硝/铵营养对香蕉生长及其枯萎病发生的影响

张茂星， 张明超， 陈 鹏， 阮云泽， 朱毅勇*， 沈其荣

(1南京农业大学资源与环境科学院， 江苏南京 210095； 2海南大学农学院， 海南海口 571101)

硝/铵营养对香蕉生长及其枯萎病发生的影响

张茂星1， 张明超1， 陈 鹏1， 阮云泽2， 朱毅勇1*， 沈其荣1

(1南京农业大学资源与环境科学院， 江苏南京 210095； 2海南大学农学院， 海南海口 571101)

通过水培试验，研究了不同硝/铵配比对香蕉生长及其根际尖孢镰刀菌侵染的影响。结果表明， 1)铵硝混合营养对香蕉生长的效果优于单一营养，尤其是在75%硝态氮+25%铵态氮处理下香蕉生长最好，叶片中氮、磷、钾含量也最高； 2)香蕉根际pH在100%铵态氮处理时最低，随着硝态氮比例的增加，pH逐渐上升； 3)接种尖孢镰刀菌后，根际病原菌数量在100%铵态氮处理时最多，但是在根系细胞内却没有检测到，相反，随着硝态氮比例的增加，虽然在根际中检测到的病菌数量有所降低，但是在根系内均发现存在病原菌。本研究结果说明，相对于铵硝混合营养，全铵营养会导致香蕉生长受到一定的影响，但是却能够防止香蕉尖孢镰刀菌侵染进植物根系。由于在离体培养时，全铵可以抑制尖孢镰刀菌穿透植物细胞壁的过程，因此全铵培养植物时，其根部质外体及细胞中铵态氮浓度高很可能是抑制病原菌侵染的主要原因。

硝态氮/铵态氮比； 香蕉枯萎病； 尖孢镰刀菌

香蕉(Musa.spp.)是我国南方尤其是海南出口贸易量最大的水果。香蕉枯萎病又名香蕉巴拿马病、黄叶病[1]，其病原菌是尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusariumoxysporumf. sp.cubense)，4号侵染小种主要侵染香牙蕉(AAA)类，我国种植的巴西蕉、巴贝多、威廉姆斯品种都属于香牙蕉类，因此香蕉种植产业经常遭受重创。

该病原菌可通过带病吸芽、土壤、雨水和气流进行传播，蔓延迅速，而且在土壤中可长期营养兼性寄生生活，一般药剂难以根除。目前可通过诱变和芽变育种[2-3]，选育抗病品种，如宝岛蕉、农科一号等[4-5]，但抗病品种在品质方面难以突破，无法推广。也有研究者通过筛选生防菌来防控香蕉枯萎病[6]，或是施用改性石灰氮进行化学消毒[7]，但是其残留的氰胺类物质同时也减少了有益微生物的数量。我们在前期研究中发现并证实[8]，尖孢镰刀菌在铵态氮为单一氮源时不能穿透类似细胞壁成分的赛璐珞膜，从而影响了侵染过程。在有关机理上，Di Pietro认为[9]，铵态氮促进谷氨酰胺和蛋白激酶TOR的合成，从而引起转录因子MeaB的表达，MeaB的表达会抑制Fmk1基因的表达，是影响调控枯萎病病原菌穿透植物细胞壁的上游信号机制。

而有关栽培过程中香蕉枯萎病是否会受到氮素形态的影响，到目前为止还缺少研究。因此，从植物营养的角度来验证氮素形态对香蕉枯萎病的影响，对于指导生产具有重要的实践意义。在本实验中，我们利用不同硝/铵配比的营养液对海南香蕉枯萎病病原菌在根际和根组织内的发生及对植物本身的影响进行了测定，为实践中如何通过调控氮素营养控制枯萎病的发生提供一定的理论指导依据。

1 材料与方法

试验在海南省乐东县尖峰镇万钟实业有限公司香蕉枯萎病研究所试验大棚中进行。供试香蕉为海南主栽的巴西种香蕉(MusaAAACavendishCV． Baxi)。选择长势一致的香蕉沙床苗，洗去根部的基质，用0.5%高锰酸钾溶液消毒巴西香蕉幼苗的根系15 min，再定植于塑料桶中，塑料桶容积2.5L，经1%高锰酸钾溶液消毒后使用，外部套上黑色遮光的塑料袋。香蕉苗先用清水水培7d后再将长势一致、根系发育良好的幼苗放在不同浓度的硝/铵配比的营养液中生长。营养液采用霍格兰营养液，略作修改，即在营养液中加入不同形态的氮源，详见表1。试验设5个处理：100%硝态氮 (100% N)；75%硝态氮+25%铵态氮(75%N+25%A)；50%硝态氮+50%铵态氮(50%N+50%A)；25%硝态氮+75%铵态氮(25%N+75%A)；100%铵态氮(100%A)。每个处理15株，每桶定植一株，重复3次。每隔3d更换一次营养液，并将起始pH用H2SO4调到6.5，将香蕉苗培养一个月后，分别接种一定量的病原菌，每隔10 d接种一次，接种量为103cfu/g，连续3次，同时每个处理均设置对照。在接种病原菌后，废弃营养液经过灭菌消毒处理。最后检测各处理的侵染发病情况及香蕉生长状况。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 植株生理指标的测定 株高(地面至顶部两叶叶柄交叉点的距离)、 茎围(离地面5 cm处的假茎周长)、叶长(顶部完全展开第1片叶叶基至叶尖的距离)、叶宽(顶部完全展开第1片叶最宽处的叶片宽度，测时与叶长垂直)。第1片叶叶面积=0.75×叶长×叶宽[10]。叶绿素相对含量用叶绿素(SPAD)仪测定顶部完全展开第1片叶。

1.2.2 营养液pH的测定 每次换下来的营养液过滤后用pH计测定。

1.2.3 生物量的测定 收获时将地上部和根分开采样，叶片用湿纱布轻轻擦拭，根用去离子水洗净之后用吸水纸吸干，先测定鲜重，杀青(105℃，30 min)后70℃烘干至恒重。

1.2.4 植株全氮、磷、钾含量的测定 香蕉根、茎、叶烘干样品用浓硫酸消煮。全氮采用水杨酸-锌粉还原法测定；全磷采用钼锑抗比色法测定；全钾采用火焰光度计法测定；植物全钙、镁采用原子吸收分光光度法测定[11]。

1.2.5 香蕉根际及根内病原菌数量检测 分别取各处理的香蕉植株根系，称取2 g正常吸收根作为样品，消毒3 min后，于研钵中加5 mL无菌水充分研磨，转移并定容到10 mL的离心管中。另外再称5 g根于45 mL无菌水中震荡2h(170r/min)。涂布时取根系研磨液的原液和10-1稀释液，根际震荡液取10-1和10-2稀释液涂布在K2选择性培养基中计数[12]。涂布好后置于28℃恒温培养箱内培养，4d后测每个培养皿中的菌落数，每个处理4个重复。

表1 营养液各组分浓度及硝/铵配比Table 1 The concentrations of medium components and nitrate/ammonium ratios

1.3 数据统计与分析

①截至2010年底，绍兴市登记在册的民营企业为65，000家。65，000×90%=58，500。资料来源：http://epaper.shaoxing.com.cn/ttsb/html/2011-02/23/contoct_488833.htm.

试验数据用Excel软件进行处理， SPSS 18.0进行统计分析，单因素方差分析检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同硝/铵配比对香蕉生物量的影响

从图1可以看出，香蕉在不同硝/铵配比营养液中处理30d后，其地下部根系的鲜重差异不显著。香蕉地上部分在75%N+25%A处理下长势最好，鲜重最大，差异极显著。而香蕉在100% A和25%N+75%A处理下长势相对较差，干重的结果基本上与鲜重的结果一致，但从根干重可以进一步反映出，其变化趋势与地上部分是一致的，这可能是根部含水量较多，因此从鲜重上还不能明显地反映出不同硝/铵配比对其生长的影响。

图1 不同硝/铵配比对香蕉生物量的影响Fig.1 The effect of different nitrate/ammonium ratios on banana biomass [注(Note): 柱上不同字母表示处理间差异达5%的显著水平Different letters above the bars mean significant difference at the 5% level.]

2.2 不同硝/铵配比对香蕉形态指标的影响

从图2可以看出，不同硝/铵配比对香蕉植株的表型存在一定的影响，其中香蕉植株在75%N+25%A处理中株高和茎围及叶面积均比其它各处理高，且差异极显著。不同硝/铵配比也显著影响香蕉叶片的叶绿素相对含量，其中香蕉在100%N处理下叶绿素含量最小，可能是由于香蕉在全部供给硝态氮的条件下根际pH环境变化使营养液中Fe、Mg等养分的有效性降低，从而影响叶绿素的合成。而香蕉在100%A处理下植株长势相对最差，株高、叶面积均比硝/铵混合营养的要小，叶绿素相对含量也偏低。

图2 不同硝/铵配比对香蕉形态指标的影响Fig.2 The effect of different nitrate/ammonium ratios on banana morphological parameter [注(Note): 柱上不同字母表示处理间差异达5%的显著水平Different letters above the bars mean significant difference at the 5% level.]

2.3 不同硝/铵配比对香蕉叶片养分含量的影响

不同硝/铵配比影响香蕉对各种养分的吸收，从表2可以看出，香蕉叶片中的氮、磷、钾含量在75%N+25%A处理中最高，

与其他处理差异显著。而 表2 不同硝/铵配比对香蕉叶片养分含量的影响(g/kg)Table 2 The effect of different nitrate/ammonium ratios on banana leaf nutrition concentration.

注(Note): 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%的显著水平 Values followed by different letters in the same column mean significant difference at the 5% level.

香蕉叶片中的钙、镁在100%N处理中含量最高，也与其他处理的差异达到显著水平，而在不同硝/铵比例的处理中差异不明显。本结果也说明植物根系吸收养分过程是一个阴阳离子平衡的动态过程，因此吸收硝态氮过程中其他几种阳离子如钾、钙、镁的吸收均会增加，相反在吸收铵态氮的过程中会影响这些阳离子的吸收[13-14]。

2.4 不同硝/铵配比对香蕉根际pH的影响

2.5不同硝/铵配比对香蕉根际尖孢镰刀菌数量的影响

图3 不同硝/铵配比对香蕉根际pH的影响Fig.3 The effect of different nitrate/ammonium ratios on banana rhizosphere pH [注(Note): 柱上不同字母表示处理间差异达5%的显著水平 Different letters above the bars mean significant difference at the 5% level.]

图4显示，香蕉根际病原菌数量在100%铵态氮时最多，为2.4×103cfu/g。而不同硝/铵配比处理的香蕉根际尖孢镰刀菌数量差异不明显，并且100%硝态氮处理的根际病原菌的数量最少。然而从表3的结果来看，香蕉根系经过表面消毒处理后，100%A处理的根系组织中并没有检测到尖孢镰刀菌，而只要是硝态氮的处理，无论比例大小，根系组织中都检测到病原菌的存在，这说明香蕉枯萎病尖孢镰刀菌在铵态氮作为单一氮源的条件下不能穿透根系细胞壁进入根系组织。

图4 不同铵硝配比对香蕉根际尖孢镰刀菌数量的影响Fig.4 The effect of different ammonium/nitrate ratios on banana rhizosphere Fusarium Oxysporum quantity [注(Note): 柱上不同字母表示处理间差异达5%的显著水平 Different letters above the bars mean significant difference at the 5% level.]

表3 不同铵硝配比对香蕉根研磨液尖孢镰刀菌数量的影响(cfu/g)Table 3 The effect of different ammonium/nitrate ratios on banana root grinding fluid Fusarium Oxysporum quantity

3 讨论与结论

虽然一般的植物都能吸收硝、铵两种形态的氮源，但是大多数旱地植物在单一的铵态氮营养下很容易出现铵中毒的现象[18]。虽然本实验中香蕉没有出现铵中毒现象，但是也明显受到了一定程度的抑制。从本试验测定的数据可以看出，香蕉的鲜重、株高、茎围、叶面积均随着铵态氮浓度的增加而有所降低(图1、图2)。由于植物吸收铵态氮造成根际酸化[19]，本试验中100%铵态氮处理3 d后，营养液pH从6.5降低到4.8(图3)。一般认为细胞外H+浓度增加会对细胞膜质子泵产生抑制[20]。而质子泵活性下降会导致细胞膜去极化，影响根系对其他养分离子的吸收，进而造成植物生长受阻。另外，由于铵态氮是阳离子，并且其吸收量很大，因此也会导致其他阳离子的吸收受到影响，这在本试验中也得到验证(表2)，主要是钙、镁、钾离子的吸收明显减少。这些都可能是导致全铵营养下植物生长受到一定抑制的原因。

而硝态氮不仅是营养，同时也是调控植物初级代谢的一种信号分子，因此当作物缺少硝态氮时生长也容易受到抑制[21-22]。相反，增加硝态氮能够减轻或避免铵中毒[23]，并且改善由于植物吸收铵态氮导致的根际酸化问题[24]。由此可见，在硝、铵混合营养条件下植物生长比单一氮源更好，本试验结果也证明了这一点(图1、 2)。

另外，在本试验中，由于使用的是NH4Cl，因此当铵态氮浓度提高时也意味着氯离子的浓度也在增加，从已有的文献中也发现[28]，二氧化氯对枯萎菌也有一定的抑制作用，因此也不能排除氯离子抑制香蕉枯萎病的作用，这方面也需要进一步的研究进行证实。

综上所述，铵态氮在一定程度上可以有效地控制香蕉尖孢镰刀菌的侵染过程，在实践中可以通过增加铵的浓度来控制香蕉枯萎病的发生，并施加一定量的硝态氮肥以减缓植物铵中毒，这方面也需要通过大田试验进行验证，这也是我们今后研究的一个方向。

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Influenceofnitrate/ammoniumratioontheplantgrowthofbananaandrelatedwiltdiseasedevelopment

ZHANG Mao-xing1, ZHANG Ming-chao1, CHEN Peng1, RUAN Yun-ze2, ZHU Yi-yong1*, SHEN Qi-rong1

(1CollegeofResourceandEnvironmentScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;2CollegeofAgronomy,HainanUniversity,Haikou571101,China)

Hydroponics experiments were conducted to investigate the effects of nitrate/ammonium ratio on the growth of banana plants and invasion of bananaFusariumoxysporumf. sp.Cubense. The results showed that, 1) In comparison with the treatments of sole nitrogen source, under the treatment of 75% nitrate + 25% ammonium (75% N + 25% A), the biomass of banana plants and the content of N, P, K in plants were the highest amongst all the treatments. 2) The rhizospheric pH was decreased strongly under the 100% ammonium treatment, while the pH increased with the addition of nitrate in the root medium. 3) After inoculation ofFusariumoxysporumf. sp.Cubense, the population of pathogen in rhizosphere was increased by the application of ammonium nutrition, but the number of pathogen in root tissue was reduced especially when the ammonium ratio reached 100%, no pathogen was detected in the root. In conclusion, sole ammonium nutrition could depress the growth of banana plants, but it can inhibitFusariumoxysporumf. sp.Cubensepenetration into the root cells. In combination with our previous experiments in vitro, that 100% ammonium inhibitedFusariumoxysporumf. sp.Cubensepenetration process through the host plant cell wall. Our results suggested that the high concentration of ammonium in root cytoplast and cytosol could play an important role in the inhibition of invasion of this pathogen.

nitrate/ammonium ratio; banana wilt disease;Fusariumoxysporumf. sp.Cubense

2013-01-11接受日期2013-05-07

教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0672)；国家自然科学基金(41101231)；农业部公益性行业科研专项(201103004)资助。

张茂星(1988—)，男，江西吉安人，硕士研究生，主要从事植物营养与病理方面的研究。E-mail: 2011103170@njau.edu.cn * 通信作者 E-mail: yiyong1973@njau.edu.cn

S668.1； S432

A

1008-505X(2013)05-1241-07