氯鹽脅迫下施氮對(duì)西瓜生理特性和氮素吸收利用的影響*

王西娜 ,柳 雪 ,李雪芳 ,王湘銀 ,趙偉杰 ,孫晶晶 ,譚軍利

(1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院 銀川 750021;2. 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 銀川 750021)

西瓜(Citrullus lanatus)是寧夏的主要經(jīng)濟(jì)作物之一,由于當(dāng)?shù)馗珊瞪儆?種植中農(nóng)民長(zhǎng)期使用含氯30 mmol·L-1左右的地下微咸水進(jìn)行補(bǔ)灌[1],長(zhǎng)期灌溉引起的鹽分累積可能成為限制生產(chǎn)力的主要因素,導(dǎo)致忌氯作物西瓜產(chǎn)生氯鹽毒害現(xiàn)象,使西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)下降。鹽脅迫是限制作物生產(chǎn)力最普遍的非生物脅迫之一,土壤鹽脅迫對(duì)植物的不利影響包括滲透脅迫、離子毒害及氧化應(yīng)激和營(yíng)養(yǎng)紊亂等次生脅迫[2]。首先,高鹽環(huán)境會(huì)破壞離子穩(wěn)態(tài),影響細(xì)胞中的K+、Na+分布[3],同時(shí)由于高Na+和高Cl-影響,硝酸還原酶(NR)活性降低,植物氮吸收減少,氮素利用效率降低。其次,在鹽脅迫下活性氧(ROS)大量累積,造成細(xì)胞膜氧化損傷。ROS 作為生物和非生物脅迫下細(xì)胞損傷的主要來(lái)源,植物已發(fā)展出各種保護(hù)機(jī)制來(lái)消除或減少ROS[4],包括抗氧化酶的誘導(dǎo)、離子運(yùn)輸和分隔、有機(jī)溶質(zhì)合成和積累。氮素是植物生長(zhǎng)所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素,施用氮肥可在一定程度上緩解鹽毒害作用。因此,研究氯鹽脅迫下不同氮用量對(duì)西瓜生長(zhǎng)生理的影響,對(duì)于氯鹽脅迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害調(diào)控具有重要意義。氮素積極參與酶活性調(diào)節(jié)、光合作用、蛋白質(zhì)合成、抗氧化劑和滲透液代謝[5],被認(rèn)為是緩解鹽脅迫,改善植物生長(zhǎng)的最有效方式之一。已有研究報(bào)道鹽脅迫下添加氮素營(yíng)養(yǎng)可以提高植物耐鹽性。隋利等[6]指出,NH4+-N∶NO3--N=25∶75 時(shí),比全銨態(tài)氮、全硝態(tài)氮和全酰胺態(tài)氮更有利于減輕鹽脅迫對(duì)紫蘇[Perillafrutescens(L.) Britt]的生長(zhǎng)抑制,促進(jìn)生物量增加,維持抗氧化酶、氮代謝酶活性。賈向陽(yáng)等[7]發(fā)現(xiàn),葉面噴施一氧化氮可增加紅砂[Reaumuria song-arica(Pall.) Maxim]可溶性蛋白和硝態(tài)氮含量。張艷艷等[8]指出,NO 可促進(jìn)玉米(Zea maysL.)根系對(duì)K+的吸收運(yùn)輸,提高植株體內(nèi)K+/Na+值;田甜等[9]研究指出,所供應(yīng)氮肥的緩解效果與其供應(yīng)的濃度有關(guān),適量施氮可以緩解鹽分對(duì)油菜(Brassica napusL.)的毒害,而過(guò)量施氮?jiǎng)t會(huì)加重鹽分對(duì)油菜的負(fù)面影響,抑制油菜體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累。可見(jiàn),氮素可通過(guò)多種途徑調(diào)控和緩解鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用。施氮作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減輕多種非生物脅迫的方法之一,目前的研究多關(guān)注于鹽脅迫或施氮對(duì)植物的單獨(dú)效應(yīng),而對(duì)于添加氮素對(duì)鹽脅迫調(diào)節(jié)作用研究較少。本研究通過(guò)土培試驗(yàn),研究氯鹽脅迫下不同氮水平對(duì)西瓜生理抗性和氮素吸收利用的影響,以期揭示氮素調(diào)節(jié)西瓜鹽脅迫的機(jī)制,為調(diào)控西瓜氯鹽毒害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物為西瓜,以當(dāng)?shù)仄毡槭褂玫募藿用鐬樵囼?yàn)材料,接穗西瓜品種為‘金城5 號(hào)’,砧木為‘金城雪峰’白籽南瓜[Cucurbita moschata(Duchesne ex Lam.)Duchesne ex Poir.]。供試土壤為灌淤土,基本化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤化學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil basic physical and chemical properties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

土培試驗(yàn)于2022 年5 月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地日光溫室中進(jìn)行。根據(jù)本課題組前期的研究結(jié)果,當(dāng)土壤Cl-含量達(dá)到156.82 mg·kg-1時(shí),西瓜生長(zhǎng)受到明顯抑制[10],因此,本試驗(yàn)以160 mg(Cl-)·kg-1(烘干土)為氯脅迫濃度。在此基礎(chǔ)上,設(shè)置5 個(gè)氮水平(以烘干土計(jì)),分別為0 g·kg-1、0.10 g·kg-1、0.15 g·kg-1、0.20 g·kg-1、0.25 g·kg-1,每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。采用盆栽試驗(yàn),試驗(yàn)用盆為聚乙烯塑料盆,直徑31 cm,高21 cm,每盆栽3 株大小一致的西瓜苗,每隔7 d 澆灌1 L 去離子水,及時(shí)除蟲(chóng)除草。

施肥: 氮源為尿素(含N46%),磷肥選用重過(guò)磷酸鈣(含P2O512%),用量0.10 g(P2O5)·kg-1(烘干土),鉀肥選用KCl (含K2O 60%),用量0.05 g(K2O)·kg-1(烘干土),均在移栽前與土壤混勻施入。每盆裝土7 kg,其中土壤中含Cl-0.06 g·kg-1,施入的KCl 中含Cl-0.28 g,還需再用水灌入0.41 g Cl-(以11.23 mmol·L-1Cl-分兩次灌入,每次灌水1 L)才能將土壤Cl-含量調(diào)至脅迫濃度。氯源用CaCl2和NaCl,按當(dāng)?shù)匚⑾趟泻恳?∶7 施入。施入的總NaCl 濃度為10.74 mmol·L-1,該濃度并不會(huì)對(duì)西瓜造成鈉脅迫[11],但會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生氯脅迫,因?yàn)橹参飳?duì)Cl-比對(duì)Na+更敏感[12]。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

西瓜幼苗土培43 d 后,每個(gè)處理取3 盆,共取9株西瓜幼苗。然后,取其中3 株(每盆1 株)用來(lái)測(cè)定生物量和養(yǎng)分含量。生物量測(cè)定時(shí)將根、莖、葉分開(kāi),擦洗干凈之后,稱鮮重,然后在105 ℃殺青30 min,后75 ℃烘干,稱量干重;烘干的樣品用研缽磨細(xì),用來(lái)測(cè)定Na+、K+、Cl-、N 等養(yǎng)分含量,其中Na+和K+含量用火焰光度計(jì)法測(cè)定、Cl-含量用莫爾法測(cè)定、N 含量用凱氏蒸餾法測(cè)定。另6 株樣品摘下所有葉片,混勻,分別采用硫代巴比妥酸法[13]測(cè)定丙二醛(MDA)含量,采用酸性茚三酮法[14]測(cè)定脯氨酸含量,采用蒽酮法[14]測(cè)定可溶性糖含量,采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[13]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用高錳酸鉀滴定法[14]測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)活性,采用離體法[14]測(cè)定硝酸還原酶(NR)活性,并用紫外吸收法[14]分別測(cè)定根、莖、葉的硝酸根(NO3-)含量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與處理

采用Microsoft Excel 2003 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖,利用DPS 進(jìn)行方差分析,Origin 2019 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)氯脅迫下西瓜幼苗生物量的影響

施氮顯著影響氯脅迫下西瓜的鮮重和干物質(zhì)累積(圖1)。與不施氮處理相比,施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1時(shí),西瓜鮮重顯著增加96.9%和73.9% (P＜0.05),干物質(zhì)累積量增加29.0%和17.5%,施氮0.10 g·kg-1和0.25 g·kg-1處理的增加量不顯著。經(jīng)曲線擬合,鮮重和干物質(zhì)累積與施氮量間均具有顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05),相關(guān)系數(shù)r分別為0.8440*和0.8817*,最高鮮重和干物質(zhì)累積量時(shí)對(duì)應(yīng)的施氮量均為0.15 g·kg-1?？梢?jiàn),適量施氮可增加鹽脅迫下西瓜生物量累積,對(duì)緩解氯鹽脅迫下西瓜生長(zhǎng)抑制具有積極作用。

圖1 氯脅迫下施氮水平對(duì)西瓜幼苗生物量的影響Fig.1 Effects of N rate on biomass of watermelon under chlorine stress

2.2 施氮對(duì)氯脅迫下西瓜幼苗葉片離子穩(wěn)態(tài)的影響

2.2.1 Na+和K+

施氮會(huì)減少西瓜植株內(nèi)Na+含量而增加K+的含量,從而降低Na+/K+值(表2)。施氮0.20 g·kg-1處理時(shí),葉片、莖、根和整株的K+含量均為最高,分別比不施氮提高47.3%、62.3%%、112.1%和62.2% (P＜0.05)。施氮使整株Na+含量降低16.2%～31.4%,葉、莖、根中Na+含量在施氮0.15 g·kg-1時(shí)均較低,分別較不施氮處理顯著降低48.2%、13.9%、34.7% (P＜0.05)。因此,Na+/K+值亦在施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1時(shí)較低,整株Na+/K+值分別比不施氮處理的顯著降低51.3%和54.3% (P＜0.05)?？梢?jiàn),適量施氮可通過(guò)降低植株體內(nèi)Na+累積和提高K+吸收而降低氯鹽脅迫下Na+/K+值,維持陽(yáng)離子的穩(wěn)定。

表2 氯脅迫下不同施氮水平對(duì)西瓜幼苗離子含量的影響Table 2 Ions contents of watermelon seedlings affected by N rate under chlorine stress

2.2.2 NO3-和Cl-

施氮增加西瓜各器官硝態(tài)氮含量,降低氯離子吸收和Cl-/NO3-值(表2)。西瓜葉、莖、根、整株的NO3-含量均以施氮0.20 g·kg-1處理最高,分別比不施氮處理顯著增加36.5%、176.3%、182.5%、128.6%(P＜0.05);施氮0.15 g·kg-1處理下,根系和整株NO3-含量增加140.4%和62.9%;施氮0.10 g·kg-1下,根系NO3-含量增加121.5%;其他處理西瓜各器官中NO3-含量有增加趨勢(shì)但差異不顯著。氯鹽脅迫下施氮可使根系和整株Cl-含量顯著降低32.5%～49.2%和22.6%～36.3% (P＜0.05),0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1氮處理時(shí)葉、莖Cl-含量較不施氮處理顯著降低44.6%和30.1%、22.7%和21.7% (P＜0.05);相比不施氮處理,整株Cl-/NO3-值顯著降低46.0%～69.5%,根系Cl-/NO3-值顯著降低58.7%～77.7%,葉片Cl-/NO3-值在0.15 g·kg-1氮處理時(shí)可顯著降低58.3%,莖的Cl-/NO3-值在0.20 g·kg-1氮處理顯著降低69.1% (P＜0.05)。表明適量氮素可以增加NO3-含量,抑制Cl-吸收累積,降低Cl-/NO3-值,緩解氯鹽毒害導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)失衡。

2.3 施氮對(duì)氯脅迫下西瓜幼苗葉片有機(jī)滲透調(diào)節(jié)的影響

可溶性糖和脯氨酸累積有利于緩解植物鹽害。經(jīng)曲線擬合發(fā)現(xiàn),施氮量與可溶性糖、脯氨酸間均呈先增加后降低的二次曲線關(guān)系(圖2)。施氮量為0.10 g·kg-1和0.15 g·kg-1時(shí),葉片可溶性糖含量較不施氮處理顯著升高44.2%和75.6% (P＜0.05),施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1時(shí)西瓜葉片脯氨酸含量較不施氮處理顯著增加70.1%和59.8% (P＜0.05)。施氮量與可溶性糖、脯氨酸含量曲線的相關(guān)系數(shù)分別為0.8650 和0.9338,分別達(dá)顯著水平(P＜0.05)和極顯著水平(P＜0.01),最高可溶性糖和脯氨酸含量對(duì)應(yīng)的施氮量均為0.14 g·kg-1?？梢?jiàn),適量施氮亦可增加氯鹽脅迫下西瓜幼苗可溶性糖和脯氨酸含量,提高了滲透調(diào)節(jié)能力,從而緩解氯鹽脅迫。

圖2 氯脅迫下施氮水平對(duì)西瓜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig.2 Effect of N rate on organic osmoregulation substances contents of watermelon seedlings under chlorine stress

2.4 施氮對(duì)氯脅迫下西瓜幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

適量施氮可以顯著提高西瓜葉片超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性(圖3)。葉片SOD以施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1處理時(shí)較高,比不施氮處理顯著增加55.8%和54.9% (P＜0.05);葉片CAT活性以0.15 g·kg-1氮水平的最高,較不施氮處理顯著上升54.8%。經(jīng)曲線擬合發(fā)現(xiàn),施氮量與SOD 和CAT活性間分別呈顯著(P＜0.05)和極顯著(P＜0.01)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.8920 和0.9448,SOD 和CAT活性達(dá)到最高時(shí)的施氮量分別為0.18 g·kg-1和0.14 g·kg-1?？梢?jiàn),氯鹽脅迫下適量施氮能夠增加抗氧化酶活性,提高西瓜耐鹽性,緩解氯鹽脅迫引起的生長(zhǎng)抑制。

圖3 氯脅迫下施氮水平對(duì)西瓜幼苗抗氧化酶(SOD: 超氧化物歧化酶;CAT: 過(guò)氧化氫酶)活性的影響Fig.3 Effect of N rate on antioxidant enzymes (SOD: superoxide dismutase;CAT: catalase) activities of watermelon seedlings under chlorine stress

2.5 施氮對(duì)氯脅迫下西瓜幼苗葉片丙二醛含量的影響

施氮可以降低氯鹽脅迫下西瓜葉片丙二醛(MDA)含量(圖4)。與不施氮相比,施氮0.10 g·kg-1、0.15 g·kg-1、0.20 g·kg-1時(shí)葉片MDA 含量顯著降低33.0%、59.3%、42.8% (P＜0.05);施氮量與葉片MDA含量可擬合為二次曲線,相關(guān)系數(shù)r=0.9340,呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.01),當(dāng)施氮量為0.14 g·kg-1時(shí)葉片MDA 含量最低。表明適量施氮能夠減輕鹽脅迫造成的氧化損傷。

圖4 氯脅迫下施氮水平對(duì)西瓜幼苗丙二醛(MDA)含量的影響Fig.4 Effect of N rate on malondialdehyde (MDA) content of watermelon seedlings under chlorine stress

2.6 施氮對(duì)硝酸還原酶及氮素吸收利用的影響

施氮可以提高硝酸還原酶(NR)活性,增加西瓜根、莖、葉中氮累積量,促進(jìn)氮吸收利用(表3)。施氮使西瓜植株總氮吸收累積量顯著提高64.07%～157.71% (P＜0.05),葉片和根系氮累積分別增加1.04～2.60 倍和0.39～0.79 倍;與不施氮處理相比,在施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1處理下,西瓜莖中氮累積量分別顯著增加89.11%和79.88% (P＜0.05),NR 活性分別顯著增加62.40%和78.71% (P＜0.05),氮吸收效率分別提高1.39 和1.43 倍;氮表觀利用率以施氮0.15 g·kg-1處理時(shí)最高,比施氮0.25 g·kg-1處理的顯著提高1.45 倍?？梢?jiàn),適量氮素可以增加氯鹽脅迫下西瓜苗的NR 活性,促進(jìn)氮素累積,提高氮吸收和利用效率,減緩氯鹽毒害造成的養(yǎng)分虧缺。

表3 氯脅迫下不同施氮水平對(duì)西瓜幼苗氮吸收利用的影響Table 3 Effects of different N rates on N uptake and utilization of watermelon seedlings under chlorine stress

2.7 聚類分析和相關(guān)性

聚類分析表明(圖5a),施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1首先聚為一類,表現(xiàn)為兩者的西瓜生長(zhǎng)生理指標(biāo)較為接近,然后依次與施氮0.10 g·kg-1和0.25 g·kg-1聚在一起,最終與0 g·kg-1并列到一起,表現(xiàn)為施氮0.15 g·kg-1處理的生物量與0 g·kg-1差異最明顯。層次聚類分析發(fā)現(xiàn),施氮0.15 g·kg-1和0.20 g·kg-1處理與0 g·kg-1處理相比,增加了抗氧化酶(SOD 和CAT)活性、有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(脯氨酸和可溶性糖)含量,維持了離子穩(wěn)態(tài)(Na+/K+和Cl-/NO3-較低),提高了西瓜生物量累積。各處理對(duì)西瓜生長(zhǎng)改善情況表現(xiàn)為0.15 g·kg-1＞0.20 g·kg-1＞0.10 g·kg-1＞0.25 g·kg-1。

圖5 氯脅迫下不同氮水平處理西瓜幼苗相關(guān)指標(biāo)聚類分析熱圖和相關(guān)分析圖Fig.5 Heat map and correlation analysis diagram among relative indexes of watermelon seedlings of different N rates under chlorine stress

相關(guān)分析表明(圖5b),生物量和干物質(zhì)均與脯氨酸和可溶性糖含量、SOD 和CAT 活性、NR 活性、氮累積、氮吸收利用呈正相關(guān)關(guān)系,與Na+/K+值、Cl-/NO3-值、MDA 含量呈負(fù)相關(guān);Na+/K+值、Cl-/NO3-值與MDA 含量呈正相關(guān)關(guān)系,與其他指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明施加適量氮素有助于提高西瓜滲透調(diào)節(jié)、抗氧化系統(tǒng)、離子穩(wěn)態(tài)維持等,降低氧化損失,減緩氯鹽對(duì)西瓜的毒害。

3 討論

3.1 施氮對(duì)氯鹽脅迫下西瓜離子穩(wěn)態(tài)的影響

離子穩(wěn)態(tài)是維持植物正常生長(zhǎng)所需的基本細(xì)胞活動(dòng),鹽脅迫擾亂了植物細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)并減少了植物的新陳代謝[16]。Na+和Cl-參與植物新陳代謝,在較高濃度下,會(huì)引發(fā)離子毒性,導(dǎo)致Na+/K+平衡破壞,因此,維持植物細(xì)胞中Na+/K+的穩(wěn)態(tài)對(duì)于正常細(xì)胞代謝至關(guān)重要[17],為維持細(xì)胞Na+/K+平衡,植物最大限度將Na+外排,并減少?gòu)母课誑a+[18],過(guò)量的Na+通過(guò)Na+/H+交換劑流出到液泡或根部蛋白中,參與Na+區(qū)域化和封存的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的改善有助于增強(qiáng)植物的耐鹽性[19]。施氮能夠截留Na+向地上部運(yùn)輸[20],減少Na+攝取、促進(jìn)質(zhì)膜結(jié)合移位蛋白的合成[21]。本研究中氮有效性介導(dǎo)的Na+含量下降可能是由于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)增加阻止了Na+在根水平的吸收,氮促進(jìn)了K+吸收而抑制了Na+吸收,從而降低Na+/K+,這與孫立榮等[22]的研究結(jié)果一致。本研究還觀察到,適量施氮可以降低西瓜幼苗中Cl-含量,增加NO3-含量,保持較低的Cl-/NO3-值,維持陰離子穩(wěn)態(tài),這可能是由于鹽離子的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響了氮的吸收,而硝酸鹽的吸收與鹽漬土中的Cl-吸收呈競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,這種相互作用導(dǎo)致在施氮量增加時(shí)Cl-吸收累積減少[23],緩解了鹽脅迫對(duì)離子平衡的破壞,這與Duan 等[24]、蘇蘭茜等[25]的研究結(jié)果一致?？梢?jiàn),適量施氮通過(guò)增加K+和NO3-吸收和減少Na+和Cl-的攝取調(diào)節(jié)Na+/K+和Cl-/NO3-值,維持離子穩(wěn)態(tài),抵御鹽脅迫對(duì)西瓜細(xì)胞的影響。

3.2 施氮對(duì)氯鹽脅迫下西瓜抗氧化系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)的影響

鹽脅迫下會(huì)產(chǎn)生活性氧(ROS),導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少、酶失活、膜系統(tǒng)破壞[26],通過(guò)抗氧化酶SOD、CAT、過(guò)氧化物酶(POD)等,可以清除過(guò)氧化氫和氧自由基,使植物ROS 處于動(dòng)態(tài)平衡[27],ROS 生產(chǎn)和清除之間的平衡決定了植物損害程度[28],MDA 通常用作氧化損傷程度的生物標(biāo)志物。氮肥在狗牙根[Cynodon dactylon(L.) Pers.]中的應(yīng)用已被證明可以通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化酶系統(tǒng)、降低MDA 含量來(lái)減少干旱的負(fù)面影響[29],在花鈴期棉花(Gossypium herbaceumL.)中施用適量氮肥可以提高抗氧化酶活性和減少M(fèi)DA 累積來(lái)緩解短期漬水對(duì)生長(zhǎng)的抑制作用[30]。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)滲透脅迫、避免脫水的有效措施[31]。滲透調(diào)節(jié)劑的累積在維持細(xì)胞穩(wěn)定性和保護(hù)細(xì)胞免受脅迫和離子毒害方面起重要作用[32]。據(jù)報(bào)道,脯氨酸和可溶性糖作為有機(jī)滲透調(diào)節(jié)劑在作物抗逆機(jī)制中發(fā)揮著重要作用,脯氨酸在鹽脅迫下參與細(xì)胞滲透壓維持,還有助于穩(wěn)定亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)(膜和蛋白質(zhì)),調(diào)節(jié)氧化還原電位平衡等[33],可溶性糖通過(guò)加固細(xì)胞壁和增加壁彈性以減少鹽離子進(jìn)入和維持滲透壓,防止結(jié)構(gòu)受到壓力誘導(dǎo)的損害[34],在黃瓜(Cucumis sativusL.)和麻瘋樹(shù)(Jatropha curcasL.)幼苗中施用適量氮肥可以增加脅迫條件下脯氨酸和可溶性蛋白等有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量,緩解脅迫造成的生長(zhǎng)抑制[35-36]。本研究發(fā)現(xiàn),在氯鹽脅迫下,施用不同濃度的氮肥可以在一定程度上增加SOD、CAT 活性,提高抗氧化能力,氮作為抵御內(nèi)部和外部環(huán)境氧化應(yīng)激源的第一道防線,植物抗氧化能力在很大程度上取決于氮的有效性,較高的氮可通過(guò)增強(qiáng)植物抗氧化能力和抑制脂質(zhì)過(guò)氧化來(lái)提高植物的抗逆性[37],可見(jiàn)氮肥的作用取決于其濃度,在本研究所采用的處理濃度中,0.15 g·kg-1氮水平對(duì)西瓜幼苗抗氧化酶SOD、CAT 的促進(jìn)作用及對(duì)MDA 產(chǎn)生的抑制作用最顯著,而高氮用量的作用效果會(huì)減弱,這可能與過(guò)量的氮破壞了西瓜體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)平衡有關(guān),需進(jìn)一步研究。同時(shí)施氮0.15 g·kg-1也能夠最大程度增加氯鹽脅迫下可溶性糖和脯氨酸含量,緩解氯鹽毒害,之后繼續(xù)增加氮用量,緩解作用減弱。這可能是由于施用氮肥可以促進(jìn)可溶性蛋白和糖合成,穩(wěn)定了特定蛋白和膜系統(tǒng),同時(shí)提高了脯氨酸合成過(guò)程中吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的活性[38],而當(dāng)?shù)适┯眠^(guò)量時(shí),氮同化加強(qiáng),更多氮被用于合成有機(jī)化合物,并且氮肥施用量高會(huì)增加蔗糖磷酸合酶和磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶,抑制糖的合成,降低脯氨酸和可溶性糖含量,氮對(duì)鹽脅迫的緩解效應(yīng)下降[39]。

3.3 施氮對(duì)氯鹽脅迫下西瓜氮吸收利用的影響

氮代謝是負(fù)責(zé)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要生化過(guò)程,其調(diào)控作用對(duì)植物耐鹽性至關(guān)重要[40]。NR 表達(dá)和活性誘導(dǎo)取決于底物的存在和無(wú)機(jī)氮進(jìn)入有機(jī)化合物的通量,鹽處理的植物NR 活性降低伴隨著氮累積量的降低[41]。本研究表明,施氮可以誘導(dǎo)氯鹽脅迫下西瓜體內(nèi)NR,增加氮累積量。研究氮素高效吸收利用對(duì)減少氮肥使用量、提高氮肥利用率、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、提高作物產(chǎn)量具有重要意義,氮吸收和利用為氮素高效利用奠定了基礎(chǔ)[42],張智猛等[43]研究表明輕度干旱脅迫下花生(Arachis hypogaeaL.)植株氮肥利用率隨施氮量增加而先增加后降低,與上述研究結(jié)果類似,本研究發(fā)現(xiàn),施氮促進(jìn)了氮素吸收利用,同樣,施氮對(duì)氮素的吸收利用也表現(xiàn)出了濃度效應(yīng),施氮0.15 g·kg-1處理有利于保持較高的氮素吸收利用效率。

3.4 施氮對(duì)氯鹽脅迫下生物量的影響

鹽脅迫是農(nóng)業(yè)中最常見(jiàn)的非生物脅迫因素之一,限制了植物幼苗正常生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[44]。生物量累積是植物耐鹽性的直接指標(biāo)[45],增施氮肥施用量是緩解作物受到鹽分脅迫影響的一個(gè)重要方式,氮肥能夠促進(jìn)鹽脅迫下的作物生長(zhǎng),增加植株生物量和干物質(zhì)[46]。武榮等[47]研究表明在相同的鹽分脅迫下,增加氮肥使用量有利于促進(jìn)小麥(Hordeum vulgareL.)分蘗成穗,提高其產(chǎn)量;寧建鳳等[48]的研究也表明外源氮會(huì)顯著增加蘆薈[Aloevera(L.) Burm.f.]幼苗的植株干重,但存在濃度效應(yīng)。與上述研究結(jié)果類似,本研究中施氮對(duì)氯鹽脅迫的調(diào)控作用也表現(xiàn)出低促高抑的現(xiàn)象,適量施氮可以促進(jìn)西瓜氮鉀吸收,提高氮素利用效率,增加SOD 和CAT 活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸含量,進(jìn)而改善氯鹽脅迫下植株生長(zhǎng),增加西瓜幼苗生物量累積。

4 結(jié)論

在氯鹽脅迫(160 mg·kg-1)下,適量施氮可以通過(guò)增加K+和NO3-的吸收以抵抗Na+和Cl-的攝入,維持離子穩(wěn)態(tài),同時(shí)可提高抗氧化酶(SOD 和CAT)活性和減少M(fèi)DA 累積,從而減輕氧化損傷;并且通過(guò)增加有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(可溶性糖和脯氨酸)含量來(lái)提高植株的滲透調(diào)節(jié)能力,從而增強(qiáng)西瓜生理抗性,維持較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì),緩解氯鹽脅迫下的生長(zhǎng)抑制作用;還可通過(guò)提高硝酸還原酶(NR)活性而促進(jìn)氮素吸收利用,從而促進(jìn)西瓜生長(zhǎng)。綜合各指標(biāo)與施氮量之間的關(guān)系來(lái)看,在本研究條件下,施氮量為0.14～0.18 g·kg-1時(shí)可有效緩解氯鹽脅迫對(duì)西瓜的生長(zhǎng)抑制作用。