蘋(píng)果砧木對(duì)低氮脅迫的響應(yīng)及適應(yīng)性評(píng)價(jià)

解 斌，安秀紅，陳艷輝*，程存剛*，趙德英，康國(guó)棟，周江濤，李 壯，張艷珍，楊 安，李 鑫

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遼寧省落葉果樹(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100；2 河北省國(guó)家北方山區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心/河北農(nóng)業(yè)大學(xué)山區(qū)研究所，河北保定 071001）

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，在氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和激素等植物大分子物質(zhì)的代謝途徑中起關(guān)鍵作用，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)控因子[1–3]，且在植物適應(yīng)逆境過(guò)程中發(fā)揮積極作用。蘋(píng)果是重要的溫帶落葉果樹(shù)之一，在其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)氮素有較大需求，土壤氮素虧缺會(huì)造成植物葉片黃化，葉綠素含量降低，光合能力減弱，阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育；此外，植物氮吸收量減少，會(huì)降解體內(nèi)蛋白質(zhì)以重新利用氮素，往往會(huì)導(dǎo)致葉片加速衰老，生物量積累降低[4]。生產(chǎn)中多因氮肥施用不當(dāng)如施肥量不合理、施肥時(shí)期不科學(xué)等，造成氮肥利用率低、資源浪費(fèi)及環(huán)境污染等問(wèn)題[5]。因此，利用植物自身遺傳特性，挖掘其自身養(yǎng)分利用潛力，在適度減氮條件下篩選耐低氮和氮高效吸收利用的砧木對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。研究表明，與銨態(tài)氮(NH4+)、尿素等形態(tài)相比，硝態(tài)氮(NO3–)在促進(jìn)果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中的作用更為顯著[6]。NO3–不易被土壤膠體吸附，移動(dòng)性較高，可被植株通過(guò)根的表皮和皮層細(xì)胞從土壤中迅速吸收利用[7]。因此，根系的形態(tài)可塑性反應(yīng)影響植株對(duì)氮的吸收、積累與分配[8–9]，而土壤氮素含量對(duì)根系構(gòu)型也具有顯著影響。在對(duì)玉米[10]、油菜[11]、糜子[12]等的研究中發(fā)現(xiàn)，低氮處理使得植株總根長(zhǎng)、根表面積及根體積等均顯著高于正常供氮處理，根冠比顯著升高，且不同品種或基因型對(duì)低氮的響應(yīng)存在差異[13–14]。此外，依靠硝酸還原酶(NR)等的作用實(shí)現(xiàn)NO3–在植物體內(nèi)的高效轉(zhuǎn)運(yùn)和利用，以供植物生長(zhǎng)發(fā)育所需，因此，NR活性能反映植株的營(yíng)養(yǎng)狀況以及NO3–同化水平[15]。砧木作為果樹(shù)的重要組成部分，為其提供根系，直接影響果樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的吸收及對(duì)逆境的適應(yīng)能力。有研究報(bào)道，柑橘不同砧木間以及嫁接接穗后樹(shù)體養(yǎng)分吸收及抗逆性均存在較大差異[16–17]。康曉育[18]比較了山定子、八棱海棠、平邑甜茶等5種蘋(píng)果喬化砧后發(fā)現(xiàn)，低氮條件下山定子的根冠比增幅較大，而平邑甜茶和八棱海棠的氮利用效率較高。近年來(lái)利用從國(guó)外引進(jìn)的T337、B9、Pajam2等矮化自根砧栽培模式在各蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)逐步推廣，該模式相較于過(guò)去國(guó)內(nèi)常用的喬化砧、矮化中間砧栽培模式，具有矮化效果顯著、苗木整齊度高、節(jié)省勞動(dòng)力、早果豐產(chǎn)性好等顯著優(yōu)勢(shì)，然而國(guó)外引進(jìn)砧木在國(guó)內(nèi)的適應(yīng)能力有待考究[19–20]，同時(shí)國(guó)內(nèi)自育的部分矮化砧木對(duì)低氮脅迫的響應(yīng)尚不明確。植物對(duì)低氮脅迫的響應(yīng)往往從植物生長(zhǎng)發(fā)育、生理生化過(guò)程等多方面進(jìn)行。適宜的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法可全面反映作物不同品種耐低氮脅迫的能力。目前，這類報(bào)道主要集中在小麥、玉米、水稻等大田作物上，有關(guān)蘋(píng)果砧木特別是矮化砧對(duì)低氮脅迫的適應(yīng)性評(píng)價(jià)則少有研究[21–23]。本研究以7種蘋(píng)果砧木為材料，通過(guò)盆栽沙培試驗(yàn)的方法，研究在正常供氮和低氮脅迫條件下樹(shù)體生長(zhǎng)、根系形態(tài)及其對(duì)氮素的累積及代謝的特征，利用隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)方法比較砧木間適應(yīng)能力的差異，以期為耐低氮蘋(píng)果砧木的選育及蘋(píng)果高效吸收利用氮素生理機(jī)制的研究提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試一年生蘋(píng)果砧木共7種，其中，矮化砧包括T337、Nic29、Pajam2、B9、71-3-150，半矮化砧為青砧2號(hào)(Qingzhen 2)和喬化砧為山定子(Malus baccataL. Borkh.)。2019 年秋季定植于上口徑 36 cm、下口徑32 cm、高29 cm的黑色加侖盆中，栽培基質(zhì)為洗凈的河沙(25 kg)，放置在遼寧省興城市中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所溫泉試驗(yàn)基地蘋(píng)果栽培示范園避雨棚內(nèi)，定期澆灌改良1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液以確保植株正常生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年秋梢生長(zhǎng)期(7月1日)開(kāi)始，每種砧木選擇40株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的健康植株進(jìn)行試驗(yàn)處理，每個(gè)處理20株，單株重復(fù)。處理采用澆灌改良1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的方法進(jìn)行，正常供氮處理(NN，5 mmol/L NO3–)的營(yíng)養(yǎng)成分為 Ca (NO3)2·4H2O 2 mmol/L、KNO31 mmol/L；低氮脅迫處理 (LN，0.5 mmol/L NO3–)的營(yíng)養(yǎng)成分為 KNO30.5 mmol/L。其他中量元素 (MgSO4·7H2O 2 mmol/L)，微量元素(EDTA-Fe 0.05 mmol/L、MnSO4·H2O 0.5 mmol/L、CuSO4·5H2O 0.0005 mmol/L、ZnSO4·7H2O 0.15 mmol/L、H3BO30.5 mmol/L、Na2MoO4·4H2O 0.005 mmol/L)，調(diào)節(jié)pH為5.9～6.5。低氮處理下，其他成分不變，缺少的Ca2+用CaCl2補(bǔ)足，缺少的K+用KCl補(bǔ)足。每隔 15 天澆透水一次 (1.5 L/盆)，持續(xù)處理60 天。常規(guī)管理，保證其他試驗(yàn)條件一致。

1.3 樣品采集及測(cè)定

1.3.1 植株生長(zhǎng)勢(shì)和生物量積累 在試驗(yàn)處理前期(ti)，在供試植株中部選擇3個(gè)長(zhǎng)勢(shì)中庸、無(wú)分枝的當(dāng)年生新稍作為觀測(cè)枝，標(biāo)記后使用卷尺(精確度0.1 cm)測(cè)定長(zhǎng)度(Hi)，在處理60 天(tf)后再次測(cè)量長(zhǎng)度(Hf)，分別計(jì)算新稍生長(zhǎng)速率(Ah)=(Hf–Hi) /(tf–ti)，式中，Hf代表處理結(jié)束時(shí)新稍長(zhǎng)度，Hi代表處理前新稍長(zhǎng)度，(tf–ti)表示處理時(shí)間間隔[24]。之后，在不同供氮條件下各砧木分別選擇5株具有代表性的植株進(jìn)行株解，用去離子水反復(fù)沖洗干凈后用吸水紙吸干表面水分，使用千分之一天平分別測(cè)定植株葉片、莖干及根系鮮重。

1.3.2 根系形態(tài)分析 待根系鮮重測(cè)定后，用EPSON掃描儀及WinRHIZO根系圖像分析軟件(Regent Instruments Inc.，加拿大)獲取根系形態(tài)的相關(guān)指標(biāo)，如根系總表面積、總根長(zhǎng)、根系總體積、根尖數(shù)、根系平均直徑和根系分枝數(shù)等。

1.3.3 氮含量測(cè)定 植株形態(tài)指標(biāo)測(cè)定后將植株于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，用萬(wàn)分之一天平測(cè)定植株各器官干重用于計(jì)算根冠比，之后用不銹鋼磨樣機(jī)將樣品粉碎，過(guò)0.18 mm篩后保存?zhèn)溆谩Ｈ『娓蛇^(guò)篩后的樣品0.3 g經(jīng)H2O2?H2SO4法消煮后，使用K9860全自動(dòng)凱氏定氮儀(海能，中國(guó))測(cè)定植株氮含量；以各器官氮含量與干重的乘積計(jì)算各器官氮累積量；以單株總干物質(zhì)量與氮總累積量的比值衡量氮利用效率[25]。

1.3.4 耐低氮能力評(píng)價(jià)

不同砧木各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值計(jì)算：

式中，μ(Xj)表示第j個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xj表示第j個(gè)指標(biāo)的耐低氮脅迫指數(shù)；Xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的耐低氮脅迫指數(shù)的最大值，Xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的耐低氮脅迫指數(shù)的最小值。

利用熵值法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)：

式中，Wj表示第j個(gè)指標(biāo)在指標(biāo)中的重要程度，即權(quán)重；Pj為各品種第j個(gè)綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率。

式中，I表示在低氮條件下各砧木耐低氮能力的綜合評(píng)價(jià)值[26]，Xj、Wj同上。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010和SAS 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析及圖表制作。使用單因素方差分析(One-way ANOVA)比較樣本間的差異，對(duì)差異顯著者采用Duncan’s多重檢驗(yàn)(P<0.05為顯著)比較，使用類平均法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供氮條件對(duì)蘋(píng)果砧木生長(zhǎng)的影響

在正常供氮條件下，7種蘋(píng)果砧木的新梢生長(zhǎng)速率大小依次為Nic29>T337>71-3-150>B9>山定子>Pajam2>青砧2號(hào)(圖1-A)，由此可知，Nic29的新梢長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)于山定子、青砧2號(hào)和其余矮化砧。與正常供氮相比，低氮條件下，T337、Nic29和山定子的新稍生長(zhǎng)均受到顯著抑制；B9、Pajam2和青砧2號(hào)的新稍生長(zhǎng)未受顯著影響；而71-3-150的新稍生長(zhǎng)速率增幅最大，其新稍生長(zhǎng)速率顯著高于其余砧木。由圖1-B可知，在正常供氮條件下，7種蘋(píng)果砧木中Pajam2的平均葉面積最大，而71-3-150最小。與正常供氮相比，低氮條件下，Pajam2和山定子的葉面積顯著減小，而T337、B9、71-3-150顯著增大。

圖1 不同供氮條件下蘋(píng)果砧木新梢生長(zhǎng)和平均葉面積的差異Fig.1 Shoot growth and leaf area of apple rootstocks under different nitrogen supply conditions

2.2 不同供氮條件對(duì)蘋(píng)果砧木物質(zhì)積累和根冠比的影響

由圖2-A可知，在正常供氮條件下，喬化砧山定子和半矮化砧青砧2號(hào)的植株總干重和根冠比顯著高于5種矮化砧；矮化砧中Pajam2的干物質(zhì)積累量最大，B9的根冠比最高。與正常供氮相比，低氮條件下，T337和B9的植株總干重顯著降低，其中T337的植株葉片、莖干和根系的干重均顯著降低(圖2-C)，根冠比亦顯著減?。黄溆嗾枘靖诒染噬仙厔?shì)，其中B9、71-3-150和Nic29的增幅顯著，三者的根冠比分別增長(zhǎng)為對(duì)照的1.64、2.59和1.34 倍 (圖2-B)。

圖2 不同供氮條件下蘋(píng)果砧木干重及根冠比Fig.2 Dry weight and ratio of root/shoot of apple rootstocks under different nitrogen supply conditions

2.3 不同供氮條件下蘋(píng)果砧木根系形態(tài)變化

在正常供氮條件下，喬化砧山定子的根尖數(shù)和根系分枝數(shù)均顯著高于青砧2號(hào)和5種矮化砧，T337的根系總表面積和總根長(zhǎng)顯著高于其余矮化砧(B9、71-3-150、Nic29和Pajam2)。低氮條件下，不同蘋(píng)果砧木根系形態(tài)的變化趨勢(shì)存在顯著差異。如表1所示，與正常供氮相比，低氮條件下，71-3-150和Nic29的根系總表面積均顯著升高，此外，71-3-150的總根長(zhǎng)、根系總體積、根尖數(shù)和根系分枝數(shù)等增幅顯著。與正常供氮相比，低氮處理使得T337、B9、Pajam2和山定子根系總表面積和總根長(zhǎng)均顯著降低，T337的降幅最大，其根系總表面積和總根長(zhǎng)分別降低了86.04%和88.57%。

表1 蘋(píng)果砧木根系形態(tài)及低氮處理相較于正常氮處理的比值Table 1 Root morphological characteristics and the ratio of apple rootstocks under low N supply relative to normal N supply condition

2.4 不同供氮條件對(duì)蘋(píng)果砧木硝酸還原酶活性的影響

由圖3-A可知，在正常供氮條件下，7種蘋(píng)果砧木的葉片硝酸還原酶(NR)活性大小依次為Nic29>Pajam2> B9、山定子>71-3-150>青砧 2 號(hào)>T337；由圖3-B可知，青砧2號(hào)的根系NR活性顯著高于其余6種砧木，而矮化砧中，T337和71-3-150的根系NR活性顯著高于B9、Nic29和Pajam2。與正常供氮相比，低氮條件下，7種蘋(píng)果砧木葉片及根系中NR活性均發(fā)生顯著改變。與正常供氮相比，低氮條件下7種砧木葉片NR活性均顯著降低，其中，Pajam2和山定子降幅較大，分別降低了67.21%和64.52%。低氮脅迫對(duì)T337和71-3-150根系NR活性的影響不明顯，卻使青砧2號(hào)的根系NR活性降低了74.60%；低氮條件下，B9、Nic29、Pajam2和山定子根系NR活性分別較正常供氮提高了3.70、5.16、2.85和5.14倍。

圖3 不同供氮條件下蘋(píng)果砧木葉片(A)及根系(B)硝酸還原酶(NR)活性Fig.3 Activities of nitrate reductase (NR) in leaves (A) and roots (B) of apple rootstocks under different nitrogen supply conditions

2.5 不同供氮條件對(duì)蘋(píng)果砧木氮吸收利用的影響

由圖4-A可知，在正常供氮條件下，青砧2號(hào)的植株總氮累積量顯著高于山定子和矮化砧。與正常供氮相比，低氮條件下7種蘋(píng)果砧木植株氮累積量均發(fā)生變化，71-3-150的植株氮累積量顯著升高，增幅為66.26%；低氮脅迫使T337、B9、Nic29、Pajam2、山定子和青砧2號(hào)的植株氮累積量降低，青砧2號(hào)的植株氮累積量降幅最大。由圖4-B可知，在正常供氮條件下，山定子的氮利用效率高于其余砧木，71-3-150和Pajam2的氮利用效率顯著高于青砧2號(hào)、T337、B9和Nic29。與正常供氮相比，低氮條件下，B9、Nic29、Pajam2和青砧2號(hào)的氮利用效率均顯著提高，青砧2號(hào)增幅最大。此外，低氮條件下，山定子和Pajam2的氮利用效率顯著高于其余5種砧木。分析圖4-C可知，與正常供氮相比，低氮條件下T337、B9和Pajam2的葉片氮累積量顯著降低，T337和Pajam2的根系氮累積量顯著降低，B9、Nic29和青砧2號(hào)的莖干氮累積量也顯著降低，而71-3-150的根系和葉片的氮累積量顯著升高。

圖4 不同供氮條件下蘋(píng)果砧木氮累積量和氮利用效率Fig.4 Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiency in apple rootstocks under different nitrogen supply conditions

2.6 蘋(píng)果砧木耐低氮能力綜合評(píng)價(jià)

以上述各指標(biāo)的相對(duì)值為變量，利用模糊隸屬函數(shù)對(duì)7種蘋(píng)果砧木的耐低氮能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，7種蘋(píng)果砧木耐低氮脅迫能力依次為71-3-150>Nic29>山定子>B9>青砧2號(hào)>Pajam2>T337(表2)。以各砧木的耐低氮綜合評(píng)價(jià)值為指標(biāo)，采用類平均距離法可將7種蘋(píng)果砧木聚類為3個(gè)類群，第Ⅰ類為耐性強(qiáng)的砧木，包括71-3-150；第Ⅱ類為耐性較弱的砧木，包括Nic29、山定子、B9和青砧2號(hào)；第Ⅲ類為耐性最弱的砧木，包括Pajam2和T337。

3 討論

3.1 低氮脅迫對(duì)不同蘋(píng)果砧木生長(zhǎng)的影響

氮作為植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的必需營(yíng)養(yǎng)元素，是蘋(píng)果器官分化、物質(zhì)代謝及果實(shí)品質(zhì)形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。氮素虧缺條件下，樹(shù)體會(huì)快速響應(yīng)，植株生長(zhǎng)和物質(zhì)積累量等均發(fā)生顯著變化，但受影響程度存在品種特異性[15,27]。在蘋(píng)果栽培過(guò)程中，砧木作為樹(shù)體的地下部分，負(fù)責(zé)吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中的養(yǎng)分。優(yōu)良砧木不僅是保障果樹(shù)產(chǎn)量品質(zhì)的基礎(chǔ)，還能有效提高樹(shù)體對(duì)多種生物及非生物脅迫的適應(yīng)能力。通常認(rèn)為在蘋(píng)果栽培中，喬化砧樹(shù)體高大且根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤適應(yīng)能力強(qiáng)，而矮化砧木樹(shù)體矮小且抗性較弱[28–29]，這與本研究結(jié)果不一致。本研究對(duì)7種蘋(píng)果砧木在低氮條件下的生長(zhǎng)和生理生化指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)可知，71-3-150耐低氮脅迫能力最強(qiáng)，生產(chǎn)中常用的矮化砧木T337適應(yīng)能力最弱，盡管在正常供氮條件下，喬化砧山定子在植株總干重、根系參數(shù)和植株氮累積量等方面明顯高于矮化砧，但其耐低氮能力弱于71-3-150、Nic29等矮化砧(表2，圖5)。程麗麗等[15]研究發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下光皮樺的根冠比增加，而低氮敏感型光皮樺植株生長(zhǎng)和生物積累量等降幅大于耐受型。陳凌等[21]研究也發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下，耐低氮能力強(qiáng)的糜子品種表型性狀變化幅度較小，且更容易調(diào)節(jié)自身生理特性，適應(yīng)低氮環(huán)境。本研究與上述研究結(jié)果一致，與正常供氮相比，低氮脅迫下T337、Nic29和山定子的新稍生長(zhǎng)受到顯著抑制，Pajam2和山定子的葉片伸展減弱，植株地上部和根系干重降低，而71-3-150的新稍生長(zhǎng)速率和地上部干重受影響較小，葉面積顯著增大，且根系中干物質(zhì)積累量增加，植株根冠比隨之升高(圖1，圖2)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的低氮適應(yīng)能力。韓清泉等[30]研究發(fā)現(xiàn)，低氮條件下僅耐低氮能力強(qiáng)的川滇柳根冠比升高，其余品種根冠比無(wú)顯著變化甚至降低，這與本研究結(jié)果一致，除71-3-150、B9和Nic29外，Pajam2、山定子和青砧2號(hào)的根冠比變化不顯著，而T337則顯著降低。

圖5 蘋(píng)果砧木的耐低氮脅迫能力聚類分析Fig.5 Cluster analysis of apple rootstocks tolerance to low N stress

表2 蘋(píng)果砧木對(duì)低氮脅迫耐受能力的模糊數(shù)學(xué)函數(shù)隸屬法評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation of resistance to low-N stress of apple rootstocks using the method of fuzzy membership function

3.2 低氮脅迫對(duì)不同蘋(píng)果砧木根系形態(tài)的影響

根系是植物感知根際環(huán)境的器官，具有極強(qiáng)的可塑性以適應(yīng)環(huán)境變化[25]。趙澤群等[10]在玉米的研究中發(fā)現(xiàn)，低氮條件下，玉米根干重的增加與總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和側(cè)根數(shù)的增加密切相關(guān)，這與本研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下71-3-150的根系干物質(zhì)積累量增加，根系總表面積、總根長(zhǎng)、根系總體積、根尖數(shù)等根系性狀增幅顯著(表1)，表明耐低氮能力強(qiáng)的砧木在低氮脅迫下能夠促進(jìn)根系生長(zhǎng)，增大根系與土壤的接觸面積，有利于植株對(duì)養(yǎng)分的吸收，并將更多的同化產(chǎn)物分配至根部，提高植株根冠比，這是砧木為適應(yīng)氮素虧缺條件，捕獲養(yǎng)分而產(chǎn)生的補(bǔ)償機(jī)制之一[31]。不同蘋(píng)果砧木根系對(duì)低氮脅迫的響應(yīng)存在明顯的品種特異性，低氮處理使得T337、B9、Pajam2和山定子根系總表面積和總根長(zhǎng)均顯著降低，耐低氮能力弱的砧木根系參數(shù)的降幅更大，而Nic29的根系總表面積、總根長(zhǎng)、根體積和根系分枝數(shù)升高，但Nic29的根尖數(shù)減少，這可能與持續(xù)氮素虧缺過(guò)程中根基部細(xì)胞發(fā)生程序性死亡機(jī)制有關(guān)，而這一機(jī)制有待進(jìn)一步研究[32]。

3.3 低氮脅迫對(duì)不同蘋(píng)果砧木氮吸收利用的影響

關(guān)于植物氮高效吸收利用的研究主要集中在耐低氮性和氮效率兩方面，前者關(guān)注植物在低氮條件下保持正常生長(zhǎng)的能力，而后者是指在特定供氮條件下作物氮吸收利用狀況[33]。根系吸收的氮素必須經(jīng)同化后才能被植物利用，因此，氮代謝是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的生理生化過(guò)程之一。硝酸還原酶(NR)作為一種誘導(dǎo)酶，是氮代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，同時(shí)也是氮吸收的重要限制因子。正常供氮條件下，青砧2號(hào)的根系NR活性顯著高于其他砧木(圖3)，有利于根系和植株的氮累積(圖4)。李強(qiáng)等[34]研究發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下，不同氮效率的玉米葉片中NR活性均大幅下降，氮高效品種降幅小于氮低效品種，這與本研究結(jié)果一致，低氮脅迫使得不同蘋(píng)果砧木葉片NR顯著降低，Pajam2的降幅最大(圖3-A)。Nic29、Pajam2 和 T337 均為 M9 (英國(guó)東茂林實(shí)驗(yàn)站收集和育成)中篩選到的優(yōu)系，Pajam2和T337對(duì)低氮脅迫適應(yīng)能力均低于71-3-150、B9等其他矮化砧，而Nic29表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。秦永梅等[35]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥用量的增加可提高玉米葉片NR活性，但高水平的NO3–卻使得根系NR降低，即葉片和根系表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，這可能與植物體內(nèi)氮的轉(zhuǎn)運(yùn)分配有關(guān)。彭玲等[1]在對(duì)不同穩(wěn)定性供氮條件下T337的NR活性研究后發(fā)現(xiàn)，由于根系和葉片的所處環(huán)境不同，二者NR活性變化趨勢(shì)存在差異。本研究也獲得相似結(jié)果，低氮條件下B9、Nic29、Pajam2和山定子葉片NR活性降低，根系中NR活性顯著提升。

NO3–被植物體吸收后，既可以在根系中同化利用，也可以轉(zhuǎn)移到根系液泡中儲(chǔ)存起來(lái)，被吸收的NO3–還可以通過(guò)木質(zhì)部運(yùn)往植物的地上部分[11]。發(fā)達(dá)的根系是氮高效吸收利用的基礎(chǔ)，正常供氮條件下，山定子和青砧2號(hào)的植株氮累積量明顯高于矮化砧；此外，多數(shù)研究認(rèn)為，低氮條件下植株總氮累積量與植株根系形態(tài)密切相關(guān)[36–37]，這與本研究結(jié)果一致。低氮脅迫使T337、B9、Pajam2和青砧2號(hào)等蘋(píng)果砧木根系發(fā)育受阻，植株及各器官的氮累積量亦呈降低趨勢(shì)，而71-3-150的根系干物質(zhì)量和根系參數(shù)均顯著提高，植株及各器官的氮累積量增加。但鐘思榮等[38]研究發(fā)現(xiàn)，低氮條件下，煙草根系體積增大，但莖葉氮累積量減小，表明氮累積量不僅依賴于根系，也與植物自身的氮素吸收能力有關(guān)。這與本研究結(jié)果一致，低氮條件下，Nic29的根系總表面積和總體積高于正常供氮，根系中氮累積量未有明顯變化，但葉片和莖干中氮累積量卻呈降低趨勢(shì)。除了氮吸收能力，秦璐等[25]研究發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫會(huì)使油菜的氮利用效率顯著增加，這與蘋(píng)果砧木的變化規(guī)律一致，這是植物為適應(yīng)低氮環(huán)境而產(chǎn)生的重要生理應(yīng)答機(jī)制之一。

4 結(jié)論

在正常供氮條件下，喬化砧木山定子和半矮化砧青砧2號(hào)在植株生長(zhǎng)、根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收利用等方面均強(qiáng)于矮化砧；低氮條件下，各砧木均發(fā)生顯著變化且變化趨勢(shì)存在差異?；诟髦笜?biāo)的耐低氮指數(shù)，利用隸屬函數(shù)法和聚類分析可將砧木分為3種耐性類型：第Ⅰ類為耐性強(qiáng)的砧木(71-3-150)；第Ⅱ類為耐性較弱的砧木(Nic29、山定子、B9和青砧2號(hào))；第Ⅲ類為耐性最弱的砧木(Pajam2和T337)。低氮條件下，蘋(píng)果砧木通過(guò)提高氮利用效率適應(yīng)養(yǎng)分虧缺，其中，耐性強(qiáng)的砧木植株生長(zhǎng)受抑制程度較小，并通過(guò)調(diào)節(jié)自身生理特性，增加根系中的物質(zhì)和養(yǎng)分積累，提高植株根冠比，以適應(yīng)低氮環(huán)境。