2,4-表油菜素內(nèi)酯對葡萄幼苗氮吸收量和轉(zhuǎn)運量以及土壤氮含量的影響*

練華山，鄒盼紅，李欣欣，林立金，廖明安

（1.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院 農(nóng)業(yè)園藝學院，四川 成都 611130；2.成都市錦江區(qū)四川師大附屬第一學校，四川 成都 611130；3.四川農(nóng)業(yè)大學 果蔬研究所，四川 成都 611130；4.四川農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，四川 成都 611130）

氮元素作為“生命元素”，對果樹的生長發(fā)育、物質(zhì)代謝以及果實產(chǎn)量和品質(zhì)等有著不可代替的作用[1]。氮素過多或過少對果樹生長均有不利影響。缺氮時，果樹的光合性能下降[2]，樹體衰弱，老葉葉面積小，果實小且易早落或早熟[3]；氮素過量會導致果樹體內(nèi)硝酸鹽大量積聚，引起土壤酸化和板結(jié)，從而降低化肥利用率[4]，并引起水體富營養(yǎng)化，加劇溫室效應等[5]。在實際生產(chǎn)中，氮肥利用率較低會對環(huán)境造成嚴重污染[6]。因此，提高作物對氮素的吸收、轉(zhuǎn)運及利用率不僅有利于果樹的生長發(fā)育，還有利于減少氮肥對生態(tài)系統(tǒng)的污染。

油菜素內(nèi)酯（brassinolide，BR）是一種油菜素甾族化合物（brassinosteroids，BRs），被列為第六大類植物內(nèi)源激素，是國際上公認的高效、廣譜、無毒和無副作用的植物生長調(diào)節(jié)劑[7-8]。已有研究表明：BR 能夠促進植物的生理代謝，抑制膜脂過氧化，通過促進細胞壁松弛幫助細胞修復，同時在細胞分裂、植物莖和根的伸長、器官發(fā)育和脅迫響應等方面有重要作用[9-10]。目前，已鑒定的BRs 相關(guān)化合物達60 余種，其中，2,4-表油菜素內(nèi)酯（EBR）和2,8-高油菜素內(nèi)酯（HBR）是活性最強的兩類油菜素內(nèi)酯，廣泛應用于BR 功能和信號轉(zhuǎn)導的相關(guān)研究[11]。EBR 能夠用人工合成的方法批量生產(chǎn)，具有良好的應用前景[12-13]。已有研究表明：EBR 能夠修復Ca（NO3）2脅迫對黃瓜幼苗中參與氮代謝的酶結(jié)構(gòu)損傷[14]；促進小麥對氮的吸收和開花后營養(yǎng)器官中氮元素向籽粒的轉(zhuǎn)運[15]。

葡萄是葡萄科（Vitaceae）葡萄屬（Vitis）多年生落葉藤本植物，是世界上最古老的植物之一，也是世界第二大水果[16]。葡萄富含多種礦物質(zhì)、氨基酸和果酸，營養(yǎng)價值豐富，同時含有的聚合苯酚和白藜蘆醇能夠保護細胞，防止細胞癌變[17-18]。葡萄是需氮量較高的果樹，氮素是影響其產(chǎn)量的首要因素[19]。但在葡萄種植過程中存在氮肥施用不科學和利用率低的問題，導致葡萄產(chǎn)量及效益不高、品質(zhì)下降和病蟲害嚴重等[20]。前期研究發(fā)現(xiàn)：葉面噴施不同質(zhì)量濃度的EBR 可促進夏黑葡萄幼苗葉片生長，其生物量、光合參數(shù)以及抗氧化酶活性均有所提高（另文發(fā)表）。本研究采用盆栽試驗，分析噴施不同質(zhì)量濃度EBR 對葡萄幼苗氮吸收和轉(zhuǎn)運量以及對土壤氮含量的影響，探究葡萄氮吸收及轉(zhuǎn)運的EBR 調(diào)控效應，以期為葡萄幼苗培育中氮肥的高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自四川農(nóng)業(yè)大學成都校區(qū)農(nóng)田（N30°71′，E103°86′，海拔470 m），按鮑士旦[21]的方法測定其基本理化性質(zhì)為：pH 7.71，有機質(zhì)含量15.29 mg/g，全氮含量0.85 mg/g，堿解氮含量87.99 mg/kg，全磷含量11.88 mg/g，速效磷含量55.78 mg/kg，速效鉀含量41.96 mg/kg，全鉀含量15.38 mg/g。

供試材料為早熟品種夏黑葡萄的當年生扦插苗，其扦插條是四川省崇州市四川農(nóng)業(yè)大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地夏黑葡萄園于2018 年冬季修剪時收集的生長健壯、長勢一致且無病蟲害的1 年生葡萄枝條，沙藏保存。

1.2 試驗設計

試驗于2019 年2—8 月在四川農(nóng)業(yè)大學成都校區(qū)進行。2019 年2 月，對夏黑葡萄扦插條進行修剪（帶1 個健壯飽滿芽，長約7 cm），后扦插于裝有珍珠巖的50 孔穴盤中，育苗所用珍珠巖是含水量為2%～6%的浮石狀灰白色珍珠巖，置于晝夜溫度為21～23℃的人工氣候室中。

2019 年3 月，選取植株健壯、長勢一致且無病蟲害的葡萄幼苗45 株（株高約15 cm）移栽至塑料盆中（高15 cm，直徑18 cm），每盆3 株。然后將葡萄幼苗置于溫度為24 ℃/10 ℃（晝/夜）、光周期為12 h/12 h、光強度為200 μmol/（m2·s）的人工培養(yǎng)室內(nèi)。

幼苗移栽緩苗15 d 后，分別向葡萄幼苗葉面噴施0（清水對照）、0.5、1.0、1.5 和2.0 mg/L 的EBR 水溶液，每個處理5 盆，每盆3 株，重復3次。整株均勻噴施，以葉面濕潤且不滴液為宜。噴施時間為9：0 0，每隔7 d 噴1 次，連續(xù)噴施3 次，每個處理每次共噴施60 mL，噴施時注意單獨噴施避免不同質(zhì)量濃度交互影響。盆栽隨機擺放于人工培養(yǎng)室內(nèi)，每7 d 交換盆栽位置以減弱邊際效應的影響。

在噴施處理前和最后1 次處理8 d 后采收鮮樣測定植物氮含量及生物量。最后一次處理8 d后收獲整株幼苗，根、莖、葉分別用自來水洗凈，再用去離子水沖洗3 次，分裝，于110 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，備用。土壤自然風干后過1 mm 篩，備用。

1.3 指標測定

稱取烘干、粉碎并過篩的葡萄幼苗根、莖、葉樣品各0.2 g，加少量水和濃H2SO4溶液5 mL，搖勻過夜，采用硫酸—過氧化氫消煮后過濾，定容至100 mL[21]。用凱氏定氮法測定氮含量：吸取待測液5 mL，加酒石酸鈉溶液2 mL、少量KOH溶液和蒸餾水40 mL，搖勻后加奈氏試劑2.5 mL，靜置顯色30 min 后于420 nm 處比色[21]。夏黑葡萄氮素吸收及轉(zhuǎn)運的相關(guān)指標參考PAPAKOSTA等[22]的方法并改進后進行計算。

某器官單株氮吸收量（mg）=某器官生物量（g）×某器官氮含量（mg/g）；

植株單株氮總吸收量（mg）=根的氮吸收量（mg）+莖的氮吸收量（mg）+葉的氮吸收量（mg）；

某器官單株氮轉(zhuǎn)運量（mg）=某器官試驗末期氮吸收量（mg）-某器官試驗初期氮吸收量（mg）；

某器官單株氮轉(zhuǎn)運效率=某器官氮轉(zhuǎn)運量（mg）/某器官試驗初期氮吸收量（mg）×100%；

某器官單株氮轉(zhuǎn)運貢獻率=某器官氮轉(zhuǎn)運量（mg）/某器官氮吸收量（mg）×100%；

某器官單株氮收獲指數(shù)=某器官氮吸收量（mg）/植株總氮吸收量（mg）×100%；

氮轉(zhuǎn)運系數(shù)=植物地上部分氮含量（mg/g）/根系氮含量（mg/g）；

氮轉(zhuǎn)運量系數(shù)=[ 地上部氮含量（mg/g）×地上部分生物量（g/株）]/[ 根系氮含量（mg/g）×根系生物量（g/株）]。

土壤速效氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮分別采用擴散皿法、KCl 浸提—靛酚藍比色法和雙波長紫外分光光度法測定[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010 記錄與整理，采用SPSS 21.0 進行方差分析（Duncan 新復極差法進行多重比較，P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮含量的影響

由表1 可知：隨著噴施EBR 質(zhì)量濃度的增加，葡萄幼苗根、莖及整株氮含量呈先增加后減少的趨勢，地上部分和葉的氮含量呈先減少后增加再減少的趨勢。根、莖、葉、地上部分及整株氮含量均在EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時最高，分別較對照顯著增加52.68%、34.79%、5.65%、9.76%和22.84%（P＜0.05）。葉氮含量在EBR 質(zhì)量濃度為0.5 和1.0 mg/L 時均低于對照，地上部分氮含量僅在EBR 質(zhì)量濃度為0.5 mg/L 時低于對照。

表1 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮含量的影響Tab.1 Effects of EBR on the content of nitrogen in Summer Black grape seedlings mg/g

2.2 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮吸收量的影響

由表2 可知：隨著噴施EBR 質(zhì)量濃度的增加，葡萄幼苗根、莖、葉及整株氮吸收量均呈先增加后減少的趨勢，且均高于對照，并在EBR質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時最高，較對照分別顯著增加132.10%、190.34%、36.57% 和75.11%（P＜0.05）。不同質(zhì)量濃度（0.5～2.0 mg/L）的EBR 使幼苗整株氮吸收量較對照分別顯著增加20.63%、53.45%、75.11%和37.33%（P＜0.05）。

表2 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮吸收量的影響Tab.2 Effects of EBR on the nitrogen uptake in Summer Black grape seedlings mg

2.3 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運量的影響

由表3 可知：不同質(zhì)量濃度的EBR 處理均可增加葡萄幼苗根、莖和葉的氮轉(zhuǎn)運量，且均在EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時效果最佳。不同器官的氮轉(zhuǎn)運量存在差異，氮轉(zhuǎn)運量增量表現(xiàn)為根最高，葉次之，莖最低，與氮吸收量表現(xiàn)一致。與對照相比，不同質(zhì)量濃度的EBR 均可降低葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運量系數(shù)，氮轉(zhuǎn)運量系數(shù)的大小排序為：0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞1.0 mg/L＞1.5 mg/L。

表3 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運量的影響Tab.3 Effects of EBR on the nitrogen translocation in Summer Black grape seedlings

2.4 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運效率和轉(zhuǎn)運系數(shù)的影響

由表4 可知：噴施EBR 后，葡萄幼苗根、莖和葉的氮轉(zhuǎn)運效率均高于對照，但氮轉(zhuǎn)運系數(shù)均低于對照。葡萄幼苗根、莖和葉的氮轉(zhuǎn)運效率均在EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時最高，其中各處理根和莖的氮轉(zhuǎn)運效率排序為：1.5 mg/L＞1.0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L，各處理幼苗氮轉(zhuǎn)運系數(shù)排序為：0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞1.0 mg/L＞1.5 mg/L。

表4 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運效率和轉(zhuǎn)運系數(shù)的影響Tab.4 Effects of EBR on the nitrogen transport efficiency and translocation coefficient in Summer Black grape seedlings

2.5 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運貢獻率的影響

由表5 可知：噴施EBR 后，葡萄幼苗根、莖和葉的氮轉(zhuǎn)運貢獻率均高于對照，且隨著EBR質(zhì)量濃度增加均呈先增加后減少的趨勢。不同器官的氮轉(zhuǎn)運貢獻率之間存在差異，氮轉(zhuǎn)運貢獻率增量表現(xiàn)為莖最高，根次之，葉片最低。各處理根和莖氮轉(zhuǎn)運貢獻率的排序均為1.5 mg/L＞1.0 mg/L＞2.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L，而葉氮轉(zhuǎn)運貢獻率的排序為1.5 mg/L＞2.0 mg/L＞1.0 mg/L＞0.5 mg/L＞0 mg/L。葡萄幼苗根、莖和葉的氮轉(zhuǎn)運貢獻率均在1.5 mg/L EBR 時最高，較對照分別增加2.03 倍、4.32 倍和0.64 倍。

表5 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮轉(zhuǎn)運貢獻率的影響Tab.5 Effects of EBR on the nitrogen transport contribution rate in Summer Black grape seedlings %

2.6 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮收獲指數(shù)的影響

由表6 可知：噴施EBR 后，葡萄幼苗根和莖的收獲指數(shù)均高于對照，但葉的收獲指數(shù)均低于對照。根收獲指數(shù)在噴施EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時最高，1.0 mg/L 時次之，分別較對照顯著增加32.56% 和31.24%（P＜0.05）；莖收獲指數(shù)在噴施EBR 質(zhì)量濃度為1.0 mg/L 時最高，1.5 mg/L 時次之，分別較對照顯著增加70.03%和65.55%（P＜0.05）；葉收獲指數(shù)在噴施EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 處理時最低，1.0 mg/L 處理時次之，分別較對照顯著降低21.98% 和21.88%（P＜0.05）。

表6 EBR 對夏黑葡萄幼苗氮收獲指數(shù)的影響Tab.6 Effects of EBR on the nitrogen harvest index in Summer Black grape seedling %

2.7 EBR 處理對土壤中不同形態(tài)氮素含量的影響

由表7 可知：噴施EBR 處理后，葡萄幼苗土壤速效氮和硝態(tài)氮含量較對照均增加，而銨態(tài)氮含量則均低于對照。土壤速效氮含量在1.5 mg/L EBR 時最高，較對照顯著增加8.22%（P＜0.05）；土壤硝態(tài)氮在2.0 mg/L EBR 時最高，1.5 mg/L EBR 時次之，較對照分別顯著增加42.43%和23.00%（P＜0.05）；土壤銨態(tài)氮在1.0 mg/L EBR 時最低，1.5 mg/L EBR 時次之，分別較對照顯著減少43.05%和41.12%（P＜0.05）。

表7 EBR 處理對土壤中不同形態(tài)氮含量的影響Tab.7 Effect of EBR treatment on the soil nitrogen content of different forms mg/g

3 討論

研究表明：植物生長調(diào)節(jié)劑能夠調(diào)節(jié)植物體內(nèi)氮的吸收與轉(zhuǎn)運[23-26]。EBR 作為生長調(diào)節(jié)劑之一可以促進植物生長和礦質(zhì)元素吸收[27]。本研究中，噴施EBR 增加了夏黑葡萄幼苗根和莖的氮含量以及根、莖、葉的氮吸收量，其中可能有三方面原因：一是EBR 促進葡萄幼苗根系的生長發(fā)育，增強根對氮的吸收，使其從土壤中吸收更多的氮，并被植物利用，使葡萄幼苗快速生長，促進對氮的吸收和積累[27]；二是EBR 可能通過提高質(zhì)膜H+-ATP 酶的活性[26]，使其分泌質(zhì)子H+改變根際pH，導致葡萄幼苗選擇性吸收氨態(tài)氮[28]，根系氨態(tài)氮含量的增加對硝態(tài)氮的吸收產(chǎn)生抑制作用[29]，從而使土壤硝態(tài)氮含量增加而銨態(tài)氮含量減少；三是EBR 可能通過提高谷氨酸合酶和谷氨酰胺合成酶的活性增強氨態(tài)氮的同化作用[30]，從而增加葡萄幼苗莖和葉的氮含量。

本研究中，噴施EBR 后土壤速效氮含量增加，這可能是因為EBR 促進了土壤無機成分的轉(zhuǎn)化[31]，使土壤速效氮含量增加，改善幼苗根系土壤生物學環(huán)境，使土壤環(huán)境朝著有利于幼苗生長的方向改變，進而促進幼苗對氮的吸收和積累，使幼苗氮含量增加[32-33]。但根、莖、葉的氮吸收情況因EBR 質(zhì)量濃度不同而呈現(xiàn)不同的變化趨勢，可能是因為隨著EBR 質(zhì)量濃度的變化，葡萄幼苗不同器官對養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運能力產(chǎn)生相應變化。當EBR 質(zhì)量濃度超過1.5 mg/L時，葡萄幼苗各器官的氮吸收量及轉(zhuǎn)運量均呈下降趨勢。這可能是因為根系細胞中NH4+濃度較高，對細胞產(chǎn)生了毒害作用，從而降低幼苗對氮的吸收[34]。

氮在植物體內(nèi)吸收與轉(zhuǎn)運的狀況可以從氮轉(zhuǎn)運量、氮轉(zhuǎn)運效率、氮轉(zhuǎn)運貢獻率和氮收獲指數(shù)進行表征，氮轉(zhuǎn)運量是氮吸收、轉(zhuǎn)運與分配的數(shù)量反映，而其余指標則從不同角度表明氮吸收和轉(zhuǎn)運與一些生產(chǎn)力指標的對比關(guān)系[35]。噴施不同質(zhì)量濃度EBR，葡萄幼苗不同器官的氮吸收與轉(zhuǎn)運也會不同。本研究中，噴施EBR 后，葡萄幼苗各器官氮轉(zhuǎn)運量均提高，各器官氮轉(zhuǎn)運量與氮吸收量變化表現(xiàn)一致，均表現(xiàn)為隨著EBR 質(zhì)量濃度增加呈先上升后降低的趨勢。就氮轉(zhuǎn)運量和氮吸收量而言，整體均表現(xiàn)為葉＞根＞莖。這表明EBR 處理后葡萄幼苗莖僅作為氮貯藏的“臨時庫”，用于氮的運輸通道。在一定范圍內(nèi)（EBR 質(zhì)量濃度不高于1.5 mg/L），隨著EBR 質(zhì)量濃度的提高，在葡萄幼苗各器官氮轉(zhuǎn)運量均提高的同時，氮轉(zhuǎn)運系數(shù)顯著降低，根系的收獲指數(shù)顯著提高，表明適宜質(zhì)量濃度的EBR 可促進葡萄幼苗莖、葉和根系的氮轉(zhuǎn)運能力，尤其是根的氮吸收及轉(zhuǎn)運能力，說明EBR 對葡萄幼苗根的生長發(fā)育可以產(chǎn)生積極影響[36]。

4 結(jié)論

噴施EBR 能夠增加夏黑葡萄幼苗的整株氮含量，提高幼苗根、莖、葉的氮轉(zhuǎn)運能力，并且使土壤中速效氮和硝態(tài)氮含量提高，而銨態(tài)氮含量減少，且當EBR 質(zhì)量濃度為1.5 mg/L 時效果最佳。所以EBR 可以通過改善根際土壤環(huán)境，使土壤中的氮素形態(tài)朝著有利于葡萄幼苗吸收利用的方向變化，從而促進夏黑葡萄幼苗對氮的吸收和轉(zhuǎn)運。