施氮量對辣椒生長及光合生理的影響

南莉，曹雄壽，蒲海龍

(永昌縣自然資源局，甘肅 金昌 737200)

辣椒(CapsicumannuumL)是一種茄科辣椒屬植物，屬一年或多年生草本植物.辣椒是人們喜愛的一種調(diào)味品，其維生素C的含量在蔬菜中居第一位，可提供人體健康所需的維生素和礦物質(zhì)[1].辣椒屬于喜氮蔬菜作物，生產(chǎn)中菜農(nóng)往往通過增施氮肥獲得較高產(chǎn)量，既不利用辣椒品質(zhì)提高，也增加了生產(chǎn)成本，同時對環(huán)境造成一定的危害[2].但當(dāng)?shù)氐墓?yīng)不能滿足植物生長所需時，會影響到果實(shí)內(nèi)各物質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)化，嚴(yán)重時會導(dǎo)致果實(shí)畸形、果實(shí)著色不均勻等其它影響[3].

氮素對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均有顯著影響[4].李俊良等[5]研究證明當(dāng)施氮量低于310 kg/hm2時，大白菜產(chǎn)量與施氮量呈正相關(guān)，此范圍施氮可以帶來顯著提高經(jīng)濟(jì)效益.但超過這個值，產(chǎn)量將不再增加，甚至減產(chǎn).通過比較加工番茄在4個不同的施氮量(純氮57，168，282，392 kg/hm)下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)以168 kg/hm時番茄產(chǎn)量最高，282，392 kg/hm對產(chǎn)量影響不大，同時影響植株的生長發(fā)育[6].適量施用氮肥能提高蔬菜中的維生素C的含量，但用量過高反而會降低其含量[7].研究表明，在菠菜生長過程中，增施氮肥能夠提高葉片VC合成，而氮肥對辣椒果實(shí)VC含量影響不明顯[8].施氮量增加對辣椒果實(shí)辣椒素含量具有積極作用[9].

氮素作為植物生長發(fā)育和形態(tài)建成必不可少的元素之一，與作物的光合作用、物質(zhì)代謝、能量代謝等關(guān)系密切[10].氮素一方面通過影響植株體內(nèi)氨基酸及蛋白質(zhì)的含量來調(diào)控植物生長，另一方面通過影響光合色素含量、主要酶活性、等顯著影響植物光合速率以及光呼吸；同時還可影響和改變激素水平、淀粉含量以及有機(jī)酸含量影響植物開花、衰老等以及碳代謝過程[11].光合作用作為植物的能量站，受氮素的影響非常顯著，有研究表明，植物的光合速率

與植物葉片的全氮含量、葉綠素含量以及光合相關(guān)酶活性在一定程度上均呈顯著的正相關(guān)[12-13].施肥能夠改善蔬菜作物光合同化能力已被廣泛認(rèn)同，不同種類肥料及水平對蔬菜的響應(yīng)效果不同，氮素作為辣椒生長發(fā)育最為關(guān)鍵的元素之一，在辣椒光系統(tǒng)建成過程中扮演重要角色.施氮量的多少對辣椒生長和光合熒光系統(tǒng)的影響及相互關(guān)系還不明確，本研究通過設(shè)置施氮量梯度，在辣椒不同發(fā)育階段對光合及熒光系統(tǒng)進(jìn)行檢測，以期闡明辣椒施氮量與光合同化能力的關(guān)系，為生產(chǎn)合理施氮提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為甘肅日光溫室主栽品種“隴椒5號”，其生長勢強(qiáng)，果實(shí)羊角形，果肩寬3.0 cm左右，果長25 cm左右，果肉厚0.30 cm左右，果色綠，果面皺，味辣，商品性好.

1.2 試驗(yàn)方法

將在育苗缽中生長50 d的辣椒苗定植與花盆中(直徑×高=30 cm×25 cm)，每盆定植1株，栽培基質(zhì)為牛糞∶草炭∶蛭石=2.5∶2.5∶5(體積比)，主要理化性狀見表1.在定植前將基肥和基質(zhì)混勻，每盆裝入的基質(zhì)總量保持一致，施入的肥料為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)及硫酸鉀(含K2O 50%)，每盆分別施入過磷酸鈣30 g，硫酸鉀45 g，尿素不同處理施入量不同，分別設(shè)置為：不施尿素(CK)，每盆15 g尿素(T1)，每盆20 g尿素(T2)，每盆25 g尿素(T3)，每盆35 g尿素(T4)，每盆45 g尿素(T5)，所有肥料在定植時基施30%，現(xiàn)門椒時施入40%，結(jié)果盛期施入30%.按照施入尿素量的不同共設(shè)置6個處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共60株辣椒苗.在定植后第0，25，50，75，100，125，150天采樣，測定植株的相關(guān)指標(biāo).

表1 基質(zhì)理化性質(zhì)

1.2.1 辣椒形態(tài)指標(biāo)及光合色素含量測定 用卷尺測定株高，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定植株莖粗，整株挖取植株，解析后用電子天平稱量根、莖、葉及果實(shí)的干鮮質(zhì)量.

用直徑0.8 cm 的打孔器打辣椒葉圓片，稱取0.1 g 于試管中，加入10 mL 80%的丙酮，黑暗條件下浸提48 h，在663、645、440 nm 3個波段下進(jìn)行比色，計(jì)算出葉綠素素含量.計(jì)算公式為：Ca=12.71A663-2.59A645；Cb=22.88A645-4.67A663；Ccar=4.7A440-0.27CT，光和色素含量=色素濃度(C)×提取液體積(mL)/樣品質(zhì)量(mg).

1.2.2 光合熒光參數(shù)測定 選擇晴天上午9∶00～11∶00，采用CIRAS-2 型便攜式光合儀(英國PP-System 公司生產(chǎn))，測定辣椒植株生長點(diǎn)下數(shù)第3片完全展開功能葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr).光合儀器參數(shù)設(shè)定：光強(qiáng)為1 000 μmol/m2/s，CO2濃度為380 μmol/mol，溫度為25 ℃，相對濕度為75%.采用英國Hansatech公司生產(chǎn)的FMS-2型脈沖調(diào)制式葉綠素?zé)晒夥治鰞x測定辣椒葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù).葉片暗適應(yīng)30 min 后測定最小熒光Fo和最大熒光Fm，光化強(qiáng)度為400 μmol/m2/s，飽和脈沖光強(qiáng)度為8 000 μmol/m2/s.

根據(jù)公式計(jì)算：PSⅡ最大光化學(xué)效率：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率：ΦPSⅡ=(Fm′ -Fs)/Fm′，光化學(xué)猝滅系數(shù)：qP=(Fm′ -Fs)/(Fm′-Fo′)，非光化學(xué)猝滅系數(shù)：NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′.式中，F(xiàn)o′為光適應(yīng)后的最小熒光，F(xiàn)m′為光適應(yīng)后的最大熒光，F(xiàn)s為光適應(yīng)后的穩(wěn)態(tài)熒光.

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對辣椒生長及葉綠素含量的影響

在不同生育期測量辣椒株高發(fā)現(xiàn)，施氮量對株高影響顯著，在定植后25 d開始，T2、T3、T4和T5株高明顯高于T1和對照，并且，在定植后25 d至50 d辣椒株高增加速度最快.從整個生育期來看，株高隨施氮量的增加而增加，T4和T5在定植后株高均無差異，但均高于其他處理.不同處理株高差異最大的時期為采收期，表現(xiàn)為T5=T4>T3>T2>T1>CK，T5、T4、T3、T2和T1分別比對照高出28.1%、28.1%、24.6%、14.4%和8.0%(圖1-A).

圖1 不同施氮量對辣椒生長及葉綠素含量的影響Figuer 1 Effects of different nitrogen application rates on the growth and chlorophyll content of pepper

測量不同處理各生育莖干直徑發(fā)現(xiàn)，辣椒幼苗在定植后開始到第50天，莖干直徑迅速增加，T5、T4和T3處理增加量顯著.定植后第50天時，T5和T4直徑無差異，其次為T3，T1、T2和CK莖干直徑基本相同.在定植后50 d到100 d之間，不同處理莖干直徑的增加存在一個停滯期，在定植100 d后又開始迅速增加，直至采收期T4和T5間未表現(xiàn)差異.從整個生育期來看，施氮量的增加能夠促進(jìn)辣椒莖干增粗，而氮素過量則影響不明顯(圖1-B).

葉綠素a含量在定植后75 d達(dá)到峰值，定植后25 d時，不同處理間葉綠素a含量差異顯著，隨施氮量的增加呈遞增趨勢，依次為T5>T4>T3>T2>T1>CK.定植后75 d至辣椒采收期，葉片葉綠素含量迅速下降，T2、T3、T4和T5在生育后期能夠維持葉片具有較高的葉綠素a含量，其中，T3在定植后150d時葉綠素a含量較高，為0.94 mg/g，對照最低，為0.54 mg/g(圖1-C).

施氮量對葉綠素b含量的影響基本與葉綠素a一致，在定植后75 d時達(dá)到峰值，其中，施氮量較高的T5、T4和T3增加速率較高，至定植后75 d時，葉綠素b含量依次為T3>T5>T4>T2>T1=CK，其中T3為0.49 mg/g，CK為0.42 mg/g.定植后75 d后，葉綠素b含量開始下降，在定植后75～150 d，T5葉綠素b含量均保持較高水平，CK下降幅度最大，至定植后150 d時，CK葉綠素b含量僅為0.21 mg/g，T3、T4和T5葉綠素b含量最高且無差異，均為0.33 mg/g(圖1-D).

2.2 施氮量對辣椒光合生理的影響

不同施氮量對辣椒光合生理影響顯著，施氮處理凈光合速率Pn總體高于對照，從定植開始至定植后第75天，葉片Pn逐漸增大，在定植后75 d時達(dá)到峰值.定植后50 d時，T5和T4處理Pn顯著高于其他施氮處理，分別為12.57 μmol/m2/s和12.27 μmol/m2/s，其次為T3，T1和T2差異不顯著，CK最低，為8.2 μmol/m2/s.定植后75 d開始，Pn開始下降，而T3處理在第100天和125天時Pn仍高于其他處理，第150天時與T4保持一致.T5在150 d時Pn最高，為11.37 μmol/m2/s，對照Pn降低至最低值，為6.2 μmol/m2/s(圖2-A).

葉片蒸騰速率Tr在定植后的變化趨勢與Pn基本一致，T4和T5在定植后75 d前Tr迅速升高，且兩者間差異不顯著.T2和T3處理在定植后50 d時Tr差異不顯著，定植后75 d時T3和T2處理Tr相對于定植后50 d分別提高了39.7%和47.8%且在定植后75 d到100 d保持穩(wěn)定，第100天后開始下降.T5處理在定植后75 dTr高于其他處理，達(dá)到7.2 μmol/m2/s，之后T4和T5處理Tr迅速下降.T2和CK從定植后開始至定植后75 dTr無顯著差異，在第75天至100天時小幅升高后達(dá)到4.8 μmol/m2/s，隨后開始下降.在生育后期，T3能夠維持辣椒葉片Tr保持較高水平(圖2-B).

圖2 不同施氮量對辣椒光合生理的影響Figuer 2 Effects of different nitrogen application rate on photosynthetic physiology of pepper

氣孔導(dǎo)度Gs變化趨勢與Tr相似，T4和T5在定植后75 d前Gs均顯著高于其他處理，并且二者Gs基本相同，無顯著差異.T3在定植后第50天Gs迅速升高，在第75 d時達(dá)到最高值，與T4和T5處理相同，分別為457.3、452.3和463 mol/m2/s，其他依次分別為T2(357.3 mol/m2/s)、T1(278 mol/m2/s)和CK(266 mol/m2/s).定植后125 d后，Gs基本維持不變，至150 d時，Gs依次為T3>T2>T5=T1>T4>CK(圖2-C).

胞間CO2濃度Ci變化趨勢與Pn、Tr和Gs不同，CK在辣椒整個生長期內(nèi)Ci均高于其他施氮處理，CK、T1、T4和T5處理均在定植后75 d達(dá)到最低值，分別為231.6，226.7，168.0，174.0 μmol/m2/s.T2和T3均在第100 d時達(dá)到最低值，分別為181.7 μmol/m2/s和161.3 μmol/m2/s.定植后75 d和100 d時，不同處理間Ci差異最顯著，第75 d時，T4和T3無差異，CK>T1>T2>T5>T4=T3，第100 d時，CKCi最高，為256.0 μmol/m2/s，T3Ci最低，為161.3 μmol/m2/s.定植后第150天時，T1和T5間Ci無顯著差異，T3最低，為230.7 μmol/m2/s(圖2-D).

2.3 施氮量對辣椒熒光參數(shù)的影響

不同施氮量對辣椒葉片F(xiàn)v/Fm的影響如圖3(A)所示，隨辣椒的生長Fv/Fm緩慢上升后下降，不同處理達(dá)到峰值的時間不同.T5和CK均在定植后75dFv/Fm達(dá)到最高值，分別為0.80和0.71，T3和T1處理均在定植后100 d分別達(dá)到最高值，分別為0.83和0.75.定植后25 d時，T4和T5差異不顯著，T1和CK無顯著差異，整個生育期T2、T3、T4和T5的Fv/Fm均顯著高于CK和T1，在定植后75 d后CK的Fv/Fm迅速下降，T1在定植后100 d開始下降，定植后100 d后，T1的Fv/Fm顯著高于不同施氮量對辣椒ΦPSⅡ的影響如圖3-B，ΦPSⅡ在定植后50 d內(nèi)基本穩(wěn)定，在定植后50 d以后迅速升高，在定植后100 d左右開始下降.在定植后25 d時T4和T5葉片ΦPSⅡ高于其他處理，定植后50 d時，葉片ΦPSⅡ T4>T5>T2>T1>T3>CK，定植后75 d時，不同處理ΦPSⅡ差異顯著，T3顯著高于其他處理，為0.76，其他依次為T4、T2、T5、CK和T1，大小分別為0.70、0.67、0.65和0.64.T3、T4和CK在定植后75 d開始下降，之后CK基本保持穩(wěn)定，而T3和T4持續(xù)下降，在定植后150 d時二者無差異，平均為0.69，T4和T5ΦPSⅡ在定植后150 d時僅次于T3和T4，CK最小，為0.61.

圖3 不同施氮量對辣椒葉片熒光參數(shù)的影響Figuer 3 Effect of nitrogen application rate on fluorescence parameters of pepper

CK.在定植后150 d時，辣椒葉片F(xiàn)v/Fm不同處理差異顯著，T2>T3>T4>T5>T1>CK，T4和T5差異不顯著，CK相比其他處理，至少降低19.1%.

不同施氮量對葉片qP的影響如圖3-C所示，T3、T4和T5在定植后qP迅速升高，在定植后25 d至50 d時基本維持穩(wěn)定，CK、T1和T2在定植后50 d前基本保持穩(wěn)定.所有處理在定植后50 d開始qP升高，此時，T4和T5的qP最高，且兩者間無顯著差異，均為0.85，T1和T2無顯著差異，為0.77.定植后75 d時，除T2外，其他處理qP均達(dá)到最高值，T3在各個處理中最高，為0.90，其他依次為T4>T5>T2>T1>CK.定植后150 d時，T2和T3qP顯著高于其他處理，CK最小，為0.73.

不同施氮量對辣椒葉片NPQ的影響如圖3-D所示，由圖知，NPQ的變化趨勢與qP的相反，定植后先下降然后緩慢上升.CK的NPQ在整個生育期顯著高于其他處理，其次為T1，定植后75 d時，T3、T4和T5處理下降至最低，分別為0.33、0.36和0.36，T4和T5間無顯著差異.定植后150 d，NPQ依次為CK>T1>T5>T4>T2>T3.

3 討論

氮素是合成核酸以及蛋白質(zhì)(酶)等的重要元素，是植物生長發(fā)育必須的大量營養(yǎng)元素之一，是作物生長和產(chǎn)物構(gòu)成的主要驅(qū)動力.氮素在植物體內(nèi)主要以蛋白質(zhì)、核酸、酶、磷脂及葉綠素等形式存在，對各器官建成、源庫關(guān)系、根冠發(fā)育、C、N 關(guān)系、葉綠素含量、光合效率以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等具有全面的影響[14-15].氮是植物營養(yǎng)生長和生殖生長的主要元素，對各種生理過程和生長發(fā)育都有影響.植物正常生長發(fā)育需要適量氮素的供應(yīng)，氮對植物地上部和根系生長均有很大影響，氮素可促進(jìn)植物枝干高大、生長茂盛，葉色濃綠，蛋白質(zhì)合成增加，缺氮往往使植物生長速度緩慢，植株瘦弱，莖干細(xì)小，在一定范圍下施氮素對蔬菜作物生長發(fā)育是有利的.對甜椒研究發(fā)現(xiàn)，較高的氮素水平能夠促進(jìn)株高和莖粗增加，同時有利于根系生長和增加分枝角度[16]，本研究表明，不同施氮量影響辣椒的生長，T4和T52個施氮水平辣椒株高的增加速率較快，且在定植后150 d時，株高無差異，T3水平辣椒株高僅次于T4和T5.施氮量對莖粗的影響與株高類似，T4和T5莖粗最大，兩個氮素水平差異不顯著.董潔等[17]研究發(fā)現(xiàn)，番茄株高、莖粗均隨著施肥水平的增加而增加，與本研究結(jié)果一致.

葉綠素是植物光合作用過程中吸收、傳遞及光能轉(zhuǎn)換的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的高低決定著光合速率的快慢、光合單位的多少以及光合產(chǎn)物累積的豐缺，是反映植物光合作用強(qiáng)弱的重要生理指標(biāo).研究表明，植株葉片中葉綠素含量高，光合速率也高[18]，增大施氮量可顯著提高葉綠素含量，改善光合效率[19].本研究結(jié)果表明，施氮顯著增加了辣椒葉片中葉綠素a和葉綠素b含量，延緩了辣椒生育后期葉綠素b的下降速度，T3對定植后辣椒葉片中葉綠素a含量增加效果最為明顯，定植后150 d時仍維持葉片葉綠素a在較高水平.T3、T4和T5對定植后150 d葉片葉綠素b的影響相同，均能夠維持該時期葉片葉綠素b在較高的水平.對小麥研究結(jié)果顯示，隨外源供氮水平的提高，葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量隨施肥量的增加而增加[20].

植物的生長發(fā)育主要依靠光合作用，光合作用為生物界所有物質(zhì)代謝和能量代謝的提供了物質(zhì)保障.已氮素通過影響葉綠素含量、核酮糖二磷酸羧化酶(Rubisco)含量以及光合器官結(jié)構(gòu)而直接影響CO2同化作用[21]，同時又通過影響植株生長發(fā)育間接影響植物碳代謝、光合反應(yīng)鏈從而對光合作用產(chǎn)生反饋調(diào)節(jié)[22].研究表明，含氮量高的葉片對CO2的輸送能力和Rubisco 的同化能力顯著高于含氮量低的葉片[23].在一定的氮素營養(yǎng)水平范圍內(nèi)，植物葉片的葉綠素含量、光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光化學(xué)效率(Pn)以及葉綠素?zé)晒馓匦跃c葉片中的氮素含量呈正相關(guān)，因此氮素營養(yǎng)的失調(diào)將使光合效率下降[24-25].本研究發(fā)現(xiàn)，高氮水平顯著提高辣椒凈光合速率，T3、T4和T5在辣椒整個生育期Pn均保持在較高的水平，尤其在定植后75 d，凈光合速率最高，對提高辣椒坐果率具有積極作用.Tr和Gs在不同施氮水平下與Pn的表現(xiàn)基本相同，Ci與之相反.作物生長發(fā)育中，氮素的缺乏會抑制其生長和光合作用，葉片光合受到抑制后吸收的光能不能被光合機(jī)構(gòu)完全吸收，最終導(dǎo)致光合能力喪失[26].充足的氮素利于葉綠素的合成，為植物的光合作用提供更大的場所.因此氮素供應(yīng)狀況對植物光合器官的功能非常重要[27]，研究表明，光合能力高低與植物葉片含氮量多少有顯著的相關(guān)關(guān)系[28].

葉綠素?zé)晒鈳缀跞縼碓从赑SⅡ，葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)技術(shù)反映了葉片光系統(tǒng)II 對對光能的利用和耗散情況，光合作用各個步驟緊密聯(lián)系，任何一步的變化都會引起熒光的變化，因此，葉綠素?zé)晒鈪?shù)更能反映植物光合作用PSⅡ的內(nèi)部變化[29].研究表明，隨著供氮量的增加，植物葉片對光能的捕獲能力增強(qiáng)，活性提高、光化學(xué)效率及反應(yīng)中心開放部分的比例升高，光系統(tǒng)天線色素捕獲的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額增加，光抑制減緩，非輻射能量的熱耗散降低[30].此外，適量施氮能夠通過提高Fv/Fm來增強(qiáng)光合機(jī)構(gòu)對環(huán)境的適應(yīng)能力，進(jìn)而保護(hù)光合器官.但當(dāng)?shù)毓?yīng)過量時，葉片ΦPSⅡ和qP較低氮處理降低[31].張雷明等在小麥中研究發(fā)現(xiàn)，施氮能夠提高小麥葉片中的葉綠素?zé)晒鈪?shù)中的PSⅡ活性(Fv/Fo)、PSⅡ光化學(xué)最大效率(Fv/Fm)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP).本研究發(fā)現(xiàn)施氮后Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP增加，T3處理顯著提高了Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP，而T4和T5處理Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP均降低，與上述研究結(jié)果一致.

4 結(jié)論

施氮量增加能夠促進(jìn)辣椒株高和莖粗的增加，T4和T5處理后辣椒株高和莖粗無差異，分別為97.3 cm、12.9 mm和97.4 cm、13.1 mm.在T3、T4和T5水平下葉綠素a含量在定植后125 d前無差異，T5葉綠素b含量在整個生育期均最高.尿素施用量為T3時辣椒Pn、Tr和Gs均最高，小于T3時Pn、Tr和Gs隨施氮量增加而增加，熒光參數(shù)Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP在T3時顯著高于其他處理，提高辣椒葉片的光能利用率.因此，T3能夠最大限度的提高辣椒葉片的光合同化和光能利用能力，從而對辣椒生長發(fā)育及品質(zhì)形成產(chǎn)生積極作用.