不同氮素形態(tài)對枳橙幼苗生長特性的影響

孫敏紅　盧曉鵬　李靜　熊江　謝深喜

摘要：采用水培方法研究了不同形態(tài)氮素配比對枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf]幼苗生長特性的影響。結果表明，不同氮素形態(tài)配比營養(yǎng)液對枳橙幼苗的生長均有一定的促進作用，其中混合態(tài)氮素對植株地上部形態(tài)特征的影響好于單一態(tài)氮素，NO3-∶NH4+=5∶5處理更利于株高、莖粗和葉片數(shù)的增加；其次是NO3-∶NH4+=7∶3處理；單一態(tài)氮素形態(tài)處理中，全硝培養(yǎng)好于全銨培養(yǎng)。NO3-∶NH4+=5∶5處理促進了地下部主根的伸長和側根的增加，卻對主根粗度無明顯影響。全銨培養(yǎng)對幼苗地上部和地下部生長均有抑制作用，甚至是毒害作用。不同氮素形態(tài)配比對枳橙幼苗葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量的影響趨勢基本一致，混合態(tài)氮素對葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的促進好于單一態(tài)氮素，且當處理為NO3-∶NH4+=5∶5時葉綠素含量持續(xù)增加，并且更利于其積累；而全銨處理則不利于葉綠素的增加與積累。

關鍵詞：枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf]；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；葉綠素；形態(tài)

中圖分類號：S666.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：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，且在光合反應中吸收光能的主要色素為葉綠素。因此，葉片中葉綠素含量的高低是反映植物葉片光合能力大小的一個重要指標。而栽培環(huán)境中營養(yǎng)的供應直接關系著植物葉片的光合功能強弱，其中氮素營養(yǎng)是最主要的營養(yǎng)元素之一[1]。因此，研究植株生長中對氮素形態(tài)的響應，對進一步豐富植物營養(yǎng)理論、推動農林生產的可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要意義。

硝態(tài)氮（NO3-）和銨態(tài)氮（NH4+）是植物吸收和利用的2種主要的無機氮素形態(tài)。與單一氮源相比，大多數(shù)旱地作物在2種氮素營養(yǎng)共存條件下生長會更好，且氮素利用率也提高[2]。柑橘是世界上主要的水果類型，而枳橙[Citrus. sinensis（L.）Osb×Poncirus trifoliate（L.）Raf] 是柑橘的砧木。它是枳與甜橙的雜交種，因具有抗柑橘衰退病等特性而被大力推廣應用。掌握枳橙的氮素需求量，以及施用氮素的有效性，運用科學合理的調控措施，改善作物光合特性，實現(xiàn)高產優(yōu)質高效是柑橘生產上的研究重點。試驗以枳橙為材料，研究不同形態(tài)氮素配比營養(yǎng)液的培養(yǎng)條件下，枳橙幼苗的生長特征及對光合色素含量的影響，以期進一步探討枳橙對氮素的吸收利用機理，為生產上提高氮素利用效率和科學施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子處理

試驗于2013年2～10月在中南林業(yè)科技大學林學院園藝實驗室及人工氣候室內進行，選用枳橙種子作為試材，經5%NaClO和75%乙醇處理后，在墊有紗布的催芽盤中進行恒溫催芽，露白后播于滅菌的蛭石中。待幼苗長到5～7片新葉時，選取長勢相似的植株種于Hoagland營養(yǎng)液水培槽中，進行適應處理2周，然后進行不同配方的處理。

1.2 營養(yǎng)液配方

試驗設置的各個處理都在Hoagland配方的基礎上進行調節(jié)，營養(yǎng)液中總氮的含量為15 mmol/L，根據(jù)不同硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度共設5個處理，分別是處理1（NO3-∶NH4+=10∶0）、處理2（NO3-∶NH4+=7∶3）、處理3（NO3-∶NH4+=5∶5）、處理4（NO3-∶NH4+=3∶7）、處理5（NO3-∶NH4+=0∶10）。所有處理營養(yǎng)液中均添加硝化抑制劑雙氰胺（C2H4N4）7 μmmol/L以抑制硝化作用；營養(yǎng)液pH保持在6.0左右。每10 d左右更換一次營養(yǎng)液，分別取培養(yǎng)0、20、40、60、80 d的枳橙幼苗待用。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株形態(tài)指標的測定 取不同營養(yǎng)液培養(yǎng)、不同培養(yǎng)時間的枳橙幼苗測定植株的形態(tài)指標。莖粗、主根粗測定用游標卡尺，株高、主根長測定用直尺，統(tǒng)計每株的葉片數(shù)、側根數(shù)。每個處理3次重復，每個重復取5株。

1.3.2 葉綠素含量的測定 葉綠素含量測定參照李合生[3]的方法。取不同處理培養(yǎng)了0、20、40、60、80 d的枳橙幼苗葉片0.2 g，清洗干凈并吸干水分后，加入2～3 mL的95%乙醇，與石英砂一同研磨，至勻漿后過濾（用95%的乙醇洗研缽和殘渣，合并濾液）到25 mL棕色容量瓶中，用95%的乙醇定容搖勻。稀釋10倍后，分別在665、649、470 nm波長下測定吸光值。每個處理3次重復。葉綠素含量（mg/g）計算公式如下：

葉綠素a=13.95×A665 nm-6.88×A649 nm；

葉綠素b=24.96×A649 nm-7.32×A665 nm；

葉綠素總量=葉綠素a+葉綠素b。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗所得數(shù)據(jù)分別采用Microsoft Office Excel 2007和SPSS16.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)對枳橙幼苗地上部生長的影響

2.1.1 對枳橙幼苗株高生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地上部株高生長的影響情況見圖1。從圖1可見，5個處理對枳橙幼苗株高的影響為逐漸增加的趨勢，各處理在80 d時達到試驗期的最大值。從株高增長的幅度可以看出，促進枳橙幼苗植株株高生長的處理排序為處理3、處理2、處理4、處理1、處理5；在80 d時，處理3（NO3-∶NH4+=5∶5）培養(yǎng)的幼苗株高為45.5 cm，明顯高于其他4個處理，其他處理之間差異不明顯。說明NO3-∶NH4+=5∶5處理株高的增幅最大，而全銨處理（處理5）的植株株高增幅最小，這可能是全銨處理帶來一定的毒害作用所致。

2.1.2 對枳橙幼苗莖粗生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地上部莖粗生長的影響情況見圖2。從圖2可見，5個處理對枳橙幼苗的莖粗均有明顯影響，各處理在80 d時達到試驗期的最大值。從枳橙莖粗增長的幅度可以看出，促進枳橙幼苗植株莖粗生長的處理依次排序為處理3、處理2、處理1、處理4、處理5；在80 d時，全銨（處理5）營養(yǎng)培養(yǎng)的幼苗莖粗明顯低于其他4個處理，而其他處理的莖粗則無明顯差異，這說明全銨處理不利于枳橙幼苗莖粗的生長，反映出混合態(tài)氮素營養(yǎng)對枳橙莖粗的促進效果好于單一態(tài)氮素。

2.1.3 對枳橙幼苗葉片生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地上部葉片生長的影響情況見圖3。從圖3可見，5個處理對枳橙幼苗的葉片數(shù)均有明顯影響，從枳橙幼苗葉片數(shù)增長的幅度可以看出，促進枳橙幼苗葉片數(shù)生長的處理依次排序為處理3和處理2、處理1和處理4以及處理5。在80 d時，處理2和處理3的葉片數(shù)增加到13片/株，明顯多于其他處理，其他處理的葉片數(shù)均為10片/株。由此可知，NO3-∶NH4+=7∶3處理和NO3-∶NH4+=5∶5處理對枳橙幼苗葉片數(shù)的促進作用高于其他處理。

2.2 不同氮素形態(tài)對枳橙幼苗地下部生長的影響

2.2.1 對枳橙幼苗主根長度生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地下部主根長度生長的影響情況見圖4。從圖4可見，5個處理培養(yǎng)的枳橙幼苗隨著培養(yǎng)時間的延長，除了全硝處理（處理1）外，其他4個處理培養(yǎng)的幼苗主根長度均呈增加趨勢，在80 d時，達到試驗期的最大值，其中處理3和處理4的主根長度明顯大于其他處理，其次是處理2，而全硝與全銨處理的主根長度則明顯低于其他處理。試驗中，全硝處理培養(yǎng)的幼苗主根長度隨著培養(yǎng)時間的延長則表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，可能與長時間在高濃度的硝態(tài)氮中生長帶來一定的毒害作用、致使主根生長減緩所致。由此看來，混合態(tài)氮素培養(yǎng)比單一態(tài)氮素培養(yǎng)更能促進幼苗主根的伸長，而混合態(tài)氮素中NO3-∶NH4+=5∶5處理更利于主根的伸長。

2.2.2 對枳橙幼苗主根粗度生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地下部主根粗度生長的影響情況見圖5。從圖5可見，5個處理培養(yǎng)的枳橙幼苗隨著培養(yǎng)時間的延長主根粗度均呈現(xiàn)增加趨勢，在80 d時達到試驗期的最大值，其中處理2與處理1均明顯大于其他處理，其次是處理3與處理4，全銨處理的主根粗則低于其他4個處理。由此可見，全銨處理不利于枳橙幼苗主根的增粗，而高濃度的硝態(tài)氮含量有利于主根的增粗。

2.2.3 對枳橙幼苗側根生長的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗地下部側根數(shù)生長的影響情況見圖6。從圖6可見，5個處理培養(yǎng)的枳橙幼苗隨著培養(yǎng)時間的延長，處理2、處理3與處理4的側根數(shù)均呈現(xiàn)增加的變化趨勢，均在80 d時達到試驗期的最大值，其中處理2與處理3大大多于其他處理，其他3個處理的側根數(shù)差異不大。試驗中處理1在培養(yǎng)期間出現(xiàn)了側根數(shù)先增加后降低的變化趨勢，這可能與長時間的全硝環(huán)境帶來的毒害有關。由此可知，混合態(tài)氮素培養(yǎng)比單一態(tài)氮素更利于側根的形成，且混合態(tài)氮素中NO3-∶NH4+=7∶3處理與NO3-∶NH4+=5∶5處理更利于枳橙幼苗側根的生長。

2.3 不同氮素形態(tài)對枳橙幼苗光合色素含量的影響

2.3.1 對枳橙幼苗葉綠素a含量的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗葉綠素a含量的影響情況見圖7。從圖7可見，隨著培養(yǎng)時間的延長，5個處理的枳橙幼苗葉綠素a含量均呈現(xiàn)不同的增加趨勢。其中處理1、處理2和處理3的葉綠素a含量均持續(xù)增加；而處理4、處理5則表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢。在80 d時，葉綠素a含量是處理3最高，其次是處理1和處理4，處理2和處理5的葉綠素a含量則增幅最小。說明混合態(tài)氮素比單一態(tài)氮素更利于葉綠素a的合成與積累，其中當硝態(tài)氮比例為50%時，葉綠素a含量持續(xù)增加且更利于積累；處理4在前期也可以獲得較高含量的葉綠素a，但后期下降迅速，說明此時葉綠素的分解速度大于合成速度，反映出此時的培養(yǎng)條件出現(xiàn)了不利因素，這可能與銨根離子濃度過高有關。單一態(tài)氮素中，全硝處理比全銨處理更容易增加葉綠素a的含量。

2.3.2 對枳橙幼苗葉綠素b含量的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗葉綠素b含量的影響情況見圖8。從圖8可見，隨著培養(yǎng)時間的延長，5個處理的枳橙幼苗葉綠素b含量均呈現(xiàn)不同的增加趨勢。其中處理1、處理2和處理3的葉綠素b含量隨著培養(yǎng)時間的延長呈持續(xù)增加的變化趨勢；而處理4、處理5則表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，在60 d時均達到峰值，后期迅速下降。在80 d時，處理3的葉綠素b增加最多，其次是處理4，處理1與處理2的增加幅度差不多，全銨處理的葉綠素b含量則增幅最小。說明混合態(tài)氮素中當NO3-∶NH4+=5∶5時葉綠素b含量持續(xù)增加，且更利于其積累；處理4在培養(yǎng)期內前60 d仍然獲得了較高的葉綠素b含量，但后期下降迅速，說明其分解速度過快，不利于葉綠素b的積累；而NO3-∶NH4+=7∶3時葉綠素b含量雖增加但增加趨勢緩慢。將圖7與圖8比較，發(fā)現(xiàn)不同氮素形態(tài)配比處理的枳橙幼苗在試驗期內，葉綠素a含量總是高于葉綠素b含量，而且二者變化的趨勢是相同的。

2.3.3 對枳橙幼苗葉綠素總量的影響 不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗葉綠素總量的影響情況見圖9。從圖9可見，隨著培養(yǎng)時間的延長，5個處理的枳橙幼苗葉綠素總量均呈現(xiàn)不同的增長趨勢，與葉綠素a和葉綠素b含量的變化趨勢相同。其中處理1、處理2和處理3的幼苗葉綠素總量隨著培養(yǎng)時間的延長呈持續(xù)增加的變化趨勢；而處理4、處理5則表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，在60 d時2個處理都達到峰值，后期迅速下降。80 d時，葉綠素總量的高低處理依次排序為處理3、處理1、處理4、處理2、處理5。說明處理3（NO3-∶NH4+=5∶5）對幼苗葉綠素總量的促進作用明顯大于其他處理，全銨處理則效果最差。反映出同一氮素水平下葉綠素含量以銨硝混合處理的營養(yǎng)較好，純硝處理次之，純銨處理最低。混合處理中又以處理3的葉綠素總量最高，處理4在前期葉綠素總量雖有增加，但后期下降過快，不利于葉綠素的積累，處理2則表現(xiàn)為葉綠素含量持續(xù)緩慢增加。

3 小結與討論

3.1 不同氮素形態(tài)配比對枳橙幼苗地上部生長的影響

試驗中，不同氮素形態(tài)配比營養(yǎng)液對枳橙幼苗的株高、莖粗及葉片數(shù)均有明顯的增加作用。其中混合態(tài)氮素的施用比單一態(tài)氮素更利于幼苗地上部的生長，而混合態(tài)氮素中銨硝比例為5∶5的效果最好，其次是3∶7；單一態(tài)氮素中全硝培養(yǎng)要好于全銨培養(yǎng)。這與在紅松幼苗[4]、紐荷爾臍橙[5]和桑樹幼苗[6]上試驗的結果一致。試驗中全銨培養(yǎng)的幼苗地上部形態(tài)指標雖有所增加，但增幅是所有處理中最小的，這可能與高濃度的銨離子帶來的毒害作用有關，并且最先影響根系的正常生長，從而影響地上部的生長。

3.2 不同氮素形態(tài)配比對枳橙幼苗地下部生長的影響

有研究[7，8]表明，單一銨態(tài)氮能使植物根系變短，不利于側根增加；而硝態(tài)氮可使根系伸長，側根增多，這與本試驗結果相吻合。

在試驗中，充足的NH4+營養(yǎng)使枳橙幼苗在培養(yǎng)初期時對地上部生長及根系生長就產生一定的促進作用；但隨著培養(yǎng)時間的延長，全銨處理開始抑制根系的生長，并對根系帶來毒害作用。這可能是培養(yǎng)的早期幼苗體內有一定的氮素營養(yǎng)平衡因素、但后期植物體內的營養(yǎng)平衡因素被破壞所致；還有可能是因為高銨濃度或全銨培養(yǎng)使植物根系向外釋放H+，而H+過度釋放造成根際酸化，對根系產生毒害作用，致使根系形態(tài)發(fā)生變化，比如根系變短，并呈現(xiàn)暗棕色等癥狀[9]。這些現(xiàn)象在試驗中均有出現(xiàn)，相對于全銨培養(yǎng)帶來的毒害作用，全硝培養(yǎng)也會隨著培養(yǎng)時間的延長對幼苗的根系產生一定的影響，主要表現(xiàn)在根系后期生長停滯，這一現(xiàn)象在翠菊[10]上已有發(fā)現(xiàn)。這與全硝處理的幼苗根系分泌OH-離子、導致營養(yǎng)液pH上升有關。不過單一供應一定濃度的NO3-使根系聚集在養(yǎng)分富集區(qū)域，提高了根系吸收養(yǎng)分的能力，因而能夠提高養(yǎng)分利用效率所致，也有可能與充足的氮素供應能夠增加植物對磷素的吸收和利用有關，個中原因還有待進一步論證。

3.3 不同氮素形態(tài)配比對枳橙幼苗光合色素含量的影響

植物生長代謝、進行光合作用和同化物質的基礎之一是葉綠素，在一定程度上，光合作用的強度與葉綠素含量呈正相關關系。因此，可以將葉綠素含量作為評價葉片光合能力的重要指標之一[11]。而氮素是葉綠素和蛋白質構造的最基本元素，供應充分能保證葉綠體形成和累積，提高葉綠素含量。NO3-和NH4+是高等植物2種主要的無機氮素吸收形態(tài)，同時植物葉片中大約75%的氮素存在于葉綠體中[12]。研究[13]表明，氮素營養(yǎng)對作物葉片光合色素的合成具有顯著的調控作用。因此氮素水平及氮素形態(tài)對葉綠素含量的影響歷來受到學術界的關注。已有研究證明硝態(tài)氮和銨態(tài)氮混合使用效果最明顯，但具體氮素形態(tài)比例則因農作物而異。許多研究表明，無論是盆栽或是水培試驗，混合態(tài)氮素均利于小麥[14-16]的葉綠素含量增加，表現(xiàn)為混合態(tài)氮>硝態(tài)氮>銨態(tài)氮。在烤煙[17]、水稻[18]、蘋果砧木幼苗[19]、越橘[20]等作物的研究上都與本試驗的研究結果相似。此外，銨態(tài)氮營養(yǎng)對葉綠素的增加影響最小，可能是因為持續(xù)單一的NH4+-N營養(yǎng)導致的植株毒害是引起光合速率下降與植株生長減弱的重要原因之一。但也有學者對不同小麥品種進行不同形態(tài)氮素水培時研究發(fā)現(xiàn)，混合態(tài)氮雖可顯著提高小麥的葉綠素含量，但單一態(tài)氮素營養(yǎng)中則是銨態(tài)氮好于硝態(tài)氮[21]。這同樣在金脈單藥花[22]、棉花[23]等試驗上得到了證實，全銨培養(yǎng)的葉綠素含量高于全硝培養(yǎng)，這可能是過多的NO3--N被吸收后使溶液pH升高、導致Fe和其他微量元素供應不足、最終使葉綠素含量降低的原因之一。

不適宜的銨硝配比造成葉綠素下降或是增長緩慢的原因可能是多方面的。一方面是氣孔受限的結果，不當?shù)奶幚硎沟弥仓牦w內氮素濃度較高，細胞液滲透壓降低，迫使植株在較低的氣孔導度下生長[24]；另一方面是由于過量的氮素導致植株體內營養(yǎng)失衡，抑制了Rubisco蛋白合成，以及過量的NH4+-N比例可能產生的毒害效應，一定程度上降低了光合作用能力。在小麥上[25]的研究表明，葉綠素a含量總是高于葉綠素b，且氮素形態(tài)主要影響葉綠素b的含量，從而影響葉綠素總含量，這與本試驗的研究結果相類似。而在水稻上的研究[26]表明，隨著N03--N比例的提高，葉綠素a的含量呈上升趨勢，而葉綠素總量的變化稍復雜。

試驗揭示了不同氮素形態(tài)配比處理對枳橙幼苗生長特性的差異及光合特性的影響，這為后續(xù)研究柑橘氮素吸收代謝機理研究提供了一定的理論依據(jù)。

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