施氮量对辣椒生长及光合生理的影响

南莉，曹雄寿，蒲海龙

(永昌县自然资源局，甘肃 金昌 737200)

辣椒(CapsicumannuumL)是一种茄科辣椒属植物，属一年或多年生草本植物.辣椒是人们喜爱的一种调味品，其维生素C的含量在蔬菜中居第一位，可提供人体健康所需的维生素和矿物质[1].辣椒属于喜氮蔬菜作物，生产中菜农往往通过增施氮肥获得较高产量，既不利用辣椒品质提高，也增加了生产成本，同时对环境造成一定的危害[2].但当氮素的供应不能满足植物生长所需时，会影响到果实内各物质的合成与转化，严重时会导致果实畸形、果实着色不均匀等其它影响[3].

氮素对蔬菜产量和品质均有显著影响[4].李俊良等[5]研究证明当施氮量低于310 kg/hm2时，大白菜产量与施氮量呈正相关，此范围施氮可以带来显著提高经济效益.但超过这个值，产量将不再增加，甚至减产.通过比较加工番茄在4个不同的施氮量(纯氮57，168，282，392 kg/hm)下的表现，发现以168 kg/hm时番茄产量最高，282，392 kg/hm对产量影响不大，同时影响植株的生长发育[6].适量施用氮肥能提高蔬菜中的维生素C的含量，但用量过高反而会降低其含量[7].研究表明，在菠菜生长过程中，增施氮肥能够提高叶片VC合成，而氮肥对辣椒果实VC含量影响不明显[8].施氮量增加对辣椒果实辣椒素含量具有积极作用[9].

氮素作为植物生长发育和形态建成必不可少的元素之一，与作物的光合作用、物质代谢、能量代谢等关系密切[10].氮素一方面通过影响植株体内氨基酸及蛋白质的含量来调控植物生长，另一方面通过影响光合色素含量、主要酶活性、等显著影响植物光合速率以及光呼吸；同时还可影响和改变激素水平、淀粉含量以及有机酸含量影响植物开花、衰老等以及碳代谢过程[11].光合作用作为植物的能量站，受氮素的影响非常显著，有研究表明，植物的光合速率

与植物叶片的全氮含量、叶绿素含量以及光合相关酶活性在一定程度上均呈显著的正相关[12-13].施肥能够改善蔬菜作物光合同化能力已被广泛认同，不同种类肥料及水平对蔬菜的响应效果不同，氮素作为辣椒生长发育最为关键的元素之一，在辣椒光系统建成过程中扮演重要角色.施氮量的多少对辣椒生长和光合荧光系统的影响及相互关系还不明确，本研究通过设置施氮量梯度，在辣椒不同发育阶段对光合及荧光系统进行检测，以期阐明辣椒施氮量与光合同化能力的关系，为生产合理施氮提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为甘肃日光温室主栽品种“陇椒5号”，其生长势强，果实羊角形，果肩宽3.0 cm左右，果长25 cm左右，果肉厚0.30 cm左右，果色绿，果面皱，味辣，商品性好.

1.2 试验方法

将在育苗钵中生长50 d的辣椒苗定植与花盆中(直径×高=30 cm×25 cm)，每盆定植1株，栽培基质为牛粪∶草炭∶蛭石=2.5∶2.5∶5(体积比)，主要理化性状见表1.在定植前将基肥和基质混匀，每盆装入的基质总量保持一致，施入的肥料为尿素(N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)及硫酸钾(含K2O 50%)，每盆分别施入过磷酸钙30 g，硫酸钾45 g，尿素不同处理施入量不同，分别设置为：不施尿素(CK)，每盆15 g尿素(T1)，每盆20 g尿素(T2)，每盆25 g尿素(T3)，每盆35 g尿素(T4)，每盆45 g尿素(T5)，所有肥料在定植时基施30%，现门椒时施入40%，结果盛期施入30%.按照施入尿素量的不同共设置6个处理，每个处理设置3个重复，共60株辣椒苗.在定植后第0，25，50，75，100，125，150天采样，测定植株的相关指标.

表1 基质理化性质

1.2.1 辣椒形态指标及光合色素含量测定 用卷尺测定株高，用数显游标卡尺测定植株茎粗，整株挖取植株，解析后用电子天平称量根、茎、叶及果实的干鲜质量.

用直径0.8 cm 的打孔器打辣椒叶圆片，称取0.1 g 于试管中，加入10 mL 80%的丙酮，黑暗条件下浸提48 h，在663、645、440 nm 3个波段下进行比色，计算出叶绿素素含量.计算公式为：Ca=12.71A663-2.59A645；Cb=22.88A645-4.67A663；Ccar=4.7A440-0.27CT，光和色素含量=色素浓度(C)×提取液体积(mL)/样品质量(mg).

1.2.2 光合荧光参数测定 选择晴天上午9∶00～11∶00，采用CIRAS-2 型便携式光合仪(英国PP-System 公司生产)，测定辣椒植株生长点下数第3片完全展开功能叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及蒸腾速率(Tr).光合仪器参数设定：光强为1 000 μmol/m2/s，CO2浓度为380 μmol/mol，温度为25 ℃，相对湿度为75%.采用英国Hansatech公司生产的FMS-2型脉冲调制式叶绿素荧光分析仪测定辣椒叶片的叶绿素荧光参数.叶片暗适应30 min 后测定最小荧光Fo和最大荧光Fm，光化强度为400 μmol/m2/s，饱和脉冲光强度为8 000 μmol/m2/s.

根据公式计算：PSⅡ最大光化学效率：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，PSⅡ实际光化学效率：ΦPSⅡ=(Fm′ -Fs)/Fm′，光化学猝灭系数：qP=(Fm′ -Fs)/(Fm′-Fo′)，非光化学猝灭系数：NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′.式中，Fo′为光适应后的最小荧光，Fm′为光适应后的最大荧光，Fs为光适应后的稳态荧光.

2 结果与分析

2.1 施氮量对辣椒生长及叶绿素含量的影响

在不同生育期测量辣椒株高发现，施氮量对株高影响显著，在定植后25 d开始，T2、T3、T4和T5株高明显高于T1和对照，并且，在定植后25 d至50 d辣椒株高增加速度最快.从整个生育期来看，株高随施氮量的增加而增加，T4和T5在定植后株高均无差异，但均高于其他处理.不同处理株高差异最大的时期为采收期，表现为T5=T4>T3>T2>T1>CK，T5、T4、T3、T2和T1分别比对照高出28.1%、28.1%、24.6%、14.4%和8.0%(图1-A).

图1 不同施氮量对辣椒生长及叶绿素含量的影响Figuer 1 Effects of different nitrogen application rates on the growth and chlorophyll content of pepper

测量不同处理各生育茎干直径发现，辣椒幼苗在定植后开始到第50天，茎干直径迅速增加，T5、T4和T3处理增加量显著.定植后第50天时，T5和T4直径无差异，其次为T3，T1、T2和CK茎干直径基本相同.在定植后50 d到100 d之间，不同处理茎干直径的增加存在一个停滞期，在定植100 d后又开始迅速增加，直至采收期T4和T5间未表现差异.从整个生育期来看，施氮量的增加能够促进辣椒茎干增粗，而氮素过量则影响不明显(图1-B).

叶绿素a含量在定植后75 d达到峰值，定植后25 d时，不同处理间叶绿素a含量差异显著，随施氮量的增加呈递增趋势，依次为T5>T4>T3>T2>T1>CK.定植后75 d至辣椒采收期，叶片叶绿素含量迅速下降，T2、T3、T4和T5在生育后期能够维持叶片具有较高的叶绿素a含量，其中，T3在定植后150d时叶绿素a含量较高，为0.94 mg/g，对照最低，为0.54 mg/g(图1-C).

施氮量对叶绿素b含量的影响基本与叶绿素a一致，在定植后75 d时达到峰值，其中，施氮量较高的T5、T4和T3增加速率较高，至定植后75 d时，叶绿素b含量依次为T3>T5>T4>T2>T1=CK，其中T3为0.49 mg/g，CK为0.42 mg/g.定植后75 d后，叶绿素b含量开始下降，在定植后75～150 d，T5叶绿素b含量均保持较高水平，CK下降幅度最大，至定植后150 d时，CK叶绿素b含量仅为0.21 mg/g，T3、T4和T5叶绿素b含量最高且无差异，均为0.33 mg/g(图1-D).

2.2 施氮量对辣椒光合生理的影响

不同施氮量对辣椒光合生理影响显著，施氮处理净光合速率Pn总体高于对照，从定植开始至定植后第75天，叶片Pn逐渐增大，在定植后75 d时达到峰值.定植后50 d时，T5和T4处理Pn显著高于其他施氮处理，分别为12.57 μmol/m2/s和12.27 μmol/m2/s，其次为T3，T1和T2差异不显著，CK最低，为8.2 μmol/m2/s.定植后75 d开始，Pn开始下降，而T3处理在第100天和125天时Pn仍高于其他处理，第150天时与T4保持一致.T5在150 d时Pn最高，为11.37 μmol/m2/s，对照Pn降低至最低值，为6.2 μmol/m2/s(图2-A).

叶片蒸腾速率Tr在定植后的变化趋势与Pn基本一致，T4和T5在定植后75 d前Tr迅速升高，且两者间差异不显著.T2和T3处理在定植后50 d时Tr差异不显著，定植后75 d时T3和T2处理Tr相对于定植后50 d分别提高了39.7%和47.8%且在定植后75 d到100 d保持稳定，第100天后开始下降.T5处理在定植后75 dTr高于其他处理，达到7.2 μmol/m2/s，之后T4和T5处理Tr迅速下降.T2和CK从定植后开始至定植后75 dTr无显著差异，在第75天至100天时小幅升高后达到4.8 μmol/m2/s，随后开始下降.在生育后期，T3能够维持辣椒叶片Tr保持较高水平(图2-B).

图2 不同施氮量对辣椒光合生理的影响Figuer 2 Effects of different nitrogen application rate on photosynthetic physiology of pepper

气孔导度Gs变化趋势与Tr相似，T4和T5在定植后75 d前Gs均显著高于其他处理，并且二者Gs基本相同，无显著差异.T3在定植后第50天Gs迅速升高，在第75 d时达到最高值，与T4和T5处理相同，分别为457.3、452.3和463 mol/m2/s，其他依次分别为T2(357.3 mol/m2/s)、T1(278 mol/m2/s)和CK(266 mol/m2/s).定植后125 d后，Gs基本维持不变，至150 d时，Gs依次为T3>T2>T5=T1>T4>CK(图2-C).

胞间CO2浓度Ci变化趋势与Pn、Tr和Gs不同，CK在辣椒整个生长期内Ci均高于其他施氮处理，CK、T1、T4和T5处理均在定植后75 d达到最低值，分别为231.6，226.7，168.0，174.0 μmol/m2/s.T2和T3均在第100 d时达到最低值，分别为181.7 μmol/m2/s和161.3 μmol/m2/s.定植后75 d和100 d时，不同处理间Ci差异最显著，第75 d时，T4和T3无差异，CK>T1>T2>T5>T4=T3，第100 d时，CKCi最高，为256.0 μmol/m2/s，T3Ci最低，为161.3 μmol/m2/s.定植后第150天时，T1和T5间Ci无显著差异，T3最低，为230.7 μmol/m2/s(图2-D).

2.3 施氮量对辣椒荧光参数的影响

不同施氮量对辣椒叶片Fv/Fm的影响如图3(A)所示，随辣椒的生长Fv/Fm缓慢上升后下降，不同处理达到峰值的时间不同.T5和CK均在定植后75dFv/Fm达到最高值，分别为0.80和0.71，T3和T1处理均在定植后100 d分别达到最高值，分别为0.83和0.75.定植后25 d时，T4和T5差异不显著，T1和CK无显著差异，整个生育期T2、T3、T4和T5的Fv/Fm均显著高于CK和T1，在定植后75 d后CK的Fv/Fm迅速下降，T1在定植后100 d开始下降，定植后100 d后，T1的Fv/Fm显著高于不同施氮量对辣椒ΦPSⅡ的影响如图3-B，ΦPSⅡ在定植后50 d内基本稳定，在定植后50 d以后迅速升高，在定植后100 d左右开始下降.在定植后25 d时T4和T5叶片ΦPSⅡ高于其他处理，定植后50 d时，叶片ΦPSⅡ T4>T5>T2>T1>T3>CK，定植后75 d时，不同处理ΦPSⅡ差异显著，T3显著高于其他处理，为0.76，其他依次为T4、T2、T5、CK和T1，大小分别为0.70、0.67、0.65和0.64.T3、T4和CK在定植后75 d开始下降，之后CK基本保持稳定，而T3和T4持续下降，在定植后150 d时二者无差异，平均为0.69，T4和T5ΦPSⅡ在定植后150 d时仅次于T3和T4，CK最小，为0.61.

图3 不同施氮量对辣椒叶片荧光参数的影响Figuer 3 Effect of nitrogen application rate on fluorescence parameters of pepper

CK.在定植后150 d时，辣椒叶片Fv/Fm不同处理差异显著，T2>T3>T4>T5>T1>CK，T4和T5差异不显著，CK相比其他处理，至少降低19.1%.

不同施氮量对叶片qP的影响如图3-C所示，T3、T4和T5在定植后qP迅速升高，在定植后25 d至50 d时基本维持稳定，CK、T1和T2在定植后50 d前基本保持稳定.所有处理在定植后50 d开始qP升高，此时，T4和T5的qP最高，且两者间无显著差异，均为0.85，T1和T2无显著差异，为0.77.定植后75 d时，除T2外，其他处理qP均达到最高值，T3在各个处理中最高，为0.90，其他依次为T4>T5>T2>T1>CK.定植后150 d时，T2和T3qP显著高于其他处理，CK最小，为0.73.

不同施氮量对辣椒叶片NPQ的影响如图3-D所示，由图知，NPQ的变化趋势与qP的相反，定植后先下降然后缓慢上升.CK的NPQ在整个生育期显著高于其他处理，其次为T1，定植后75 d时，T3、T4和T5处理下降至最低，分别为0.33、0.36和0.36，T4和T5间无显著差异.定植后150 d，NPQ依次为CK>T1>T5>T4>T2>T3.

3 讨论

氮素是合成核酸以及蛋白质(酶)等的重要元素，是植物生长发育必须的大量营养元素之一，是作物生长和产物构成的主要驱动力.氮素在植物体内主要以蛋白质、核酸、酶、磷脂及叶绿素等形式存在，对各器官建成、源库关系、根冠发育、C、N 关系、叶绿素含量、光合效率以及叶绿素荧光参数等具有全面的影响[14-15].氮是植物营养生长和生殖生长的主要元素，对各种生理过程和生长发育都有影响.植物正常生长发育需要适量氮素的供应，氮对植物地上部和根系生长均有很大影响，氮素可促进植物枝干高大、生长茂盛，叶色浓绿，蛋白质合成增加，缺氮往往使植物生长速度缓慢，植株瘦弱，茎干细小，在一定范围下施氮素对蔬菜作物生长发育是有利的.对甜椒研究发现，较高的氮素水平能够促进株高和茎粗增加，同时有利于根系生长和增加分枝角度[16]，本研究表明，不同施氮量影响辣椒的生长，T4和T52个施氮水平辣椒株高的增加速率较快，且在定植后150 d时，株高无差异，T3水平辣椒株高仅次于T4和T5.施氮量对茎粗的影响与株高类似，T4和T5茎粗最大，两个氮素水平差异不显著.董洁等[17]研究发现，番茄株高、茎粗均随着施肥水平的增加而增加，与本研究结果一致.

叶绿素是植物光合作用过程中吸收、传递及光能转换的物质基础，其含量的高低决定着光合速率的快慢、光合单位的多少以及光合产物累积的丰缺，是反映植物光合作用强弱的重要生理指标.研究表明，植株叶片中叶绿素含量高，光合速率也高[18]，增大施氮量可显著提高叶绿素含量，改善光合效率[19].本研究结果表明，施氮显著增加了辣椒叶片中叶绿素a和叶绿素b含量，延缓了辣椒生育后期叶绿素b的下降速度，T3对定植后辣椒叶片中叶绿素a含量增加效果最为明显，定植后150 d时仍维持叶片叶绿素a在较高水平.T3、T4和T5对定植后150 d叶片叶绿素b的影响相同，均能够维持该时期叶片叶绿素b在较高的水平.对小麦研究结果显示，随外源供氮水平的提高，叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素的含量随施肥量的增加而增加[20].

植物的生长发育主要依靠光合作用，光合作用为生物界所有物质代谢和能量代谢的提供了物质保障.已氮素通过影响叶绿素含量、核酮糖二磷酸羧化酶(Rubisco)含量以及光合器官结构而直接影响CO2同化作用[21]，同时又通过影响植株生长发育间接影响植物碳代谢、光合反应链从而对光合作用产生反馈调节[22].研究表明，含氮量高的叶片对CO2的输送能力和Rubisco 的同化能力显著高于含氮量低的叶片[23].在一定的氮素营养水平范围内，植物叶片的叶绿素含量、光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Pn)以及叶绿素荧光特性均与叶片中的氮素含量呈正相关，因此氮素营养的失调将使光合效率下降[24-25].本研究发现，高氮水平显著提高辣椒净光合速率，T3、T4和T5在辣椒整个生育期Pn均保持在较高的水平，尤其在定植后75 d，净光合速率最高，对提高辣椒坐果率具有积极作用.Tr和Gs在不同施氮水平下与Pn的表现基本相同，Ci与之相反.作物生长发育中，氮素的缺乏会抑制其生长和光合作用，叶片光合受到抑制后吸收的光能不能被光合机构完全吸收，最终导致光合能力丧失[26].充足的氮素利于叶绿素的合成，为植物的光合作用提供更大的场所.因此氮素供应状况对植物光合器官的功能非常重要[27]，研究表明，光合能力高低与植物叶片含氮量多少有显著的相关关系[28].

叶绿素荧光几乎全部来源于PSⅡ，叶绿素荧光动力学技术反映了叶片光系统II 对对光能的利用和耗散情况，光合作用各个步骤紧密联系，任何一步的变化都会引起荧光的变化，因此，叶绿素荧光参数更能反映植物光合作用PSⅡ的内部变化[29].研究表明，随着供氮量的增加，植物叶片对光能的捕获能力增强，活性提高、光化学效率及反应中心开放部分的比例升高，光系统天线色素捕获的光能用于光化学电子传递的份额增加，光抑制减缓，非辐射能量的热耗散降低[30].此外，适量施氮能够通过提高Fv/Fm来增强光合机构对环境的适应能力，进而保护光合器官.但当氮素供应过量时，叶片ΦPSⅡ和qP较低氮处理降低[31].张雷明等在小麦中研究发现，施氮能够提高小麦叶片中的叶绿素荧光参数中的PSⅡ活性(Fv/Fo)、PSⅡ光化学最大效率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP).本研究发现施氮后Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP增加，T3处理显著提高了Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP，而T4和T5处理Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP均降低，与上述研究结果一致.

4 结论

施氮量增加能够促进辣椒株高和茎粗的增加，T4和T5处理后辣椒株高和茎粗无差异，分别为97.3 cm、12.9 mm和97.4 cm、13.1 mm.在T3、T4和T5水平下叶绿素a含量在定植后125 d前无差异，T5叶绿素b含量在整个生育期均最高.尿素施用量为T3时辣椒Pn、Tr和Gs均最高，小于T3时Pn、Tr和Gs随施氮量增加而增加，荧光参数Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP在T3时显著高于其他处理，提高辣椒叶片的光能利用率.因此，T3能够最大限度的提高辣椒叶片的光合同化和光能利用能力，从而对辣椒生长发育及品质形成产生积极作用.