.49 g/L MgSO4·7H2O，2.86 mg/L H3BO3，1.81 mg/L MnCl2·4H2O，0.22 mg/L ZnSO4·7H2O，0.45 mg/L (NH4)6Mo7O24，0.6 mg/L FeSO4，0.744 mg/L EDTA)。保持24 h通气，每7 d更换1次营养液，营养液pH控制在6.5左右。待柳树幼苗生长3个月后，选取长势良好且生长基本一致的幼苗，通过测定株高和整株生物量，选取长势一定(株高±<5 cm、株生物量±<10 g)的柳树苗用于试验。柳树苗先用自来水冲洗，再用蒸馏水清洗后晾干10 min左右，放入无离子水中培养，1周后达到氮饥饿状态，进行氮吸收试验。

1.2 测定方法

1.2.1 植株鲜重与干重测定

第28天收获植株时，每个处理取出6棵叶片和根系完整的柳树苗，测定其鲜重和干重，在实验室用去离子水洗净，分根、茎、叶，在实验室晾干测定鲜重；测定干重样品在105 ℃下杀青0.5 h后，在75 ℃下烘干72 h，用感量为0.01 g的电子天平称量，统计单株根系和地上部(茎和叶)的生物量。

1.2.2 植株各部分δ15N含量测定

用于测定各部分δ15N含量的柳树苗，分别第7、14、21天和第28天在每个处理取出6棵柳树苗，测定鲜重和干重，方法同上。烘干后粉碎过100目筛，用于测定δ15N含量。用DELTA V Advantage同位素比率质谱仪和Flash EA1112 HT元素分析仪(Thermo Fisher Scientific，美国)测定样品中的δ15N值(误差值控制在±<0.2‰)。参考林光辉[21]和赵登超[22]等，计算得到柳树各器官的氮原子百分含量Atom%15N(AT%)、15N吸收量、来自氮源的N%(Ndff%)和15N分配率。

1.2.3 植株叶片和根系生理指标测定

所有氮处理在培养的第28天上午，在剩余完整柳树中取其第3—5叶位成熟叶片和长势良好的根系若干，立即于4 ℃左右低温冷藏带回实验室进行生理指标的测定，试验均重复3—6次。根据课题组前期的研究和预实验，测定柳树苗叶片和根系相关生理指标：过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚氧化法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化学还原法测定，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定；根系活力采用α-萘氧化法测定[23- 24]，CAT测定在24 h内完成，其它指标均在48 h内完成测定；根系形态采用全自动双光源根系扫描分析仪测定，分析软件为Regent Instruments公司提供的WinRHIZO Pro 2005b，由此得出试验柳树苗的根系长度、根面积、根体积、根平均直径和根尖数。

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 不同氮处理对旱柳各器官生物量和氮吸收的影响

表1 不同氮处理对旱柳各器官生物量、AT%、N%、15N吸收量和Ndff值的影响

2.2 不同氮处理对旱柳各器官的影响15N分配率的影响

表2 不同氮处理对旱柳各器官15N分配率的影响

图1 不同氮处理对旱柳吸收、分配水体氮素的影响Fig.1 Effects of different nitrogen treatments on the absorption and distribution of nitrogen in Salix matsudana不同大写字母表示处理间柳树指标差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示处理间柳树指标差异显著(P<0.05)，*表示和之间差异显著(P<0.05)

2.3 不同氮处理对旱柳叶和根CAT、POD、SOD、MDA的影响

图2 不同氮处理对旱柳叶和根CAT活性的影响Fig.2 Effects of different nitrogen treatments on the activity of CAT in leaf and root of Salix matsudana不同大写字母表示处理间柳树指标差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示处理间柳树指标差异显著(P<0.05)

图3 不同氮处理对旱柳叶和根POD的影响Fig.3 Effects of different nitrogen treatments on the activity of POD in leaf and root of Salix matsudana

图4 不同氮处理对旱柳叶和根SOD的影响Fig.4 Effects of different nitrogen treatments on the activity of SOD in leaf and root of Salix matsudana

图5 不同氮处理对旱柳叶和根MDA的影响Fig.5 Effects of different nitrogen treatments on the contents of MDA in leaf and root of Salix matsudana

2.4 不同氮处理对旱柳根系活力和根系形态的影响

图6 不同氮处理对旱柳根系活力的影响 Fig.6 Effects of different nitrogen treatments on the root activity of Salix matsudana

表3 不同氮处理对旱柳根系形态的影响

3 讨论

致谢：山东滨州一逸林业有限公司总经理焦传礼先生提供实验材料。

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Nitrogen absorption/distribution and physiological characteristics ofSalixmatsudanaseedlings grown in hydroponic solution

WANG Qingbing1, ZHANG Jianfeng1,*, CHEN Guangcai1, SUN Hui1, WU Hao1, ZHANG Ying1,2, YANG Quanquan1, WANG Li1

1InstituteofSubtropicalForestry,ChineseAcademyofForestry,Fuyang311400,China2QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China

15N tracer technique;Salixmatsudana; ammonium nitrogen; nitrate nitrogen; absorption distribution; physiological characteristics

林业公益性行业科研专项(201104055); 国家科技支撑专题(2012BAJ24B0504); 中央级公益性科研院所基金重点项目(RISF2013001)

2014- 02- 25;

日期:2014- 10- 08

10.5846/stxb201402250324

*通讯作者Corresponding author.E-mail: zhangk126@126.com

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