供磷水平對平邑甜茶幼苗NO3-吸收、利用特性的影響*

彭 玲, 朱占玲, 陳 倩, 季萌萌, 陳 汝, 葛順峰**, 姜遠茂**

?

供磷水平對平邑甜茶幼苗NO3-吸收、利用特性的影響*

彭 玲1, 朱占玲1, 陳 倩1, 季萌萌1, 陳 汝2, 葛順峰1**, 姜遠茂1**

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院 泰安 271018; 2. 山東省果樹研究所 泰安 271000)

運用15N示蹤及非損傷微測技術(shù), 研究了不同供磷水平(0 mmol×L-1、1.0 mmol×L-1、2.0 mmol×L-1、3.0 mmol×L-1、4.0 mmol×L-1、6.0 mmol×L-1、8.0 mmol×L-1、12.0 mmol×L-1和16.0 mmol×L-1H2PO4-)對平邑甜茶幼苗NO3--N吸收及利用特性的影響, 為提高果園氮肥利用效率提供理論依據(jù)。結(jié)果表明, 在低磷水平(0~1.0 mmol×L-1)時, 平邑甜茶根系長度、根系總表面積較小, 且根尖數(shù)較少。隨著供磷水平的增加, 在2.0~4.0 mmol×L-1磷濃度處理時, 平邑甜茶幼苗生物量、根系長度、根系總表面積及根尖數(shù)顯著高于其他處理。而在6.0~16.0 mmol×L-1時, 過量供磷抑制了根系的生長, 使平邑甜茶幼苗根系長度、表面積均大幅降低, 根尖數(shù)量驟降。非損傷掃描離子選擇電極測試表明, 當生長介質(zhì)磷濃度在3.0~6.0 mmol×L-1時, 平邑甜茶對NO3-有吸收作用, 并在3.0 mmol×L-1磷濃度時其吸收速率最高。而在0~2 mmol×L-1及8.0~16.0 mmol×L-1磷濃度處理下, 平邑甜茶對NO3-有外排作用。隨供磷水平的增加, 各器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率(Ndff)及植株氮素利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢, 4.0 mmol×L-1磷濃度時植株氮素利用率最大, 為42.24%, 超過4.0 mmol×L-1植株氮素利用率顯著降低。適當充足的供磷刺激了幼苗根系生長, 從而促進平邑甜茶對氮素的獲取, 過量的NO3-抑制了平邑甜茶根系的生長, 同時葉片硝酸還原酶的活性受到抑制, 因此其氮素吸收和利用效率較低。因此, 磷濃度在3.0~4.0 mmol×L-1時最有利于平邑甜茶幼苗的生長及氮素的吸收利用。

蘋果砧木; 平邑甜茶; 供磷水平; NO3-吸收; 氮素利用效率

近年來, 隨著農(nóng)民肥料投入量的迅速增加, 在促進土壤有機質(zhì)增長和土壤肥力提高的同時, 過量施肥造成的地下水硝酸鹽超標和湖泊水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴重[1]。氮、磷肥的過量施用, 不僅給環(huán)境造成威脅, 也大大影響了土壤質(zhì)量, 導致土壤礦質(zhì)養(yǎng)分失調(diào), 加速了土壤有機質(zhì)的分解, 造成土壤板結(jié)和地力下降等嚴重問題[2]。因此, 如何科學、合理地利用養(yǎng)分, 提高肥料的吸收和利用效率, 是現(xiàn)代果樹產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。磷能夠促進根系對氮素的吸收。丁寧等[3]研究表明, 適當施用磷肥可促進作物對土壤中氮素的吸收, 而低磷脅迫顯著降低了作物對于氮素的吸收和積累[4]。袁新民等[5]研究表明, 施用磷肥后, 刺激了小麥(L.)根系的發(fā)育, 進而促進氮素的吸收; 另一方面, 施磷的增產(chǎn)作用提高了作物對氮素的需求, 使作物吸氮量增加, 最終降低了土壤中硝酸鹽的累積。Graciano等[6]研究表明, 施磷能夠促進巨桉(Hill ex Maiden)樹體的干物質(zhì)積累及其對氮、硫的吸收, 且施磷處理后樹體吸氮能力增強, 器官含氮量較施氮處理明顯增多。磷在植物氮代謝過程中發(fā)揮著重要作用, 研究表明, 硝酸還原酶發(fā)揮作用需要NADP+/NADPH作為其電子受體, 催化NO3-還原為NO2-[7-8], 此過程是NO3-還原的限速步驟。

非損傷微測技術(shù)(non-invasive micro-test technique, NMT)作為一種新型的電生理技術(shù), 能夠在真實生理環(huán)境狀態(tài)下, 測定各種進出樣品的分子和離子濃度、流速和三維運動方向的信息, 已廣泛應用于植物生理和發(fā)育的各項研究[9-10]。駱翔等[11]利用NMT技術(shù)研究了檉柳(L.)根不同區(qū)域的氮素吸收特性發(fā)現(xiàn), 檉柳的根尖、分生區(qū)、伸長區(qū)等部位對NO3-離子有明顯的內(nèi)流趨勢, 而對NH4+表現(xiàn)出外排趨勢。

目前有關(guān)供磷水平對植物氮素吸收、利用影響的研究主要集中于對氮素吸收以及其向各器官的分配[4,12-13], 主要側(cè)重于對結(jié)果的闡述, 在植物氮素吸收對不同供磷水平響應機理的研究甚少, 且在蘋果(Mill.)砧木上的研究尚鮮見報道。平邑甜茶(Rehd.)是中國特有的植物資源, 具有無融合生殖性, 苗木生長整齊一致, 養(yǎng)分吸收效率高、抗性好、適應性強等特性, 在渤海灣蘋果產(chǎn)區(qū)廣泛用作蘋果砧木。本試驗借助非損傷掃描離子選擇電極, 研究了不同供磷水平對平邑甜茶幼苗NO3--N吸收和利用特性的影響, 以期挖掘不同供磷水平對氮素吸收、利用的影響機制, 從而提高蘋果氮肥利用率, 并為果園生產(chǎn)中磷肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2014年3—8月在山東農(nóng)業(yè)大學園藝試驗站及國家蘋果工程技術(shù)研究中心實驗室進行。以一年生平邑甜茶幼苗為試材, 于3月上旬將層積好的種子播于穴盤中, 正常溫度濕度管理, 至幼苗長出4~5片真葉時, 移栽至裝滿石英砂的盆中, 石英砂用前洗凈晾干, 移栽后緩苗1周, 期間澆灌去離子水, 緩苗后先用1/2濃度Hoagland營養(yǎng)液澆灌2次(每3 d 1次), 之后用Hoagland完全營養(yǎng)液澆灌, 每3 d 1次, 每天適量澆水, 待幼苗長至 10片真葉左右時, 選取生長一致幼苗進行不同磷濃度處理。

試驗設(shè)0 mmol×L-1、1.0 mmol×L-1、2.0 mmol×L-1、3.0 mmol×L-1、4.0 mmol×L-1、6.0 mmol×L-1、8.0 mmol×L-1、12.0 mmol×L-1和16.0 mmol×L-19個H2PO4-濃度, 每個處理重復15盆, 每盆4株。其他大量元素[Ca(NO3)25 mmol×L-1、KNO35 mmol×L-1、KCl 5 mmol×L-1、MgSO42.5 mmol×L-1、EDTA-Fe 0.2 mmol×L-1]以及微量元素(MnSO4、CuSO4、ZnSO4、H3BO3、H2MoO4)濃度與正常Hoagland營養(yǎng)液相同。待長至7~8片真葉時(約90 d后), 每次澆灌營養(yǎng)液時另外加入0.1 g Ca(15NO3)2(共施入1 g, 分10次)用于15N標記。處理102 d后于8月15日幼苗新梢緩慢生長期進行取樣測定。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 植株對NO3-吸收速率的測定

于8月15日從每個處理的15個重復中隨機選取幼苗6株, 利用非損傷掃描離子選擇電極測定NO3-離子的吸收/外排速率。首先, 向微電極前端注入約10 mm的電解液, 并在微電極的尖端15~20 μm處灌注NO3-選擇性離子交換劑; 然后, 將經(jīng)選擇性離子電極制備裝置制好的電極通過Ag/AgCl電極固定架把電極電解液與前置放大器連接。設(shè)置參比電極為固體電極, 測定前要對已經(jīng)制好的電極進行校正, 獲得電極的能斯特斜率和截距, 若校正斜率(Nernst slope)在29±3范圍內(nèi)則為合格電極。測定NO3-離子的校正液含有NO3-濃度分別為0.05 mmol×L-1、0.5 mmol×L-1和0.1 mmol×L-1, 測試液成分為0.1 mmol×L-1KNO3、0.1 mmol×L-1CaCl2和0.3 mmol×L-1MES (pH6.0)。選擇不同磷濃度處理平邑甜茶幼苗, 在距側(cè)根根尖2 mm左右區(qū)域進行測定, 電極距離待測點外表面約3~5mm, 并以此為起點在垂直于根表面方向做往復測量運動, 電極每運動一次的間距為30mm。利用校正得到的Nernst slope將電極在兩點之間測量的電壓差換算成兩點之間的濃度差; 采用Mageflux軟件完成流速的換算。

1.2.2 葉片酶活性及根系形態(tài)指標的測定

處理結(jié)束后對不同處理幼苗各選取長勢均一的植株6株, 參照李合生[14]的方法測定新完全展開幼葉的硝酸還原酶(NR)活性。根系經(jīng)清水沖洗后用透射掃描儀(ESPON Perfection V750)對根系樣品進行掃描, 獲取平邑甜茶整株根系圖像, 再利用WinRHIZO (Regent Instruments Inu., 加拿大)根系分析軟件進行根系長度、根系總表面積和根尖數(shù)分析。

1.2.3 植株干重及氮含量的測定

處理結(jié)束后將植株分成根、莖、葉, 105 ℃殺青30 min, 80 ℃烘干至恒重, 稱量各器官的干物質(zhì)量。隨后用不銹鋼電磨粉碎, 過0.25 mm篩后測定各器官15N豐度和器官全氮量。全氮用凱氏定氮法測定,15N豐度在中國農(nóng)業(yè)科學院原子能利用研究所用MAT-251質(zhì)譜儀測定。

Ndff=(植物樣品中15N豐度%-自然豐度%)/(肥料中15N豐度%-自然豐度%)×100% (1)

氮肥利用率=[Ndff×器官全氮量(g)]/施肥量(g)×100% (2)

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理, 用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)單因素試驗統(tǒng)計分析方法進行顯著性和相關(guān)性分析, 多重比較采用LSD法, 應用Microsof Excel 2003和Graphpad Prism 5繪制圖標。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供磷水平下平邑甜茶生物量

由表1可知, 不同供磷處理, 平邑甜茶各器官生物量均呈現(xiàn)出葉>根>莖的趨勢, 0 mmol×L-1磷濃度處理的平邑甜茶生物量最低, 其單株根、莖、葉生物量分別為0.17 g、0.12 g和0.28 g; 平邑甜茶根、莖、葉生物量以及總生物量均隨著磷濃度增加顯著增大, 至3 mmol×L-1處理時最大, 單株根、莖、葉生物量分別為0.93 g、0.60 g和1.47 g, 之后隨著磷濃度的增加, 呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢, 在6~12 mmol×L-1磷濃度處理下, 其生物量基本維持穩(wěn)定。

表1 不同供磷水平下平邑甜茶的單株生物量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.2 不同供磷水平下平邑甜茶根系形態(tài)指標

由表2可知, 平邑甜茶幼苗根系總長度、根系總表面積及根尖數(shù)受供磷水平的影響較為顯著, 其中在低磷水平(0~1 mmol×L-1)時, 其根系長度、根系總表面積較小, 且根尖數(shù)較少; 2~4 mmol×L-1磷濃度處理時, 平邑甜茶根系生長迅速, 其根系長度、表面積及根尖數(shù)均有顯著增加, 且達到最高水平; 隨后, 在6~16 mmol×L-1磷濃度處理下, 過量供磷抑制了根系的生長, 使平邑甜茶幼苗根系長度、表面積均有大幅降低, 根尖數(shù)量驟降。

表2 不同供磷水平下單株平邑甜茶的根系形態(tài)指標

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.3 不同供磷水平下平邑甜茶NO3-的吸收速率

不同磷水平下平邑甜茶幼苗根系對NO3-的吸收能力差異顯著(圖1)。非損傷掃描離子選擇電極測試表明, 在3~6 mmol×L-1磷濃度下, 平邑甜茶對NO3-有吸收作用, 在3 mmol×L-1磷濃度處理時有強烈吸收, 此時吸收平均速率約為39.66 pmol·cm-2·s-1。0~2 mmol×L-1及8~16 mmol×L-1磷濃度下, 平邑甜茶幼苗對NO3-有外排作用, 在16 mmol×L-1磷濃度處理時有明顯外排趨勢, 吸收速率為-91.01 pmol·cm-2·s-1。

2.4 不同供磷水平下平邑甜茶葉片硝酸還原酶(NR)活性

由表3可知, 0 mmol×L-1磷濃度處理時葉片硝酸還原酶(NR)活性較低; 1~3 mmol×L-1磷濃度處理時, 葉片NR活性明顯升高, 均維持在30 μg·g-1·h-1以上, 此時由根部運送來的NO3-能夠在硝酸還原酶的作用下迅速還原成NO2-, 進而參與葉片的氮代謝過程; 而4~16 mmol×L-1磷濃度處理時, 硝酸還原酶活性較低, 氮代謝水平較弱, 平邑甜茶幼苗對氮素的利用水平較低。

正值表示NO3-外排, 負值表示NO3-吸收。Positive values indicate NO3-efflux, negative values indicate NO3-absorption.

2.5 不同供磷水平對平邑甜茶NO3-吸收、利用的影響

2.5.1 各器官的Ndff值

如表4所示, 0~1 mmol×L-1磷濃度處理時, 平邑甜茶各器官Ndff(percent of nitrogen derived from fertilizer, 即植株器官從肥料15N中吸收分配到的15N量對該器官全N量的貢獻率)[15]均處于較低水平, 且莖>根>葉, 根系長勢較弱, 吸收能力有限, 多余的氮素向地上部轉(zhuǎn)運, 使莖Ndff高于根Ndff。在2~4 mmol×L-1磷濃度處理時, 平邑甜茶各器官Ndff較之前明顯增加, 且根>莖>葉, 根部吸氮能力明顯增強, 同時根部為了維持其較大的生長量, 需要更多的氮素供應, 因此向地上部轉(zhuǎn)移的氮素相對較少。在6~16 mmol×L-1磷濃度處理時, 隨著供磷水平的繼續(xù)增加, 平邑甜茶各器官Ndff值并未持續(xù)增加, 而是呈緩慢下降趨勢, 此時供磷對根部生長的促進作用逐漸不明顯, 根系的生長受到抑制, 因而使根系對氮素的吸收能力減弱。

表3 不同供磷水平下平邑甜茶葉片硝酸還原酶(NR)活性

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

表4 不同供磷水平下平邑甜茶的各器官Ndff值

Ndff: 來自肥料的氮的百分比。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。Ndff: percent of nitrogen derived from fertilizer. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.5.2 氮素利用率

由圖2可知, 0 mmol×L-1磷濃度處理時, 平邑甜茶幼苗的氮素利用率極低, 僅為7.22%; 隨著供磷水平的增加, 平邑甜茶幼苗的氮素利用率顯著增加, 3~4 mmol×L-1磷濃度處理時其氮素利用率顯著高于其他處理; 但持續(xù)過量供磷反而使平邑甜茶幼苗的氮素利用率驟然降低, 在6~16 mmol×L-1磷濃度處理時, 其氮素利用率基本維持在20%~30%的水平。

3 結(jié)論和討論

根尖是整個根部氮素吸收和分泌最活躍的部位, 距離根尖越遠的部位, 根組織的年齡越大, 老的組織會產(chǎn)生一個纖維層, 阻礙氮素的吸收[6]。另外, 根尖成熟區(qū)生有大量根毛, 大大增加了根系的吸收表面積, 在氮素吸收中發(fā)揮著重要作用[16]。本試驗中, 低磷水平下平邑甜茶幼苗根系生物量較小, 根系表面積和根長較小, 根尖數(shù)較少, 故其對氮素的吸收能力相對較低。相關(guān)性分析表明, 平邑甜茶幼苗根系對氮肥的征調(diào)能力(Ndff)與根系表面積、根系長度和根尖數(shù)呈顯著正相關(guān)(2=0.86**,2=0.82**,2=0.91**); 隨供磷水平的增加, 充足的養(yǎng)分能夠滿足根系生長的需要, 其根系生長迅速, 根系長度、表面積及根尖數(shù)量均有顯著增加, 同時植株各器官Ndff值也顯著增大, 因而植株吸氮水平隨之提高。

NO3-離子的流速可以直觀地反映植物氮素的吸收狀況。本研究運用非損傷微測技術(shù), 活體測定了不同供磷水平下平邑甜茶根系對NO3-的吸收速率, 其結(jié)果也表明, 低磷水平下NO3-呈現(xiàn)強烈的外排趨勢, 當H2PO4-濃度增加到3.0 mmol×L-1時, 幼苗根系對NO3-有強烈吸收, 故其對氮素的征調(diào)能力較強; 而當H2PO4-濃度為8.0~16.0 mmol×L-1時, 高磷處理的平邑甜茶幼苗根部細胞內(nèi)NO3-濃度高于測試液中NO3-的濃度, 加之過量供磷時, 隨著植株體內(nèi)氮素的積累, 葉片NO3-含量過高, 其可以調(diào)節(jié)地上部和地下部之間的物質(zhì)分配[17-19], 從而抑制平邑甜茶根系的生長, 使其根尖數(shù)量驟降, 根系對氮素的吸收能力也隨之減弱, 因而平邑甜茶幼苗對氮肥的征調(diào)能力顯著降低, 根系對NO3-表現(xiàn)出強烈的外排趨勢。說明磷虧缺和磷過量均不利于植株氮素的吸收, 適量供磷處理平邑甜茶幼苗對NO3-的吸收速率較大, 能夠促進根系對氮素的吸收, 這為探討氮素吸收機理提供了可靠依據(jù)。

硝態(tài)氮進入植物細胞后, 可以作為一種信號分子誘導硝酸還原酶的產(chǎn)生[20], 硝酸還原酶是硝酸鹽同化過程中的限速酶, 可直接調(diào)節(jié)NO3-的還原, 從而調(diào)節(jié)氮代謝[8]。磷是NADPH的組成成分, 而NADP+/NADPH作為硝酸還原酶的電子載體, 可將電子從FAD逐步轉(zhuǎn)移到NO3-, 使其還原為NO2-[7]。同時磷是ATP的重要組分, 而ATP是細胞生命活動不可或缺的能量供應[21]。本研究認為, 磷虧缺處理時或許是由于缺乏充足的電子載體和能量的供應, 使平邑甜茶葉片硝酸還原酶活性受到抑制, 根系吸收的氮素不能在短時間內(nèi)完成同化, 其葉片中NO3-的積累較多, 導致平邑甜茶的氮肥利用率較低; 充足供磷能夠保證電子載體的數(shù)量和ATP的活性, 且葉片硝酸還原酶活性明顯高于低磷處理, 從而使NO3-的同化作用加速, 因此植株氮肥利用率處于較高水平; 而過量供磷時, 植株對氮、磷的吸收能力受到抑制, 加之葉片硝酸還原酶活性明顯降低, 其氮素的吸收和代謝均受到顯著抑制, 從而導致平邑甜茶幼苗的氮肥利用率偏低。

綜上所述, 不同供磷水平通過影響根系的生長、ATP以及電子載體的供應, 從而影響氮素的吸收和利用。磷虧缺時, 由于缺乏充足的養(yǎng)分和能量供應, 且葉片硝酸還原酶的活性較低, 其對氮素的吸收及NO3-的代謝受到抑制; 適當充足的供磷刺激了幼苗根系生長, 從而促進平邑甜茶對氮素的獲取, 加之充足的ATP和電子載體的供應以及較高的硝酸還原酶活性, 保證了NO3-還原的正常進行; 然而過量供磷增加了葉片NO3-的積累, 過量的NO3-抑制了平邑甜茶根系的生長, 同時葉片硝酸還原酶活性受到抑制, 因此其氮素吸收和利用效率較低。

[1] 張福鎖. 測土配方施肥技術(shù)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學出版社, 2011: 7–9 Zhang F S. Soil Testing and Fertilization Recomm-endation[M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2011: 7–9

[2] 李慶軍, 田利光, 劉慶花, 等. 山東省果園土壤酸化狀況及酸化原因分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2011, 10: 57–59 Li Q J, Tian L G, Liu Q H, et al. Soil acidification condition and cause analysis of Shandong orchard[J]. Shandong Agricultural Sciences, 2011, 10: 57–59

[3] 丁寧, 姜遠茂, 陳倩, 等. 不同供磷水平對平邑甜茶生長及15N-尿素吸收和利用的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報: 自然科學版, 2012, 43(2): 223–226 Ding N, Jiang Y M, Chen Q, et al. Effect of phosphorus on growth and15N absorption and utilization of[J]. Journal of Shandong Agricultural University: Natural Science, 2012, 43(2): 223–226

[4] 何鵬, 吳敏, 韋家少, 等. 不同磷水平對橡膠樹幼苗氮鉀吸收、分配與利用的影響[J]. 中國農(nóng)學通報, 2011, 27(16): 1–6 He P, Wu M, Wei J S, et al. Influence of different phosphorus levels on absorption, utilization and partition of N, K onseedlings [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(16): 1–6

[5] 袁新民, 同延安, 楊學云, 等. 施用磷肥對土壤NO3--N累積的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2000, 6(4): 397–403 Yuan X M, Tong Y A, Yang X Y, et al. Effect of phosphate application on soil nitrate nitrogen accumulation[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2000, 6(4): 397–403

[6] Graciano C, Goya J F, Frangi J L, et al. Fertilization with phosphorus increases soil nitrogen absorption in young plants of[J]. Forest Ecology and Management, 2006, 236(2/3): 202–210

[7] Campbell W H, Redinbaugh M G. Ferric-citrate reductase activity of nitrate reductase and it’s role in iron assimilation by plants[J]. Journal of Plant Nutrition, 1984, 7(1/5): 799–806

[8] 劉麗, 甘志軍, 王憲澤. 植物氮代謝硝酸還原酶水平調(diào)控機制的研究進展[J]. 西北植物學報, 2004, 24(7): 1355–1361 Liu L, Gan Z J, Wang X Z. Advances of studies on the regulation of nitrate metabolism of plants at nitrate reductase level[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2004, 24(7): 1355–1361

[9] 呂杰, 苗璐, 蔡蕊, 等. 非損傷微測技術(shù)在植物根系生長發(fā)育研究中的應用[J]. 生物技術(shù), 2013, 23(1): 89–93Lü J, Miao L, Cai R, et al. Application of non-invasive micro-test technique in study of plant roots growth and development[J]. Biotechnology, 2013, 23(1): 89–93

[10] 尹曉明, 賈莉君, 范曉榮, 等. 離子選擇微電極技術(shù)及其在植物營養(yǎng)學研究中的應用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2011, 17(3): 744–754 Yin X M, Jia L J, Fan X R, et al. The application of ion selective microelectrode in the study of plant nutrition[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(3): 744–754

[11] 駱翔, 朱艷霞, 杜友, 等. 檉柳根不同區(qū)域吸氮特性研究[J]. 中國農(nóng)學通報, 2011, 27(22): 66–69Luo X, Zhu Y X, Du Y, et al. Study on the nitrogen-absorbing characters in different root parts ofLour[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(22): 66–69

[12] 李紹長, 胡昌浩, 龔江, 等. 供磷水平對不同磷效率玉米氮、鉀素吸收和分配的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2004, 10(3): 237–240 Li S C, Hu C H, Gong J, et al. Effects of phosphorus supply on nitrogen and potassium absorption and distribution of maize with different phosphorus efficiency[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(3): 237–240

[13] 趙秀蘭, 李文雄. 氮磷水平與氣象條件對春小麥籽粒蛋白質(zhì)含量形成動態(tài)的影響[J]. 生態(tài)學報, 2005, 25(8): 1914–1920 Zhao X L, Li W X. Effect of the nitrogen and phosphorus levels and meteorological conditions on formation dynamics of grain protein content in spring wheat[J]. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(8): 1914–1920

[14] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000: 123–128 Li H S. Principles and Techniques of Plant Physiological Biochemical Experiment[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000: 123–128

[15] 顧曼如.15N在蘋果氮素營養(yǎng)研究中的應用[J]. 中國果樹, 1990, (2): 46–48 Gu M R. The application of15N in the research of nitrogen nutrition on apples[J]. China Fruits, 1990, (2): 46–48

[16] 霍常富, 孫海龍, 范志強, 等. 根系氮吸收過程及其主要調(diào)節(jié)因子[J]. 應用生態(tài)學報, 2007, 18(6): 1356–1364Huo C F, Sun H L, Fan Z Q, et al. Physiological processes and major regulating factors of nitrogen uptake by plant roots[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(6): 1356–1364

[17] Scheible W R, Lauerer M, Schulze E D, et al. Accumulation of nitrate in the shoot acts as a signal to regulate shoot-root allocation in tobacco[J]. The Plant Journal, 1997, 11(4): 671–691

[18] Forde B, Lorenzo H. The nutritional control of root development[J]. Plant and Soil, 2001, 232(1/2): 51–68

[19] Miller A J, Smith S J. Cytosolic nitrate ion homeostasis: Could it have a role in sensing nitrogen status?[J]. Annals of Botany, 2008, 101(4): 485–489

[20] Datta R, Sharma R. Temporal and spatial regulation of nitrate reductase and nitrite reductase in greening maize leaves[J]. Plant Science, 1999, 144(2): 77–83

[21] 廖紅, 嚴小龍. 高級植物營養(yǎng)學[M]. 北京: 科學出版社, 2003: 149–152 Liao H, Yan X L. Advanced Plant Nutrition[M]. Beijing: Science Press, 2003: 149–152

Characteristics of NO3-absorption and utilization inRehd. seedlings under different phosphorus levels*

PENG Ling1, ZHU Zhanling1, CHEN Qian1, JI Mengmeng1, CHEN Ru2, GE Shunfeng1**, JIANG Yuanmao1**

(1. College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2. Shandong Institute of Pomology, Tai’an 271000, China)

In recent years, excessive application of nitrogen and phosphate fertilizers has not only wasted fertilizer, but also brought a high potential risk of environmental pollution. In addition, an unreasonable fertilization over the long-term has damaged the physical and chemical properties of soil, including soil porosity and nutrients contents. Therefore, it is crucial for sustainable fruit tree production to promote scientific utilization of nutrient, increase fertilizer utilization rate, reduce eluviation, volatilization and loss of nitrogen. In order to determine the key factors influencing nitrogen utilization ratio under different phosphorus levels,15N-labeled tracer and non-invasive micro-test techniques were used to investigate NO3-absorption and utilization inRehd. seedlings under different phosphorus levels (0 mmol×L-1, 1.0 mmol×L-1, 2.0 mmol×L-1, 3.0 mmol×L-1, 4.0 mmol×L-1, 6.0 mmol×L-1, 8.0 mmol×L-1, 12.0 mmol×L-1, 16.0 mmol×L-1H2PO4-). The study aimed to increase nitrogen fertilizer utilization and reduce nitrogen fertilizer loss, which could provide theoretical basis for scientific and efficient utilization of phosphate fertilizer in apple orchard. The results showed that root length, root surface area and root tip quantity were lower in seedlings under phosphorus deficiency (0?1.0 mmol×L-1). With the addition of 2.0-4.0 mmol×L-1of phosphorus, the biomass of single plant, root length, root surface area and root tip quantity increased over seedlings under other treatments. Also root growth was restrained in seedlings under excess phosphorus (6.0-16.0 mmol×L-1). The absorption of NO3-inseedlings was significantly different under different phosphorus levels. The non-invasive micro-test technique showed significant absorption of NO3-byseedlings under 3.0-6.0 mmol×L-1phosphorus with the highest rate of absorption under 3.0 mmol×L-1treatment. While 0-2 mmol×L-1and 8.0-16.0 mmol×L-1phosphorus applications showed efflux effect of NO3-byseedlings. With the addition of phosphorus, Ndff (percent of nitrogen derived from fertilizer) and nitrogen utilization efficiency initially increased and then decreased. The highest nitrogen use efficiency (42.24%) was observed under the phosphorus treatment of 4.0 mmol×L-1. Then there was a significant reduction under phosphorus application in excess of 4.0 mmol×L-1treatments. Leaf nitrate reductase activity was very low under phosphorus deficiency, but it had significantly higher levels under 1.0-3.0 mmol×L-1phosphorus application. There was a marked decrease in leaf nitrate reductase activity when the phosphorus concentration exceeded 4.0 mmol×L-1. In conclusion, phosphorus level had significant effect on NO3-absorption and utilization byseedlings. Root growth and nitrogen absorption increased with appropriate phosphorus application. With phosphorus overdose, root growth and nitrate reductase activity decreased significantly. This resulted in a decrease in the absorption and utilization of nitrogen. The analysis showed that 3.0-4.0 mmol×L-1of phosphorus was beneficial to the efficient growth ofseedlings, nitrogen absorption and utilization.

Apple rootstock;Rehd.; Phosphorus level; NO3-absorption; Nitrogen utilization efficiency

10.13930/j.cnki.cjea.170145

S661.1

A

1671-3990(2017)08-1147-07

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0201100, 2017YFD0200200/08)、國家自然科學基金項目(31501713)、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)資金項目(CARS-28)和山東省自然科學基金項目(ZR2015PC001)資助

**通訊作者: 葛順峰, 主要從事果樹營養(yǎng)生理與氮、磷循環(huán)研究, E-mail: geshunfeng210@126.com; 姜遠茂, 主要從事果樹營養(yǎng)生理和土壤肥力研究, E-mail: ymjiang@sdau.edu.cn

彭玲, 主要研究方向為蘋果氮素營養(yǎng)和土壤肥力。E-mail: zhushipink@163.com

2017-02-21 接受日期: 2017-03-31

* This study was supported by the National Key R&D Program of China (2016YFD0201100, 2017YFD0200200/08), the National Natural

Science Foundation of China (31501713), the National Modern Agricultural Industry Technology System Construction Fund Project of China (CARS-28) andthe Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2015PC001).

GE Shunfeng, E-mail: geshunfeng210@126.com; JIANG Yuanmao, E-mail: ymjiang@sdau.edu.cn

Feb. 21, 2017; accepted Mar. 31, 2017

彭玲, 朱占玲, 陳倩, 季萌萌, 陳汝, 葛順峰, 姜遠茂. 供磷水平對平邑甜茶幼苗NO3-吸收、利用特性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2017, 25(8): 1147-1153

Peng L, Zhu Z L, Chen Q, Ji M M, Chen R, Ge S F, Jiang Y M. Characteristics of NO3-absorption and utilization inRehd. seedlings under different phosphorus levels[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(8): 1147-1153