不同氮素形态配比对辣椒幼苗生长及生理特性的影响

崔云浩，刘俊清，张 帆，王军娥，王艳芳，石 玉

(1.山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801；2.晋中市现代农业产业发展中心，山西榆次 030600)

氮素在植物的生长发育、产量与品质形成过程中均起到至关重要的作用，被誉为“生命元素”，不仅参与植物体内氨基酸、核酸、磷脂、辅酶、叶绿素等多种功能物质的合成，而且也是植物进行光合作用的重要营养因子之一，氮素通过提高植物叶片中的叶绿素含量、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(Rubisco)含量以及光能分配和气孔运动等直接或间接地影响光合速率，进而影响植物的生长发育，因此，植株对于氮素的需求远高于其他元素[1]。

辣椒(CapsicumannumL.)作为经济效益较高的蔬菜作物，在我国各地区广泛种植。辣椒喜肥，耐肥能力强，整个生长期离不开氮肥[15-16]，近年来，生产者为了追求蔬菜高产、稳产、经济效益的最大化，采取“大水大肥”的管理措施，且在肥料施用过程中盲目施用氮肥，尤其是单一形态氮肥的施用，导致土壤氮营养比例失调，严重影响了作物的生长发育，阻碍了农业生产的可持续发展。本研究通过探究不同氮素配比对辣椒幼苗生长、光合参数、膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响，以期为培育优质辣椒幼苗提供理论依据。

1 试验与设计

1.1 试验材料与方法

本试验于2020年在山西农业大学园艺试验站进行。辣椒嫁接苗3964红缨枪由山东伟丽种苗有限公司提供，其中3964为接穗，红缨枪为砧木。待辣椒幼苗长至3叶1心时，选择长势基本一致的幼苗作为试材，将辣椒幼苗根系洗净，移入装有10 L营养液(1/4日本山崎辣椒配方营养液)的塑料水培槽中进行水培。缓苗1周后在山崎配方营养液总氮浓度为9.84 mmol/L的基础上略作改动进行不同浓度硝铵配比的营养液处理，每组处理设置3次重复；在辣椒的水培过程中每4 d更换1次营养液，每天调节营养液pH值(6.00±0.20)，增氧泵间歇通气，每隔1 h通气0.5 h时；处理2周后取样，用于各项指标的测定。其中试验处理按以下硝铵浓度比进行营养液处理：T1为硝态氮浓度 ∶铵态氮浓度(100 ∶0)=9.84 mmol/L ∶0.00 mmol/L；T2为硝态氮浓度 ∶铵态氮浓度(75 ∶25)=7.38 mmol/L ∶2.46 mmol/L；T3为硝态氮浓度 ∶铵态氮浓度(50 ∶50)=4.92 mmol/L ∶4.92 mmol/L；T4为硝态氮浓度 ∶铵态氮浓度(25 ∶75)=2.46 mmol/L ∶7.38 mmol/L。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 生物量测定 将选取的植株幼苗充分洗净并吸干表面水分，将样品装入纸袋并做好标记，于烘箱中105 ℃杀青15 min，75 ℃烘至恒质量后分别测其干质量。每个处理3次重复。

1.2.2 生理指标测定 叶绿素含量采用乙醇提取法[17]测定；硝态氮含量采用水杨酸-硫酸比色法[18]测定；MDA含量用硫代巴比妥酸法[19]测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[20]测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[20]测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸光光度法[20]测定。每个处理3次重复。

1.2.3 光合参数的测定 采用美国LI-6400便携式光合仪，于09：00—11：00进行光合参数测定。当净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的值稳定时采集数据，并计算水分利用效率(WUE)=Pn/Tr、气孔限制值(Ls)=1-Ci/Ca，每个处理3次重复。

1.2.4 矿质元素含量的测定 称取0.2 g辣椒叶片与根系干样，采用H2SO4-H2O2进行消煮，采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰分光光度法分别测定辣椒植株体内大量元素(氮、磷、钾、钙、镁)与微量元素(铁、锰、锌)含量。每个处理3次重复。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 21.0统计软件进行方差分析，用Duncan’s新复极差法进行多重比较(α=0.05)，用Microsoft Excel 2019与GraphPad Prism 8对数据作图，图中数据均为平均值±标准误差。

2 结果与分析

2.1 氮素形态不同配比对辣椒幼苗生物量的影响

2.2 氮素形态不同配比对辣椒幼苗叶绿素含量的影响

表1 不同硝铵比对辣椒叶绿素含量的影响

2.3 氮素形态不同配比对辣椒幼苗光合参数的影响

2.4 氮素形态不同配比对辣椒幼苗硝态氮含量的影响

2.5 不同硝铵比对辣椒幼苗丙二醛含量的影响

2.6 氮素形态不同配比对辣椒幼苗抗氧化酶活性的影响

2.7 氮素形态不同配比对辣椒幼苗矿质元素含量的影响

表2 不同硝铵比对辣椒幼苗的抗氧化酶活性的影响

表3 不同硝酸比对辣椒幼苗矿质元素含量的影响

2.8 氮素形态不同配比对辣椒幼苗生长及生理指标影响的综合评价

以生长指标为鉴定指标对不同硝铵配比水培的辣椒幼苗进行隶属函数分析。由表4可知，辣椒生长状况平均隶属函数值表现为T3>T2>T1>T4，由此可见，辣椒幼苗生长状况随着营养液中铵态氮含量增加呈现先升高后降低的趋势，其中T3处理辣椒幼苗的生长状况最佳。以生理指标为鉴定指标对不同硝铵配比辣椒幼苗进行隶属函数分析。由表5可知，辣椒生理指标的平均隶属函数值表现为T3>T2>T4>T1。综上所述，以生长及生理指标为评价指标的平均隶属函数值对各处理进行综合评价可知，T3处理时辣椒幼苗的生长发育及生理状况最佳(表6)。

3 讨论与结论

表4 不同硝铵比对辣椒幼苗生长指标影响的综合评价

表5 不同硝铵比对辣椒幼苗生理指标影响的综合评价

表6 不同硝铵比对辣椒幼苗影响的综合评价

叶绿素是绿色植物叶绿体中的主要色素，其含量是影响植株光合速率与产物积累的关键因素之一[27]。硝态氮与铵态氮在植物的叶绿素合成及光合作用过程中都起到非常重要的作用[28]。氮素是叶绿素分子的重要构成要素，植物吸收的氮约有50%被分配到光合器官中用来合成叶绿素a和叶绿素b等叶绿素分子[29]。本试验结果表明，合理范围内增施铵态氮肥，辣椒幼苗的光合色素含量和净光合速率均显著提高，有研究指出，铵硝等量供应时植物能够积累较多的叶绿素[30-31]，因为适量增铵不仅会改善根际土壤pH值，促进植物根系对金属阳离子的吸收，还会提高5-氨基乙酰丙酸的含量，促进光合色素合成，同时适量增铵可以促进叶片生长，增大叶面积提高植株光能捕捉能力，提高叶片气孔导度，促进植株与外界进行气体交换，提高植株光合效率[32]。胡海非等研究发现，油麦菜硝态氮处理对于叶绿素相对含量与叶绿素荧光参数的影响明显高于铵态氮处理[33]。本研究同样发现，当营养液中硝态氮含量较高时辣椒叶片中叶绿素含量与光合参数显著高于铵态氮含量高的状态，而这一现象则与植株对2种形态氮素的吸收与代谢方式不同相关，研究发现，硝态氮以主动吸收为主，除植物生长所需的氮素外，过量的硝态氮进入生物膜并储存于植物液泡中，促进植株体内的离子平衡与光合同化物积累，同时也不会对植株体内其他的生理代谢活动产生不良影响；而铵态氮以被动吸收为主，扩散进入生物膜并破坏膜结构，减弱氧化磷酸化反应，使光合磷酸化和非光合磷酸化解偶联，导致生成的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)数量减少，从而抑制CO2对碳的固定，降低植物的光合速率[2，34-35]。当营养液中铵硝比大于1时，辣椒叶片中叶绿素含量及光合速率降低，该结果与张国斌等的研究结果[17]一致。植株根际环境中铵态氮含量过高，会导致铵离子在植株体内聚集，破坏类囊体结构，导致叶片中类囊体系统松散，类囊体聚集程度变低，阻碍质子与碳水化合物形成，进而阻碍光合色素的形成与光合进程[36]。

综上所述，适量硝铵配比可以促进辣椒叶绿素合成，提高叶片光合同化能力，促进辣椒幼苗的干物质积累，另外，适量的硝铵配比能够显著提高植株抗氧化酶活性，降低膜脂过氧化，提高植株抗性，从而促进植株生长发育。其中当硝铵比为50 ∶50时，对辣椒幼苗的促进作用最为显著。