缺氮和復(fù)氮處理對(duì)菘藍(lán)幼苗生長(zhǎng)及部分生理生化指標(biāo)的影響

葉冰竹， 施晟璐， 張潤(rùn)枝， 聶鵬卿， 唐曉清， 王康才

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院， 江蘇 南京， 210095)

缺氮和復(fù)氮處理對(duì)菘藍(lán)幼苗生長(zhǎng)及部分生理生化指標(biāo)的影響

葉冰竹， 施晟璐， 張潤(rùn)枝， 聶鵬卿， 唐曉清①， 王康才

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院， 江蘇 南京， 210095)

為確定菘藍(lán)(IsatisindigoticaFort.)種植過(guò)程中氮肥的合理施用方式，對(duì)正常供氮(對(duì)照，Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)15 d)、缺氮(缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)15 d)和復(fù)氮(先用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，然后用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)4 d，最后用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d)條件下菘藍(lán)幼苗的生長(zhǎng)、光合和氣體交換參數(shù)及相關(guān)酶活性指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗的單株根和葉片的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均高于對(duì)照組；其中，經(jīng)復(fù)氮處理后單株根鮮質(zhì)量及單株葉片鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均最高，經(jīng)缺氮處理后單株根干質(zhì)量最高，且均與對(duì)照組有顯著差異。經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)均顯著低于對(duì)照組；其中，復(fù)氮組的Pn值最低，缺氮組的Gs和Tr值均最低；而3個(gè)處理組間的胞間CO2濃度(Ci)無(wú)顯著差異。經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后葉片的谷氨酸脫氫酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性均低于對(duì)照組，丙二醛(MDA)含量顯著高于對(duì)照組；其中，復(fù)氮組葉片的GDH、GOGAT和CAT活性均最低，而缺氮組葉片的POD和SOD活性均最低，且均與對(duì)照組有顯著差異。研究結(jié)果顯示：缺氮處理有利于菘藍(lán)幼苗的干物質(zhì)積累，但不利于其光合作用和氣體交換，對(duì)GDH等相關(guān)酶活性也均有一定的抑制作用；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的氣體交換參數(shù)及部分酶活性均有所提高，因此，在菘藍(lán)栽植過(guò)程中建議采用短期缺氮的施肥方式以提高其產(chǎn)量。

菘藍(lán); 缺氮處理; 復(fù)氮處理; 干物質(zhì)積累; 光合和氣體交換參數(shù); 酶活性

氮素為植物生長(zhǎng)過(guò)程中最重要的營(yíng)養(yǎng)元素，它不但是植物的重要結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而且是各種酶類(lèi)的主要組成元素，對(duì)植物的生理代謝和生長(zhǎng)均具有重要作用。氮素可通過(guò)影響植物葉綠素含量、光合速率、暗反應(yīng)主要酶活性以及光呼吸速率等直接或間接影響植物的光合作用[1]。施肥量對(duì)于植物的產(chǎn)量和品質(zhì)都具有一定的影響：施肥量過(guò)少，不能滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)的基本需求，造成植株發(fā)育較差、矮小，葉片黃化，根部細(xì)長(zhǎng)，產(chǎn)量偏低等問(wèn)題[2]。施肥量過(guò)多，不但造成肥料浪費(fèi)、增加生產(chǎn)成本以及污染環(huán)境等問(wèn)題，且有可能影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，導(dǎo)致幼苗成活率下降[3]；對(duì)于藥用植物來(lái)說(shuō)，還很可能會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽含量超標(biāo)[4]，降低藥材的品質(zhì)。

菘藍(lán)(IsatisindigoticaFort.)為十字花科(Brassicaceae)菘藍(lán)屬(IsatisLinn.)二年生草本植物，其干燥葉為常用中藥材大青葉，具有清熱解毒、涼血消斑的功效；其干燥根為中藥材板藍(lán)根，具有清熱解毒、涼血消腫和利咽的功效[5]。在菘藍(lán)栽培生產(chǎn)中不僅需要關(guān)注其根與葉的生物量積累，還需要關(guān)注其體內(nèi)活性成分的積累，因而，在生產(chǎn)實(shí)踐中為獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的板藍(lán)根與大青葉藥材，必須采取適當(dāng)?shù)脑耘嗾{(diào)控措施[6]，其中，對(duì)菘藍(lán)栽培生產(chǎn)中氮營(yíng)養(yǎng)影響效應(yīng)的研究也逐漸受到人們的關(guān)注[7-8]。肖云華等[9]的研究結(jié)果表明：氮肥追施有利于提高菘藍(lán)植株的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，但施氮肥量超過(guò)一定范圍時(shí)其光合速率反而下降。造成菘藍(lán)光合速率下降的原因可能是葉片氮含量增加導(dǎo)致其氮同化和碳同化過(guò)程對(duì)能量的競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)，最終影響CO2的同化速率[10]。菘藍(lán)體內(nèi)靛藍(lán)與靛玉紅等活性成分積累與其氮素營(yíng)養(yǎng)也無(wú)正相關(guān)性[7]，持續(xù)缺氮條件下菘藍(lán)體內(nèi)的靛藍(lán)與靛玉紅含量提高，可見(jiàn)適度的缺氮處理有可能刺激其體內(nèi)的次生代謝。但氮素又是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，因此在菘藍(lán)的栽培生產(chǎn)中合理有效地利用氮素，對(duì)菘藍(lán)藥材產(chǎn)量提高及藥用有效成分的積累具有重要意義。

鑒于此，作者采用水培法對(duì)缺氮和復(fù)氮條件下菘藍(lán)幼苗的生長(zhǎng)、光合和氣體交換參數(shù)及葉片相關(guān)酶活性的變化進(jìn)行分析，以期為菘藍(lán)栽培生產(chǎn)過(guò)程中氮肥的高效利用研究提供參考依據(jù)，并為高質(zhì)量和高品質(zhì)大青葉藥材的生產(chǎn)提供施肥策略。

1 材料和方法

1.1 材料

供試菘藍(lán)種子產(chǎn)自山西運(yùn)城。2014年7月7日，選擇籽粒飽滿(mǎn)且大小均勻的種子，用體積分?jǐn)?shù)10% NaClO溶液浸泡10 min，再用蒸餾水沖洗5 min后置于培養(yǎng)皿中，在晝溫25 ℃、夜溫15 ℃、光照時(shí)間18 h·d-1、光照度20 000 lx的人工氣候培養(yǎng)箱中催芽72 h；待幼苗萌出后移入裝有等體積蛭石和有機(jī)質(zhì)的32孔穴盤(pán)中，每穴栽植1株，置于上述條件的人工氣候培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)。待幼苗長(zhǎng)至6或7片真葉時(shí)，將幼苗移入裝有相同混合基質(zhì)的塑料花盆(上口徑23.5 cm、高度27.0 cm)中，每盆栽植3株，置于室內(nèi)自然光照下培養(yǎng)1個(gè)月，每2天澆1次水。在周轉(zhuǎn)箱中加入6 L Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液，并在周轉(zhuǎn)箱上加蓋具40孔的泡沫板，將幼苗分別插在孔中，每孔1株，置于上述條件的人工氣候培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)7 d。

1.2 方法

1.2.1 處理方法 將經(jīng)過(guò)預(yù)培養(yǎng)的幼苗分成3組，分別為對(duì)照組、缺氮組和復(fù)氮組，每組3個(gè)周轉(zhuǎn)箱，視為3個(gè)重復(fù)。其中，對(duì)照組(正常供氮)用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)15 d；缺氮組用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)15 d；復(fù)氮組先用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，然后用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)4 d，再用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d，總計(jì)培養(yǎng)時(shí)間15 d。各組每2天更換1次營(yíng)養(yǎng)液。Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液和缺氮營(yíng)養(yǎng)液均為pH 6.0，均含616.18 mg·L-1MgSO4·7H2O、 272.18 mg·L-1KH2PO4、 1.14 mg·L-1MnSO4·H2O、 0.08 mg·L-1CuSO4·5H2O 、 0.22 mg·L-1ZnSO4·7H2O、2.86 mg·L-1H3BO3、 0.09 mg·L-1H2MoO4和8.42 mg·L-1EDTA·FeNa； Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液中另含 1 180.75 mg·L-1Ca(NO3)2·4H2O 以及 505.55 mg·L-1KNO3；缺氮營(yíng)養(yǎng)液中另含372.80 mg·L-1KCl和555.00 mg·L-1CaCl2。

1.2.2 單株根和葉片質(zhì)量的測(cè)定 處理結(jié)束當(dāng)天在每個(gè)周轉(zhuǎn)箱中隨機(jī)選取10株幼苗，將根和葉片分開(kāi)，用精度0.000 1 g的分析天平分別稱(chēng)量單株根和葉片的鮮質(zhì)量；然后置于105 ℃烘箱內(nèi)殺青15 min，再于60 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱(chēng)量單株根和葉片的干質(zhì)量。結(jié)果取平均值。

1.2.3 光合和氣體交換參數(shù)的測(cè)定 處理結(jié)束當(dāng)天的9:00至11:00，在室外用LI-6400便攜式光合儀(美國(guó)LI-COR公司)測(cè)定植株由內(nèi)至外完全展開(kāi)的第2輪功能葉片中部的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)；測(cè)定時(shí)光照強(qiáng)度設(shè)為1 000 μmol·m-2·s-1。每個(gè)周轉(zhuǎn)箱均隨機(jī)選取5株幼苗進(jìn)行測(cè)定，每株重復(fù)測(cè)定5次，結(jié)果取平均值。

1.2.4 酶活性及丙二醛(MDA)含量的測(cè)定 采集每個(gè)周轉(zhuǎn)箱中剩余25株幼苗的葉片，混勻，分別稱(chēng)取0.5 g新鮮葉片用于酶活性和MDA含量的測(cè)定。按照Z(yǔ)hang等[11]的方法制備酶粗提液，并參照Lin等[12]的方法測(cè)定谷氨酸脫氫酶(GDH)活性，參照Singh等[13]的方法測(cè)定谷氨酸合成酶(GOGAT)活性，均以1 min內(nèi)A340下降0.001為1個(gè)酶活性單位。按照A084-3試劑盒(南京建成生物工程研究所)說(shuō)明書(shū)的操作流程測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性。用50 mmol·L-1磷酸緩沖液(pH 7.8)制備酶粗提液，采用氮藍(lán)四唑(NBT)還原法[14]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性(以抑制50%NBT光氧化還原為1個(gè)酶活性單位)，采用紫外吸收法[15]169-170測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)活性(以1 min內(nèi)A240降低0.1為1個(gè)酶活性單位)，采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法[15]280-281測(cè)定MDA含量。各指標(biāo)測(cè)定均3次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用EXCEL 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用LSD法檢驗(yàn)各組間的差異顯著性。

2 結(jié)果和分析

2.1 缺氮和復(fù)氮處理對(duì)菘藍(lán)幼苗單株根和葉片質(zhì)量的影響

缺氮和復(fù)氮處理15 d對(duì)菘藍(lán)幼苗單株根和單株葉片鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響見(jiàn)表1。由表1可知，經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗單株根和單株葉片的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均高于對(duì)照組(正常供氮)。經(jīng)缺氮處理后，單株根干質(zhì)量最高，較對(duì)照組提高125.43%，差異顯著(P<0.05)；但單株根和單株葉片鮮質(zhì)量以及單株葉片干質(zhì)量均略高于對(duì)照組，且差異不顯著(P>0.05)。經(jīng)復(fù)氮處理后，單株根鮮質(zhì)量和單株葉片干質(zhì)量均最高，分別較對(duì)照組高156.54%和105.42%，且與缺氮組和對(duì)照組間存在顯著差異；單株根干質(zhì)量略高于對(duì)照組但顯著低于缺氮組；單株葉片鮮質(zhì)量均高于缺氮組和對(duì)照組，與對(duì)照組有顯著差異(較對(duì)照組升高48.21%)，但與缺氮組無(wú)顯著差異。

處理組Treatmentgroup根鮮質(zhì)量/gFreshweightofroot根干質(zhì)量/gDryweightofroot葉片鮮質(zhì)量/gFreshweightofleaf葉片干質(zhì)量/gDryweightofleaf對(duì)照組Thecontrolgroup0.2830±0.0189b0.0291±0.0112b3.3467±1.0288b0.2400±0.0891b缺氮組Nitrogendeficiencygroup0.4690±0.2397b0.0656±0.0274a3.9656±1.4550ab0.2810±0.0984b復(fù)氮組2)Nitrogenrecoverygroup2)0.7260±0.3158a0.0402±0.0166b4.9600±1.2387a0.4930±0.1392a

1)同列中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)先用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，然后用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)4 d，最后用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d Firstly, cultured for 6 d by Hoagland basic nutrient solution, then, cultured for 4 d by nitrogen deficiency nutrient solution, finally, cultured for 5 d by Hoagland basic nutrient solution.

2.2 缺氮和復(fù)氮處理對(duì)菘藍(lán)幼苗葉片光合和氣體交換參數(shù)的影響

缺氮和復(fù)氮處理15 d對(duì)菘藍(lán)幼苗葉片光合和氣體交換參數(shù)的影響見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗葉片的凈光合速率(Pn)差異不顯著(P>0.05)，但均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。其中，經(jīng)缺氮處理后菘藍(lán)幼苗葉片的Pn值較對(duì)照組下降13.69%，而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的Pn值分別較對(duì)照組和缺氮組下降18.05%和5.06%。

由表2還可見(jiàn)：經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)均顯著低于對(duì)照組，但這2個(gè)處理組間的Gs和Tr值均無(wú)顯著差異。其中，經(jīng)缺氮處理后葉片的Gs和Tr值分別較對(duì)照組下降36.36%和33.04%；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的Gs和Tr值分別較對(duì)照組下降27.27%和22.02%，但較缺氮組提高14.29%和16.44%。

3個(gè)處理組間菘藍(lán)幼苗葉片的胞間CO2濃度(Ci)無(wú)顯著差異，其中，對(duì)照組葉片的Ci值最高、缺氮組葉片的Ci最低；經(jīng)缺氮處理后葉片的Ci值較對(duì)照組下降9.97%；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的Ci較對(duì)照組下降4.06%，但較缺氮組提高6.57%。

2.3 缺氮和復(fù)氮處理對(duì)菘藍(lán)幼苗葉片部分酶活性和丙二醛含量的影響

缺氮和復(fù)氮處理15 d對(duì)菘藍(lán)幼苗葉片谷氨酸脫氫酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量的影響見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)：對(duì)照組(正常供氮)菘藍(lán)幼苗葉片的GDH、GOGAT、POD、SOD和CAT活性均最高，而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的GDH、GOGAT和CAT活性均最低，經(jīng)缺氮處理后葉片的POD和SOD活性均最低。3個(gè)處理組間葉片的GDH、GOGAT、POD和SOD活性均存在顯著差異(P<0.05)；而對(duì)照組和缺氮組葉片的CAT活性無(wú)顯著差異(P>0.05)，但它們與復(fù)氮組葉片的CAT活性均存在顯著差異。其中，經(jīng)缺氮處理后葉片的GDH、GOGAT和CAT活性分別較對(duì)照組下降22.43%、28.57%和3.37%；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的GDH、GOGAT和CAT活性分別較對(duì)照組下降40.27%、55.71%和25.84%，分別較缺氮組下降22.99%、38.00%和23.26%。經(jīng)缺氮處理后葉片的POD和SOD活性分別較對(duì)照組下降30.02%和59.04%；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的POD和SOD活性分別較對(duì)照組下降23.96%和43.45%，但分別較缺氮組提高8.66%和38.07%。

處理組 TreatmentgroupPn/μmol·m-2·s-1Gs/μmol·m-2·s-1Ci/μmol·mol-1Tr/μmol·m-2·s-1對(duì)照組Thecontrolgroup12.13±0.10a0.22±0.00a287.33±18.01a3.36±0.10a缺氮組Nitrogendeficiencygroup10.47±0.55b0.14±0.02b258.67±17.21a2.25±0.30b復(fù)氮組2)Nitrogenrecoverygroup2)9.94±0.61b0.16±0.02b275.67±1.16a2.62±0.31b

1)Pn: 凈光合速率 Net photosynthetic rate; Gs: 氣孔導(dǎo)度 Stomatal conductance; Ci: 胞間CO2濃度 Intercellular CO2concentration; Tr: 蒸騰速率 Transpiration rate. 同列中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)先用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，然后用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)4 d，最后用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d Firstly, cultured for 6 d by Hoagland basic nutrient solution, then, cultured for 4 d by nitrogen deficiency nutrient solution, finally, cultured for 5 d by Hoagland basic nutrient solution.

處理組Treatmentgroup不同酶的活性 ActivityofdifferentenzymesGDHGOGATPODSODCATMDA含量MDAcontent對(duì)照組Thecontrolgroup1.413±0.046a0.280±0.020a38.533±0.266a39.793±1.516a89.000±3.000a51.183±1.586b缺氮組Nitrogendeficiencygroup1.096±0.026b0.200±0.038b26.966±0.206c16.298±1.928c86.000±3.000a58.860±3.420a復(fù)氮組2)Nitrogenrecoverygroup2)0.844±0.038c0.124±0.000c29.302±0.311b22.503±1.033b66.000±3.464b63.226±1.195a

1)GDH: 谷氨酸脫氫酶 Glutamic dehydrogenase (U·mg-1·min-1); GOGAT: 谷氨酸合成酶 Glutamate synthase (U·mg-1·min-1); POD: 過(guò)氧化物酶 Peroxidase (U·mg-1); SOD: 超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase (U·mg-1); CAT: 過(guò)氧化氫酶 Catalase (U·mg-1·min-1); MDA: 丙二醛 Malondialdehyde (nmol·g-1). 同列中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)先用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，然后用缺氮營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)4 d，最后用Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d Firstly, cultured for 6 d by Hoagland basic nutrient solution, then, cultured for 4 d by nitrogen deficiency nutrient solution, finally, cultured for 5 d by Hoagland basic nutrient solution.

由表3還可見(jiàn)：對(duì)照組(正常供氮)菘藍(lán)幼苗葉片的MDA含量最低，而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的MDA含量最高；并且，缺氮組和復(fù)氮組間葉片的MDA含量無(wú)顯著差異，但二者與對(duì)照組葉片的MDA含量均有顯著差異。其中，缺氮組葉片的MDA含量較對(duì)照組提高15.00%，而復(fù)氮組葉片的MDA含量較對(duì)照組和缺氮組分別提高23.53%和7.42%。

3 討論和結(jié)論

上述研究結(jié)果顯示，經(jīng)缺氮處理后菘藍(lán)幼苗單株根和葉片的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均高于對(duì)照組(正常供氮)，這可能是因?yàn)榈厥侵参锷L(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，在缺氮條件下菘藍(lán)幼苗為了獲取更多的營(yíng)養(yǎng)以適應(yīng)氮素虧缺的狀態(tài)而加快了自身的生長(zhǎng)。而復(fù)氮組菘藍(lán)幼苗的單株根鮮質(zhì)量以及單株葉片鮮質(zhì)量和干質(zhì)量不但高于對(duì)照組而且還高于缺氮組，說(shuō)明在正常供氮過(guò)程中采取短時(shí)間缺氮處理能夠促進(jìn)菘藍(lán)幼苗生長(zhǎng)，因此在生產(chǎn)過(guò)程中可考慮采用適當(dāng)短期缺氮的處理方式以達(dá)到提高菘藍(lán)產(chǎn)量的目的。值得注意的是，雖然復(fù)氮組菘藍(lán)幼苗的單株根鮮質(zhì)量最高，但其單株根干質(zhì)量卻并非最高，說(shuō)明其幼苗根的含水量較高，具體原因有待進(jìn)一步研究。

光合作用強(qiáng)度是衡量植物體內(nèi)新陳代謝水平的重要指標(biāo)之一；氮不但是葉綠素的組成成分，而且還是光合作用關(guān)鍵酶的基本構(gòu)成元素，因此，植物光合作用的順利完成需要充足的氮素。一般認(rèn)為，缺少氮素營(yíng)養(yǎng)將導(dǎo)致植物體內(nèi)光合作用關(guān)鍵酶無(wú)法正常合成，從而降低植物的光合速率，但在不同缺氮條件下植物的光合參數(shù)變化較大。劉嘯然[16]的研究結(jié)果表明：適當(dāng)降低氮供應(yīng)量可增加水培黃瓜(CucumissativusLinn.)幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度，有利于其光合速率的提高，并且其胞間CO2濃度和蒸騰速率的變化均與氣孔導(dǎo)度的變化一致；但是氮供應(yīng)量過(guò)低將顯著降低黃瓜幼苗的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，并使蒸騰速率降低，從而導(dǎo)致其凈光合速率明顯降低。張艷玲等[17]的研究結(jié)果也表明：黃瓜的葉綠素含量、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度等指標(biāo)均隨施氮量的增加而逐漸升高。本研究中，經(jīng)缺氮處理后菘藍(lán)幼苗葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均顯著下降、胞間CO2濃度降低、蒸騰速率明顯減弱；而經(jīng)復(fù)氮處理后葉片的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均一定程度高于缺氮組，但其凈光合速率卻低于缺氮組。這可能是由于短時(shí)間缺氮處理可使菘藍(lán)幼苗的呼吸作用增強(qiáng)，而復(fù)氮處理對(duì)其呼吸作用有更明顯的增強(qiáng)效應(yīng)，從而導(dǎo)致缺氮和復(fù)氮條件下菘藍(lán)葉片的凈光合速率均下降，且經(jīng)復(fù)氮處理后其光合速率降幅更大。雖然對(duì)照組(正常供氮)菘藍(lán)幼苗葉片的凈光合速率最高，但其單株根和葉片的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均低于缺氮組和復(fù)氮組，其原因有待進(jìn)一步探討。

在進(jìn)行光合作用的同時(shí)，植物體內(nèi)也同步進(jìn)行氮素同化過(guò)程，通過(guò)體內(nèi)谷氨酸脫氫酶(GDH)和谷氨酸合成酶(GOGAT)等多種酶的參與吸收環(huán)境中的NO3-或NH4+并合成氨基酸和蛋白質(zhì)等含氮有機(jī)化合物[18]；張智猛等[19]認(rèn)為，適當(dāng)提高氮素水平有利于增強(qiáng)花生(ArachishypogaeaLinn.)體內(nèi)GDH和GOGAT等氮素同化酶的活性，但氮素水平過(guò)高卻可導(dǎo)致谷氨酰胺合成酶(GS)和GDH活性的下降。本研究中，在缺氮條件下由于缺少NO3-或NH4+使菘藍(lán)幼苗無(wú)法進(jìn)行正常的氮素同化過(guò)程，從而導(dǎo)致GDH和GOGAT活性顯著下降；而在復(fù)氮條件下雖然環(huán)境中的氮素得到補(bǔ)充，但由于菘藍(lán)幼苗可能已經(jīng)逐漸適應(yīng)了前期的缺氮環(huán)境，因而當(dāng)?shù)毓?yīng)恢復(fù)正常水平時(shí)其氮素同化能力不能同步恢復(fù)(恢復(fù)供氮培養(yǎng)僅5 d)，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

曹洋[20]的研究結(jié)果表明：逆境條件下玉米(ZeamaysLinn.)體內(nèi)抗氧化酶活性的升高有利于及時(shí)清除產(chǎn)生的活性氧(ROS)；但李向東等[21]認(rèn)為，花生葉片的衰老源于活性氧代謝失調(diào)，與活性氧產(chǎn)生速率升高和以SOD為主導(dǎo)的保護(hù)酶系統(tǒng)遭到破壞密切相關(guān)。本研究中，缺氮和復(fù)氮處理可導(dǎo)致菘藍(lán)幼苗葉片的POD、SOD和CAT活性明顯下降，推測(cè)這可能是由于缺氮條件下菘藍(lán)幼苗的自我調(diào)節(jié)能力遭到破壞，致使POD、SOD和CAT等保護(hù)酶的活性受到抑制；也可能是由于對(duì)照組(正常供氮)氮素濃度較高導(dǎo)致保護(hù)酶活性升高。然而，復(fù)氮組菘藍(lán)幼苗葉片的POD和SOD活性顯著高于缺氮組，而CAT活性則低于缺氮組，這可能是因?yàn)槎唐谌钡幚砗蠡謴?fù)正常供氮可使菘藍(lán)幼苗體內(nèi)POD和SOD活性受到的抑制作用減弱，但幼苗在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法適應(yīng)復(fù)氮環(huán)境，體內(nèi)活性氧產(chǎn)生速率有所降低或MDA等破壞酶活性的物質(zhì)大量產(chǎn)生致使體內(nèi)的CAT活性仍受到抑制，具體原因有待進(jìn)一步研究。經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗葉片的MDA含量顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明在缺氮脅迫條件下菘藍(lán)幼苗細(xì)胞內(nèi)的自由基代謝平衡被破壞，致使自由基大量產(chǎn)生，加劇膜脂過(guò)氧化反應(yīng)；而在復(fù)氮條件下，雖然經(jīng)過(guò)短期缺氮處理后恢復(fù)正常供氮，但由于細(xì)胞膜已經(jīng)遭到破壞，因而短期內(nèi)MDA含量無(wú)法恢復(fù)至正常水平。

綜上所述，經(jīng)缺氮和復(fù)氮處理后菘藍(lán)幼苗的干物質(zhì)積累優(yōu)于對(duì)照組(正常供氮)，但缺氮和復(fù)氮處理均不利于其幼苗的光合作用，對(duì)GDH等相關(guān)酶活性也均有一定的抑制作用；并且經(jīng)復(fù)氮處理后菘藍(lán)葉片的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率以及POD和SOD活性均高于缺氮組，因此，建議在菘藍(lán)生產(chǎn)過(guò)程中采取短期缺氮的施肥方式，這不但有利于其產(chǎn)量的提高，同時(shí)還可以節(jié)省氮肥用量。

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(責(zé)任編輯： 佟金鳳)

Effects of nitrogen deficiency and nitrogen recovery treatments on growth and some physiological and biochemical indexes ofIsatisindigoticaseedlings

YE Bingzhu, SHI Shenglu, ZHANG Runzhi, NIE Pengqing, TANG Xiaoqing①, WANG Kangcai

(College of Horticulture, Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China),

J.PlantResour. &Environ., 2015, 24(4): 83-88

In order to confirm reasonable application mode of nitrogen fertilizer during planting process ofIsatisindigoticaFort., indexes of growth, photosynthetic and gas exchange parameters and related enzyme activities ofI.indigoticaseedlings were analyzed under conditions of normal nitrogen supplying (the control, cultured for 15 d by Hoagland basic nutrient solution), nitrogen deficiency (cultured for 15 d by nitrogen deficiency nutrient solution) and nitrogen recovery (firstly, cultured for 6 d by Hoagland basic nutrient solution, then, cultured for 4 d by nitrogen deficiency nutrient solution, finally, cultured for 5 d by Hoagland basic nutrient solution). The results show that after nitrogen deficiency and nitrogen recovery treatments, fresh and dry weights of root and leaf per plant ofI.indigoticaseedlings all are higher than those of the control group. In which, fresh weight of root per plant, fresh and dry weights of leaf per plant after nitrogen recovery treatment all are the highest, dry weight of root per plant after nitrogen deficiency treatment is the highest, and all of them have significant differences to those of the control group. After nitrogen deficiency and nitrogen recovery treatments, net photosynthetic rate (Pn),stomatal conductance (Gs) and transpiration rate (Tr) of leaf all are significantly lower than those of the control group. In which, Pn value of nitrogen recovery group is the lowest, both Gs and Tr values of nitrogen deficiency group are the lowest, while there is no significant difference in intercellular CO2concentration (Ci) among three treatment groups. After nitrogen deficiency and nitrogen recovery treatments, activities of glutamic dehydrogenase (GDH), glutamate synthase (GOGAT), catalase (CAT), peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD) in leaf all are lower than those of the control group, and malondialdehyde (MDA) content is significantly higher than that of the control group. In which, activities of GDH, GOGAT and CAT in leaf of nitrogen recovery group all are the lowest, while both activities of POD and SOD in leaf of nitrogen deficiency group are the lowest with significant difference to those of the control group. It is suggested that nitrogen deficiency treatment is beneficial forI.indigoticaseedlings to accumulate dry matter, but is not beneficial to its photosynthesis and gas exchange, and has a certain inhibition effect on related enzyme activities such as GDH, etc. While after nitrogen recovery treatment, gas exchange parameters and some enzyme activities of leaf have a little increase. Therefore, it is suggested that taking short-term nitrogen deficiency mode during planting process ofI.indigoticais feasible to increase its yield.

IsatisindigoticaFort.; nitrogen deficiency treatment; nitrogen recovery treatment; dry matter accumulation; photosynthetic and gas exchange parameters; enzyme activity

2015-04-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31171486)； 國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410307026)

葉冰竹(1994—)，女，浙江湖州人，本科在讀，主要從事藥用植物栽培與中藥質(zhì)量。

①通信作者 E-mail： xqtang@njau.edu.cn

Q945.79； S567.2； R282.2

A

1674-7895(2015)04-0083-06

10.3969/j.issn.1674-7895.2015.04.11