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      氮素形態(tài)對(duì)煙苗根系生長及碳、氮積累的影響

      2015-04-18 08:43:17孫澤東馬興華張本強(qiáng)鄭成鵬
      中國煙草科學(xué) 2015年5期
      關(guān)鍵詞:硝態(tài)氮素烤煙

      邢 瑤,孫澤東,陳 樂,馬興華*,張本強(qiáng),鄭成鵬

      氮素形態(tài)對(duì)煙苗根系生長及碳、氮積累的影響

      邢 瑤1,孫澤東1,陳 樂2,馬興華1*,張本強(qiáng)3,鄭成鵬4

      (1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266101;2.云南省煙草公司紅河州公司,云南紅河 652399,3.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,濟(jì)南 250014;4.山東臨沂煙草有限公司,山東 臨沂 276000)

      為探討烤煙幼苗生長、根系發(fā)育及碳氮積累對(duì)不同氮素形態(tài)的響應(yīng),選用烤煙品種NC55,在水培條件下設(shè)置相同氮濃度的全銨(NH4+∶NO3-=100∶0)、銨硝各半(NH4+∶NO3-=50∶50)和全硝(NH4+∶NO3-=0∶100)3個(gè)處理,測定不同處理的干物質(zhì)積累、根系形態(tài)、煙株碳氮含量及碳氮積累量。結(jié)果表明,地上部分生物量和總生物量在不同處理時(shí)間均表現(xiàn)為全硝處理>銨硝各半處理>全銨處理。處理后7 d和14 d,根系生物量、總長度、總體積、總表面積以及各器官的碳、氮積累量和總氮積累量表現(xiàn)為全硝處理>銨硝各半處理>全銨處理;處理后21 d,上述指標(biāo)表現(xiàn)為銨硝各半處理>全硝處理>全銨處理。銨態(tài)氮肥作為單一氮源抑制了烤煙生長,硝態(tài)氮肥有利于地上部生長和碳積累,但長時(shí)間作為單一氮源根系生長緩慢,銨硝混合態(tài)氮素更有利于根系的生長發(fā)育和碳氮積累。

      烤煙;氮素形態(tài);根系形態(tài);碳積累量;氮積累量

      氮是植物生長發(fā)育的必需元素,也是植物體許多物質(zhì)的組成成分[1]。植物根系從土壤中吸收氮的主要形式是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮[2],已有研究證明,大多數(shù)根系吸收銨態(tài)氮伴隨著H+的排出,使根際土壤酸化,而吸收硝態(tài)氮?jiǎng)t相反,且植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收利用消耗更多能量[3-4]。這些差異造成氮素形態(tài)對(duì)植物生長發(fā)育的影響不同。氮素形態(tài)對(duì)植物生長發(fā)育的影響在水稻[5-6]、大麥[7]、小麥[8]、玉米[9]和蔬菜[10-12]等作物研究較多,但因研究對(duì)象不同結(jié)論不盡相同。有研究認(rèn)為,施用銨硝混合態(tài)氮素的煙株生物性狀最佳,經(jīng)濟(jì)效益和煙葉化學(xué)成分最優(yōu)[13-14]。根系不僅是植物養(yǎng)分吸收的器官,也是物質(zhì)合成的場所,對(duì)植物地上部的生長尤為重要。同時(shí),碳氮代謝直接或間接地影響煙葉中各種化學(xué)成分含量及比例[15]。因此研究氮素形態(tài)對(duì)根系生長發(fā)育及植株碳氮積累的影響對(duì)提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。

      本文以烤煙品種NC55為供試材料,通過供給不同氮素形態(tài)的培養(yǎng)液試驗(yàn),研究烤煙根系的形態(tài)差異以及植株的碳氮積累差異,以揭示氮素形態(tài)對(duì)烤煙根系發(fā)育和烤煙生長的影響,為生產(chǎn)上合理配置氮肥種類,實(shí)現(xiàn)烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的目標(biāo)提供理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      供試烤煙品種為NC55,由國家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺(tái)煙草種質(zhì)資源子平臺(tái)提供。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      將包衣種子播種于塑料培養(yǎng)盒中,基質(zhì)為消毒的石英砂,培養(yǎng)液為全素營養(yǎng)液(N以NH4NO3形式加入)。待幼苗長至6葉1心期時(shí),選擇長勢一致的煙苗,洗凈根部砂粒,移栽于500 m L的塑料容器中(深約10 cm),塑料容器上覆蓋具孔蓋板,每個(gè)容器1株,植株根莖結(jié)合部位用海綿包裹,固定在蓋板上。先用1/4全素營養(yǎng)液(N以NH4NO3形式加入)培養(yǎng)3 d后,使煙苗適應(yīng)水培環(huán)境,再用1/4無氮營養(yǎng)液培養(yǎng)2 d,然后用不同形態(tài)的氮素處理。所有煙苗放置于同一溫室中,溫室溫度控制在25~28 ℃/18~20 ℃(光/暗),光照周期為12 h/12 h(光/暗)。全素營養(yǎng)液的成分為:N 4.0 mmol/L、M g 1.2 mmol/L、P 0.6 mmol/L、K 2.5 mmol/L、Ca 2.0 mmol/L、Fe(Fe-EDTA)30.00 μmol/L、B 10.00 μmol/L、Mn 1.00 μmol/L、Cu 0.10 μmol/L、Zn 0.50 μmol/L、Mo 0.05 μmol/L。在總氮量保持一致的條件下,根據(jù)氮素形態(tài)的不同,設(shè)置3個(gè)處理,即43每個(gè)處理20株,每次采集5株。每3天更換1次營養(yǎng)液,并用0.1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH在6.8~7.0之間。煙苗自培養(yǎng)0 d開始,每7 d進(jìn)行取樣測定。

      1.3 測定項(xiàng)目和方法

      采集的煙苗用蒸餾水沖洗干凈后將樣品按根、莖、葉分樣,稱鮮重,進(jìn)行根系掃描分析,然后70 ℃烘干至恒重,稱重后粉粹,過100目篩,用于測定總氮、總碳含量。

      根系掃描采用EPSON Perfection V700 Photo(分辨率為6400*9600 dpi)。掃描時(shí)將根系放入特制的透明托盤內(nèi),加入一定量水便于分散根系避免纏繞。掃描后保存圖像,采用WinRHIZO Pro 2012b分析程序?qū)D像進(jìn)行分析??偟?、總碳含量采用碳氮硫元素分析儀(Elementar vario PYRO cube, Germany)測定。植株的氮(碳)積累量為含氮(碳)量與干物質(zhì)量的乘積。

      用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖,用SAS 9.2數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)。

      2 結(jié) 果

      2.1 氮素形態(tài)對(duì)烤煙NC55生物量的影響

      如表1所示,在處理后7 d和14 d,烤煙根系生物量均表現(xiàn)為T3>T2>T1;處理后21 d,T3和T2的根系生物量顯著高于T1,且T3的根系生物量比T2低16.3%,而且在處理后期T1的根系顏色變褐。由表1還可以看出,處理后7 d,T3的地上部生物量和總生物量顯著高于T1和T2;處理后14 d,T3的植株地上部生物量和總生物量顯著高于T1,但與T2的差異不顯著;處理后21 d,T3和T2的植株地上部生物量和總生物量均顯著高于T1。處理后7 d,T2的根冠比顯著高于T1和T3;處理后14 d,T3的根冠比分別比T1和T2高14.3%和11.2%,但處理間差異不顯著;處理后21 d,T1和T2的根冠比顯著高于T3。

      表1 氮素形態(tài)對(duì)生物量的影響Table1 Effect of nitrogen form on biomass

      2.2 氮素形態(tài)對(duì)烤煙NC55根系形態(tài)的影響

      2.2.1 氮素形態(tài)對(duì)烤煙NC55總根長的影響 由圖1可以看出,在處理周期內(nèi),T2和T3的根系總長度顯著大于T1,但T2和T3的根系總長度無顯著差異。處理后7 d和14 d,T3的根系總長度比T2分別高14.6%和12.0%;處理后21 d,T3的根系總長度比T2低5.0%。

      圖2 氮素形態(tài)對(duì)根系總表面積和總體積的影響Fig. 2 Effect of nitrogen form on root total surface area and volume

      圖1 氮素形態(tài)對(duì)總根長的影響Fig. 1 Effect of nitrogen form on total root length

      2.2.2 氮素形態(tài)對(duì)烤煙NC55根系總表面積和總體積的影響 由圖2可見,T2和T3的根系總體積和總表面積在處理周期內(nèi)呈增加趨勢,而T1的根系總體積和總表面積在處理前中期呈增加趨勢,后期增加緩慢,根系總體積出現(xiàn)減少的現(xiàn)象。在處理后7 d,T3顯著高于T1;處理后14 d和21 d,T2和T3的根系總表面積和總體積均顯著高于T1;處理后14 d,T3的根系總表面積和總體積比T2高,但處理后21 d,T3比T2分別低12.5%和20.8%。

      2.2.3 氮素形態(tài)對(duì)烤煙NC55根系平均直徑的影響 由圖3可見,T1和T3的根系平均直徑隨處理時(shí)間的增加先增加后降低,T2總體呈增長趨勢。處理后7 d,T3根系平均直徑顯著高于T1和T2;處理后14 d,T1根系的平均直徑顯著高于T2和T3;處理后21 d,T2根系的平均直徑顯著高于T1和T3。

      圖3 氮素形態(tài)對(duì)根系平均直徑的影響Fig. 3 Effect of nitrogen form on root average diameter

      2.3 氮素形態(tài)對(duì)煙株各器官含氮量和氮素積累量的影響

      由表2可見,在處理后7 d,根系含氮量表現(xiàn)為T3>T2>T1;處理后14 d和21 d,根系含氮量表現(xiàn)為T2>T1>T3。在處理后7 d和14 d,根系氮積累量均表現(xiàn)為T3>T2>T1;處理后21 d,T2根系的氮積累量顯著高于T1和T3。

      T1莖的含氮量隨處理天數(shù)先降低后增加,而T2和T3莖的含氮量隨處理天數(shù)先增加后降低。在處理后7 d和14 d,T2和T3的莖含氮量顯著高于T1;處理后21 d,莖含氮量表現(xiàn)為T1>T2>T3。在處理周期內(nèi),莖的氮積累量均表現(xiàn)為T3>T2>T1,T3顯著高于T1。

      在處理周期內(nèi),T1葉的含氮量整體呈降低趨勢;T2和T3的葉片含氮量呈先增加后降低的趨勢,且高于T1。同時(shí),在處理周期內(nèi),T2和T3葉的氮積累量和植株總氮積累量顯著高于T1。

      2.4 氮素形態(tài)對(duì)煙株各器官含碳量和碳積累量的影響

      由表3可見,在處理周期內(nèi),各處理根含碳量均表現(xiàn)為T1>T2>T3。在處理后7 d和14 d,根系碳積累量均表現(xiàn)為T3>T2>T1;處理后21 d,T3和T2根的碳積累量顯著高于T1。各處理莖的含碳量隨處理天數(shù)先降低后增加。在處理后7 d和21 d,T1莖含碳量顯著高于T2和T3;在處理后14 d,T2莖含碳量顯著高于T1和T3。在處理周期內(nèi),T2和T3莖的碳積累量始終高于T1。在處理周期內(nèi),各處理葉含碳量隨處理時(shí)間先降低后增加。處理后7 d和21 d,T1葉含碳量顯著高于T2和T3;處理后14 d,T1和T2顯著高于T3。各處理葉的碳積累量和植株總碳積累量隨處理時(shí)間延長而增加。處理后7 d,T3葉碳積累量和總碳積累量顯著高于T1和T2;處理后14 d,各處理間差異不顯著;處理后21 d,T2和T3的葉碳積累量和總碳積累量顯著高于T1。

      表2 氮素形態(tài)對(duì)煙株各器官含氮量和氮積累量的影響Table 2 Effect of nitrogen form on nitrogen content and nitrogen accumulation of different organs

      表3 氮素形態(tài)對(duì)煙株各器官含碳量和碳積累量的影響Table 3 Effect of nitrogen form on carbon content and carbon accumulation of different organs

      3 討 論

      3.1 氮素形態(tài)對(duì)根系形態(tài)的影響

      對(duì)水稻研究發(fā)現(xiàn),銨硝混合態(tài)氮素有利于根系的生長發(fā)育,促進(jìn)根系體積和根長的增加[16-17];但也有研究認(rèn)為,硝態(tài)氮促進(jìn)水稻根體積、表面積及根冠比的增加[18]。對(duì)大豆的研究發(fā)現(xiàn),施用硝態(tài)氮的根系長度、體積、表面積均大于以銨態(tài)氮為營養(yǎng)的根系,并且在花期硝態(tài)氮處理的根系平均直徑略高于銨態(tài)氮處理[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,處理周期內(nèi),全銨處理的根系生物量、總根長、根總表面積及根總體積均最低,說明銨態(tài)氮肥抑制了根系伸長生長,這可能是由于銨態(tài)氮肥抑制了根系細(xì)胞的伸長造成的[20]。全銨處理的植株雖然存在植株矮小、老葉黃化的現(xiàn)象,但并未出現(xiàn)葉片薄、主根伸長等缺氮的現(xiàn)象[21],由于本試驗(yàn)控制了根系環(huán)境的pH,由此推測銨態(tài)氮肥抑制植株的生長主要是植株對(duì)銨態(tài)氮利用較差而非吸收導(dǎo)致的。處理前期,全硝處理的根系生物量、總根長、根總表面積以及根總體積均高于銨硝各半處理;而處理后期,全硝處理低于銨硝各半處理??紤]到煙草生長期較長,銨硝混合態(tài)氮素更有利于根系的生長,這與前人的相關(guān)研究一致[16-17]。但是,處理周期內(nèi),地上部分的生物量始終表現(xiàn)為全硝處理高于銨硝各半處理高于全銨處理,并且處理后21 d,全硝處理的根冠比顯著低于全銨處理和銨硝各半處理。說明,根系的生長與地上部的生長并不同步,且根系較大將消耗大量同化物,抑制地上部的生長[22-23]。

      3.2 氮素形態(tài)對(duì)碳氮積累的影響

      對(duì)番茄的研究發(fā)現(xiàn),以銨態(tài)氮為單一氮源的根系全碳含量和葉片全氮含量高于硝態(tài)氮和有機(jī)氮的處理[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,處理周期內(nèi),全銨處理的根系含氮量以及各部位的含碳量較高,而各部位的碳氮積累量顯著低于銨硝各半處理和全硝處理,并且全銨處理的總氮積累量顯著低于銨硝各半處理和全硝處理。處理前期,銨硝各半處理的根系碳氮積累量、葉的氮積累量及總氮積累量低于全硝處理;處理后期反之。在處理周期內(nèi),全硝處理莖的碳氮積累量、葉的碳積累量以及植物體總碳積累量始終最高。全銨處理根系含氮量及各部分的含碳量較高可能是由于銨態(tài)氮肥影響根系吸收水分和養(yǎng)分,抑制了根系和地上部分的生長,導(dǎo)致濃縮效應(yīng)[24]。

      處理后期,全硝處理的根系碳氮積累量及葉片的氮積累量低于銨硝各半處理,可能是由于植物吸收利用硝態(tài)氮肥需要消耗較多的能量[4],長期供應(yīng)硝態(tài)氮肥為單一氮源使根系吸收利用氮素量逐漸減少,進(jìn)而向地上部運(yùn)輸?shù)牡亓繙p少;而供應(yīng)銨硝各半處理的根系總表面積、總體積較大,有利于根系對(duì)氮素的吸收[16],并促進(jìn)同化物向根系的運(yùn)輸。

      4 結(jié) 論

      在處理周期內(nèi),全銨處理的煙苗根系和地上部分生物量均最低,且在處理后期顯著低于銨硝配施處理和全硝處理,銨態(tài)氮肥抑制烤煙地上部分和根系的生長。硝態(tài)氮肥更有利于地上部生物量和含碳物質(zhì)的積累。雖然銨硝混合態(tài)氮肥和硝態(tài)氮肥都能夠促進(jìn)根系的生長,但長時(shí)間單一供應(yīng)硝態(tài)氮根系生長出現(xiàn)受抑制的傾向,而銨硝配施處理的根系總長度、總表面積、總體積、平均直徑,以及根系碳、氮積累量和植物體總氮積累量均高于全硝處理。

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      Effect of Nitrogen form on Root Grow th and C and N Accum ulation of Flue-cured Tobacco Seed lings

      XING Yao1, SUN Zedong1, CHEN Le2, MA Xinghua1*, ZHANG Benqiang3, ZHENG Chengpeng4
      (1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, M inistry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Honghe Tobacco Company of Yunnan, Honghe, Yunnan 652399, China; 3. China Tobacco Shandong Industrial Co.,Ltd., Jinan 250014, China; 4. Linyi Tobacco Company of Shandong Province, Linyi, Shandong 276000, China)

      In order to investigate the response of root grow th, C and N accumulation of flue-cured tobacco seedlings to different nitrogen form s, hydroponic experiments w ere conducted by supplying equal amount of N in three different ratios of NH4+∶NO3-(100∶0, as 100-0AN; 50∶50, as 50-50AN; 0∶100, as 0-100AN) to seedlings of flue-cured tobacco cultivar NC55. Plant dry biomass,root morphology, C and N content, C and N accumulation were assayed during the cultivation. The results showed that shoot and total biomass showed 0-100AN>50-50AN>100-0AN at all treating times. On 7 and 14 d, root biomass, root total length, root total volume, root total surface area, C and N accumulation of root, stem, leaf and total nitrogen accumulation showed 0-100AN>50-50AN>100-0AN. On 21 d, the same parameters showed 50-50AN>0-100AN>100-0AN. Ammonium as sole nitrogen source inhibited flue-cured tobacco grow th. Nitrate is beneficial to shoot grow th and carbon accumulation, it however inhibits root grow th as sole nitrogen source for prolonged time. Optimum nitrogen form for root development, C and N accumulation is the m ixture of ammonium and nitrate.

      flue-cured tobacco; nitrogen form; root morphology; carbon accumulation; nitrogen accumulation

      S572.06

      1007-5119(2015)05-0013-06

      10.13496/j.issn.1007-5119.2015.05.003

      公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)“煙草增香減害關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201203091);中國煙草總公司特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項(xiàng)“低危害煙葉研究開發(fā)”(110201101006 ts-06)

      邢 瑤(1990-),女,碩士研究生,研究方向?yàn)樽魑锷砩鷳B(tài)。E-mail:xingyao19901205@163.com。*

      ,E-mail:maxinghua@caas.cn

      2015-04-22

      2015-07-10

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