盐碱胁迫下小麦幼苗对施氮水平的生长、生理响应

王亚妮，孙 韬

(1.山西运城农业职业技术学院，山西运城 044000；2.山西农业大学农学院，山西太谷 030801)

土壤盐渍化会通过抑制植物的光合作用、影响作物特定酶的活性及代谢过程降低作物产量[1-3]。随着气候变化，全球土壤盐渍化加剧[4]。当前，我国盐渍化土地面积约为3.6×107hm2，占全国可利用土地面积的4.88%[5]，合理开发利用这些盐碱地、科学提高盐碱地粮食产量对维护我国粮食安全具有重要意义。

小麦不仅是我国主要粮食作物之一，也是应用于盐碱地开发的重要作物[7]。在一系列制约小麦生长的非生物胁迫中，盐碱胁迫是对小麦生长及其产量影响巨大[8-9]。盐碱土壤中高浓度的可溶性Na+和Cl-对植物根部产生渗透胁迫，引发植物生理性缺水并阻碍根系吸收养分，从而导致植物养分亏损，进而在植物体内产生氧化胁迫，最终导致植物生物量下降、发育受阻甚至死亡[10-11]。合理施用氮肥不仅可以缓解小麦所受盐碱胁迫，还可以促进植株养分吸收和增强抗逆性[12]。在滨海盐渍土中施用氮肥可有效降低改良土壤盐渍化，提高小麦养分利用率和产量[13]。轻度盐碱地中施用氮肥对小麦产量的作用呈现“低促高抑”，中度盐碱地中施用氮肥严重影响小麦生长[14]。然而，不同施氮水平下小麦品种的氮素利用规律及氮肥对小麦盐碱胁迫的缓解效应仍不清晰。

黄河三角洲地区，地势低平且极易受海水侵蚀，是我国盐碱地重要分布区之一[15]。本研究选取我国重要农业科技工程——渤海粮仓示范区内天然滨海盐碱土，分析了盐碱胁迫下施氮水平对小麦生长及生理的影响，以期为盐碱地合理开发利用和提高小麦产量水平提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为山东省东营市利津县渤海粮仓实验示范区采集的滨海盐碱土，土壤有机质含量为20.1 g·kg-1，碱解氮含量39.77 mg·kg-1，有效磷含量为15.31 mg·kg-1，有效钾含量为211 mg·kg-1，pH值为8.85，含盐量2.62 g·kg-1。供试小麦品种为济麦22和山农28号，种子由山东省东营渤海农场提供。

1.2 试验设计

试验于2019年4月在山西运城农业职业学院温室进行。采用盆栽试验，每盆装风干土1.5 kg，充分浇灌后，将小麦种子用蒸馏水进行浸种后，每盆播种20粒，出苗后每盆定苗10株。试验设0、0.1、0.2和0.3 g·kg-1土4个施氮水平，分别用N0、N1、N2和N3表示，两个品种共计8个处理，每个处理3次重复。氮肥为尿素(N46%)。每周浇水1次，定苗30 d后采集样品进行检测。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集

定苗30 d后测定所有幼苗株高，然后全部采样洗净擦干称量鲜重，并剪取部分新鲜叶片进行酶活性测定，其余部分105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重获取小麦干重，干样研磨过筛待测。每盆盆栽土壤获取100 g样品，风干研磨过筛后进行理化性质测定。

1.3.2 测定指标与方法

植株样品全氮含量采用H2SO4·H2O2消煮、凯氏定氮法测定；全磷含量采用钼锑抗吸光光度法测定；全钾含量火焰光度计测定；土壤硝态氮、铵态氮均用2 mol·L-1KCl浸提，铵态氮含量采用靛酚蓝比色法(625 nm)测定，硝态氮含量采用紫外分光光度双波长(225 nm 和 275 nm)法测定；pH值用去CO2水浸提(水土比2.5∶1)、pH计法测定；土壤可溶性盐含量用去CO2水浸提(水土比5∶1)、烘干残渣重量法测定；谷氨酰胺合成酶(GS)活性和可溶性蛋白(SP)含量参照《现代植物生理学试验指南》测定[16]。

1.4 数据分析

数据均用Excel 2010进行整理，用SPSS 22.0进行方差分析，用Duncan法进行处理间差异性多重比较，图形使用Excel 2010 绘制。

2 结果与分析

2.1 施氮对盐碱胁迫下小麦幼苗生长的影响

施氮可明显缓解盐碱胁迫对两个小麦品种生长的抑制作用。与N0处理相比，济麦22和山农28号的株高在N1、N2、N3处理下均显著提高，增幅分别为15%、26%、37%和11%、12%、25%(图1)。两个品种施氮处理(N1、N2、N3)的鲜重和干重均增加，其中济麦22的鲜重和干重增幅分别为39%～86%和40%～86%，与N0处理差异均显著；而山农28号的鲜重和干重在N1与N0处理间均无显著差异，N2、N3处理的鲜重和干重均显著增加，增幅分别为49%、116%和43%、118%(图2)。此外，中、低氮处理(N1、N2)下济麦22鲜重和干重的增幅均大于山农28号，但高氮处理(N3)下山农28号鲜重和干重增幅均显著大于济麦22，表明在盐碱胁迫下不同小麦品种生长对氮素供应水平的反应有所差异。

图柱上的字母不同表示处理间差异显著(P<0.05)。J：济麦22；S：山农28号。下图同。Different letters on the columns indicate significant difference among the treatments(P<0.05).J:Jimai 22;S:Shannong 28.The same in the following figures.图1 不同施氮处理下小麦株高Fig.1 Plant height of wheat seedlings under different nitrogen treatments

图2 不同施氮处理下小麦苗期生物量(鲜重、干重)Fig.2 Biomass (fresh and dry weight) of wheat seedlings under different nitrogen treatments

2.2 施氮对盐碱胁迫下小麦苗期养分吸收的影响

与N0处理相比，低氮处理(N1)下两个品种叶片氮含量均无显著变化，而中、高氮处理(N2、N3)均显著提高了两个品种叶片氮含量，济麦22增幅分别为13%、36%，山农28号增幅分别为27%、89%(表1)。济麦22的N2处理磷含量较N0处理显著下降，降幅30%，而N3处理与N0处理无显著差异；三个施氮处理(N1、N2、N3)均显著增加了山农28号的叶片磷含量，增幅为17%～22%。施氮对两个品种叶片钾含量均无显著影响。

济麦22的氮、磷和钾积累量均随施氮量的增加呈上升趋势(表1)，其中施氮处理的氮积累量与N0处理差异均显著，增幅为41%～115%；N1、N2处理的磷积累量与N0处理均差异不显著，但N3处理差异显著，增幅为83%；N1处理的钾积累量与N0处理间差异不显著，而N2和N3处理的钾积累量差异均显著，增幅分别为62%和100%。而山农28号的N1处理氮、钾积累量与N0处理间无显著差异，而N2、N3处理的氮、钾积累量均显著大于N0处理，增幅分别为171%、176%(氮)和51%、111%(钾)；N1、N2处理的磷素积累与N0处理处理差异均不显著，而N3处理显著高于N0处理，增幅为74%。

表1 不同施氮处理下小麦叶片氮、磷、钾含量及单株积累量Table 1 N, P, and K content in leaves and accumulation of wheat under different nitrogen treatments

在不施氮处理下两个小麦品种间叶片钠含量和积累量均无显著差异。在施氮处理下，两个品种叶片钠含量较N0处理均显著下降，降幅分别为15%～39%(济麦22)和31%～38%(山农28号)(图3)。在低氮处理(N1)下两个品种钠积累量均与N0处理无显著差异；中氮处理(N2)下，济麦22的钠积累量显著高于N0处理，增幅39%，而山农28号的钠积累量与N0处理间麦无显著差异；在高氮处理(N3)下，山农28号的钠积累量显著高于N0处理，增幅46%，而济麦22的钠积累量与N0处理间无显著差异。因此，施氮可在一定程度上减弱小麦植株对土壤钠离子的吸收，缓解盐碱胁迫。

图3 不同施氮处理下小麦钠素含量和累积量Fig.3 Na content and accumulation of wheat under different nitrogen treatments

2.3 不同施氮水平下小麦苗期对盐碱胁迫的生理响应

施氮可缓解盐碱胁迫对小麦叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性和可溶性蛋白(SP)含量的抑制作用(图4)。其中，山农28号的N1处理GS活性显著高于N0处理，增幅为60%，但N1处理的SP含量与N0处理无显著差异；而济麦22的N1处理GS活性和SP含量均与N0处理无显著差异。与N0处理相比，N2、N3处理均提高了两个品种的GS活性，其中济麦22增幅分别为28%和33%，山农28号增幅分别为84%和33%；两个品种的N2、N3处理SP含量较N0处理也均增加，其中济麦22的增幅分别为63%和32%，山农28号的增幅分别为10%和17%。

图4 不同施氮处理下小麦叶片谷氨酰胺合成酶活性和可溶性蛋白含量Fig.4 Glutamine synthetase activity and soluble protein content in wheat leaves under different nitrogen treatments

3 讨 论

盐碱胁迫是制约小麦生长的重要非生物胁迫，主要通过高浓度Na+和Cl-产生的渗透胁迫影响植物根系对水分及各种营养物质的吸收，从而抑制小麦生长[17]。小麦幼苗的株高、生物量等指标常用于评价其对盐碱胁迫的抗性[18-19]。施用氮肥可促进小麦生长，提高生物量和株高[20-21]。本研究也表明，施氮显著缓解了盐碱胁迫对两个小麦品种生长(株高、干重)的抑制效应，且随施氮量的增加，缓解效果不断增强。

盐碱胁迫通过渗透作用抑制植物氮素吸收，进而导致植物体内碳氮元素代谢失衡[25-26]。可溶性蛋白是小麦体内重要的渗透调节物质[27]。而GS是影响氮素同化的关键酶，能够促进衰老叶片中氮素的转移再利用[28-29]，还能够调节光呼吸释放出的氨重新同化[30]，高GS活性有利于小麦体内氮素再利用，从而增强调节抗盐碱性。高GS活性可通过促进碳、氮代谢达到抵抗盐碱胁迫的作用[31]。本研究发现，氮肥的施用显著提高了盐碱胁迫下两种小麦品种的GS活性，且山农28号在低、中氮处理(N1、N2)下GS活性及其增幅显著高于济麦22。此外，两个品种可溶性蛋白含量在中、高氮处理(N2、N3)下显著升高，表明施用氮肥还通过提高小麦体内的可溶性蛋白含量来调控渗透压力，以缓解盐碱胁迫。

综上所述，盐碱胁迫下施用氮肥可提高小麦幼苗的氮素含量，增强其养分吸收能力，进而促进植株生长，并通过生物量的增加激发稀释效应，降低植株Na含量，减轻盐碱胁迫；同时，施氮可提高小麦叶片GS活性、SP含量，增强其渗透调节和N转化利用能力，从而增强幼苗对盐碱胁迫的抗性，减轻盐碱胁迫危害。