不同形态氮素营养对柑橘幼苗光合特性的影响

　　论文导读:：以2年生柑橘苗木为试验材料，在水培条件下，施以铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)不同比例，研究了其对柑橘光合特性的影响。结果表明：在营养液中硝铵比为75:25时，柑橘的叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)最高。随着NH4+-N比例的进一步增加，柑橘叶绿素含量、净光合速率及气孔导度反而下降。硝铵比为75:25时，柑橘净光合速率最大，全铵营养下最低，表明适量增硝对柑橘的光合特性具有促进作用。

　　论文关键词：柑橘，氮素形态，光合特性

　　氮素对柑橘生理代谢和营养生长都有重要作用。柑橘根系吸收利用的氮主要有硝态氮和铵态氮两种形态。但两种不同形态的氮会通过影响植物体内的离子平衡、植物碳水化合物代谢等过程，导致植物对二者的吸收、运输和同化过程不同，因此必然影响植物的其它生理过程[1]。硝态氮为植物可利用氮素的主要形式，可促进果树营养生长;而铵态氮对柑橘花芽分化和开花有重要影响。然而，氮素形态对果树生长的影响因植物和土壤pH等条件的不同而有很大的差异。不同形态氮素(NO3--N和NH4+-N)对植物生长状况的影响已有很多的相关报道，然而由于供试植物种类以及供氮水平的不同，常有相互矛盾的结果[2-4]。近年来研究发现，多数植物在同时供应NH4+-N和NO3--N时，会表现出“联合效应”，其生长量均高于单独供应NH4+-N和NO3--N的生长量。目前，有关柑橘氮素营养调控方面研究较少氮素形态，氮素形态对柑橘光合特性的影响还未见报道。本文研究了氮素形态对柑橘幼苗叶绿素生物合成、叶片氮含量和光合作用等方面的影响，以期更好地为指导柑橘施肥及其生长调节提供一些理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 供试材料

　　试验于2008年在西南大学试验场进行，供试材料为2年生哈姆林甜橙嫁接苗。采用的栽培基质为珍珠岩与蛭石为1:1(体积比)的混合基质。供试营养液为Hogland营养液(pH为6.5)。随机选择地径和高度一致的哈姆林嫁接幼苗定植于容量为50 L的黑色塑料桶进行盆栽试验，每盆一株，盆底部留有小孔，可供多于的营养液流出论文格式。营养液的总氮浓度固定为4 mmol L-1，试验依营养液中硝态氮和铵态氮占总氮百分比的不同而分为下列5个处理，分别为：100% NO3-—N，75% NO3-—N+25%NH4+—N，50% NO3-—N+50%NH4+—N，25% NO3-—N+75%NH4+—N，100%NH4+—N。分别称为处理1、2、3、4和5，每个处理四次重复，每个处理每2 d浇一次营养液，需在上午8:00-9:00进行。每盆每次浇营养液约200 ml。温室内昼夜温度分别为30℃和18℃，相对湿度80%以上，光照每天平均14h。试验处理4个月后取活体进行各项指标测定。

　　1.2 试验方法

　　叶绿素含量以二甲基甲酰胺为提取液，离心后进行比色分析，按Wellburn[5]的方法计算。5-氨基酮戊酸(ALA)合成速率和胆色原素(PBG)合成酶活性测定根据吴楚等[6]的方法。叶片中N含量以凯氏定氮仪测定[7]。可溶性蛋白质含量根据[8]的方法测定。气体交换活体测定在9:00-11:00进行，用光合作用系统CI-301PS(CID公司，USA)测定，同时使用FMS荧光仪(HansatechInstruments Ltd, UK)进行叶绿素荧光参数的测定[9]。测定条件：温度为33~36 ℃， PPFD为1800 mmol m-2 s-1氮素形态，相对湿度为55%~65%。气体交换测定后，用刀把所测定的叶片切下，用于ALA合成速率和可溶性蛋白含量以及叶绿色含量等的分析;另外一些材料经过液氮处理后储存在-80℃，用于酶活性分析;或在80℃烘干保存，用于叶片总氮分析。

　　1.3 统计分析

　　所有实验室内化学分析均重复3次，所有活体测定重复10次。所有统计分析采用SPSS 18.0进行分析。

　　2 结果分析

　　2.1 不同形态氮对柑橘叶绿素生物合成速率和叶绿素含量的变化

　　由表1可知，氮素形态及配比对柑橘幼苗叶片叶绿素含量的影响较大，不同处理间叶绿素含量以100% NO3—N处理下最低，随着营养液中NH4+—N的比例增加，叶绿素a，总叶绿素含量呈先增加后下降趋势，以处理2叶绿素含量出现最大值，且与100% NO3-—N处理有显著差异。其余处理无显著差异。类胡萝卜素也出现同样趋势。表明硝态氮中添加铵态氮有促进叶绿素积累的作用。这与吴楚等人[6]利用水曲柳得到的结论相似，以硝铵比为75%:25%时叶绿素合成最多。

　　表1 不同氮素形态及配比对柑橘幼苗叶叶绿素含量(鲜重)的影响(mg/g fw)

　　Table 1 Contents of chlorophyand cartenoids in leaves of citrus seedlings supplied with different nitrogenforms(mg/g fw)

　　处理

　　Treatment氮素形态及配比

　　Nitrogen forms and rates叶绿素a

　　Chlorophyll a叶绿素b

　　Chlorophyll b叶绿素总量

　　Total Chlorophyll类胡萝卜素

　　Carotenoids

　　1NO3—N： NH4+—N =100%：01.243 b0.401 c1.644 c0.125 b

　　2NO3—N： NH4+—N =75%：25%1.724 a0.696 a2.420 a0.172 a

　　3NO3—N： NH4+—N =50%：50%1.512 b0.577 ab2.089 b0.157 b

　　4NO3—N： NH4+—N =25%：75%1.464 b0.533 b1.997 b0.152 b

　　5NO3—N： NH4+—N =0：100%1.404 b0.503 b1.907 b0.146 b

　　注：同一列不同字母表示差异达0.05水平

　　Mean values followed by the same letter within each columnare not significantly different (P<0.05)

　　ALA是植物叶绿素生物合成的第1个重要前体，而PBG合成酶催化ALA合成PBG[5]。ALA的合成速率和PBG合成酶的活性会影响叶绿素的合成。由图1可以看出，当氮源中硝态氮的比例由100%降低到75%时，ALA合成速率却逐渐增加，当硝态氮的比例达到75%时，ALA合成速率最大。然后，培养液中硝态氮浓度再降低，ALA合成速率则下降。同样，当氮源中硝态氮的比例由100%降低到75%时，PBG合成酶活性却增加氮素形态，当硝态氮的比例达到75%时，PBG合成酶活性达到最大值，然后，随着溶液中NH4+—N浓度再增加，PBG合成酶活性随之下降(如图2)。不同氮形态及配比对ALA合成速率与PBG合成酶活性的影响呈现相同的趋势。

　　图1 不同处理对柑橘幼苗叶片中ALA合成速率的影响

　　Table 1 Effects of different treatments onbiosynthesis rates of ALA in leaves of citrus seedlings

　　图2 不同处理对柑橘幼苗叶片中PBG合成酶活性的影响

　　Table 1 Effects of different treatments onactivity of PBG synthase in leaves of citrus seedlings

　　2.2 叶片可溶性蛋白质含量和总氮的变化

　　氮素形态对柑橘叶片中碳水化合物代谢有重要影响。叶片中总氮以处理2最高，达到18.5 mg g-1，该处理叶片总氮浓度显著高于其它处理(如图3)，随着溶液中铵态氮浓度的增加，叶片总氮含量呈下降趋势(图4)论文格式。。但是，叶片可溶性蛋白质含量以硝铵比为75:25时达最小。随着氮源中铵态氮浓度的增加，叶片可溶性蛋白质含量呈上升趋势。不同植物的不同生育阶段对氮形态的反应可能不同，徐海军等人得出五味子生育前期叶片可溶性蛋白在铵态氮与硝态氮比例为25:75时最高，到生育后期则纯硝态氮时，叶片可溶性蛋白为最高[10]。

　　图3不同处理对柑橘幼苗叶片总氮含量的影响

　　Table 3 Effects of different treatments on total nitrogen in leavesof citrus seedlings

　　图4不同处理对柑橘幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响

　　Table 3 Effects of different treatments on soluble protein contentin leaves of citrus seedlings

　　氮素形态对柑橘叶片中碳水化合物代谢有重要影响，碳水化合物是植物生长的基本营养物质，其含量的多寡往往影响其生长状况。从表3可以看出，100%NO3-—N处理的叶中，还原糖和水溶性总糖含量较低，分别为5.06和6.02，而淀粉含量显著高于其它处理为13.65。随氮源中铵态氮的比例增大，叶中还原糖和水溶性总糖含量增加，淀粉含量明显降低。

　　表3不同形态氮素对柑橘叶片碳水化合物的影响 (g/100g DW)

　　Table 3 Effect of different nitrogen forms on thecontent of carbohydrate

　　处理*

　　Treatments

　　叶 leaves

　　还原糖

　　Reductive sugar水溶性总糖

　　Water-solubility sugar淀粉

　　Starch碳水化合物总量

　　Total carbohydrate

　　15.06 bc6.02 c13.65 a19.67 a

　　25.30 b6.12 c10.83 b16.95 ab

　　35.54 ab6.43 b10.54 b16.97 ab

　　45.95 a6.65 ab10.23 b16.88 ab

　　56.12 a6.97 a9.05 c16.02 b

　　*表中同一列小写字母表示0.05水平差异显著性 *处理同表1。

　　Mean values followed by the same letter within each columnare not significantly different (P<0.05)

　　2.3 荧光参数和净光合速率的变化

　　Fv/Fm为PSⅡ的最大光量子产量，是表示PSⅡ内在效率的指标(即PSⅡ中心全部开放时的量子效率)。Fv/Fm以处理2最高氮素形态，其次为处理3，再次为纯硝态氮处理，随着氮源中铵态氮比例的增大，叶片中Fv/Fm值逐渐降低(图5)。

　　Rfd和ΦPSⅡ分布反映叶片潜在的光和作用量子转化效率和吸收的光子供给PSⅡ反应中心的效率及开放的反应中心比例。表4表明，在所有处理中，以硝态氮和铵态氮比例为75%：25%时，Rfd和ΦPSⅡ的值最大。随氮源中铵态氮浓度的增加，Rfd和ΦPSⅡ都逐渐降低。光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数也以处理2时值最大，以后随着铵态氮浓度的增加，而逐渐下降。

　　图 5不同氮素形态对柑橘幼苗叶片荧光参数的影响

　　Table 5 Effects of different treatments on fluorescence parameterin leaves of citrus seedlings

　　表4不同形态氮素对柑橘叶片荧光参数的影响 (g/100g DW)

　　Table 4 Effects of different treatments onfluorescence parameter in leaves of citrus seedlings

　　处理

　　TreatmentsPSⅡ量子效率ΦPSⅡquanta efficency荧光下降比值Rfd fluorescence descend ratio光化学猝灭系数photochemical quenching coefficient非光化学猝灭系数

　　Non-photochemical quenching coefficient

　　10.556 a0.975 a0.934 a0.543 a

　　20.586 a0.986 a0.941 a0.529 a

　　30.514 a0.901 a0.876 ab0.478 b

　　40.435 b0.854 b0.805 b0.356 c

　　50.165 c0.697 c0.687 c0.325 c

　　*表中同一列小写字母表示0.05水平差异显著性

　　Mean values followed by the same letter within each columnare not significantly different (P<0.05)

　　2.4 不同形态氮素对柑橘叶片光合特性的影响

　　由表5可以看出，柑橘叶片的净光合速率、气孔导度及胞间CO2浓度，以处理2中的最高，并随氮源中铵态氮浓度的增加，逐渐降低，由此可见，柑橘叶片光合速率的降低是由于气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)的降低引起的。不同氮源对柑橘叶片叶面饱和蒸气压力亏缺(VPD)影响表现为处理1、2和3间处理差异不大，当氮源中铵态氮浓度增加到75%以上时，叶面饱和蒸气压亏缺显著降低。柑橘叶片气孔限制值(Ls)随氮源中铵态氮浓度的增加而逐渐增加，当铵态氮浓度达到100%时，气孔限制值(Ls)显著高于其它处理。其它处理间差异不显著。

　　表5 不同氮处理对柑橘光合特性的影响

　　Table 5 Effects of different treatments oncharatersitic in leaves of citrus seedlings

　　处理

　　Treatments净光合速率Pn

　　Net photosynthetic rate Pn

　　(mmol m-2 s-1)气孔导度 Gs

　　(mol m-2 s-1)astomatal conductance细胞间CO2浓度Ci(mmol m-2 s-1) intercellular CO2concentration(mmol m-2 s-1)叶面饱和蒸气压力亏缺VPD(MPa) vapor pressure default(MPa)气孔限制值 Ls

　　The stoma limited value

　　115.23±3.24 ab0.38±0.07 ab270.00±13.23 b2.95±0.14 a0.22±0.05 b

　　220.80±0.89 a0.42±0.11 a284.45±14.56 a2.86±0.15 a0.27±0.04 b

　　316.33±0.14 bc0.36±0.05 b265.00±15.23 b2.85±0.34 a0.27±0.02 b

　　415.86±0.34 c0.33±0.07 b251.23±7.98 bc2.10±0.45 b0.38±0.05 a

　　514.43±0.43 c0.22±0.04 c237.45±12.21 c2.24±0.53 b0.45±0.03 a

　　*表中同一列小写字母表示0.05水平差异显著性

　　Mean values followed by the same letter within each columnare not significantly different (P<0.05)

　　3 讨论

　　铵态氮和硝态氮是柑橘所需要的2种氮源，其两种形态的氮直接影响柑橘生长和发育的许多生理过程，尤其是光合作用。光合作用的第1步就是光能的捕捉，这个过程是由光合色素(主要是叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)来完成的。因此氮素形态，光合色素的生物合成对于光能捕捉和光合作用是非常重要的。叶绿素合成是决定植物光合效率的重要性状，是决定作物产量的重要因素。在叶绿素生物合成过程中，ALA是叶绿素生物合成的第1个重要前体，而PBG合成酶催化ALA向PBG转化 [11]。因此，叶绿素的生物合成会受到ALA的合成速率和PBG合成酶的影响[12]。Raab和Terry的甜菜研究结果表明，纯铵培养甜菜叶绿素含量、叶绿体体积及叶片可溶性蛋白分别较纯硝培养的甜菜增加62%、1倍和4.3倍[13]。罗金葵的小白菜研究结果表明，在营养液中适当提高铵态氮浓度能促进小白菜叶绿素的形成，提高白菜叶片叶绿体蛋白质含量[14]。有人等对小麦的研究结果表明，NH4+和NO3-混合处理的小麦叶片中叶绿素含量最高，NO3-处理次之，NH4+处理最低[15]论文格式。本试验结果表明，当柑橘幼苗硝态氮和铵态氮供给比例为75:25时，柑橘幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素含量均达到最大值，而随着供氮源中铵态氮浓度的增加，则使之下降;而在柑橘幼苗硝态氮和铵态氮供给比例为75:25时，叶绿素合成前体ALA合成速率和PBG合成酶活性达到最大值，形成叶绿素卟啉环的前体含量增加，进而促进了叶绿素的合成[16]。而随着氮源中铵态氮浓度的增加，则使之下降;由此可以看出，ALA合成速率和PBG合成酶活性对叶绿素a和叶绿素b以及类胡萝卜素的含量产生直接的影响。在线性系列反应过程中，关键酶的活性对产物的含量具有很强限制作用，因此，本试验结果符合流动控制理论[11]。另一方面氮素形态，作物体内GS/GOGAT途径可以使作物体内糖分主要用于铵的脱毒以合成蛋白质，进而提高了铵硝共培养下柑橘叶绿体中可溶性蛋白质的含量，柑橘幼苗硝态氮和铵态氮供给比例为75:25时，叶片可溶性蛋白质含量最高，铵硝共培养通过增加叶绿素合成的途径来影响叶绿素含量[17]。柑橘幼苗对不同氮形态配比的反应与甜菜和小白菜不尽相同，可能与不同的植物对氮源的生理反应机制不同有关。

　　根据Farguhar等[18]提出的区分光合作用气孔限制与非气孔限制的依据：只有当净光合速率和胞间二氧化碳浓度变化方向相同时，净光合速率的下降才主要由气孔导度引起;如净光合速率和胞间二氧化碳浓度变化方向相反，则净光合速率的变化不是由气孔导度所决定，而主要是由叶肉导度所决定。本试验结果显示，当营养液中铵硝配比从0:100增加到25:75时，柑橘的净光合速率增加，同时气孔导度也增加，胞间二氧化碳浓度也增加，胞间二氧化碳浓度的变化方向与净光合速率变化方向相同，表明柑橘叶片气孔导度是影响不同形态氮素配比对柑橘光合作用的主要限制因子。伍松鹏等人对黄瓜的研究结果表明，硝态氮与铵态氮比例为75:25时，黄瓜幼苗光合作用和C分配最为有利[19]。全铵处理下柑橘净光合速率最低，可能因为大量的NH4+在叶片累积，铵态氮容易扩散进入生物膜，阻碍质膜质子电势梯度的建立，破坏膜结构，诱发磷酸化和光合磷酸化与电子传递解偶联，从而抑制CO2暗固定氮素形态，导致光合速率降低。所有铵硝配合的处理，柑橘净光合速率均高于全铵和全硝处理，说明铵硝配施有利于柑橘生长和光合作用的进行。

　　4 结论

　　在供试处理中，在硝态氮和铵态氮比例为75:25时对柑橘幼苗叶绿素生物合成过程中ALA合成速率和PBG酶活性最大，从而影响叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量;同时也影响叶片总氮和可溶性蛋白质含量，因而影响净光合速率。在该比例时，Rfd和ΦPSⅡ的值最大。随氮源中铵态氮浓度的增加，Rfd和ΦPSⅡ都逐渐降低。光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数也以处理2时值最大，以后随着铵态氮浓度的增加，而逐渐下降。柑橘叶片的净光合速率、气孔导度及胞间CO2浓度，以处理2中的最高，并随氮源中铵态氮浓度的增加，逐渐降低，这就说明，柑橘幼苗对硝态氮有一定的喜好，同时柑橘幼苗施肥应以一定比例的硝态氮和铵态氮配施效果最好，其最佳的硝态氮和铵态氮比例为75:25。

　　参考文献：

　　[1]WANG Jian, SUN Xin-xiang,SHEN Qi-rong, ZHOU Yi. Effects of enhanced ammonium nutrition on the growth andquality of spinach[J]. Chinese journal of soil science, 2006, 37(2)：326-329.

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