2,4-表油菜素内酯对葡萄幼苗氮吸收量和转运量以及土壤氮含量的影响*

练华山，邹盼红，李欣欣，林立金，廖明安

（1.成都农业科技职业学院 农业园艺学院，四川 成都 611130；2.成都市锦江区四川师大附属第一学校，四川 成都 611130；3.四川农业大学 果蔬研究所，四川 成都 611130；4.四川农业大学 园艺学院，四川 成都 611130）

氮元素作为“生命元素”，对果树的生长发育、物质代谢以及果实产量和品质等有着不可代替的作用[1]。氮素过多或过少对果树生长均有不利影响。缺氮时，果树的光合性能下降[2]，树体衰弱，老叶叶面积小，果实小且易早落或早熟[3]；氮素过量会导致果树体内硝酸盐大量积聚，引起土壤酸化和板结，从而降低化肥利用率[4]，并引起水体富营养化，加剧温室效应等[5]。在实际生产中，氮肥利用率较低会对环境造成严重污染[6]。因此，提高作物对氮素的吸收、转运及利用率不仅有利于果树的生长发育，还有利于减少氮肥对生态系统的污染。

油菜素内酯（brassinolide，BR）是一种油菜素甾族化合物（brassinosteroids，BRs），被列为第六大类植物内源激素，是国际上公认的高效、广谱、无毒和无副作用的植物生长调节剂[7-8]。已有研究表明：BR 能够促进植物的生理代谢，抑制膜脂过氧化，通过促进细胞壁松弛帮助细胞修复，同时在细胞分裂、植物茎和根的伸长、器官发育和胁迫响应等方面有重要作用[9-10]。目前，已鉴定的BRs 相关化合物达60 余种，其中，2,4-表油菜素内酯（EBR）和2,8-高油菜素内酯（HBR）是活性最强的两类油菜素内酯，广泛应用于BR 功能和信号转导的相关研究[11]。EBR 能够用人工合成的方法批量生产，具有良好的应用前景[12-13]。已有研究表明：EBR 能够修复Ca（NO3）2胁迫对黄瓜幼苗中参与氮代谢的酶结构损伤[14]；促进小麦对氮的吸收和开花后营养器官中氮元素向籽粒的转运[15]。

葡萄是葡萄科（Vitaceae）葡萄属（Vitis）多年生落叶藤本植物，是世界上最古老的植物之一，也是世界第二大水果[16]。葡萄富含多种矿物质、氨基酸和果酸，营养价值丰富，同时含有的聚合苯酚和白藜芦醇能够保护细胞，防止细胞癌变[17-18]。葡萄是需氮量较高的果树，氮素是影响其产量的首要因素[19]。但在葡萄种植过程中存在氮肥施用不科学和利用率低的问题，导致葡萄产量及效益不高、品质下降和病虫害严重等[20]。前期研究发现：叶面喷施不同质量浓度的EBR 可促进夏黑葡萄幼苗叶片生长，其生物量、光合参数以及抗氧化酶活性均有所提高（另文发表）。本研究采用盆栽试验，分析喷施不同质量浓度EBR 对葡萄幼苗氮吸收和转运量以及对土壤氮含量的影响，探究葡萄氮吸收及转运的EBR 调控效应，以期为葡萄幼苗培育中氮肥的高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤取自四川农业大学成都校区农田（N30°71′，E103°86′，海拔470 m），按鲍士旦[21]的方法测定其基本理化性质为：pH 7.71，有机质含量15.29 mg/g，全氮含量0.85 mg/g，碱解氮含量87.99 mg/kg，全磷含量11.88 mg/g，速效磷含量55.78 mg/kg，速效钾含量41.96 mg/kg，全钾含量15.38 mg/g。

供试材料为早熟品种夏黑葡萄的当年生扦插苗，其扦插条是四川省崇州市四川农业大学现代农业研发基地夏黑葡萄园于2018 年冬季修剪时收集的生长健壮、长势一致且无病虫害的1 年生葡萄枝条，沙藏保存。

1.2 试验设计

试验于2019 年2—8 月在四川农业大学成都校区进行。2019 年2 月，对夏黑葡萄扦插条进行修剪（带1 个健壮饱满芽，长约7 cm），后扦插于装有珍珠岩的50 孔穴盘中，育苗所用珍珠岩是含水量为2%～6%的浮石状灰白色珍珠岩，置于昼夜温度为21～23℃的人工气候室中。

2019 年3 月，选取植株健壮、长势一致且无病虫害的葡萄幼苗45 株（株高约15 cm）移栽至塑料盆中（高15 cm，直径18 cm），每盆3 株。然后将葡萄幼苗置于温度为24 ℃/10 ℃（昼/夜）、光周期为12 h/12 h、光强度为200 μmol/（m2·s）的人工培养室内。

幼苗移栽缓苗15 d 后，分别向葡萄幼苗叶面喷施0（清水对照）、0.5、1.0、1.5 和2.0 mg/L 的EBR 水溶液，每个处理5 盆，每盆3 株，重复3次。整株均匀喷施，以叶面湿润且不滴液为宜。喷施时间为9：0 0，每隔7 d 喷1 次，连续喷施3 次，每个处理每次共喷施60 mL，喷施时注意单独喷施避免不同质量浓度交互影响。盆栽随机摆放于人工培养室内，每7 d 交换盆栽位置以减弱边际效应的影响。

在喷施处理前和最后1 次处理8 d 后采收鲜样测定植物氮含量及生物量。最后一次处理8 d后收获整株幼苗，根、茎、叶分别用自来水洗净，再用去离子水冲洗3 次，分装，于110 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒质量，备用。土壤自然风干后过1 mm 筛，备用。

1.3 指标测定

称取烘干、粉碎并过筛的葡萄幼苗根、茎、叶样品各0.2 g，加少量水和浓H2SO4溶液5 mL，摇匀过夜，采用硫酸—过氧化氢消煮后过滤，定容至100 mL[21]。用凯氏定氮法测定氮含量：吸取待测液5 mL，加酒石酸钠溶液2 mL、少量KOH溶液和蒸馏水40 mL，摇匀后加奈氏试剂2.5 mL，静置显色30 min 后于420 nm 处比色[21]。夏黑葡萄氮素吸收及转运的相关指标参考PAPAKOSTA等[22]的方法并改进后进行计算。

某器官单株氮吸收量（mg）=某器官生物量（g）×某器官氮含量（mg/g）；

植株单株氮总吸收量（mg）=根的氮吸收量（mg）+茎的氮吸收量（mg）+叶的氮吸收量（mg）；

某器官单株氮转运量（mg）=某器官试验末期氮吸收量（mg）-某器官试验初期氮吸收量（mg）；

某器官单株氮转运效率=某器官氮转运量（mg）/某器官试验初期氮吸收量（mg）×100%；

某器官单株氮转运贡献率=某器官氮转运量（mg）/某器官氮吸收量（mg）×100%；

某器官单株氮收获指数=某器官氮吸收量（mg）/植株总氮吸收量（mg）×100%；

氮转运系数=植物地上部分氮含量（mg/g）/根系氮含量（mg/g）；

氮转运量系数=[ 地上部氮含量（mg/g）×地上部分生物量（g/株）]/[ 根系氮含量（mg/g）×根系生物量（g/株）]。

土壤速效氮、铵态氮和硝态氮分别采用扩散皿法、KCl 浸提—靛酚蓝比色法和双波长紫外分光光度法测定[21]。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2010 记录与整理，采用SPSS 21.0 进行方差分析（Duncan 新复极差法进行多重比较，P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮含量的影响

由表1 可知：随着喷施EBR 质量浓度的增加，葡萄幼苗根、茎及整株氮含量呈先增加后减少的趋势，地上部分和叶的氮含量呈先减少后增加再减少的趋势。根、茎、叶、地上部分及整株氮含量均在EBR 质量浓度为1.5 mg/L 时最高，分别较对照显著增加52.68%、34.79%、5.65%、9.76%和22.84%（P＜0.05）。叶氮含量在EBR 质量浓度为0.5 和1.0 mg/L 时均低于对照，地上部分氮含量仅在EBR 质量浓度为0.5 mg/L 时低于对照。

表1 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮含量的影响Tab.1 Effects of EBR on the content of nitrogen in Summer Black grape seedlings mg/g

2.2 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮吸收量的影响

由表2 可知：随着喷施EBR 质量浓度的增加，葡萄幼苗根、茎、叶及整株氮吸收量均呈先增加后减少的趋势，且均高于对照，并在EBR质量浓度为1.5 mg/L 时最高，较对照分别显著增加132.10%、190.34%、36.57% 和75.11%（P＜0.05）。不同质量浓度（0.5～2.0 mg/L）的EBR 使幼苗整株氮吸收量较对照分别显著增加20.63%、53.45%、75.11%和37.33%（P＜0.05）。

表2 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮吸收量的影响Tab.2 Effects of EBR on the nitrogen uptake in Summer Black grape seedlings mg

2.3 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运量的影响

由表3 可知：不同质量浓度的EBR 处理均可增加葡萄幼苗根、茎和叶的氮转运量，且均在EBR 质量浓度为1.5 mg/L 时效果最佳。不同器官的氮转运量存在差异，氮转运量增量表现为根最高，叶次之，茎最低，与氮吸收量表现一致。与对照相比，不同质量浓度的EBR 均可降低葡萄幼苗氮转运量系数，氮转运量系数的大小排序为：0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞1.0 mg/L＞1.5 mg/L。

表3 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运量的影响Tab.3 Effects of EBR on the nitrogen translocation in Summer Black grape seedlings

2.4 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运效率和转运系数的影响

由表4 可知：喷施EBR 后，葡萄幼苗根、茎和叶的氮转运效率均高于对照，但氮转运系数均低于对照。葡萄幼苗根、茎和叶的氮转运效率均在EBR 质量浓度为1.5 mg/L 时最高，其中各处理根和茎的氮转运效率排序为：1.5 mg/L＞1.0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L，各处理幼苗氮转运系数排序为：0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞1.0 mg/L＞1.5 mg/L。

表4 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运效率和转运系数的影响Tab.4 Effects of EBR on the nitrogen transport efficiency and translocation coefficient in Summer Black grape seedlings

2.5 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运贡献率的影响

由表5 可知：喷施EBR 后，葡萄幼苗根、茎和叶的氮转运贡献率均高于对照，且随着EBR质量浓度增加均呈先增加后减少的趋势。不同器官的氮转运贡献率之间存在差异，氮转运贡献率增量表现为茎最高，根次之，叶片最低。各处理根和茎氮转运贡献率的排序均为1.5 mg/L＞1.0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L，而叶氮转运贡献率的排序为1.5 mg/L＞2.0 mg/L＞1.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L。葡萄幼苗根、茎和叶的氮转运贡献率均在1.5 mg/L EBR 时最高，较对照分别增加2.03 倍、4.32 倍和0.64 倍。

表5 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮转运贡献率的影响Tab.5 Effects of EBR on the nitrogen transport contribution rate in Summer Black grape seedlings %

2.6 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮收获指数的影响

由表6 可知：喷施EBR 后，葡萄幼苗根和茎的收获指数均高于对照，但叶的收获指数均低于对照。根收获指数在喷施EBR 质量浓度为1.5 mg/L 时最高，1.0 mg/L 时次之，分别较对照显著增加32.56% 和31.24%（P＜0.05）；茎收获指数在喷施EBR 质量浓度为1.0 mg/L 时最高，1.5 mg/L 时次之，分别较对照显著增加70.03%和65.55%（P＜0.05）；叶收获指数在喷施EBR 质量浓度为1.5 mg/L 处理时最低，1.0 mg/L 处理时次之，分别较对照显著降低21.98% 和21.88%（P＜0.05）。

表6 EBR 对夏黑葡萄幼苗氮收获指数的影响Tab.6 Effects of EBR on the nitrogen harvest index in Summer Black grape seedling %

2.7 EBR 处理对土壤中不同形态氮素含量的影响

由表7 可知：喷施EBR 处理后，葡萄幼苗土壤速效氮和硝态氮含量较对照均增加，而铵态氮含量则均低于对照。土壤速效氮含量在1.5 mg/L EBR 时最高，较对照显著增加8.22%（P＜0.05）；土壤硝态氮在2.0 mg/L EBR 时最高，1.5 mg/L EBR 时次之，较对照分别显著增加42.43%和23.00%（P＜0.05）；土壤铵态氮在1.0 mg/L EBR 时最低，1.5 mg/L EBR 时次之，分别较对照显著减少43.05%和41.12%（P＜0.05）。

表7 EBR 处理对土壤中不同形态氮含量的影响Tab.7 Effect of EBR treatment on the soil nitrogen content of different forms mg/g

3 讨论

研究表明：植物生长调节剂能够调节植物体内氮的吸收与转运[23-26]。EBR 作为生长调节剂之一可以促进植物生长和矿质元素吸收[27]。本研究中，喷施EBR 增加了夏黑葡萄幼苗根和茎的氮含量以及根、茎、叶的氮吸收量，其中可能有三方面原因：一是EBR 促进葡萄幼苗根系的生长发育，增强根对氮的吸收，使其从土壤中吸收更多的氮，并被植物利用，使葡萄幼苗快速生长，促进对氮的吸收和积累[27]；二是EBR 可能通过提高质膜H+-ATP 酶的活性[26]，使其分泌质子H+改变根际pH，导致葡萄幼苗选择性吸收氨态氮[28]，根系氨态氮含量的增加对硝态氮的吸收产生抑制作用[29]，从而使土壤硝态氮含量增加而铵态氮含量减少；三是EBR 可能通过提高谷氨酸合酶和谷氨酰胺合成酶的活性增强氨态氮的同化作用[30]，从而增加葡萄幼苗茎和叶的氮含量。

本研究中，喷施EBR 后土壤速效氮含量增加，这可能是因为EBR 促进了土壤无机成分的转化[31]，使土壤速效氮含量增加，改善幼苗根系土壤生物学环境，使土壤环境朝着有利于幼苗生长的方向改变，进而促进幼苗对氮的吸收和积累，使幼苗氮含量增加[32-33]。但根、茎、叶的氮吸收情况因EBR 质量浓度不同而呈现不同的变化趋势，可能是因为随着EBR 质量浓度的变化，葡萄幼苗不同器官对养分的吸收和转运能力产生相应变化。当EBR 质量浓度超过1.5 mg/L时，葡萄幼苗各器官的氮吸收量及转运量均呈下降趋势。这可能是因为根系细胞中NH4+浓度较高，对细胞产生了毒害作用，从而降低幼苗对氮的吸收[34]。

氮在植物体内吸收与转运的状况可以从氮转运量、氮转运效率、氮转运贡献率和氮收获指数进行表征，氮转运量是氮吸收、转运与分配的数量反映，而其余指标则从不同角度表明氮吸收和转运与一些生产力指标的对比关系[35]。喷施不同质量浓度EBR，葡萄幼苗不同器官的氮吸收与转运也会不同。本研究中，喷施EBR 后，葡萄幼苗各器官氮转运量均提高，各器官氮转运量与氮吸收量变化表现一致，均表现为随着EBR 质量浓度增加呈先上升后降低的趋势。就氮转运量和氮吸收量而言，整体均表现为叶＞根＞茎。这表明EBR 处理后葡萄幼苗茎仅作为氮贮藏的“临时库”，用于氮的运输通道。在一定范围内（EBR 质量浓度不高于1.5 mg/L），随着EBR 质量浓度的提高，在葡萄幼苗各器官氮转运量均提高的同时，氮转运系数显著降低，根系的收获指数显著提高，表明适宜质量浓度的EBR 可促进葡萄幼苗茎、叶和根系的氮转运能力，尤其是根的氮吸收及转运能力，说明EBR 对葡萄幼苗根的生长发育可以产生积极影响[36]。

4 结论

喷施EBR 能够增加夏黑葡萄幼苗的整株氮含量，提高幼苗根、茎、叶的氮转运能力，并且使土壤中速效氮和硝态氮含量提高，而铵态氮含量减少，且当EBR 质量浓度为1.5 mg/L 时效果最佳。所以EBR 可以通过改善根际土壤环境，使土壤中的氮素形态朝着有利于葡萄幼苗吸收利用的方向变化，从而促进夏黑葡萄幼苗对氮的吸收和转运。