不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗表型及光合熒光的影響

劉 建，蔣 偉，賈維嘉，區 智，屈 燕*

(1.西南林業大學園林園藝學院，云南 昆明 650224；2.國家林業和草原局西南風景園林工程技術研究中心，云南 昆明 650224；3.云南省功能性花卉資源及產業化技術工程研究中心，云南 昆明 650224)

【研究意義】寬葉綠絨蒿(Meconopsisrudis)是罌粟科(Papaveraceae)綠絨蒿屬(MeconopsisVig.)植物，綠絨蒿為云南八大名花之一，是不丹的國花，被歐洲人推崇為世界名花，其花大色艷，姿態優美，兼具極高的觀賞價值與藥用價值[1-2]，但因其自然生境為3000～5000 m的高海拔草甸、灌叢、流石灘，與低海拔地區氣候、土壤條件相差較大，導致了其引種困難，難以發揮觀賞與藥用價值[3]。目前對于綠絨蒿的研究多集中于種子萌發、化學成分分析、分子標記等方面，很少有針對提升綠絨蒿生長狀況方面的研究，對于氮素對寬葉綠絨蒿幼苗表型、光合熒光、土壤含氮量的影響相關研究未見報道，而這些研究對于綠絨蒿的引種馴化具有很重要的意義[1,4]。【前人研究進展】氮素在植物生長發育過程中起著十分重要的作用，是葉綠素的主要成分之一,也是蛋白質、核酸等重要生命物質的構成元素[5]。施氮肥是維持土壤氮素水平的一種重要途徑，合適的土壤氮素水平對促進植物生長意義重大。梁劍等的研究表明，施用氮肥可以增加油橄欖幼苗葉片中葉綠素含量，進而提升植株的光合速率，促進植物生長發育，提高其產量[6]。劉建新等[7]的研究表明，隨施氮量的提高，番茄幼苗的株高、莖粗、葉面積、壯苗指數均隨之提高。但不同植物對氮素形態和濃度需求不同，如枳橙屬于喜硝態氮植物，在全硝態氮環境下培養要優于在全銨態氮環境下培養[8]，枇杷屬于喜銨態氮植物，枇杷根系對銨態氮的吸收大于硝態氮[9]，而對于紫花苜蓿來說，銨態氮和硝態氮均能促進其各時期的根系生長，但是兩者混合使用后效果會更佳[10]；同時也有研究表明，低氮水平和高氮水平都在不同程度上減弱了茅蒼術的光合作用[11]。雖然合適濃度的氮肥可以增加作物的產量，但是過量增施氮肥不僅會提高農業成本，而且會引起環境污染[12]。因此，對寬葉綠絨蒿的合理施肥一方面可以促進其生長，另一方面可以節約成本，防止環境污染。【本研究切入點】本研究通過對寬葉綠絨蒿幼苗的栽培土壤做不同濃度不同氮素形態的施肥處理，并對相應處理進行表型、葉綠素熒光、光合指標、土壤含氮量測定。【擬解決的關鍵問題】以探究不同濃度不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗表型指標、光合指標和葉綠素熒光指標的影響，篩選出最適宜寬葉綠絨蒿幼苗生長的氮素形態與氮肥濃度，為寬葉綠絨蒿幼苗合理施肥管理提供指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為課題組于2018年4月在西南林業大學后山大棚播種栽培的寬葉綠絨蒿(Meconopsisrudis)半年生實生苗，種子采自四川松潘雪山梁子(32°44′9′′N，103°43′6′′E)。栽培基質為腐殖土：蛭石：珍珠巖=7∶1∶1，栽培環境為為云南省昆明市盤龍區西南林業大學實驗大棚，溫度最高為25 ℃，最低為8 ℃，相對濕度為60%～75%，每天日均光照11 h，夜間13 h，光照強度為140 μmol·m-2·s-1。選取長勢一致生長健壯的半年生實生苗作為實驗材料。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同濃度氮素處理 試驗設7個處理：處理N0(CK)，空白對照；處理N1，2 g·L-1硝態氮；處理N2，2 g·L-1銨態氮；處理N3，2 g·L-1硝銨態氮；處理N4，4 g·L-1硝態氮；處理N5，4 g·L-1銨態氮；處理N6，4 g·L-1硝銨態氮。每種處理設置9株，總共有63盆。實驗開始時施1次肥，每盆用50 mL的氮肥液體進行灌溉，空白對照澆清水50 mL，之后每隔20 d按同樣方式施1次肥，總共施肥3次。硝態氮用硝酸鉀進行配置，銨態氮用氯化銨進行配置，硝銨態氮用硝酸銨進行配置。為預防氯離子對幼苗生長的影響，每種濃度都適量加入氯化鉀，使各處理都有等量的氯離子。

1.2.2 表型測定 在實驗開始第20、40、60天時測定幼苗株高、葉片數、最大葉長、最大葉寬和植株干重。表型指標每個處理分別測量4次，株高、最大葉長、最大葉寬用游標卡尺測量，干重用烘干法測定，將植株放在烘箱內105 ℃烘15 min，然后75 ℃烘干至恒重，用電子天平稱量并記錄。

1.2.3 葉綠素熒光測定 分別在實驗開始第20、40、60天早上8∶00—10∶00時，選取每株從上到下第3片功能葉用IMAGING-PAM葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光指標，包括初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，表觀電子傳遞速率(ETR)、光化學淬滅系數(qP)、非光化學淬滅(NPQ)、PSⅡ實際光化學效率(YⅡ)，然后按照公式Fv=Fm-Fo計算可變熒光(Fv)，并計算PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)，測定前先將待測幼苗整株避光20 min。儀器飽和脈沖光的強度2400 μmol·m-2·s-1，脈沖光0.8 s，測量光低于0.5 μmol·m-2·s-1，測定均在背景光強不超出1 μmol·m-2·s-1的環境中進行。

1.2.4 光合指標測定 分別在實驗開始第20、40、60天早上8∶00—10∶00時，選取每株從上到下第3片功能葉用美國Li-6400便攜式光合系統分析儀測定其凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、細胞間隙CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、水分利用率(WUE=Pn/Tr)，每枚葉片測定3次取平均值。葉室溫度控制在20～25 ℃，相對濕度約為75%，光強為1000 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為350～400 μmol·m-2·s-1，流速為500 μmol·s-1。

1.2.5 土壤含氮量測定 分別在實驗開始第20、40、60天時取土樣(7個處理，每個處理3個重復，共21個土樣，每個土樣300 g)，使用意大利SmartChem 2000全自動化學分析儀測定樣品土壤的硝態氮、銨態氮、總氮含量。

1.2.6 數據統計與分析 用Origin 9.0和SPSS 23.0統計分析軟件進行數據分析和顯著性相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗表型的影響

如表1所示，在第20天時，相對于處理N0(CK)，各氮肥處理均顯著促進了幼苗干重的增加(P<0.05)，且促進作用上處理N3>處理N6>處理N5>處理N2>處理N1>處理N4，處理N2、處理N4、處理N6顯著增加了幼苗株高(P<0.05)，在增加效果上處理N6>處理N2>處理N4，處理N1和處理N4顯著減少了幼苗葉片數(P<0.05)；各氮肥處理組均對最大葉長和最大葉寬影響不顯著(P>0.05)。在第40天時，相對于處理N0(CK)，除處理N4外，其他各處理均顯著促進了幼苗株高和干重的增加(P<0.05)，且在促進效果上處理N6>處理N3>處理N5>處理N2>處理N1，處理N3對幼苗葉片數、最大葉長、最大葉寬影響顯著，其促進了葉長的提升，但減弱了葉片數和葉寬的提升。在第60天時，相對于處理N0(CK)，各氮肥處理均對幼苗株高和干重影響顯著(P<0.05)，除處理N4外，其他處理均顯著促進了株高和干重的增加，在促進幼苗株高增加效果上處理N3>處理N6>處理N5>處理N2>處理N1，在促進干重增加效果上處理N6>處理N5>處理N3>處理N2>處理N1，處理N4處理顯著降低了幼苗株高和干重的增加，處理N3和處理N6顯著促進了幼苗葉片數的增加(P<0.05)，處理N3和處理N1顯著促進了幼苗葉長的增加(P<0.05)，處理N5顯著促進了葉寬的增加(P<0.05)。總體來看，在對寬葉綠絨蒿幼苗生長的促進效果上，硝銨態氮>銨態氮>硝態氮，且4 g·L-1的硝銨態氮對幼苗生長促進最明顯，4 g·L-1的硝態氮抑制了幼苗干物質的積累。

表1 不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗表型指標影響

2.2 不同濃度不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗葉綠素熒光的影響

如圖1所示，處理N4的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP均低于處理N0(CK)，NPQ高于處理N0(CK)。其余濃度和氮素形態氮肥處理的綠絨蒿幼苗的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP均高于處理N0(CK)，其中處理N3和處理N6促進最為顯著，NPQ低于處理N0(CK)，其中，處理N3和處理N6施肥降低最為顯著。且處理N3對Fm、Fv/Fm有更為顯著的促進作用，在施肥20、40、60 d時，Fm分別高出處理N0(CK)5.29%、5.03%、5.24%，Fv/Fm分別高出處理N0(CK)8.22%、11.08%、8.82%。4 g·L-1的硝銨態氮對ETR、YⅡ、qP有較為顯著的促進作用，在施肥20、40、60 d時，ETR分別高出處理N0(CK)19.23%、13.50%、13.82%，YⅡ分別高出處理N0(CK)11.82%、6.65%、8.84%，qP分別高出處理N0(CK)3.36%、4.25%、6.25%。處理N6對NPQ有更為顯著的降低作用，在施肥20、40、60 d，NPQ分別低于處理N0(CK)12.7%、10.03%、17.83%。

由表2可知，在不同濃度不同氮肥的處理下，Fm與Fv/Fm、YⅡ、ETR都呈現極顯著正相關(P<0.01)，與qP呈顯著正相關(P<0.05)，與NPQ呈顯著負相關(P<0.05),這說明最大熒光與最大光化學速率、實際光化學效率、表觀電子傳遞速率關系密切。Fv/Fm與qP、ETR、YⅡ均呈極顯著正相關(P<0.01)，與NPQ呈顯著負相關(P<0.05)，這說明最大光化學速率與實際光化學效率、表觀電子傳遞速率、光化學猝滅關系密切，它們可能是相互促進的關系；qP與Y(Ⅱ)和ETR呈極顯著正相關(P<0.01)，與NPQ呈顯著負相關(P<0.05)；YⅡ與ETR呈極顯著正相關(P<0.01)，與NPQ呈顯著負相關(P<0.05)；NPQ與ETR呈顯著負相關(P<0.05)。

表2 各葉綠素熒光指標相關性分析

2.3 不同濃度不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗光合指標的影響

如圖2所示，處理N4的Pn、Gs、Tr、WUE均低于處理N0(CK)，Ci高于處理N0(CK)。其余處理的寬葉綠絨蒿幼苗的Pn、Gs、Tr、WUE均高于處理N0(CK)，其中處理N3促進最為顯著，在第20、40、60天時，Pn分別高出處理N0(CK)46.64%、43.01%、38.48%，Gs分別高出處理N0(CK)14.59%、23.06%、36.79%，Tr分別高出處理N0(CK)7.65%、6.14%、13.41%，WUE分別高出處理N0(CK)36.21%、34.73%、22.11%，Ci分別低于處理N0(CK)，在第20、40、60天時分別低出處理N0(CK)7.56%、12.91%、15.98%。且在60 d時，處理N3在Pn和WUE的促進程度上處理N3>處理N6>處理N5>處理N1>處理N2>處理N4，在Gs和Tr的促進程度上處理N3>處理N6>處理N2>處理N1>處理N5>處理N4。

如表3所示，Pn與Gs、Tr和WUE有極顯著相關(P<0.01)，與Ci呈極顯著負相關(P<0.01)，說明凈光合速率的增大與氣孔導度、蒸騰速率、水分利用率密切相關。Gs與Tr和WUE、Tr與WUE均呈極顯著正相關(P<0.01)，氣孔導度的增加促進了蒸騰速率的增加，蒸騰速率的增加促進了水和無機鹽的吸收，Ci的降低反映了光合作用利用CO2能力的提升，較高的水分利用率和胞間CO2濃度以及通過氣孔進入細胞的CO2的消耗共同促進了凈光合速率的提升。

表3 各光合指標相關性分析

2.4 不同濃度不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗土壤含氮量的影響

如表4所示，在第20、40、60天時，相對于處理N0(CK)，其他各處理均顯著提高了土壤總氮含量(P<0.05)，且在提升效果上處理N6>處理N4>處理N3>處理N1>處理N5>處理N2。處理N2、處理N3、處理N5、處理N6顯著提高了土壤銨態氮含量(P<0.05)，在提升效果上，第20和60天時處理N6>處理N5>處理N3>處理N2，第40天時處理N6>處理N3>處理N5>處理N2。處理N1、處理N3、處理N4、處理N6處理均顯著提升了土壤硝態氮含量(P<0.05)，且在提升效果上，第20天時處理N4>處理N6>處理N3>處理N1，第40和第60天時處理N6>處理N4>處理N3>處理N1。因此，在同一濃度下，對寬葉綠絨蒿幼苗栽培土壤總氮的提升效果上硝銨態氮>硝態氮>銨態氮。各處理相比之下，4 g·L-1的硝銨態氮對寬葉綠絨蒿幼苗栽培土壤中硝態氮、銨態氮和硝銨態氮含量的提升效果最顯著。

表4 不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗土壤含氮量的影響

3 討 論

3.1 不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗表型的影響

氮素是植物生長過程中必不可少的元素，在植物的生命周期中起著至關重要的作用[13-14]，人們在栽培生產過程中往往通過補充氮肥來促進植物生長，常見的氮肥有銨態氮和硝態氮[15]。雖然植物對氮素有著共同的需求，但是不同植物對氮肥的喜好卻有所不同[16]。在本實驗中，除4 g·L-1的硝態氮處理以外，其他5種氮肥處理均顯著提高了寬葉綠絨蒿幼苗的株高和干重，且在提升效果上硝銨態氮>銨態氮>硝態氮，其中4 g·L-1的硝銨態氮肥處理對幼苗干重提升效果最明顯(P<0.05)，2 g·L-1的硝銨態氮處理對幼苗最大葉長提升效果最明顯(P<0.05)。硝銨態氮混合使用促進寬葉綠絨蒿生長更明顯，這與李春儉的研究相一致：大多數植物在同時施用硝態氮和銨態氮時，其植株生長發育均高于單一施用銨態氮肥或單一施用硝態氮肥[17]。單一氮源處理下，銨態氮對寬葉綠絨蒿幼苗生長促進效果大于硝態氮，這可能是由于寬葉綠絨蒿生長在高山流石灘上，經常受到雨水沖刷導致硝態氮難以保存，這種環境使得喜銨植物更具有生存優勢。

3.2 不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗光合熒光的影響

有學者研究表明，在促進總狀綠絨蒿的生長上硝銨態氮>銨態氮>硝態氮[18]，當硝銨比為5∶5時鳳仙花的Fv/Fm和qP高于其他處理[19]，硝銨態氮混合使用更有利于植物葉片的光合作用，從而促進植株地上部生長發育[20]。本實驗結果表明，2 g·L-1硝態氮處理、2 g·L-1銨態氮處理、2 g·L-1硝銨態氮處理均顯著提高了寬葉綠絨蒿幼苗Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP等熒光參數和Pn、Gs、WUE、Tr等光合參數，降低了NPQ和Ci，這說明在濃度為2 g·L-1時，不同氮素形態氮肥均可有效提升寬葉綠絨蒿幼苗光合作用光反應和暗反應能力，且提升效果上硝銨態氮>銨態氮>硝態氮。硝銨態氮對寬葉綠絨蒿幼苗光合作用的提升優勢可能來源于兩方面：一方面，可能是寬葉綠絨蒿屬喜銨植物，對硝態氮的同化能力較弱，這決定了單獨的硝態氮促進幼苗光合作用能力最弱；另一方面，硝態氮肥中硝酸根離子在液泡中的積累對離子平衡和滲透作用均有重要意義，這決定了單獨銨態氮并不能完全滿足幼苗所有氮素生理需求。4 g·L-1硝態氮處理的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP等熒光參數和Pn、Gs、WUE、Tr等光合參數均顯著低于CK，NPQ和Ci參數值顯著高于處理N0(CK)，這說明當硝態氮肥濃度達到4 g·L-1時，已經對寬葉綠絨蒿幼苗光合作用產生阻礙。這可能是由于寬葉綠絨蒿幼苗同化硝態氮能力弱，高濃度硝態氮被寬葉綠絨蒿幼苗吸收后在根部和葉細胞質中被還原為過多亞硝態氮對植株產生了毒害作用，從第20～60天 Y(Ⅱ)逐漸減小，表明毒害對光反應的損害越來越大。

總體來看，同一濃度下，相比單一氮源，硝銨態氮更有助于寬葉綠絨蒿幼苗光合作用的提升，其中2 g·L-1的硝銨態氮對寬葉綠絨蒿幼苗光合作用促進效果最明顯，4 g·L-1硝態氮會對寬葉綠絨蒿幼苗光合作用產生一定的阻礙。4 g·L-1硝銨態氮最有助于幼苗株高和干重的增加，但2 g·L-1硝銨態氮卻最有助于幼苗光合作用能力的提升，這可能是因為隨著硝銨態氮肥濃度的增加，幼苗某些生理反應逐漸加劇，從而導致幼苗干物質的消耗量逐漸增加，削弱了幼苗光合作用制造的干物質的積累能力。

3.3 不同氮素形態對寬葉綠絨蒿幼苗土壤含氮量的影響

實驗結果表明，不同氮素處理的銨態氮、硝態氮、總氮含量均為處理60 d>處理40 d>處理20 d，這表明不同氮素形態氮肥均可有效提高寬葉綠絨蒿幼苗土壤含氮量，其中硝銨態氮對土壤銨態氮、硝態氮、總氮含量的提升最為顯著。在對寬葉綠絨蒿土壤總氮的提升上，硝銨態氮>硝態氮>銨態氮，這可能是由于寬葉綠絨蒿幼苗吸收更多的銨態氮，導致只施銨態氮實驗組的土壤中總氮含量最低，這從側面說明了寬葉綠絨蒿是喜銨植物。

4 結 論

濃度合適氮素形態合適的氮肥可有效促進寬葉綠絨蒿幼苗的生長以及光合作用提升，最適宜寬葉綠絨蒿幼苗生長的氮素形態為硝銨態氮，最適宜的氮素濃度為2和4 g·L-1，其中4 g·L-1硝銨態氮更有助于幼苗株高和干重以及土壤含氮量的增加，2 g·L-1硝銨態氮更有助于幼苗光合作用能力的增加，4 g·L-1硝態氮抑制了寬葉綠絨蒿幼苗的生長及其光合作用能力。