不同氮素形态对枳橙幼苗生长特性的影响

2016-10-19孙敏红卢晓鹏李静熊江谢深喜

湖北农业科学 2016年8期

孙敏红　卢晓鹏　李静　熊江　谢深喜

摘要：采用水培方法研究了不同形态氮素配比对枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf]幼苗生长特性的影响。结果表明，不同氮素形态配比营养液对枳橙幼苗的生长均有一定的促进作用，其中混合态氮素对植株地上部形态特征的影响好于单一态氮素，NO3-∶NH4+=5∶5处理更利于株高、茎粗和叶片数的增加；其次是NO3-∶NH4+=7∶3处理；单一态氮素形态处理中，全硝培养好于全铵培养。NO3-∶NH4+=5∶5处理促进了地下部主根的伸长和侧根的增加，却对主根粗度无明显影响。全铵培养对幼苗地上部和地下部生长均有抑制作用，甚至是毒害作用。不同氮素形态配比对枳橙幼苗叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量的影响趋势基本一致，混合态氮素对叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量的促进好于单一态氮素，且当处理为NO3-∶NH4+=5∶5时叶绿素含量持续增加，并且更利于其积累；而全铵处理则不利于叶绿素的增加与积累。

关键词：枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf]；硝态氮；铵态氮；叶绿素；形态

中图分类号：S666.9+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）08-2014-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.025

Abstract： Hydroponic experiments were carried out to study the influences of different ratio of NO3-∶NH4+ on the growth characteristics of citrange [Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf] seedling. The results showed that all forms and ratio of nitrogen could improve the growth of citrange seedling； while mixed nitrogen was better than single nitrogen； and NO3-∶NH4+=5∶5 was the optional treatment on seedling height， stem diameter and leaf number， followed by and NO3-∶NH4+=7∶3. For single nitrogen form treatments， the effect of total nitrate as better than total ammonium. Except for the root diameter， the taproot length and number of fibrous roots were both increased by NO3-∶NH4+=5∶5 treatment. Both upground and underground growth of seedlings were inhibited， even poisoned by total ammonium. The affecting tendency of different ratio of NO3-∶NH4+ on the content of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll was consistent. Mixed form of nitrogen had better promotion effect on chlorophyll accumulation than single form of nitrogen. Under the treatment NO3-∶NH4+=5∶5， chlorophyll content increased consistently， which was benefit for its accumulation； while total ammonium was unfavourable for increasing and accumulation of chlorophyll.

Key words： citrange[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf]； nitrate； ammonium； chlorophyll； morphology

植物葉片是光合作用的主要器官，且在光合反应中吸收光能的主要色素为叶绿素。因此，叶片中叶绿素含量的高低是反映植物叶片光合能力大小的一个重要指标。而栽培环境中营养的供应直接关系着植物叶片的光合功能强弱，其中氮素营养是最主要的营养元素之一[1]。因此，研究植株生长中对氮素形态的响应，对进一步丰富植物营养理论、推动农林生产的可持续发展等方面都具有重要意义。

硝态氮（NO3-）和铵态氮（NH4+）是植物吸收和利用的2种主要的无机氮素形态。与单一氮源相比，大多数旱地作物在2种氮素营养共存条件下生长会更好，且氮素利用率也提高[2]。柑橘是世界上主要的水果类型，而枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf] 是柑橘的砧木。它是枳与甜橙的杂交种，因具有抗柑橘衰退病等特性而被大力推广应用。掌握枳橙的氮素需求量，以及施用氮素的有效性，运用科学合理的调控措施，改善作物光合特性，实现高产优质高效是柑橘生产上的研究重点。试验以枳橙为材料，研究不同形态氮素配比营养液的培养条件下，枳橙幼苗的生长特征及对光合色素含量的影响，以期进一步探讨枳橙对氮素的吸收利用机理，为生产上提高氮素利用效率和科学施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 种子处理

试验于2013年2～10月在中南林业科技大学林学院园艺实验室及人工气候室内进行，选用枳橙种子作为试材，经5%NaClO和75%乙醇处理后，在垫有纱布的催芽盘中进行恒温催芽，露白后播于灭菌的蛭石中。待幼苗长到5～7片新叶时，选取长势相似的植株种于Hoagland营养液水培槽中，进行适应处理2周，然后进行不同配方的处理。

1.2 营养液配方

试验设置的各个处理都在Hoagland配方的基础上进行调节，营养液中总氮的含量为15 mmol/L，根据不同硝态氮和铵态氮浓度共设5个处理，分别是处理1（NO3-∶NH4+=10∶0）、处理2（NO3-∶NH4+=7∶3）、处理3（NO3-∶NH4+=5∶5）、处理4（NO3-∶NH4+=3∶7）、处理5（NO3-∶NH4+=0∶10）。所有处理营养液中均添加硝化抑制剂双氰胺（C2H4N4）7 μmmol/L以抑制硝化作用；营养液pH保持在6.0左右。每10 d左右更换一次营养液，分别取培养0、20、40、60、80 d的枳橙幼苗待用。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株形态指标的测定取不同营养液培养、不同培养时间的枳橙幼苗测定植株的形态指标。茎粗、主根粗测定用游标卡尺，株高、主根长测定用直尺，统计每株的叶片数、侧根数。每个处理3次重复，每个重复取5株。

1.3.2 叶绿素含量的测定叶绿素含量测定参照李合生[3]的方法。取不同处理培养了0、20、40、60、80 d的枳橙幼苗叶片0.2 g，清洗干净并吸干水分后，加入2～3 mL的95%乙醇，与石英砂一同研磨，至匀浆后过滤（用95%的乙醇洗研钵和残渣，合并滤液）到25 mL棕色容量瓶中，用95%的乙醇定容摇匀。稀释10倍后，分别在665、649、470 nm波长下测定吸光值。每个处理3次重复。叶绿素含量（mg/g）计算公式如下：

叶绿素a=13.95×A665 nm-6.88×A649 nm；

叶绿素b=24.96×A649 nm-7.32×A665 nm；

叶绿素总量=叶绿素a+叶绿素b。

1.4 数据统计

试验所得数据分别采用Microsoft Office Excel 2007和SPSS16.0统计分析软件进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮素形态对枳橙幼苗地上部生长的影响

2.1.1 对枳橙幼苗株高生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地上部株高生长的影响情况见图1。从图1可见，5个处理对枳橙幼苗株高的影响为逐渐增加的趋势，各处理在80 d时达到试验期的最大值。从株高增长的幅度可以看出，促进枳橙幼苗植株株高生长的处理排序为处理3、处理2、处理4、处理1、处理5；在80 d时，处理3（NO3-∶NH4+=5∶5）培养的幼苗株高为45.5 cm，明显高于其他4个处理，其他处理之间差异不明显。说明NO3-∶NH4+=5∶5处理株高的增幅最大，而全铵处理（处理5）的植株株高增幅最小，这可能是全铵处理带来一定的毒害作用所致。

2.1.2 对枳橙幼苗茎粗生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地上部茎粗生长的影响情况见图2。从图2可见，5个处理对枳橙幼苗的茎粗均有明显影响，各处理在80 d时达到试验期的最大值。从枳橙茎粗增长的幅度可以看出，促进枳橙幼苗植株茎粗生长的处理依次排序为处理3、处理2、处理1、处理4、处理5；在80 d时，全铵（处理5）营养培养的幼苗茎粗明显低于其他4个处理，而其他处理的茎粗则无明显差异，这说明全铵处理不利于枳橙幼苗茎粗的生长，反映出混合态氮素营养对枳橙茎粗的促进效果好于单一态氮素。

2.1.3 对枳橙幼苗叶片生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地上部叶片生长的影响情况见图3。从图3可见，5个处理对枳橙幼苗的叶片数均有明显影响，从枳橙幼苗叶片数增长的幅度可以看出，促进枳橙幼苗叶片数生长的处理依次排序为处理3和处理2、处理1和处理4以及处理5。在80 d时，处理2和处理3的叶片数增加到13片/株，明显多于其他处理，其他处理的叶片数均为10片/株。由此可知，NO3-∶NH4+=7∶3处理和NO3-∶NH4+=5∶5处理对枳橙幼苗叶片数的促进作用高于其他处理。

2.2 不同氮素形态对枳橙幼苗地下部生長的影响

2.2.1 对枳橙幼苗主根长度生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地下部主根长度生长的影响情况见图4。从图4可见，5个处理培养的枳橙幼苗随着培养时间的延长，除了全硝处理（处理1）外，其他4个处理培养的幼苗主根长度均呈增加趋势，在80 d时，达到试验期的最大值，其中处理3和处理4的主根长度明显大于其他处理，其次是处理2，而全硝与全铵处理的主根长度则明显低于其他处理。试验中，全硝处理培养的幼苗主根长度随着培养时间的延长则表现为先增加后降低的变化趋势，可能与长时间在高浓度的硝态氮中生长带来一定的毒害作用、致使主根生长减缓所致。由此看来，混合态氮素培养比单一态氮素培养更能促进幼苗主根的伸长，而混合态氮素中NO3-∶NH4+=5∶5处理更利于主根的伸长。

2.2.2 对枳橙幼苗主根粗度生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地下部主根粗度生长的影响情况见图5。从图5可见，5个处理培养的枳橙幼苗随着培养时间的延长主根粗度均呈现增加趋势，在80 d时达到试验期的最大值，其中处理2与处理1均明显大于其他处理，其次是处理3与处理4，全铵处理的主根粗则低于其他4个处理。由此可见，全铵处理不利于枳橙幼苗主根的增粗，而高浓度的硝态氮含量有利于主根的增粗。

2.2.3 对枳橙幼苗侧根生长的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗地下部侧根数生长的影响情况见图6。从图6可见，5个处理培养的枳橙幼苗随着培养时间的延长，处理2、处理3与处理4的侧根数均呈现增加的变化趋势，均在80 d时达到试验期的最大值，其中处理2与处理3大大多于其他处理，其他3个处理的侧根数差异不大。试验中处理1在培养期间出现了侧根数先增加后降低的变化趋势，这可能与长时间的全硝环境带来的毒害有关。由此可知，混合态氮素培养比单一态氮素更利于侧根的形成，且混合态氮素中NO3-∶NH4+=7∶3处理与NO3-∶NH4+=5∶5处理更利于枳橙幼苗侧根的生长。

2.3 不同氮素形态对枳橙幼苗光合色素含量的影响

2.3.1 对枳橙幼苗叶绿素a含量的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗叶绿素a含量的影响情况见图7。从图7可见，随着培养时间的延长，5个处理的枳橙幼苗叶绿素a含量均呈现不同的增加趋势。其中处理1、处理2和处理3的叶绿素a含量均持续增加；而处理4、处理5则表现为先增加后降低的变化趋势。在80 d时，叶绿素a含量是处理3最高，其次是处理1和处理4，处理2和处理5的叶绿素a含量则增幅最小。说明混合态氮素比单一态氮素更利于叶绿素a的合成与积累，其中当硝态氮比例为50%时，叶绿素a含量持续增加且更利于积累；处理4在前期也可以获得较高含量的叶绿素a，但后期下降迅速，说明此时叶绿素的分解速度大于合成速度，反映出此时的培养条件出现了不利因素，这可能与铵根离子浓度过高有关。单一态氮素中，全硝处理比全铵处理更容易增加叶绿素a的含量。

2.3.2 对枳橙幼苗叶绿素b含量的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗叶绿素b含量的影响情况见图8。从图8可见，随着培养时间的延长，5个处理的枳橙幼苗叶绿素b含量均呈现不同的增加趋势。其中处理1、处理2和处理3的叶绿素b含量随着培养时间的延长呈持续增加的变化趋势；而处理4、处理5则表现为先增加后降低的变化趋势，在60 d时均达到峰值，后期迅速下降。在80 d时，处理3的叶绿素b增加最多，其次是处理4，处理1与处理2的增加幅度差不多，全铵处理的叶绿素b含量则增幅最小。说明混合态氮素中当NO3-∶NH4+=5∶5时叶绿素b含量持续增加，且更利于其积累；处理4在培养期内前60 d仍然获得了较高的叶绿素b含量，但后期下降迅速，说明其分解速度过快，不利于叶绿素b的积累；而NO3-∶NH4+=7∶3时叶绿素b含量虽增加但增加趋势缓慢。将图7与图8比较，发现不同氮素形态配比处理的枳橙幼苗在试验期内，叶绿素a含量总是高于叶绿素b含量，而且二者变化的趋势是相同的。

2.3.3 对枳橙幼苗叶绿素总量的影响不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗叶绿素总量的影响情况见图9。从图9可见，随着培养时间的延长，5个处理的枳橙幼苗叶绿素总量均呈现不同的增长趨势，与叶绿素a和叶绿素b含量的变化趋势相同。其中处理1、处理2和处理3的幼苗叶绿素总量随着培养时间的延长呈持续增加的变化趋势；而处理4、处理5则表现为先增加后降低的变化趋势，在60 d时2个处理都达到峰值，后期迅速下降。80 d时，叶绿素总量的高低处理依次排序为处理3、处理1、处理4、处理2、处理5。说明处理3（NO3-∶NH4+=5∶5）对幼苗叶绿素总量的促进作用明显大于其他处理，全铵处理则效果最差。反映出同一氮素水平下叶绿素含量以铵硝混合处理的营养较好，纯硝处理次之，纯铵处理最低。混合处理中又以处理3的叶绿素总量最高，处理4在前期叶绿素总量虽有增加，但后期下降过快，不利于叶绿素的积累，处理2则表现为叶绿素含量持续缓慢增加。

3 小结与讨论

3.1 不同氮素形态配比对枳橙幼苗地上部生长的影响

试验中，不同氮素形态配比营养液对枳橙幼苗的株高、茎粗及叶片数均有明显的增加作用。其中混合态氮素的施用比单一态氮素更利于幼苗地上部的生长，而混合态氮素中铵硝比例为5∶5的效果最好，其次是3∶7；单一态氮素中全硝培养要好于全铵培养。这与在红松幼苗[4]、纽荷尔脐橙[5]和桑树幼苗[6]上试验的结果一致。试验中全铵培养的幼苗地上部形态指标虽有所增加，但增幅是所有处理中最小的，这可能与高浓度的铵离子带来的毒害作用有关，并且最先影响根系的正常生长，从而影响地上部的生长。

3.2 不同氮素形态配比对枳橙幼苗地下部生长的影响

有研究[7，8]表明，单一铵态氮能使植物根系变短，不利于侧根增加；而硝态氮可使根系伸长，侧根增多，这与本试验结果相吻合。

在试验中，充足的NH4+营养使枳橙幼苗在培养初期时对地上部生长及根系生长就产生一定的促进作用；但随着培养时间的延长，全铵处理开始抑制根系的生长，并对根系带来毒害作用。这可能是培养的早期幼苗体内有一定的氮素营养平衡因素、但后期植物体内的营养平衡因素被破坏所致；还有可能是因为高铵浓度或全铵培养使植物根系向外释放H+，而H+过度释放造成根际酸化，对根系产生毒害作用，致使根系形态发生变化，比如根系变短，并呈现暗棕色等症状[9]。这些现象在试验中均有出现，相对于全铵培养带来的毒害作用，全硝培养也会随着培养时间的延长对幼苗的根系产生一定的影响，主要表现在根系后期生长停滞，这一现象在翠菊[10]上已有发现。这与全硝处理的幼苗根系分泌OH-离子、导致营养液pH上升有关。不过单一供应一定浓度的NO3-使根系聚集在养分富集区域，提高了根系吸收养分的能力，因而能够提高养分利用效率所致，也有可能与充足的氮素供应能够增加植物对磷素的吸收和利用有关，个中原因还有待进一步论证。

3.3 不同氮素形态配比对枳橙幼苗光合色素含量的影响

植物生长代谢、进行光合作用和同化物质的基础之一是叶绿素，在一定程度上，光合作用的强度与叶绿素含量呈正相关关系。因此，可以将叶绿素含量作为评价叶片光合能力的重要指标之一[11]。而氮素是叶绿素和蛋白质构造的最基本元素，供应充分能保证叶绿体形成和累积，提高叶绿素含量。NO3-和NH4+是高等植物2种主要的无机氮素吸收形态，同时植物叶片中大约75%的氮素存在于叶绿体中[12]。研究[13]表明，氮素营养对作物叶片光合色素的合成具有显著的调控作用。因此氮素水平及氮素形态对叶绿素含量的影响历来受到学术界的关注。已有研究证明硝态氮和铵态氮混合使用效果最明显，但具体氮素形态比例则因农作物而异。许多研究表明，无论是盆栽或是水培试验，混合态氮素均利于小麦[14-16]的叶绿素含量增加，表现为混合态氮>硝态氮>铵态氮。在烤烟[17]、水稻[18]、苹果砧木幼苗[19]、越橘[20]等作物的研究上都与本试验的研究结果相似。此外，铵态氮营养对叶绿素的增加影响最小，可能是因为持续单一的NH4+-N营养导致的植株毒害是引起光合速率下降与植株生长减弱的重要原因之一。但也有学者对不同小麦品种进行不同形态氮素水培时研究发现，混合态氮虽可显著提高小麦的叶绿素含量，但单一态氮素营养中则是铵态氮好于硝态氮[21]。这同样在金脉单药花[22]、棉花[23]等试验上得到了证实，全铵培养的叶绿素含量高于全硝培养，这可能是过多的NO3--N被吸收后使溶液pH升高、导致Fe和其他微量元素供应不足、最终使叶绿素含量降低的原因之一。

不适宜的铵硝配比造成叶绿素下降或是增长缓慢的原因可能是多方面的。一方面是气孔受限的结果，不当的处理使得植株体内氮素浓度较高，细胞液渗透压降低，迫使植株在较低的气孔导度下生长[24]；另一方面是由于过量的氮素导致植株体内营养失衡，抑制了Rubisco蛋白合成，以及过量的NH4+-N比例可能产生的毒害效应，一定程度上降低了光合作用能力。在小麦上[25]的研究表明，叶绿素a含量总是高于叶绿素b，且氮素形态主要影响叶绿素b的含量，从而影响叶绿素总含量，这与本试验的研究结果相类似。而在水稻上的研究[26]表明，随着N03--N比例的提高，叶绿素a的含量呈上升趋势，而叶绿素总量的变化稍复杂。

试验揭示了不同氮素形态配比处理对枳橙幼苗生长特性的差异及光合特性的影响，这为后续研究柑橘氮素吸收代谢机理研究提供了一定的理论依据。

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