低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗生长特性的影响

王 鹤，吕艳秋，丁亦男，韩德复

(长春师范大学生命科学学院，吉林 长春 130032)

氮是植物细胞蛋白质的主要成分，是植物生长发育必需的大量元素之一，也是农业生产中作物生长的主要限制因子[1]。施氮能改善植物体内的氮营养状况，提高作物产量。生产中常通过施加氮肥来改善植物体内氮营养状况，满足作物对氮素的需求。然而，作物的氮肥利用效率仅为30%～40%[2]，过量施用氮肥未被植物所固持的氮进入环境，不仅会造成严重的环境污染，同时增加了农业生产成本[3]。因此，提高作物利用氮素的能力，揭示植物耐氮机理，对于筛选和培育氮高效基因型作物具有重大意义，对农业的可持续发展具有深远影响。

野大豆(Glycinesoja)，豆科，大豆属，一年生缠绕草本植物，现代栽培大豆的近缘野生种，因常年在野外环境中生长，形成了特有的形态、生理和生化调节方式，具有适应性强、分布广、耐贫瘠等优良性状，是拓宽栽培大豆育种遗传基础最有效的资源[4]。低氮胁迫会影响栽培大豆正常生理和代谢活动，限制幼苗的株高，降低大豆植株生物量的积累[5]；在逆境环境下，野大豆通过提高根长的生长，以吸取更多的水分和营养抵抗胁迫[6]；在低氮胁迫下，小麦幼苗能够较好地协调地上部和地下部生长的比例，这也是植物抵抗逆境的一种生长策略[7]。目前，针对低氮胁迫对作物的生长影响的研究多集中于玉米、小麦、谷子、栽培大豆等植物品种，对于野大豆在低氮胁迫下生长特性的响应研究还鲜见报道。

本研究采用砂基培养，探讨低氮胁迫对不同野大豆品种幼苗生长性状的影响和不同品种野大豆幼苗生理指标对低氮胁迫的响应差异，并对供试品种耐低氮性进行评价，为筛选耐低氮野大豆种质资源和进一步进行野大豆耐低氮遗传育种研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

实验材料为两种不同品种野大豆“辉南06116”和“通榆06311”(由吉林省农科院提供)，供试品种生育期均为120 d左右，无明显差异。

1.2 实验设计

实验采用砂培盆栽育种，营养钵直径为28 cm，每盆装入1.5 kg细沙，沙子使用前用蒸馏水洗净、高温消毒。播种时将细沙用水灌透，等距离打洞4个，每个洞放3～4粒种子，播种后正常供水，2叶1新后间苗，每盆定苗4株，每个处理种植3盆。3叶2新后按实验设计开始胁迫处理，每盆定量浇灌500 mL的处理液透灌。处理14 d后，进行各项指标的测定。

1.3 测定指标与方法

将样品分为地上部分和地下部分，用直尺测量株高。地上部分总重测量值为地上鲜重；地下部分用清水洗净附着的细沙后，用滤纸吸干，分别测量根长、根鲜重。所得样品于110℃杀青15 min，90℃烘干至恒重称量其干重。根冠比(R/S)为根鲜重与地上部鲜重的比值。相对生长速率测定参照KINGSBUR[8]的方法。

1.4 实验数据统计分析

采用SPSS 22.0软件进行数据统计分析，使用Duncan’s法进行多重比较，利用Visor 2013软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗株高的影响

如图1所示，在低氮胁迫下，两种野大豆幼苗株高均呈现下降趋势，且随着低氮胁迫强度的增大下降更为明显，在高强度低氮胁迫处理N3水平下，W1下降达显著水平(P<0.05)。与对照组N0相比，W1在各低氮胁迫处理条件下株高分别降低4.93%、13.38%、31.49%。同时，不同品种野大豆幼苗株高受低氮胁迫影响程度有较大差异，与对照组相比，W2幼苗株高在各处理水平分别下降4.31%、7.76%、15.09%。在低氮胁迫各水平处理下，W2品种野大豆幼苗株高的降幅均小于W1品种。

图1 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗株高的影响

2.2 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗根长的影响

与正常供氮处理N0相比，低氮胁迫下各品种野大豆幼苗的根长有所增加，同时伴随低氮胁迫强度的增加，变化也越明显(图2)。与对照组N0相比，低氮胁迫下野大豆幼苗根长显著伸长，W1在各低氮胁迫条件下根长分别增加10.38%、16.94%、21.31%，W2品种野大豆幼苗根长在各处理水平分别增加9.38%、18.75%、25.00%，且W2平均增幅(17.71%)大于W1(16.21%)。由此表明，野大豆幼苗能在低氮胁迫环境中通过促进根的伸长而提高根系吸收能力，且W2品种野大豆响应更为明显。

图2 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗根长的影响

2.3 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗生物量的影响

低氮胁迫条件下，各品种野大豆幼苗的地上生物量和地下生物量均呈现降低趋势，且随着胁迫强度的增加，下降效应越明显(表1)。低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗的地上生物量和地下生物量的影响存在较大差异，W1的降幅均大于W2品种。其中，与正常供氮处理N0相比，W1地上鲜重在各胁迫处理水平分别下降19.10%、24.07%、45.10%，在高强度低氮胁迫N3水平下，达到显著水平。W2品种野大豆幼苗地上鲜重分别下降11.63%、18.60%、23.84%；W1地上干重在各胁迫处理水平分别下降30.60%、40.02%、67.87%，W2品种野大豆幼苗地上干重分别下降26.60%、33.18%、42.55%。另外，与对照组N0相比，低中强度的低氮胁迫N1、N2处理水平下，两种野大豆地下鲜重、地下干重均呈上升趋势，其中W2的平均增幅大于W1的平均增幅；随着低氮胁迫强度的增加，在高强度低氮胁迫N3处理下，W2的地下生物量仍呈上升趋势，而W1则呈下降趋势。

表1 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗生物量的影响

2.4 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗根冠比的影响

低氮胁迫下，两种野大豆幼苗根冠比均有所上升，且随着胁迫强度的增加上升更为明显(图3)。与正常供氮处理N0相比，不同强度低氮环境下W1野大豆幼苗根冠比分别上升8.33%、20.25%、25.96%。W2野大豆幼苗根冠比分别上升12.65%、28.93%、50.57%，即不同品种的野大豆幼苗根冠比受不同强度的低氮胁迫影响程度有较大差异，尤其在N3处理水平，与对照组相比，W2品种野大豆根冠比上升显著，而W1品种野大豆根冠比未达到显著水平，且W2幼苗根冠比增幅大于W1。

2.5 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗相对生长速率的影响

低氮胁迫对两种野大豆幼苗地上部相对生长速率和地下部相对生长速率的影响见图4。低氮胁迫对两种野大豆幼苗地上部相对生长速率的影响变化趋于一致，伴随低氮胁迫强度的增加均呈现出降低的趋势，且胁迫程度越强，下降幅度越明显。低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗的地上部相对生长速率的影响程度不同，W1的平均降幅(35.20%)大于W2品种的平均降幅(24.23%)。低氮胁迫条件下，随胁迫强度的增强，两种野大豆幼苗地下部相对生长速率均呈现先升高后降低的趋势。W1在中强度低氮胁迫N2处理下达到最大值，比对照组升高了19.12%，在高强度低氮胁迫N3处理下达到最低值，比对照组降低了3.68%；同样，W2也在N2处理水平达到最高值，比对照组升高了22.26%，在N3处理水平达到最低值，比对照组降低了2.12%。

图3 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗根冠比的影响

图4 低氮胁迫对不同品种野大豆幼苗地上部和地下部相对生长速率的影响

3 讨论

氮素是植物生长发育所必需的营养元素，也是植物生长的主要限制因子，氮素缺乏对作物的形态指标和生物量积累均有重要影响，但不同品种作物受影响的程度存在明显差异[9]。本研究表明，低氮胁迫对两种不同品种的野大豆幼苗地上部的影响均明显大于对根系的影响，并且低氮胁迫在一定程度上可促进植物根系长度和地下部干重的增加，进而显著提高其根冠比，低氮胁迫下，野大豆幼苗能通过促进根系伸长来增加根系吸收土壤中的营养物质范围，进而维持缺氮环境下的生长，这是野大豆形态指标对低氮胁迫的一种响应机制；不同品种的野大豆幼苗对低氮胁迫的响应存在较大差异，W2品种受低氮胁迫的影响较小，对低氮环境适应性更强。

逆境胁迫下植物会通过自身一系列的生理生化调节来适应环境[10]。相对生长率是植物体对低氮胁迫反应的一个重要指标，可以反映植物体的生命活动状态[11]，结果显示：低氮胁迫对地上部相对生长速率具有一定的抑制作用，对地下部相对生长速率具有一定促进作用，但是这种促进作用有一定的限度，当低氮胁迫强度超过了植物所能承受的限度，则低氮环境会抑制地下部相对生长速率。但无论是促进作用还是抑制作用，W1品种野大豆都要较W2品种野大豆显著，尤其在高强度低氮胁迫条件下表现出来的抑制更为明显。高强度低氮胁迫对RGR的抑制作用高于低中强度低氮胁迫，导致植物为了适应严酷环境往往以牺牲生长为代价[12]。为了抵御高强度低氮逆境，植物通过增大细胞质浓度，调节自身细胞水势高于环境水势以保证细胞正常吸水，这就需要吸收大量离子，用来合成有机渗透调节物质，也就消耗了大量能量。用于生长的能量被消耗，从而抑制了植物的生长。张楚等[13-14]报道了低氮的土壤能够抑制苦荞幼苗叶片生长，根系渗透调节物质含量升高，以更好地适应低氮环境。

综上所述，两种野大豆对低氮胁迫均表现出一定的抗性。低氮胁迫抑制了野大豆幼苗的生长发育，同时其地上部受影响程度明显大于根系，进而导致其根长、根冠比显著升高，以更好地适应低氮环境。不同品种野大豆幼苗对低氮胁迫的响应存在显著差异，W2品种在低氮环境中表现出较强的耐低氮能力，具有明显的生长优势。