不同铵硝配比对芝麻苗期光合荧光特性的影响

2017-09-13徐子先李银水韩配配廖祥生胡小加谢立华余常兵张秀荣

河南农业科学 2017年9期

关键词：铵态氮芝麻氮素

徐子先，李银水，韩配配，廖祥生，胡小加，谢立华，余常兵，张秀荣，廖星，秦璐

(中国农业科学院油料作物研究所/农业部油料作物生物学与遗传育种重点开放实验室，湖北武汉 430062)

不同铵硝配比对芝麻苗期光合荧光特性的影响

徐子先，李银水，韩配配，廖祥生，胡小加，谢立华，余常兵，张秀荣，廖星，秦璐*

(中国农业科学院油料作物研究所/农业部油料作物生物学与遗传育种重点开放实验室，湖北武汉 430062)

为了明确不同氮素形态(铵硝配比)对芝麻苗期光合荧光特性的影响，探究适合芝麻生长的铵硝配比，采用营养液栽培方法研究了不同铵硝配比(10∶0、9∶1、3∶1、1∶1、1∶3、1∶9、0∶10)对芝麻品种中芝13(ZZ13)和漯12(L12)苗期光合特性、光合色素、叶绿素荧光参数的影响。结果表明，铵态氮比例过高显著抑制芝麻生长，铵硝配比为10∶0和9∶1时植株死亡，高比例铵态氮(铵硝配比3∶1)处理的芝麻幼苗地上部干质量显著低于其他处理；随着铵态氮比例降低，抑制作用减弱，并且适当配施硝态氮(铵硝配比1∶9)时2个芝麻品种地上部干质量达最大值，ZZ13和L12的叶绿素a、b含量及叶绿素总量分别在铵硝配比1∶9和0∶10时达到最高，而铵硝配比3∶1时上述光合色素含量大幅降低。铵硝配比1∶9时，ZZ13和L12的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)均最大，而高比例铵态氮处理时Pn和Tr均显著降低，两者对铵态氮的响应较为明显。此外，与纯硝态氮处理相比，铵硝配比1∶9显著提高了ZZ13的光系统活性，表现为光系统Ⅱ最大量子效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ΦPSⅡ)显著增加，非光化学猝灭系数(qN)显著降低，但对L12光系统Ⅱ活性的提高不明显；而铵硝配比3∶1显著抑制了ZZ13和L12的光系统Ⅱ活性，表现为Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP(光化学猝灭系数)值显著降低，Fo(基础荧光)和qN值显著增加。可见，铵硝配比1∶9最适合芝麻生长，尤其是对于ZZ13，其促进光合作用的主导因素是显著提高了光系统Ⅱ活性，而对芝麻叶片光合色素含量及组成比例的影响不显著；高比例铵态氮对芝麻叶片光合色素含量及组成比例、光系统Ⅱ活性、Pn和Tr都产生了不良影响，进而严重抑制芝麻的光合作用和生长。

芝麻；铵硝配比；光合特性；光合色素；叶绿素荧光

1 材料和方法

1.1试验设计

供试芝麻品种为中芝13(ZZ13)和漯12(L12)，由中国农业科学院油料作物研究所芝麻种质资源课题组提供。选取饱满一致的芝麻种子,经5%(V/V)次氯酸钠溶液消毒30 min后用纯水反复洗净，播种于用1/2Hoagland营养液润湿的纱布上遮光催芽，发芽后揭开遮光板，继续培养至2片子叶完全展开后，挑选长势一致的幼苗移至装有不同铵硝配比处理营养液的不透光蓝色周转箱(32 cm×24 cm×12 cm)中进行培养。试验设3次重复，每个重复种植12株芝麻于一个周转箱，处理2周后间苗一次，2个品种每箱中各留6株，且均匀分布。于处理后第28天，测定叶片的光合和叶绿素荧光特性，并取样测定叶片光合色素含量。

1.2测定项目及方法

地上部干质量：处理后第28天收获植株地上部，于105 ℃下杀青30 min，75 ℃烘干后称质量。

光合色素含量：取植株顺数第2片完全展开功能叶，用分光光度计法[17]测定叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)的含量。

净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)：于 9:00—11:30用便携式光合测定仪(型号：LI-6400XT)对不同处理芝麻植株第3片功能叶进行活体光合特性测定，设置光合有效辐射(PAR)为1 500 μmol/(m2·s)，每个植株测定3次。

叶绿素荧光动力学参数：用便携式脉冲调制叶绿素荧光仪(型号：Imaging-PAM，Walz，德国)参照Ralph等[18]的方法测定不同处理芝麻植株叶片叶绿素荧光参数，具体如下：测定前选取芝麻植株上部健康叶片遮光，暗适应30 min。荧光测量由电脑控制，打开测量光并打开光化光，适应20 s后打开饱和脉冲，升高光化光强度，适应20 s后再打开饱和脉冲，如此重复15次，PAR强度保持134 μmol/(m2·s)。由仪器获得光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学量子效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)、初始荧光(Fo)等参数。

1.3数据处理和统计分析

采用Excel 2013和SPSS 20.0软件进行数据统计与分析，采用LSD法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1不同铵硝配比对芝麻地上部干质量的影响

不同大、小写字母分别表示ZZ13、L12不同处理间差异达5%显著水平，图2同；柱间连线表示芝麻2个品种之间的差异分析，*和**分别表示差异在5%和1%水平显著，ns表示差异不显著图1 不同铵硝配比对芝麻苗期地上部干质量的影响

2.2不同铵硝配比对芝麻叶片光合色素含量的影响

2.3不同铵硝配比对芝麻叶片Pn和Tr的影响

表1 不同铵硝配比对芝麻叶片光合色素含量的影响

注：同列不同大、小写字母分别表示ZZ13、L12在不同处理间差异达5%显著水平，下同。

图2 不同铵硝配比对芝麻叶片Pn和Tr的影响

2.4不同铵硝配比对芝麻叶片叶绿素荧光参数的影响

表2 不同铵硝配比对芝麻叶片叶绿素荧光参数的影响

2.5不同铵硝配比处理芝麻叶片光合荧光特性参数的相关性分析

进一步对上述光合指标进行相关性分析，由表3可知，地上部生物量、叶片Pn、叶绿素荧光参数以及光合色素含量间存在较强的相关性。地上部生物量与Pn、Chl a含量、叶绿素总量之间存在极显著正相关，与Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ、Chl b含量、Car含量的相关性达到显著水平；Pn与qP、Chl a/Chl b无显著相关性，但与Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qN、Chl a含量、Chl b含量、叶绿素总量、Car含量、地上部生物量间存在显著或极显著相关性；叶绿素荧光参数Fo与qN呈正相关(P>0.05)，但二者与其他指标之间均呈负相关。与Chl b含量、Car含量、Chl a/Chl b相比，Chl a含量、叶绿素总量与其他指标有更好的相关性。

表3 不同铵硝配比处理芝麻叶片光合荧光特性参数的相关性分析

注：*和**分别表示相关性达5%和1%显著水平。

3 结论与讨论

Pn与Chl b含量、Chl a含量、叶绿素总量存在极显著相关性，且与后两者的相关系数明显大于与Chl b的相关系数，说明Chl a较Chl b更能影响Pn，Chl a和叶绿素总量更能表征Pn大小；另一方面，Chl a含量、叶绿素总量和Chl a/Chl b都与Car含量极显著相关，这更加验证了Car作为光合辅助色素具有保护光合色素的功能。与地上部生物量相似，Pn与多数叶绿素荧光参数间的相关系数只达到了显著水平，小于其与光合色素含量的相关系数，这可能是因为相对于快速变化的叶绿素荧光参数，叶绿素含量及比例是一个较稳定的指标，能够反映光合作用的基本情况，叶绿素荧光参数能灵敏地反映光合作用的瞬时变化，因而具有一定的波动性，一个时间点的测量值难以反映光合作用的整体情况。

综上所述，不同铵硝配比显著影响芝麻光合特性，高比例铵态氮显著抑制芝麻的光合作用；与纯硝态氮供应相比，适当配施铵态氮(铵硝配比1∶9)能显著促进ZZ13的光合作用，但对L12光合作用的促进效果不显著。因此，在芝麻氮素施肥中，建议以硝态氮肥为主的同时配以适量的铵态氮肥。高比例铵态氮和最适铵硝配比对芝麻光合特性产生影响的主导因素有所差异：与纯硝态氮供应处理相比，最适铵硝配比对光合色素含量及组成比例没有显著影响，而对部分叶绿素荧光参数的影响显著，尤其是L12，说明其促进芝麻光合作用的主导因素可能来自于提高了叶绿体PSⅡ活性；而高比例铵态氮处理除了显著影响叶绿素荧光参数，对叶片光合色素含量及组成比例也有明显影响，且显著降低Tr，说明高比例铵态氮对芝麻光合作用产生了更加严重的影响，抑制了芝麻的光合作用。从ZZ13和L12的地上部干质量、叶绿素含量、Pn以及叶绿素荧光参数来看，它们在不同处理下的表现具有较好的相关性。植物铵硝营养与光合电子传递、光合碳代谢密切相关，本研究中仅从芝麻叶片光合色素和光系统Ⅱ活性2个方面来探究不同铵硝配比对芝麻光合特性的影响，具有一定的局限性。为了更加深入地探明铵硝营养对芝麻生理特性的影响，今后应进一步从光合电子流分配、光合碳氮代谢关键生理生化过程以及相关基因表达等方面进行研究。

[1] 黄凤洪.花生芝麻加工技术[M].北京:金盾出版社,1995.

[2] 王宜伦,任丽,张许,等.芝麻的营养与施肥研究现状与展望[J].江苏农业科学,2010,38(5):126-128.

[3] 卫双玲,李春明,高桐梅,等.芝麻氮、磷、钾肥的效应研究[J].植物营养与肥料报,2013,19(3):644-649.

[4] 张超一,樊小林.铵态氮及硝态氮配比对香蕉幼苗氮素吸收动力学特征的影响[J].中国农业科学,2015,48(14):2777-2784.

[5] 陈斌，郭爱珍，韩鹏远.不同土壤水分条件下不同形态氮素配比对茼蒿生长发育的影响[J].山西农业科学，2014，42(12)：1289-1293.

[6] 曹翠玲,李生秀.氮素形态对作物生理特性及生长的影响[J].华中农业大学学报,2004,23(5):581-586.

[7] 邢瑶,马兴华.氮素形态对植物生长影响的研究进展[J].中国农业科技导报,2015,17(2):109-117.

[8] 张树杰,张春雷,李玲,等.氮素形态对冬油菜幼苗生长的影响[J].中国油料作物学报,2011,33(6):567-573.

[9] 李凯,郭宇琦,刘楚楠,等.铵硝配比对大豆生长及结瘤固氮的影响[J].中国油料作物学报,2014,36(3):349-356.

[10] Hu L L,Yu J H,Liao W B,etal.Moderate ammonium:Nitrate alleviates low light intensity stress in mini Chinese cabbage seedling by regulating root architecture and photosynthesis[J].Scientia Horticulturae,2015,186:143-153.

[11] 李灿雯,王康才,吴健,等.氮素形态对半夏生长及生物碱和总有机酸累积的影响[J].植物营养与肥料学报,2012,18(1):256-260.

[13] Guo H X,Liu W Q,Shi Y C.Effects of different nitrogen forms on photosynthetic rate and the chlorophyll fluorescence induction kinetics of flue-cured tobacco[J].Photosynthetica,2006,44(1):140-142.

[14] Guo S,Zhou Y,Shen Q,etal.Effect of ammonium and nitrate nutrition on some physiological processes in higher plants—Growth,photosynthesis,photorespiration,and water relations[J].Plant Biology,2007,9(1):21-29.

[16] 黄东风,李卫华,邱孝煊,等.硝化抑制剂对小白菜内源硝酸盐代谢的影响[J].中国生态农业学报,2012,20(1):28-33.

[17] 王学奎,黄见良.植物生理生化实验原理与技术[M].3版.北京:高等教育出版社,2014.

[18] Ralph P J,Macinnis-Ng C M O,Frankart C.Fluorescence imaging application:Effect of leaf age on seagrass photokinetics[J].Aquatic Botany,2005,81(1):69-84.

[19] 袁蕊，李萍，胡晓雪，等.干旱胁迫对小麦生理特性及产量的影响[J].山西农业科学，2016,44(10):1446-1449.

[20] 李晓,冯伟,曾晓春.叶绿素荧光分析技术及应用进展[J].西北植物学报,2006,26(10):2186-2196.

[21] 陈建明,俞晓平,程家安.叶绿素荧光动力学及其在植物抗逆生理研究中的应用[J].浙江农业学报,2006,18(1):51-55.

[24] Schortemeyer M,Stamp P,Feil B.Ammonium tolerance and carbohydrate status in maize cultivars[J].Annals of Botany,1997,79(1):25-30.

[25] 潘瑞炽,董愚得.植物生理学[M].北京:高等教育出版社,1995.

[26] 崔淑芬，张中鹤.遮光处理对辣椒产量及叶绿素含量的影响[J].天津农业科学,2003,9(2):28-30.

[27] 沈成国.植物衰老生理与分子生物学[M].北京:中国农业出版社,2001.

[28] 肖凯,张树华,邹定辉,等.不同形态氮素营养对小麦光合特性的影响[J].作物学报,2000,26(1):53-58.

[29] 王添民,惠竹梅.不同形态氮素配比对“赤霞珠”幼苗叶片光合色素与碳水化合物含量的影响[J].北方园艺,2014,38(22):18-23.

[30] 孙小玲,许岳飞,马鲁沂,等.植株叶片的光合色素构成对遮阴的响应[J].植物生态学报,2010,34(8):989-999.

[31] 胡琳莉.铵硝营养缓解小型大白菜幼苗弱光胁迫的生理和分子机制[D].兰州:甘肃农业大学,2016.

[32] 伍泽堂.超氧自由基与叶片衰老时叶绿素破坏的关系(简报)[J].植物生理学通讯,1991,27(4):277-279.

[33] Barickman T C,Kopsell D A.Nitrogen form and ratio impact Swiss chard(Betavulgarissubsp cicla) shoot tissue carotenoid and chlorophyll concentrations[J].Scientia Horticulturae,2016,204:99-105.

[34] 许楠,张会慧,朱文旭,等.氮素形态对饲料桑树幼苗生长和光合特性的影响[J].草业科学,2012,29(10):1574-1580.

[35] 刘永华,朱祝军,魏国强.不同光强下氮素形态对番茄谷氨酰胺合成酶和光呼吸的影响[J].植物生理学通讯,2004,40(6):680-682.

[36] Lu Y X,Li C J,Zhang F S.Transpiration,potassium uptake and flow in tobacco as affected by nitrogen forms and nutrient levels[J].Annals of Botany,2005,95(6):991-998.

[37] 乔建磊,于海业,宋述尧,等.氮素形态对马铃薯叶片光合色素及其荧光特性的影响[J].中国农业大学学报,2013,18(3):39-44.

[38] Zhou Y H,Zhang Y L,Wang X M,etal.Effects of nitrogen form on growth,CO2assimilation,chlorophyll fluorescence,and photosynthetic electron allocation in cucumber and rice plants[J].Journal of Zhejiang University-SCIENCE B,2011,12(2):126-134.

XU Zixian，LI Yinshui，HAN Peipei，LIAO Xiangsheng，HU Xiaojia，XIE Lihua，YU Changbing，ZHANG Xiurong，LIAO Xing，QIN Lu*

(Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetics Improvement of Oil Crops of the Ministry of Agriculture,Wuhan 430062,China)