鉬對(duì)新疆野蘋(píng)果幼苗生長(zhǎng)和氮吸收利用特性的影響

夏 營(yíng)，曹洪建，丁 荔，王 龍，姜穎霖，田 歌，姜遠(yuǎn)茂 *

（1.山東省威海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 威海 264200；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

0 引言

【研究意義】氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的生命元素[1]，對(duì)促進(jìn)果樹(shù)的生長(zhǎng)、提高果樹(shù)產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)具有重要的作用[2]，過(guò)量施氮不僅會(huì)導(dǎo)致氮素利用率偏低，而且造成了土壤質(zhì)量、果實(shí)品質(zhì)的下降和水污染等一系列問(wèn)題。因此，研究如何減少氮肥的施用，促進(jìn)氮素科學(xué)高效利用，對(duì)以節(jié)本增效、減少環(huán)境污染為主要目標(biāo)的農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人研究發(fā)現(xiàn)，鉬在植物的氮代謝過(guò)程中扮演著非常重要的角色，鉬可以參與到硝酸鹽還原、固氮作用以及含氮化合物的運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，適量施用鉬肥可以顯著促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收[4,5]。缺鉬會(huì)導(dǎo)致植物不能有效利用和轉(zhuǎn)化養(yǎng)分，造成植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)分布失衡[6]。鉬是硝酸還原酶的重要組分之一，合理供鉬可通過(guò)組成鉬酶或輔助因子催化氧化還原反應(yīng)，提高硝酸還原酶的活性，加速NO3?的還原，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，調(diào)控植物的碳、氮等生理代謝過(guò)程[7]。 適當(dāng)施鉬能夠促進(jìn)草莓幼苗對(duì)氮素的吸收，顯著提高氮素利用率[8]；施鉬能顯著提高玉米植株的鉬含量，適宜的鉬降低了植株的NO3?-N濃度而增加了NH4+-N濃度，因此植株體內(nèi)鉬的穩(wěn)態(tài)平衡可以提高植株對(duì)氮的吸收利用[9]。將氮肥和鉬肥配施可以提高氨基酸、蛋白質(zhì)的含量，可以提高硝酸還原酶的活性，可以降低硝態(tài)氮含量，提高苗蒜產(chǎn)量[10]。同時(shí)施鉬還能明顯提高煙葉鉀含量和改善煙葉油分，提高煙葉品質(zhì)[11]。適量鉬供應(yīng)可以明顯提高小白菜[12]、甜瓜[13]、云南烤煙[14]、花生[15]等作物的產(chǎn)量。當(dāng)前，蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)氮素投入過(guò)多，而對(duì)鉬的重視程度不足，鉬的不合理施用可能是導(dǎo)致氮素利用率過(guò)低的原因之一?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】綜合前人研究表明，施鉬可以促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，但是有關(guān)鉬對(duì)蘋(píng)果氮吸收利用的研究相對(duì)較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文以一年生蘋(píng)果砧木新疆野蘋(píng)果為試材，運(yùn)用15N同位素示蹤技術(shù)，研究了5個(gè)不同鉬水平對(duì)蘋(píng)果砧木生長(zhǎng)及氮素吸收利用的影響，以期為生產(chǎn)上鉬肥的合理施用、促進(jìn)氮素高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試材與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年3–8月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站完成。新疆野蘋(píng)果（Malus sieversii）具有耐鹽堿、抗旱、抗病蟲(chóng)、抗寒、耐瘠薄等特性[16]，在我國(guó)西北地區(qū)作為蘋(píng)果生產(chǎn)的砧木被廣泛利用[17]，筆者以一年生新疆野蘋(píng)果為試驗(yàn)材料，于2018年3月初，將層積好的種子播在穴盤(pán)中，正常的溫度濕度管理，當(dāng)幼苗長(zhǎng)出4～5片真葉時(shí)，將其移栽到裝滿石英砂的花盆中，石英砂在用前將其洗凈晾干。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(yíng)養(yǎng)液澆灌1周，隨后每 5 d澆1次Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液，每次每盆 500 ml。

試驗(yàn)設(shè)0.00（CK）、0.25（M1）、0.50（M2）、1.50（M3）、3.00（M4）μmol·L?1H2MoO4·H2O ，其他營(yíng)養(yǎng)元素與正常Hoagland營(yíng)養(yǎng)液相同，每個(gè)處理重復(fù)10盆，每盆4株幼苗，本試驗(yàn)在避雨棚內(nèi)進(jìn)行。待幼苗長(zhǎng)至6～7片真葉時(shí)（5月20日），開(kāi)始澆灌不同鉬濃度的營(yíng)養(yǎng)液。到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)共澆灌營(yíng)養(yǎng)液20次，每次500 ml。每次澆灌營(yíng)養(yǎng)液前用去離子水沖洗3～5次，將上次殘留營(yíng)養(yǎng)液沖洗干凈，再澆灌新的營(yíng)養(yǎng)液。其中每隔1次向每盆加入0.01 g Ca(15NO3)2（共施入 0.10 g，分10次加入，豐度為10.20%）用于15N標(biāo)記。于2018年8月30日測(cè)定根系活力、根系形態(tài)和氮素的吸收利用、分配等指標(biāo)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

1.2.1 植株根系形態(tài)的測(cè)定 每個(gè)處理選取3株幼苗，根部經(jīng)去離子水清洗后，平鋪于透明塑料板上，在水中展開(kāi)，用專(zhuān)業(yè)版WinRHIZO（2007版）根系分析軟件進(jìn)行根總表面積、根尖數(shù)、根系總長(zhǎng)度掃描分析。

1.2.2 根系活力和葉片硝酸還原酶活性的測(cè)定 每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無(wú)病蟲(chóng)害的3株幼苗，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)定根系活力，用四氮唑的還原強(qiáng)度（μg·h?1·g?1）表示根系活力（鮮根）。硝酸還原酶（NR）活性參照李合生[18]的方法測(cè)定。

1.2.3 植株全氮和15N豐度的測(cè)量 每個(gè)處理選取3株幼苗，分為根、莖、葉3部分，然后放入烘箱于105 ℃殺青30 min，隨后80 ℃烘干至恒重，用不銹鋼電磨粉碎后過(guò)0.25 mm篩，測(cè)定器官全氮量和各器官的15N豐度。樣品全氮用凱氏定氮法測(cè)定，15N豐度在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能研究所用MAT-251質(zhì)譜儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

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

器官15N吸收量 = Ndff×器官全氮量。

氮肥利用率=（Ndff×器官全氮量）/施肥量×100%

用 Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用 DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行單因素方差分析，LSR法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供鉬水平下新疆野蘋(píng)果的生物量

由表1可以看出，M1、M2、M3和M4處理的各器官干重都顯著高于無(wú)鉬對(duì)照（CK）。在0～0.50 μmol·L?1鉬水平時(shí)，新疆野蘋(píng)果根、莖、葉生物量均隨著鉬濃度增加顯著增大，至 M2（0.50 μmol·L?1）處理時(shí)達(dá)到最大，之后隨著鉬濃度的進(jìn)一步增加，各器官生物量顯著降低，M4處理的根、莖、葉和總生物量?jī)H 為M2處 理 的 73.96 %、63.08% 、79.17%和73.15%。說(shuō)明適量施鉬促進(jìn)了幼苗的生長(zhǎng)，而鉬濃度的過(guò)高或過(guò)低均抑制了幼苗生長(zhǎng)。

表1 不同鉬水平下的植株生物量Table 1 Biomass of M.hupehensis seedlings under Mo treatments

2.2 不同供鉬水平下新疆野蘋(píng)果的根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力

供鉬處理顯著影響了新疆野蘋(píng)果幼苗根系總長(zhǎng)度、根系總面積、根尖個(gè)數(shù)及根系活力（表2）。隨著供鉬水平的提高，新疆野蘋(píng)果幼苗根系長(zhǎng)度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力均呈先升高后降低的趨勢(shì)。與M2處理相比，當(dāng)供鉬水平增加到M3和M4水平時(shí)，新疆野蘋(píng)果幼苗根系長(zhǎng)度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力顯著下降，其中M4處理的根系活力僅為M2處理的64.36%，但與CK處理間無(wú)顯著差異，說(shuō)明 0.5 μmol·L?1鉬酸處理能顯著促進(jìn)幼苗根系生長(zhǎng)，提高其根系活力。

表2 不同供鉬水平下新疆野蘋(píng)果的根系形態(tài)指標(biāo)Table 2 Morphological indices of M.sieversii roots under Mo treatments

2.3 不同鉬水平下植株各器官的 Ndff值和葉片 NR活性

Ndff是指植株器官?gòu)姆柿?5N中吸收分配到的15N量對(duì)該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，它反映了植株器官對(duì)肥料15N的吸收征調(diào)能力[19]。

由表3可以看出，不同鉬水平下新疆野蘋(píng)果幼苗各種器官的Ndff值差異顯著。M2處理葉片、莖、根的Ndff值均最高，分別為CK的1.25倍、1.18倍和1.19倍，為M4處理的1.18倍、1.12倍和1.15倍。表明適量施鉬可以促進(jìn)蘋(píng)果幼苗各器官對(duì)氮的吸收征調(diào)能力。

與對(duì)照相比，所有供鉬處理均顯著提高了葉片NR活性（表3）。隨著供鉬水平的提高，葉片NR活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，M2處理最高，其次是M3處理，M4處理最低。因此，幼苗葉片硝酸還原酶活性受到 0.50 μmol·L?1鉬酸處理的顯著促進(jìn)，受到低鉬水平的顯著抑制。

表3 不同鉬水平下植株各器官的Ndff值和葉片NR活性Table 3 Ndff of organs and NR activity of leaves under Mo treatments

2.4 不同供鉬水平的植株15N 利用率

不同供鉬水平之間氮肥利用率差異顯著，M2處理最高，M3和M1處理，CK處理最低（圖1）。與CK處理相比，M2處理氮肥利用率提高了123%，說(shuō)明適量供鉬可顯著提高幼苗的15N利用率。

圖1 不同供鉬水平的植株15N利用率Fig.1 15N utilization efficiency of seedlings under Mo treatments

2.5 不同鉬水平下植株的全氮量和15N吸收總量

表4顯示，隨著供鉬水平的提高，新疆野蘋(píng)果幼苗的全氮量和15N吸收總量呈先上升后下降的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，M2處理的全氮量增加的比例最大，M3和M1處理，M4處理最小；植株15N吸收總量也表現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)。這表明適量供鉬可提高植株全氮量的累積和對(duì)15N的吸收。

表4 不同鉬水平下植株的全氮量和15N吸收總量Table 4 Total N and 15N absorption of M.hupehensis seedlings under Mo treatments

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，當(dāng)鉬酸在 0.50 μmol·L?1水平處理下根系活力處于最高水平，相對(duì)于CK處理能夠顯著促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和根系活力的提高，與前人研究[20]結(jié)果一致；硝酸鹽作為蘋(píng)果氮素的重要來(lái)源，通過(guò)硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的共同作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇@，進(jìn)入植物氮代謝途徑，合成氨基酸和核苷酸等成分[21]。鉬作為植物體內(nèi)硝酸還原酶的重要組分，影響著植株體內(nèi)硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。相關(guān)研究證明，鉬和氮相互促進(jìn)，缺鉬會(huì)使硝態(tài)氮向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化受阻，導(dǎo)致硝態(tài)氮積累而使植物出現(xiàn)缺氮癥狀，施鉬可促進(jìn)植物體內(nèi)氮素營(yíng)養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化[22]。本研究中，與對(duì)照相比，各供鉬處理的葉片中硝酸還原酶活性均顯著增加，隨著供鉬水平的增高，硝酸還原酶活性呈現(xiàn)先提高后下降的趨勢(shì)。隨著葉片硝酸還原酶活性的提高，大量的硝態(tài)氮被還原，細(xì)胞質(zhì)中的硝態(tài)氮濃度下降，與此同時(shí)硝酸還原酶活性相應(yīng)下降，這可能與氮素的轉(zhuǎn)化與運(yùn)輸趨于動(dòng)態(tài)平衡有關(guān)。

前人研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥低溫期缺鉬會(huì)產(chǎn)生黃化死苗現(xiàn)象，導(dǎo)致其產(chǎn)量嚴(yán)重降低，而施用鉬肥則能促進(jìn)冬小麥壯苗、壯蘗，并提高產(chǎn)量[23]。施鉬肥明顯降低大白菜硝酸鹽的含量，促進(jìn)氮素的吸收利用[24]。氮同位素示蹤技術(shù)能深入研究施入氮肥的去向及在作物體內(nèi)的分配利用，為作物氮肥運(yùn)籌管理提供理論依據(jù)[25]。本試驗(yàn)利用15N 示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，0.50 μmol·L?1鉬酸處理時(shí)新疆野蘋(píng)果幼苗全氮量和15N吸收總量顯著高于其他處理，這與適宜鉬含量供應(yīng)可以有效地促進(jìn)小麥吸收更多的氮素結(jié)果一致[26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，缺鉬處理和鉬過(guò)量處理?xiàng)l件下，植株的全氮量和15N利用率均會(huì)顯著下降，這可能是因?yàn)槿便f處理和鉬過(guò)量處理均會(huì)抑制根系的生長(zhǎng)和硝酸還原酶的活性，從而抑制了植株對(duì)氮素的吸收，降低了15N利用率。

劉利等[27]研究了平邑甜茶幼苗在不同含量鉬酸處理下的15N吸收利用情況，其15N利用率最高為13.97%，略低于本試驗(yàn)的最適宜處理下的15N利用率，這可能是兩方面的原因?qū)е拢阂皇撬迷嚥牟煌?，不同的蘋(píng)果砧木幼苗對(duì)生產(chǎn)中不同的環(huán)境響應(yīng)不同，平邑甜茶和新疆野蘋(píng)果都是生產(chǎn)中較為常用的砧木，但平邑甜茶的根系對(duì)環(huán)境變化非常敏感[28]，而新疆野蘋(píng)果的抗逆性較強(qiáng)，在各種環(huán)境中均能表現(xiàn)出不錯(cuò)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)能力[29?31]，結(jié)合本文對(duì)根系形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定分析，因此新疆野蘋(píng)果對(duì)氮素的吸收相對(duì)更強(qiáng)；另一方面是培養(yǎng)環(huán)境不同，劉利等[27]使用水培試驗(yàn)的方式，而本文采用砂培環(huán)境。通常蘋(píng)果砧木幼苗的試驗(yàn)條件有3個(gè)，分別是水培、土培、砂培。水培的試驗(yàn)環(huán)境更為穩(wěn)定，可以更精確的研究適宜的養(yǎng)分濃度，但是不適宜模擬土壤的物理環(huán)境。土壤的物理結(jié)構(gòu)是影響植物根系乃至整株生長(zhǎng)的重要原因之一，土培的環(huán)境比較接近生產(chǎn)，但是土壤養(yǎng)分含量復(fù)雜，很難調(diào)節(jié)到適宜的水平去進(jìn)行試驗(yàn)，尤其是對(duì)于微量元素的研究更為困難，因此本文中設(shè)置的砂培環(huán)境，既有利于研究適宜的養(yǎng)分濃度，又可以模擬土壤物理?xiàng)l件，接近于生產(chǎn)環(huán)境，細(xì)砂模擬的土壤物理結(jié)構(gòu)會(huì)刺激植物根系的生長(zhǎng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)氮素的吸收。

綜上所述，0.50 μmol·L?1的鉬酸處理，一方面有利于植株生長(zhǎng)和根系發(fā)生，增強(qiáng)對(duì)氮素的吸收；另一方面提高了硝酸還原酶活性，通過(guò)推進(jìn)氮還原的進(jìn)程促進(jìn)了氮素的利用。因此，在此濃度鉬酸處理下幼苗15N利用率最高。