不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗表型及光合荧光的影响

刘 建，蒋 伟，贾维嘉，区 智，屈 燕*

(1.西南林业大学园林园艺学院，云南 昆明 650224；2.国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心，云南 昆明 650224；3.云南省功能性花卉资源及产业化技术工程研究中心，云南 昆明 650224)

【研究意义】宽叶绿绒蒿(Meconopsisrudis)是罂粟科(Papaveraceae)绿绒蒿属(MeconopsisVig.)植物，绿绒蒿为云南八大名花之一，是不丹的国花，被欧洲人推崇为世界名花，其花大色艳，姿态优美，兼具极高的观赏价值与药用价值[1-2]，但因其自然生境为3000～5000 m的高海拔草甸、灌丛、流石滩，与低海拔地区气候、土壤条件相差较大，导致了其引种困难，难以发挥观赏与药用价值[3]。目前对于绿绒蒿的研究多集中于种子萌发、化学成分分析、分子标记等方面，很少有针对提升绿绒蒿生长状况方面的研究，对于氮素对宽叶绿绒蒿幼苗表型、光合荧光、土壤含氮量的影响相关研究未见报道，而这些研究对于绿绒蒿的引种驯化具有很重要的意义[1,4]。【前人研究进展】氮素在植物生长发育过程中起着十分重要的作用，是叶绿素的主要成分之一,也是蛋白质、核酸等重要生命物质的构成元素[5]。施氮肥是维持土壤氮素水平的一种重要途径，合适的土壤氮素水平对促进植物生长意义重大。梁剑等的研究表明，施用氮肥可以增加油橄榄幼苗叶片中叶绿素含量，进而提升植株的光合速率，促进植物生长发育，提高其产量[6]。刘建新等[7]的研究表明，随施氮量的提高，番茄幼苗的株高、茎粗、叶面积、壮苗指数均随之提高。但不同植物对氮素形态和浓度需求不同，如枳橙属于喜硝态氮植物，在全硝态氮环境下培养要优于在全铵态氮环境下培养[8]，枇杷属于喜铵态氮植物，枇杷根系对铵态氮的吸收大于硝态氮[9]，而对于紫花苜蓿来说，铵态氮和硝态氮均能促进其各时期的根系生长，但是两者混合使用后效果会更佳[10]；同时也有研究表明，低氮水平和高氮水平都在不同程度上减弱了茅苍术的光合作用[11]。虽然合适浓度的氮肥可以增加作物的产量，但是过量增施氮肥不仅会提高农业成本，而且会引起环境污染[12]。因此，对宽叶绿绒蒿的合理施肥一方面可以促进其生长，另一方面可以节约成本，防止环境污染。【本研究切入点】本研究通过对宽叶绿绒蒿幼苗的栽培土壤做不同浓度不同氮素形态的施肥处理，并对相应处理进行表型、叶绿素荧光、光合指标、土壤含氮量测定。【拟解决的关键问题】以探究不同浓度不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗表型指标、光合指标和叶绿素荧光指标的影响，筛选出最适宜宽叶绿绒蒿幼苗生长的氮素形态与氮肥浓度，为宽叶绿绒蒿幼苗合理施肥管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为课题组于2018年4月在西南林业大学后山大棚播种栽培的宽叶绿绒蒿(Meconopsisrudis)半年生实生苗，种子采自四川松潘雪山梁子(32°44′9′′N，103°43′6′′E)。栽培基质为腐殖土：蛭石：珍珠岩=7∶1∶1，栽培环境为为云南省昆明市盘龙区西南林业大学实验大棚，温度最高为25 ℃，最低为8 ℃，相对湿度为60%～75%，每天日均光照11 h，夜间13 h，光照强度为140 μmol·m-2·s-1。选取长势一致生长健壮的半年生实生苗作为实验材料。

1.2 实验方法

1.2.1 不同浓度氮素处理 试验设7个处理：处理N0(CK)，空白对照；处理N1，2 g·L-1硝态氮；处理N2，2 g·L-1铵态氮；处理N3，2 g·L-1硝铵态氮；处理N4，4 g·L-1硝态氮；处理N5，4 g·L-1铵态氮；处理N6，4 g·L-1硝铵态氮。每种处理设置9株，总共有63盆。实验开始时施1次肥，每盆用50 mL的氮肥液体进行灌溉，空白对照浇清水50 mL，之后每隔20 d按同样方式施1次肥，总共施肥3次。硝态氮用硝酸钾进行配置，铵态氮用氯化铵进行配置，硝铵态氮用硝酸铵进行配置。为预防氯离子对幼苗生长的影响，每种浓度都适量加入氯化钾，使各处理都有等量的氯离子。

1.2.2 表型测定 在实验开始第20、40、60天时测定幼苗株高、叶片数、最大叶长、最大叶宽和植株干重。表型指标每个处理分别测量4次，株高、最大叶长、最大叶宽用游标卡尺测量，干重用烘干法测定，将植株放在烘箱内105 ℃烘15 min，然后75 ℃烘干至恒重，用电子天平称量并记录。

1.2.3 叶绿素荧光测定 分别在实验开始第20、40、60天早上8∶00—10∶00时，选取每株从上到下第3片功能叶用IMAGING-PAM叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光指标，包括初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)，表观电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭(NPQ)、PSⅡ实际光化学效率(YⅡ)，然后按照公式Fv=Fm-Fo计算可变荧光(Fv)，并计算PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)，测定前先将待测幼苗整株避光20 min。仪器饱和脉冲光的强度2400 μmol·m-2·s-1，脉冲光0.8 s，测量光低于0.5 μmol·m-2·s-1，测定均在背景光强不超出1 μmol·m-2·s-1的环境中进行。

1.2.4 光合指标测定 分别在实验开始第20、40、60天早上8∶00—10∶00时，选取每株从上到下第3片功能叶用美国Li-6400便携式光合系统分析仪测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用率(WUE=Pn/Tr)，每枚叶片测定3次取平均值。叶室温度控制在20～25 ℃，相对湿度约为75%，光强为1000 μmol·m-2·s-1，CO2浓度为350～400 μmol·m-2·s-1，流速为500 μmol·s-1。

1.2.5 土壤含氮量测定 分别在实验开始第20、40、60天时取土样(7个处理，每个处理3个重复，共21个土样，每个土样300 g)，使用意大利SmartChem 2000全自动化学分析仪测定样品土壤的硝态氮、铵态氮、总氮含量。

1.2.6 数据统计与分析 用Origin 9.0和SPSS 23.0统计分析软件进行数据分析和显著性相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗表型的影响

如表1所示，在第20天时，相对于处理N0(CK)，各氮肥处理均显著促进了幼苗干重的增加(P<0.05)，且促进作用上处理N3>处理N6>处理N5>处理N2>处理N1>处理N4，处理N2、处理N4、处理N6显著增加了幼苗株高(P<0.05)，在增加效果上处理N6>处理N2>处理N4，处理N1和处理N4显著减少了幼苗叶片数(P<0.05)；各氮肥处理组均对最大叶长和最大叶宽影响不显著(P>0.05)。在第40天时，相对于处理N0(CK)，除处理N4外，其他各处理均显著促进了幼苗株高和干重的增加(P<0.05)，且在促进效果上处理N6>处理N3>处理N5>处理N2>处理N1，处理N3对幼苗叶片数、最大叶长、最大叶宽影响显著，其促进了叶长的提升，但减弱了叶片数和叶宽的提升。在第60天时，相对于处理N0(CK)，各氮肥处理均对幼苗株高和干重影响显著(P<0.05)，除处理N4外，其他处理均显著促进了株高和干重的增加，在促进幼苗株高增加效果上处理N3>处理N6>处理N5>处理N2>处理N1，在促进干重增加效果上处理N6>处理N5>处理N3>处理N2>处理N1，处理N4处理显著降低了幼苗株高和干重的增加，处理N3和处理N6显著促进了幼苗叶片数的增加(P<0.05)，处理N3和处理N1显著促进了幼苗叶长的增加(P<0.05)，处理N5显著促进了叶宽的增加(P<0.05)。总体来看，在对宽叶绿绒蒿幼苗生长的促进效果上，硝铵态氮>铵态氮>硝态氮，且4 g·L-1的硝铵态氮对幼苗生长促进最明显，4 g·L-1的硝态氮抑制了幼苗干物质的积累。

表1 不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗表型指标影响

2.2 不同浓度不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗叶绿素荧光的影响

如图1所示，处理N4的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP均低于处理N0(CK)，NPQ高于处理N0(CK)。其余浓度和氮素形态氮肥处理的绿绒蒿幼苗的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP均高于处理N0(CK)，其中处理N3和处理N6促进最为显著，NPQ低于处理N0(CK)，其中，处理N3和处理N6施肥降低最为显著。且处理N3对Fm、Fv/Fm有更为显著的促进作用，在施肥20、40、60 d时，Fm分别高出处理N0(CK)5.29%、5.03%、5.24%，Fv/Fm分别高出处理N0(CK)8.22%、11.08%、8.82%。4 g·L-1的硝铵态氮对ETR、YⅡ、qP有较为显著的促进作用，在施肥20、40、60 d时，ETR分别高出处理N0(CK)19.23%、13.50%、13.82%，YⅡ分别高出处理N0(CK)11.82%、6.65%、8.84%，qP分别高出处理N0(CK)3.36%、4.25%、6.25%。处理N6对NPQ有更为显著的降低作用，在施肥20、40、60 d，NPQ分别低于处理N0(CK)12.7%、10.03%、17.83%。

由表2可知，在不同浓度不同氮肥的处理下，Fm与Fv/Fm、YⅡ、ETR都呈现极显著正相关(P<0.01)，与qP呈显著正相关(P<0.05)，与NPQ呈显著负相关(P<0.05),这说明最大荧光与最大光化学速率、实际光化学效率、表观电子传递速率关系密切。Fv/Fm与qP、ETR、YⅡ均呈极显著正相关(P<0.01)，与NPQ呈显著负相关(P<0.05)，这说明最大光化学速率与实际光化学效率、表观电子传递速率、光化学猝灭关系密切，它们可能是相互促进的关系；qP与Y(Ⅱ)和ETR呈极显著正相关(P<0.01)，与NPQ呈显著负相关(P<0.05)；YⅡ与ETR呈极显著正相关(P<0.01)，与NPQ呈显著负相关(P<0.05)；NPQ与ETR呈显著负相关(P<0.05)。

表2 各叶绿素荧光指标相关性分析

2.3 不同浓度不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗光合指标的影响

如图2所示，处理N4的Pn、Gs、Tr、WUE均低于处理N0(CK)，Ci高于处理N0(CK)。其余处理的宽叶绿绒蒿幼苗的Pn、Gs、Tr、WUE均高于处理N0(CK)，其中处理N3促进最为显著，在第20、40、60天时，Pn分别高出处理N0(CK)46.64%、43.01%、38.48%，Gs分别高出处理N0(CK)14.59%、23.06%、36.79%，Tr分别高出处理N0(CK)7.65%、6.14%、13.41%，WUE分别高出处理N0(CK)36.21%、34.73%、22.11%，Ci分别低于处理N0(CK)，在第20、40、60天时分别低出处理N0(CK)7.56%、12.91%、15.98%。且在60 d时，处理N3在Pn和WUE的促进程度上处理N3>处理N6>处理N5>处理N1>处理N2>处理N4，在Gs和Tr的促进程度上处理N3>处理N6>处理N2>处理N1>处理N5>处理N4。

如表3所示，Pn与Gs、Tr和WUE有极显著相关(P<0.01)，与Ci呈极显著负相关(P<0.01)，说明净光合速率的增大与气孔导度、蒸腾速率、水分利用率密切相关。Gs与Tr和WUE、Tr与WUE均呈极显著正相关(P<0.01)，气孔导度的增加促进了蒸腾速率的增加，蒸腾速率的增加促进了水和无机盐的吸收，Ci的降低反映了光合作用利用CO2能力的提升，较高的水分利用率和胞间CO2浓度以及通过气孔进入细胞的CO2的消耗共同促进了净光合速率的提升。

表3 各光合指标相关性分析

2.4 不同浓度不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗土壤含氮量的影响

如表4所示，在第20、40、60天时，相对于处理N0(CK)，其他各处理均显著提高了土壤总氮含量(P<0.05)，且在提升效果上处理N6>处理N4>处理N3>处理N1>处理N5>处理N2。处理N2、处理N3、处理N5、处理N6显著提高了土壤铵态氮含量(P<0.05)，在提升效果上，第20和60天时处理N6>处理N5>处理N3>处理N2，第40天时处理N6>处理N3>处理N5>处理N2。处理N1、处理N3、处理N4、处理N6处理均显著提升了土壤硝态氮含量(P<0.05)，且在提升效果上，第20天时处理N4>处理N6>处理N3>处理N1，第40和第60天时处理N6>处理N4>处理N3>处理N1。因此，在同一浓度下，对宽叶绿绒蒿幼苗栽培土壤总氮的提升效果上硝铵态氮>硝态氮>铵态氮。各处理相比之下，4 g·L-1的硝铵态氮对宽叶绿绒蒿幼苗栽培土壤中硝态氮、铵态氮和硝铵态氮含量的提升效果最显著。

表4 不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗土壤含氮量的影响

3 讨 论

3.1 不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗表型的影响

氮素是植物生长过程中必不可少的元素，在植物的生命周期中起着至关重要的作用[13-14]，人们在栽培生产过程中往往通过补充氮肥来促进植物生长，常见的氮肥有铵态氮和硝态氮[15]。虽然植物对氮素有着共同的需求，但是不同植物对氮肥的喜好却有所不同[16]。在本实验中，除4 g·L-1的硝态氮处理以外，其他5种氮肥处理均显著提高了宽叶绿绒蒿幼苗的株高和干重，且在提升效果上硝铵态氮>铵态氮>硝态氮，其中4 g·L-1的硝铵态氮肥处理对幼苗干重提升效果最明显(P<0.05)，2 g·L-1的硝铵态氮处理对幼苗最大叶长提升效果最明显(P<0.05)。硝铵态氮混合使用促进宽叶绿绒蒿生长更明显，这与李春俭的研究相一致：大多数植物在同时施用硝态氮和铵态氮时，其植株生长发育均高于单一施用铵态氮肥或单一施用硝态氮肥[17]。单一氮源处理下，铵态氮对宽叶绿绒蒿幼苗生长促进效果大于硝态氮，这可能是由于宽叶绿绒蒿生长在高山流石滩上，经常受到雨水冲刷导致硝态氮难以保存，这种环境使得喜铵植物更具有生存优势。

3.2 不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗光合荧光的影响

有学者研究表明，在促进总状绿绒蒿的生长上硝铵态氮>铵态氮>硝态氮[18]，当硝铵比为5∶5时凤仙花的Fv/Fm和qP高于其他处理[19]，硝铵态氮混合使用更有利于植物叶片的光合作用，从而促进植株地上部生长发育[20]。本实验结果表明，2 g·L-1硝态氮处理、2 g·L-1铵态氮处理、2 g·L-1硝铵态氮处理均显著提高了宽叶绿绒蒿幼苗Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP等荧光参数和Pn、Gs、WUE、Tr等光合参数，降低了NPQ和Ci，这说明在浓度为2 g·L-1时，不同氮素形态氮肥均可有效提升宽叶绿绒蒿幼苗光合作用光反应和暗反应能力，且提升效果上硝铵态氮>铵态氮>硝态氮。硝铵态氮对宽叶绿绒蒿幼苗光合作用的提升优势可能来源于两方面：一方面，可能是宽叶绿绒蒿属喜铵植物，对硝态氮的同化能力较弱，这决定了单独的硝态氮促进幼苗光合作用能力最弱；另一方面，硝态氮肥中硝酸根离子在液泡中的积累对离子平衡和渗透作用均有重要意义，这决定了单独铵态氮并不能完全满足幼苗所有氮素生理需求。4 g·L-1硝态氮处理的Fm、ETR、Fv/Fm、YⅡ、qP等荧光参数和Pn、Gs、WUE、Tr等光合参数均显著低于CK，NPQ和Ci参数值显著高于处理N0(CK)，这说明当硝态氮肥浓度达到4 g·L-1时，已经对宽叶绿绒蒿幼苗光合作用产生阻碍。这可能是由于宽叶绿绒蒿幼苗同化硝态氮能力弱，高浓度硝态氮被宽叶绿绒蒿幼苗吸收后在根部和叶细胞质中被还原为过多亚硝态氮对植株产生了毒害作用，从第20～60天 Y(Ⅱ)逐渐减小，表明毒害对光反应的损害越来越大。

总体来看，同一浓度下，相比单一氮源，硝铵态氮更有助于宽叶绿绒蒿幼苗光合作用的提升，其中2 g·L-1的硝铵态氮对宽叶绿绒蒿幼苗光合作用促进效果最明显，4 g·L-1硝态氮会对宽叶绿绒蒿幼苗光合作用产生一定的阻碍。4 g·L-1硝铵态氮最有助于幼苗株高和干重的增加，但2 g·L-1硝铵态氮却最有助于幼苗光合作用能力的提升，这可能是因为随着硝铵态氮肥浓度的增加，幼苗某些生理反应逐渐加剧，从而导致幼苗干物质的消耗量逐渐增加，削弱了幼苗光合作用制造的干物质的积累能力。

3.3 不同氮素形态对宽叶绿绒蒿幼苗土壤含氮量的影响

实验结果表明，不同氮素处理的铵态氮、硝态氮、总氮含量均为处理60 d>处理40 d>处理20 d，这表明不同氮素形态氮肥均可有效提高宽叶绿绒蒿幼苗土壤含氮量，其中硝铵态氮对土壤铵态氮、硝态氮、总氮含量的提升最为显著。在对宽叶绿绒蒿土壤总氮的提升上，硝铵态氮>硝态氮>铵态氮，这可能是由于宽叶绿绒蒿幼苗吸收更多的铵态氮，导致只施铵态氮实验组的土壤中总氮含量最低，这从侧面说明了宽叶绿绒蒿是喜铵植物。

4 结 论

浓度合适氮素形态合适的氮肥可有效促进宽叶绿绒蒿幼苗的生长以及光合作用提升，最适宜宽叶绿绒蒿幼苗生长的氮素形态为硝铵态氮，最适宜的氮素浓度为2和4 g·L-1，其中4 g·L-1硝铵态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硝铵态氮更有助于幼苗光合作用能力的增加，4 g·L-1硝态氮抑制了宽叶绿绒蒿幼苗的生长及其光合作用能力。