不同氮處理下速生柳對(duì)水體氮的吸收、分配及生理響應(yīng)

汪慶兵, 張建鋒,*,陳光才, 孫 慧, 吳 灝, 張 穎,2, 楊泉泉, 王 麗

1 中國(guó)林科院亞熱帶林業(yè)研究所, 富陽 311400

2 青島農(nóng)業(yè)大學(xué), 青島 266109

不同氮處理下速生柳對(duì)水體氮的吸收、分配及生理響應(yīng)

汪慶兵1, 張建鋒1,*,陳光才1, 孫 慧1, 吳 灝1, 張 穎1,2, 楊泉泉1, 王 麗1

1 中國(guó)林科院亞熱帶林業(yè)研究所, 富陽 311400

2 青島農(nóng)業(yè)大學(xué), 青島 266109

15N示蹤; 旱柳; 銨態(tài)氮; 硝態(tài)氮; 吸收分配; 生理響應(yīng)

近年來，由于全球氣候變化和人為活動(dòng)的影響，以及大氣氮沉降的加劇，世界范圍內(nèi)水體氮污染普遍存在[1]。大氣氮沉降以及硝酸鹽的過量導(dǎo)致水體可溶性氮大幅度增加，我國(guó)水體氮污染狀況不容樂觀[2- 3]。植物修復(fù)是利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物，達(dá)到降低或清除污染物的一種環(huán)境修復(fù)技術(shù)[4]。植物修復(fù)因其具有高效、經(jīng)濟(jì)和景觀效果好等特點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于土壤、水體污染的修復(fù)研究[5- 6]。目前，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的修復(fù)研究大多集中于水生和草本植物等，對(duì)木本植物的相關(guān)研究則較少[5, 7]。柳樹性喜濕，根系發(fā)達(dá)，適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)速度快，耐水性好，常于水旁栽植，對(duì)水體氮、磷污染有很好的修復(fù)作用，是應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體植物修復(fù)的重要樹種[8- 9]。

1 材料與方法

1.1 供試材料培養(yǎng)與方法

實(shí)驗(yàn)選用的柳樹無性系于2013年3月份引種于山東濱州一逸林業(yè)有限公司，為旱柳無性系27號(hào)。將柳樹枝條剪成10cm長(zhǎng)插條，均勻扦插于40cm×20cm的有孔泡沫板中，每個(gè)泡沫板上扦插12棵插條，置于19L的方形塑料箱中培養(yǎng)。自然光照強(qiáng)度下，溫度為20—30℃，每天光照約10h。用改進(jìn)的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配方培養(yǎng)[19](營(yíng)養(yǎng)液成分為：0.51 g/L KNO3，0.82 g/L Ca(NO3)2·4H2O，0.136 g/L KH2PO4，0.49 g/L MgSO4·7H2O，2.86 mg/L H3BO3，1.81 mg/L MnCl2·4H2O，0.22 mg/L ZnSO4·7H2O，0.45 mg/L (NH4)6Mo7O24，0.6 mg/L FeSO4，0.744 mg/L EDTA)。保持24 h通氣，每7 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液pH控制在6.5左右。待柳樹幼苗生長(zhǎng)3個(gè)月后，選取長(zhǎng)勢(shì)良好且生長(zhǎng)基本一致的幼苗，通過測(cè)定株高和整株生物量，選取長(zhǎng)勢(shì)一定(株高±<5 cm、株生物量±<10 g)的柳樹苗用于試驗(yàn)。柳樹苗先用自來水沖洗，再用蒸餾水清洗后晾干10 min左右，放入無離子水中培養(yǎng)，1周后達(dá)到氮饑餓狀態(tài)，進(jìn)行氮吸收試驗(yàn)。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 植株鮮重與干重測(cè)定

第28天收獲植株時(shí)，每個(gè)處理取出6棵葉片和根系完整的柳樹苗，測(cè)定其鮮重和干重，在實(shí)驗(yàn)室用去離子水洗凈，分根、莖、葉，在實(shí)驗(yàn)室晾干測(cè)定鮮重；測(cè)定干重樣品在105 ℃下殺青0.5 h后，在75 ℃下烘干72 h，用感量為0.01 g的電子天平稱量，統(tǒng)計(jì)單株根系和地上部(莖和葉)的生物量。

1.2.2 植株各部分δ15N含量測(cè)定

用于測(cè)定各部分δ15N含量的柳樹苗，分別第7、14、21天和第28天在每個(gè)處理取出6棵柳樹苗，測(cè)定鮮重和干重，方法同上。烘干后粉碎過100目篩，用于測(cè)定δ15N含量。用DELTA V Advantage同位素比率質(zhì)譜儀和Flash EA1112 HT元素分析儀(Thermo Fisher Scientific，美國(guó))測(cè)定樣品中的δ15N值(誤差值控制在±<0.2‰)。參考林光輝[21]和趙登超[22]等，計(jì)算得到柳樹各器官的氮原子百分含量Atom%15N(AT%)、15N吸收量、來自氮源的N%(Ndff%)和15N分配率。

1.2.3 植株葉片和根系生理指標(biāo)測(cè)定

所有氮處理在培養(yǎng)的第28天上午，在剩余完整柳樹中取其第3—5葉位成熟葉片和長(zhǎng)勢(shì)良好的根系若干，立即于4 ℃左右低溫冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，試驗(yàn)均重復(fù)3—6次。根據(jù)課題組前期的研究和預(yù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定柳樹苗葉片和根系相關(guān)生理指標(biāo)：過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法測(cè)定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)光化學(xué)還原法測(cè)定，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定；根系活力采用α-萘氧化法測(cè)定[23- 24]，CAT測(cè)定在24 h內(nèi)完成，其它指標(biāo)均在48 h內(nèi)完成測(cè)定；根系形態(tài)采用全自動(dòng)雙光源根系掃描分析儀測(cè)定，分析軟件為Regent Instruments公司提供的WinRHIZO Pro 2005b，由此得出試驗(yàn)柳樹苗的根系長(zhǎng)度、根面積、根體積、根平均直徑和根尖數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮處理對(duì)旱柳各器官生物量和氮吸收的影響

表1 不同氮處理對(duì)旱柳各器官生物量、AT%、N%、15N吸收量和Ndff值的影響

2.2 不同氮處理對(duì)旱柳各器官的影響15N分配率的影響

表2 不同氮處理對(duì)旱柳各器官15N分配率的影響

圖1 不同氮處理對(duì)旱柳吸收、分配水體氮素的影響Fig.1 Effects of different nitrogen treatments on the absorption and distribution of nitrogen in Salix matsudana不同大寫字母表示處理間柳樹指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示處理間柳樹指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，*表示和之間差異顯著(P<0.05)

2.3 不同氮處理對(duì)旱柳葉和根CAT、POD、SOD、MDA的影響

圖2 不同氮處理對(duì)旱柳葉和根CAT活性的影響Fig.2 Effects of different nitrogen treatments on the activity of CAT in leaf and root of Salix matsudana不同大寫字母表示處理間柳樹指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示處理間柳樹指標(biāo)差異顯著(P<0.05)

圖3 不同氮處理對(duì)旱柳葉和根POD的影響Fig.3 Effects of different nitrogen treatments on the activity of POD in leaf and root of Salix matsudana

圖4 不同氮處理對(duì)旱柳葉和根SOD的影響Fig.4 Effects of different nitrogen treatments on the activity of SOD in leaf and root of Salix matsudana

圖5 不同氮處理對(duì)旱柳葉和根MDA的影響Fig.5 Effects of different nitrogen treatments on the contents of MDA in leaf and root of Salix matsudana

2.4 不同氮處理對(duì)旱柳根系活力和根系形態(tài)的影響

圖6 不同氮處理對(duì)旱柳根系活力的影響 Fig.6 Effects of different nitrogen treatments on the root activity of Salix matsudana

表3 不同氮處理對(duì)旱柳根系形態(tài)的影響

3 討論

致謝：山東濱州一逸林業(yè)有限公司總經(jīng)理焦傳禮先生提供實(shí)驗(yàn)材料。

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Nitrogen absorption/distribution and physiological characteristics ofSalixmatsudanaseedlings grown in hydroponic solution

WANG Qingbing1, ZHANG Jianfeng1,*, CHEN Guangcai1, SUN Hui1, WU Hao1, ZHANG Ying1,2, YANG Quanquan1, WANG Li1

1InstituteofSubtropicalForestry,ChineseAcademyofForestry,Fuyang311400,China2QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China

15N tracer technique;Salixmatsudana; ammonium nitrogen; nitrate nitrogen; absorption distribution; physiological characteristics

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201104055); 國(guó)家科技支撐專題(2012BAJ24B0504); 中央級(jí)公益性科研院所基金重點(diǎn)項(xiàng)目(RISF2013001)

2014- 02- 25;

日期:2014- 10- 08

10.5846/stxb201402250324

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangk126@126.com

汪慶兵, 張建鋒,陳光才, 孫慧, 吳灝, 張穎, 楊泉泉, 王麗.不同氮處理下速生柳對(duì)水體氮的吸收、分配及生理響應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(16):5364- 5373.

Wang Q B, Zhang J F, Chen G C, Sun H, Wu H, Zhang Y, Yang Q Q, Wang L.Nitrogen absorption/distribution and physiological characteristics ofSalixmatsudanaseedlings grown in hydroponic solution.Acta Ecologica Sinica,2015,35(16):5364- 5373.