氮素水平對狗牙根光合生理及飼用品質的影響

王宏力，張寅坤，趙春程，張 婷，傅金民，徐 筱

（魯東大學濱海耐鹽草業工程技術中心，山東 煙臺 264025）

狗牙根(Cynodon dactylon)是禾本科(Poaceae)、狗牙根屬(Cynodon)多年生草本植物，是一類常見的暖季型草，在我國南方地區及過渡帶地區被廣泛應用[1]。飼用狗牙根侵入性強、耐熱耐旱、耐踐踏，植株生長整齊，遺傳性狀穩定，草質柔嫩、適口性好、富含蛋白質等優點，已成為溫暖地區飼喂草食家畜的首選，深受種草養殖戶的喜愛，發展前景良好。

施肥是草地管理的重要手段，適量施肥有利于提高牧草的產量和飼用品質。氮肥是牧草產量的一個重要因子，是生產優質高產牧草非常重要的肥料。施氮能增加植株的長勢、增大葉片[2]。氮素是葉綠素合成的主要成分之一，施加氮素能促進葉綠素的合成[3]，增強葉片的凈光合速率；施氮不足或過量，都會降低植物的光合特性[4]。如果氮肥施用不足，草坪草生長緩慢，光合作用下降[5]；氮肥施用過多，雖然短期內能夠使草坪維持較好的密度，但長此以往會加劇土壤質量惡化，導致植物營養生長過剩，最終降低植物產量和品質[1]。總之，氮素對植物生命活動有極其重要的作用；氮肥影響著牧草的積累量和營養價值[6]，對牧草品質的高低起著十分重要的作用。

不同牧草對氮素的需求不同，過少或過多施氮都不利于牧草的生長及品質的改善。目前，國內外已有關于氮素對牧草生理或品質影響的報道，主要集中于王草(Pennisetum purpureum × P. typhoideum)[7]、羊草(Leymus chiueusis)[8]、紫花苜蓿(Medicago sativa)[9]、黑麥草(Lolium perenne)[10]等品種；也有關于狗牙根施肥方面的研究報道，其主要集中于狗牙根‘Tifton85’[4,11]和‘Tifway’[12]等品種，其研究主要集中于光合作用[13]、營養價值[6]或品質[14]，還沒有關于氮素對飼用狗牙根‘Wrangler’光合生理及品質影響的研究，飼用狗牙根‘Wrangler’的氮肥施用的適量標準至今還未見報道。為此，通過研究不同氮素水平對飼用狗牙根‘Wrangler’的光合生理及牧草品質的影響，旨在確定其生長、光合及品質最優時的施氮量，從而提高飼用狗牙根的產量和營養價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

飼用狗牙根‘Wrangler’于2018 年7 月采集于魯東大學濱海耐鹽草業工程技術中心基地，位于121°21′ E，37°31′ N，海拔110 m，年均氣溫13.4 ℃，年均降水量524.9 mm，屬于典型的暖溫帶大陸性季風氣候。采集生長狀況一致的材料洗去泥土，裝入盛有580 mL 1/2 Hogland 營養液的錐形瓶進行預培養，錐形瓶規格為直徑10 cm、深20 cm。

1.2 試驗設計

試驗采用營養液水培法，選用直徑10 cm、深20 cm的錐形瓶，每個錐形瓶中裝入580 mL 的營養液進行培養。培養過程中每2 d 更換一次營養液，營養液采用略修改的氮素處理[15]配方配置，具體配方如下：0.2 mmol·L-1KH2PO4，1 mmol·L-1MgSO4，1.5 mmol·L-1KCL，2.5 mmol·L-1CaCl2，1 × 10?3mmol·L-1H3BO3，5 ×10?5mmol·L-1(NH4)6Mo7O24，5 × 10?4mmol·L-1CuSO4，1 × 10?3mmol·L-1ZnSO4，1 × 10?3mmol·L-1MnSO4，0.1 mmol·L-1Fe(Ⅲ)-EDTA。試驗設 置3 個 不同的施氮水平，每個處理4 個重復，所用試劑是NH4NO3，氮素濃度分別為2、5、10 mmol·L-1，分別用N1、N2、N3表示，若不施加氮肥，狗牙根無法正常生長，因此，本試驗不做不施加氮肥對照。整個培養過程在魯東大學濱海耐鹽草業工程技術中心基地溫室中進行培養，溫室溫度為白天(30 ± 5) ℃、晚上(20 ± 5) ℃。

1.3 指標測定及方法

處理前，將植株剪成相同的高度，以便觀察氮素對植株生長的影響。處理15 d 后，進行草坪質量評分，隨后測量株高、葉綠素含量和葉綠素熒光曲線。采用九分制法[16]對狗牙根的生長狀況進行評價；利用直尺測量狗牙根的株高；用紫外分光光度計(美析UV-1700，上海)采用二甲亞砜萃取、紫外分光光度法測量并計算狗牙根的葉綠素含量[17]；使用便攜式調制葉綠素熒光儀(WALZ/PAM-2500，德國)，于上午10：00 ? 11：30 選擇頂端第2 ? 3 片葉片，暗適應30 min 后，使用葉片夾夾住葉片，將分析探頭置于葉夾上，打開葉夾遮光片，打開調制熒光儀脈沖飽和紅光[3 000 μmol·(m2·s)?1]，測量獲得葉綠素熒光誘導動力學曲線(O-J-I-P 曲線)及相關參數[18]，每個處理測定3 個重復。

剩余材料在105 ℃條件下殺青30 min，75 ℃烘干后用于測定含氮量、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和粗灰分含量。用全自動凱氏定氮儀(海能K9860，濟南)采用凱氏定氮法[19]測含氮量及粗蛋白含量；用自動脂肪測定儀(海能SOX406，濟南)采用熱浸提-油重法[20]測粗脂肪含量；用粗纖維測定儀(海能F800，濟南)和馬弗爐(科晶KSL-1200X，合肥)采用酸堿洗滌法[21]測粗纖維含量；用馬弗爐(科晶KSL-1200X，合肥)采用580 ℃ 3 h 法[22]測粗灰分含量。

1.4 數據分析

用Origin 9.0 軟件作葉綠素熒光誘導動力學曲線，用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 軟 件 對 株高、葉綠素含量、葉綠素熒光參數、含氮量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纖維含量和粗灰分含量進行數據處理、分析和作柱形圖，各處理差異顯著性用單因素方差分析(One-way ANOVA) (P ＜ 0.05)。

2 結果與分析

2.1 施氮對狗牙根生長的影響

不同施氮條件下狗牙根的生長狀況明顯不同，施加N2和N3植株的長勢明顯好于施加N1的植株(圖1A)。施加N1的植株評分為6 分，而施加N2和N3的植株的色澤評分為8 分。隨著氮濃度的增加，施加N2和N3比施加N1處理條件下狗牙根的株高顯著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之間并無顯著差異(P ＞ 0.05) (圖1B)。

2.2 施氮對狗牙根葉綠素含量的影響

圖1 不同施氮水平對狗牙根生長及株高的影響Figure 1 Effects of different nitrogen concentrations on the growth and height of bermudagrass

施加氮素對狗牙根葉綠素含量影響顯著(P ＜0.05) (圖2)。隨著氮濃度的增加，施加N2和N3時狗牙根的葉綠素含量比施加N1時顯著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之間葉綠素含量并無顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖2 不同施氮水平對狗牙根葉片葉綠素含量的影響Figure 2 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll content of bermudagrass

2.3 施氮對狗牙根光合性能及葉綠素熒光參數的影響

從葉綠素熒光誘導動力學曲線(OJIP 曲線)可以看出，不同氮素處理的曲線在O 點和J 點處的熒光強度差異不大，在I 點、P 點開始出現明顯差異。N3條件下的I 點和P 點的熒光強度明顯高于N1。在不同氮濃度處理條件下，狗牙根的最大熒光強度表現為N3＞ N2＞ N1(圖3A)。

圖3 不同施氮水平對狗牙根葉綠素熒光誘導動力學曲線及葉綠素熒光參數的影響Figure 3 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll fluorescence transients (OJIP curve) andchlorophyll fluorescence parameters of bermudagrass

PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)反映了PSⅡ反應中心內光能轉換效率，Fv/Fm隨著氮濃度的增加而增加，N3、N2與N1處理之間差異顯著(P ＜ 0.05)，N3與N2處理之間沒有顯著差異(P ＞ 0.05)，但在N3處理條件下Fv/Fm值略高(圖3B)。光合性能指數反映了植物光合機構的狀態，以吸收光能為基礎的性能指數(PIABS)隨氮濃度的增加而增加，但未達到顯著水平(圖3C)；以單位面積為基礎的性能指數(PICS)隨氮濃度的增加而增加，N3與N1處理相比顯著提高(P ＜ 0.05) (圖3D)。

2.4 施氮對狗牙根含氮量的影響

隨著氮濃度的增加，狗牙根葉片的含氮量也逐漸增加(圖4)。N1與N2、N2與N3處理之間含氮量有差異但不顯著(P ＞ 0.05)，但施加N3與N1處理的狗牙根含氮量差異顯著(P ＜ 0.05)。隨著氮濃度的升高，狗牙根含氮量在N3水平下達到最高。

圖4 不同施氮水平對狗牙根含氮量的影響Figure 4 Effects of different nitrogen levels on the nitrogen content of bermudagrass

2.5 施氮對狗牙根牧草品質的影響

隨著氮濃度的升高，粗蛋白含量呈增加趨勢，N3與N2、N1處理相比顯著升高(P ＜ 0.05)，N2與N1處理之間沒有顯著差異(P ＞ 0.05)，在N3處理條件下粗蛋白含量達到最高(圖5A)。狗牙根中粗脂肪的含量很少(圖5B)，N1、N2與N3處理之間的粗脂肪含量并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。隨著氮濃度的升高，狗牙根的粗纖維含量呈增加趨勢(圖5C)。N2、N3與N1相比粗纖維含量顯著升高(P ＜ 0.05)，而N3與N2之間并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。隨著氮濃度的升高，粗灰分含量呈降低趨勢(圖5D)。N2、N3與N1相比粗灰分含量顯著降低(P ＜ 0.05)，N2與N3之間粗灰分含量并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖5 不同施氮水平對狗牙根粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分含量的影響Figure 5 Effects of different nitrogen levels on crude protein, crude fat, crude fiber, and ash content of bermudagrass

3 討論

3.1 施氮對狗牙根農藝性狀的影響

氮素是植體有機物合成過程的重要元素，與植物的生長發育密切相關，其含量的多少直接影響著植物的生長狀況。施氮可以使植物長勢更好，提高外觀質量[23]。當施氮量少于植物正常生長需求時，植株生長減緩，葉面積減少，光合作用能力降低[13]，容易導致植物生長不良；施氮量高于植物正常需求時，導致植株營養生長過剩，降低植物整體性能。李志輝等[1]研究了不同氮素施用量對“邯鄲”狗牙根草坪質量的影響，發現施氮可以改善狗牙根草坪的色澤，使葉片更加濃綠，改善草坪草的生長狀況。Guertal 和Hicks[12]研究不同氮源和施氮比率對‘TifSport’和‘Tifway’雜交狗牙根草坪建植的影響時，發現增加施氮量能夠增加狗牙根的枝條密度，長勢更好。本研究結果與此一致，施加N2、N3使狗牙根‘Wrangler’葉片色澤更加濃綠，長勢更好，說明施氮可以改善狗牙根的葉片色澤，促進其生長。

3.2 施氮對狗牙根光合生理特性的影響

氮素也是葉綠素合成過程的重要元素，與植物的光合作用密切相關。施氮有利于提高葉片的葉綠素含量，增強植物的光合作用能力[24]，然而過低或過量施氮都會影響葉綠素的合成，進而影響植物的光合作用[7]。張元帥等[25]研究了施氮對冬小麥(Triticum aestivum)旗葉葉綠素含量的影響，發現施氮能顯著提高冬小麥旗葉葉綠素的含量。本研究結果也表明，施加N2、N3顯著促進了狗牙根葉片葉綠素的合成(P ＜ 0.05)。

氮素通過影響葉綠素的合成，進一步影響植物的光合性能。OJIP 曲線反映了植物的光合性能強弱，通過OJIP 曲線可以看出氮素對植物光合性能的影響。黃琴琴等[26]研究了水氮耦合對葡萄(Vitis vinifera)葉片快速熒光誘導動力學特性的影響，發現隨著施氮量的增加，不同氮素處理的曲線在O、J、I、P 四點的差異逐漸增大，施氮提高了熒光值。施氮也有利于提高植物的PSⅡ最大光化學效率，減弱光抑制，增加凈光合速率[24]。李丹丹等[4]、魏永濤等[27]分別研究了施氮對‘Tifton 85’狗牙根、烤煙(Nicotiana tabacum)光合特性的影響，發現在一定氮濃度范圍內，‘Tifton 85’狗牙根和烤煙的PSⅡ最大光化學效率均隨著氮濃度的增加而增加。光合性能指數反映了外界條件對光合機構的影響，其主要包括PIABS和PICS，體現了PSⅡ的整體性能[28]。王帥等[29]研究了氮肥水平對玉米(Zea mays)灌漿期穗位葉光合功能的影響，發現施氮提高了玉米葉片的PIABS，增強葉片的PSⅡ整體性能。高培軍[30]研究了施氮對毛竹(Phyllostachys heterocycla)光合能力的影響，發現施氮后毛竹葉片的PIABS和PICS均升高。本研究也是如此，隨著時間延長，在不同氮濃度處理下OJIP 曲線表現出逐漸升高，I 點和P 點的熒光強度在N3條件下最高；Fv/Fm、PIABS和PICS均隨著氮濃度的增加而升高，說明施氮可以提高狗牙根的光合性能和PSⅡ反應中心的光能轉化效率，增強葉片PSⅡ光反應的進行。

3.3 施氮對狗牙根含氮量及牧草品質的影響

供給植物的氮素營養增加，植物對氮素的吸收增加，植物的含氮量也相應增加。高麗欣等[31]研究了不同施氮水平對柳枝稷(Panicum virgatum)能源品質的影響，發現柳枝稷的含氮量隨施氮量的增加而增加。本研究結果也表明，隨著施氮量的增加，狗牙根的含氮量也相應增加，在N3水平下狗牙根的含氮量最大。

粗蛋白與植物體內的含氮量密切相關，是評價牧草營養價值和品質參數的關鍵指標，其含量的多少影響著牧草的品質。粗蛋白主要包括蛋白質和一些含氮化合物，對動物的生長發育十分重要，因此，提高牧草的粗蛋白含量，可以有效改善牧草的飼用品質。有研究表明，施氮能夠增加牧草的粗蛋白含量[2]，對牧草的營養價值有很大的影響。李哲和張玉霞[9]研究了不同氮素水平對紫花苜蓿的影響，發現施加氮肥能顯著提高紫花苜蓿的粗蛋白含量。Holland 等[11]研究了施氮對‘Tifton 85’狗牙根營養價值的影響，發現狗牙根的粗蛋白含量隨施氮量的增加而增加，施氮提高了狗牙根的生產力和營養價值。李威等[7]、袁福錦等[32]分別研究了不同氮素水平對王草(Pennisetum purpureum)、俯仰臂形草(Brachiaria decumbens)品質的影響，發現這兩者的粗蛋白含量都隨著施氮量的增加而增加。本研究結果也表明，狗牙根粗蛋白含量隨氮濃度增加而增加，在N3處理水平下粗蛋白含量達到最高，說明施氮能提高狗牙根的粗蛋白含量，提高狗牙根的飼用品質。

粗脂肪中含有一些脂類物質，包括脂肪、維生素等，其含量也是評價牧草營養品質之一。施氮對粗脂肪含量有一定影響，有研究表明，施氮能提高紫花苜蓿[9]、多花黑麥草(Lolium multiflorum)[10]等的粗脂肪含量。董曉兵等[33]研究了施氮對羊草品質的影響，發現施氮能增加羊草的粗脂肪含量，提高牧草品質。本研究結果表明，隨著施氮量的增加，不同氮濃度處理之間的粗脂肪含量沒有顯著差異(P ＞0.05)，但N3比N2處理條件下的粗脂肪含量有升高的趨勢但不顯著，可能是施氮處理時間較短所致。

粗纖維是植物細胞壁的主要組成成分[21]，對植物起一定的支撐作用。粗纖維可以促進動物的腸胃蠕動，在一定程度上能幫助動物消化食物，也是評判牧草營養品質的指標之一。氮肥對牧草的粗纖維含量有一定的影響，有研究表明，施氮能增加虉草(Phalaris arundinacea)[34]、 根 莖 冰 草 (Agropyron michnoi)[35]等的粗纖維含量。本研究結果也表明，施氮能夠增加牧草狗牙根的粗纖維含量。粗纖維對狗牙根也起一定的支撐作用，有利于增強狗牙根匍匐莖的擴展能力，促進狗牙根的生長發育。

粗灰分是植物在高溫灼燒后剩余的殘渣，其含量的多少可以評價飼料原料中營養成分[22]。施氮對粗灰分含量有一定的影響，有研究表明，施氮能夠降低俯仰臂形草[32]、羊草[33]等的粗灰分含量。李韋柳等[36]研究了施加不同氮量對狼尾草(Pennisetum alopecuroides)能源品質的影響，研究表明，施氮能顯著降低狼尾草的粗灰分含量。本研究結果與此一致，說明施氮能夠降低狗牙根的粗灰分含量，提高牧草品質。

4 結論

通過施加不同外源氮素濃度對狗牙根試驗的結果表明，施加氮肥可改善狗牙根的葉片色澤，增加狗牙根的長勢，改善狗牙根的生長狀況；可以增加狗牙根葉片的葉綠素含量，提高葉綠素熒光動力學曲線和PSⅡ的最大光化學效率，改善其光合性能；此外，施氮還可以改善狗牙根的牧草品質，表現為提高狗牙根的粗蛋白含量和降低粗灰分含量，增加粗纖維含量，但并不能提高狗牙根的粗脂肪含量。結合本研究結果綜合分析，為獲得最優的飼用狗牙根，施氮量最佳濃度為10 mmol·L-1。