不同供氮水平下油菜植株硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的分布差異

摘 要：以硝態(tài)氮（NO3-）為氮源，采取正常供氮（全氮）和缺氮（三分之一正常供氮）處理，以2個(gè)基因型油菜品種（6號(hào)和27號(hào)）作為研究材料，通過(guò)測(cè)定地上部和地下部的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，研究了不同氮水平下油菜體內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的分布及轉(zhuǎn)化差異。結(jié)果表明：6號(hào)銨態(tài)氮地上部比地下部低12.7%，硝態(tài)氮低44.3%;27號(hào)對(duì)應(yīng)的銨態(tài)氮地上部比地下部高6.0%，硝態(tài)氮低36.2%;總的硝態(tài)氮比銨態(tài)氮含量高273.6%。不同施氮水平下缺氮處理對(duì)應(yīng)的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮地上部比地下部分別低15.7%和42.1%;全氮處理對(duì)應(yīng)的銨態(tài)氮地上部比地下部高9.3%，硝態(tài)氮低39.2%。在沒(méi)有銨態(tài)氮作為氮源的前提下，作物本身可以利用吸收到的硝態(tài)氮（僅有NO3-）在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，在由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮的過(guò)程中，植株體內(nèi)可利用的氮素含量決定了硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的分布與含量差異，以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化量。

關(guān)鍵詞：硝態(tài)氮;銨態(tài)氮;硝態(tài)氮供氮水平;油菜

中圖分類號(hào)：S634.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2019）01-0022-04

Abstract： To investigate the distribution and transformation difference of nitrate-N and ammonium-N in rape plants under different nitrate-supply levels， the experiment with two treatments （normal nitrogen supply and deficient nitrogen supply-one third of normal level） was conducted by measuring the contents of nitrogen in the two forms from above-ground and underground parts of rape plants. Nitrate was used as nitrogen source， and two rape varieties （No. 6 and No. 27） as study materials. The results show that for No.6， the contents of ammonium-N and nitrate-N in above part are 12.7% and 44.3% lower than that in underground part， respectively; for No.27， the figure of ammonium-N in above part is 6.0% higher than that in underground part and nitrate-N 36.2% lower. The total amount of nitrate-N in rape plant is 273.6% higher compared with ammonium-N. In deficient nitrogen supply treatment， the contents of ammonium-N and nitrate-N in above-ground part are 15.7% and 42.1% lower than that in underground part， respectively; while in normal nitrogen supply treatment the figures are 9.3% higher and 39.2% lower， respectively. Rape plant can transform assimilated nitrate-N into ammonium-N in the absence of ammonium nitrogen as N-source. In this transforming process， the content of available nitrogen in the plant determines the distribution of nitrate-N and ammonium-N and the corresponding transformed amount.

Key words： nitrate-N; ammonium-N; nitrate nitrogen-supply level

氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育最為需求的營(yíng)養(yǎng)元素[1]，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是2種主要的氮素來(lái)源，其中硝態(tài)氮是最為直接和有效的氮源，并且在植株體內(nèi)可以被大量轉(zhuǎn)化、代謝與儲(chǔ)存[2-5]，從而為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的不同氮形態(tài)代謝產(chǎn)物。植物體內(nèi)的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮可以相互轉(zhuǎn)化補(bǔ)充，銨態(tài)氮氧化變?yōu)橄鯌B(tài)氮（亞硝酸鹽和硝酸鹽），而硝態(tài)氮在相關(guān)還原酶的作用下也能被還原為銨態(tài)氮[6]，其中亞硝酸鹽是轉(zhuǎn)化過(guò)程的中間產(chǎn)物。

相關(guān)研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的含量分布會(huì)因植物的種類和品種存在差異[7-11];并且就同一植株而言，也存在器官與組織上的差異[12-13]。但目前的研究并未完全弄清楚產(chǎn)生這一差異的根本原因，對(duì)此還需要進(jìn)一步研究與分析。

研究植物體內(nèi)硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的分布變化與轉(zhuǎn)化差異，有利于降低氮肥的施用量，提高植物的氮素利用率[14-18];還有利于降低植物體內(nèi)硝酸鹽含量，生產(chǎn)出綠色健康的農(nóng)產(chǎn)品，為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的食用安全與進(jìn)出口做出貢獻(xiàn)[19]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為筆者所在課題組2005—2009年間篩選出來(lái)的2個(gè)基因型油菜（6號(hào)、27號(hào)）。

其他材料：30 cm×30 cm棕色圓塑料缽、珍珠巖砂粒、Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液（不含銨態(tài)氮）。Hoagland營(yíng)養(yǎng)液成分為：5 mmol/L KNO3，1 mmol/L KH2PO4，7 mmol/L MgSO4，5 mmol/L Ca（NO3）2·4H2O，3 mmol/L Fe-EDTA，0.5 mg/L H3BO3，0.5 mg/L MnSO4，0.05 mg/L ZnSO4，0.02 mg/L CuSO4，0.01mg/L MoO3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用砂培試驗(yàn)，用塑料缽栽培，生長(zhǎng)基質(zhì)為珍珠巖砂粒（用水和稀鹽酸清洗干凈），用Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。每5 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。在當(dāng)年內(nèi)9月27日大田育苗，同年10月30日移栽，3次重復(fù)（2株/重復(fù)），每缽1株，全生育期統(tǒng)一管理，以保證植株生長(zhǎng)條件一致。苗期（次年1月13日）采樣測(cè)定。

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)氮水平：正常供氮（全氮）和缺氮

（三分之一正常供氮）處理，即分別供氮15和5 mmol/L

NO3–，缺氮處理除KNO3施用量為1.7 mmol/L、

Ca（NO3）2·4H2O施用量為1.7 mmol/L外，其他營(yíng)養(yǎng)元素用量同正常供氮處理，減量的K和Ca以K2O和CaCl2的形式補(bǔ)充。

2因素試驗(yàn)：采用基因型（6號(hào)和27號(hào)）與氮水平（正常供氮和缺氮）各2個(gè)因素處理，共4個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列開(kāi)展試驗(yàn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別測(cè)定植株地上部（莖葉）與地下部（根）鮮樣中的硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量以及亞硝酸鹽含量;測(cè)定植株干樣中全氮含量以及干物質(zhì)的量。

1.3.1 硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量測(cè)定 硝態(tài)氮與銨態(tài)氮在采樣當(dāng)天浸取。稱取植株鮮樣組織樣品0.5 g放入研缽中，加入1 mL 30%三氯乙酸（用以抑制硝酸還原酶活性）和少量石英砂（約0.5 g）研磨至勻漿，用9 mL去離子水準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移至10 mL離心管中。以4 000 r/min

的轉(zhuǎn)速離心10 min，吸取上部清亮溶液5 mL，定容至100 mL。用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的含量。樣品浸取測(cè)定重復(fù)2次。

1.3.2 亞硝酸鹽含量測(cè)定 新鮮油菜樣品用去離子水洗凈擦干;稱取1 g葉片，加飽和硼砂5 mL，再加70～80℃去離子水100 mL（含轉(zhuǎn)移用水），然后沸水浴中加熱15 min;冷卻后加入0.25 mol/L亞鐵氰化鉀4 mL和1 mol/L乙酸鋅4 mL，攪勻加入活性炭2 g;無(wú)損轉(zhuǎn)入200 mL容量瓶，去離子水定容，干過(guò)濾。吸取20 mL干過(guò)濾液于50 mL容量瓶中，加入2 mL 4 g/L

對(duì)氨基苯磺酸溶液，混勻，靜置3～5 min后加入1 mL 2 g/L鹽酸萘乙二胺溶液，加水定容，混勻，靜置15 min，在538 nm處比色。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線參照計(jì)算。

1.3.3 植株體內(nèi)全氮含量的測(cè)定 用濃硫酸混合催化劑消化，F(xiàn)OSS凱氏全自動(dòng)定氮儀測(cè)定[20]。其中，全株總氮量=全氮含量×植株干重。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2003軟件制圖，用SPSS V.13.0軟件分析數(shù)據(jù)，采用新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2個(gè)油菜品種的植株全氮差異

由表1可知：6號(hào)品種缺氮處理與全氮處理相比，全氮含量、植株干重以及全株總氮量差異均不顯著;27號(hào)品種缺氮處理與全氮處理相比，各個(gè)指標(biāo)差異也不顯著。6號(hào)品種與27號(hào)品種在缺氮水平下，植株干重差異顯著，而全氮含量與全株總氮量差異不顯著;在全氮水平下，全氮含量、植株干重以及全株總氮量均差異不顯著。缺氮處理的全氮含量均低于全氮處理;6號(hào)缺氮處理的全氮含量略高于27號(hào)缺氮處理，而6號(hào)全氮處理的全氮含量略低于27號(hào)全氮處理，但是6號(hào)品種2個(gè)施氮處理的生物量均要小于27號(hào)，且6號(hào)缺氮比27號(hào)缺氮生物量小44.22%，6號(hào)全氮比27號(hào)全氮生物量小11.33%;從全株總氮方面來(lái)看，27號(hào)品種對(duì)于氮素的吸收與利用要比6號(hào)品種強(qiáng)很多。這也就表明這2個(gè)品種在氮素吸收與利用上是存在基因型差異的，這與張亞麗等[21]研究結(jié)果一致。

2.2 地上部與地下部硝態(tài)氮與銨態(tài)氮分布情況

2.2.1 硝態(tài)氮 由表2可知：6號(hào)品種缺氮處理與全氮處理相比，地上部亞硝酸鹽含量差異顯著，地下部硝態(tài)氮含量、地上部硝態(tài)氮含量及地下部亞硝酸鹽含量均差異不顯著;27號(hào)品種缺氮處理與全氮處理相比，地上部硝態(tài)氮含量差異極顯著，地上部亞硝酸鹽含量差異顯著，而其他指標(biāo)差異不顯著。6號(hào)品種與27號(hào)品種在缺氮水平下，地上部硝態(tài)氮含量達(dá)到差異極顯著，地下部硝態(tài)氮含量與地上部亞硝酸鹽含量差異均顯著，而地下部亞硝酸鹽含量差異不顯著;在全氮水平下，僅在地下部硝態(tài)氮含量上差異顯著，而其他3個(gè)指標(biāo)差異均不顯著。植株體內(nèi)的硝態(tài)氮主要由硝酸鹽（NO3–）和亞硝酸鹽（NO2–）所組成，而其中亞硝酸鹽含量只占很小一部分。因此，硝酸鹽含量基本決定了硝態(tài)氮含量。

2.2.2 銨態(tài)氮 由表3可知：6號(hào)品種缺氮與全氮處理相比，地下部銨態(tài)氮含量達(dá)到差異極顯著，而地上部銨態(tài)氮含量差異不顯著;27號(hào)品種缺氮處理與全氮

2.3 品種間硝態(tài)氮與銨態(tài)氮差異

由圖1可知：同一品種地上部和地下部的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮分別具有極顯著差異;同一品種的地下部的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮均高于地上部（除27號(hào)全氮處理地上部與地下部銨態(tài)氮外）。6號(hào)品種全氮與缺氮處理的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮均高于27號(hào)相應(yīng)處理（除全氮處理地上部銨態(tài)氮外）。其中，6號(hào)銨態(tài)氮地上部比地下部低12.7%，硝態(tài)氮地上部比地下部低44.3%;27號(hào)銨態(tài)氮地上部比地下部高6.0%，硝態(tài)氮地上部比地下部低36.2%;并且總的硝態(tài)氮（2.0067）比銨態(tài)氮（0.5371）含量高273.6%。

品種之間銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量變化差異很明顯。6號(hào)品種體內(nèi)硝態(tài)氮含量與銨態(tài)氮含量均高于27號(hào)品種（表2、3，圖1）。這可能是因?yàn)?號(hào)品種對(duì)于氮素吸收與利用率較低，產(chǎn)生的生物量較小，從而使得體內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量較高;而27號(hào)品種吸收的硝酸鹽能夠有效的利用，產(chǎn)生更多的生物量，對(duì)應(yīng)的體內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量就較低一些。在沒(méi)有外源銨態(tài)氮供應(yīng)的前提下，6號(hào)品種地上部銨態(tài)氮比地下部低12.7%，說(shuō)明由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮在地下部處于較高的濃度水平;而27號(hào)則正好相反，轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮在地上部處于較高的水平，約高出6.0%。因此，對(duì)于不同氮素利用率基因型的油菜品種而言，體內(nèi)不同組織中由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮含量上產(chǎn)生的差異與其基因型有關(guān)。

2.4 不同硝態(tài)氮（僅有NO3-）施氮水平間硝態(tài)氮與銨態(tài)氮差異

圖2結(jié)果表明：同一氮素處理地上部和地下部銨態(tài)氮與硝態(tài)氮分別具有極顯著的差異;除全氮處理地上部與地下部銨態(tài)氮以外，同一施氮處理的地下部的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮均高于地上部。缺氮條件下整體的銨態(tài)氮低于全氮處理，而硝態(tài)氮高于全氮處理。其中缺氮處理銨態(tài)氮地上部比地下部低15.7%，硝態(tài)氮低42.1%;全氮處理對(duì)應(yīng)的銨態(tài)氮地上部比地下部高9.3%，硝態(tài)氮低39.2%。

同一品種不同硝態(tài)氮（僅有NO3–）施氮水平間硝態(tài)氮與銨態(tài)氮也存在極為明顯地差異。在缺氮狀態(tài)下由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變的銨態(tài)氮在地下部維持一個(gè)較高水平濃度，地上部含量比地下部含量約低出15.7%;而在正常供氮條件下則正好相反，轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮能夠在地上部保持較高的濃度水平，約高出9.3%。因此，對(duì)于同一品種不同施氮水平而言，體內(nèi)不同組織中由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮含量上產(chǎn)生的差異與植株的氮素利用情況有關(guān)。

試驗(yàn)中，同一處理之間地下部的硝、銨態(tài)氮含量高于地上部（圖1、2），這與王朝暉等[12]研究結(jié)果相反。產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的主要原因的可能有：本試驗(yàn)采用的都是鮮樣測(cè)定，而地下部樣品的含水量遠(yuǎn)低于地上部，因此就會(huì)導(dǎo)致相關(guān)含量的偏大;地下部的生物量遠(yuǎn)小于地上部，因此就總的硝、銨態(tài)氮量來(lái)說(shuō)地上部還是遠(yuǎn)大于地下部。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)表明，對(duì)于不同品種、不同施氮水平處理下，在不同位置樣品中的硝、銨態(tài)氮含量均產(chǎn)生了極顯著的差異，說(shuō)明植株本身利用硝、銨態(tài)氮的生理部位存在顯著差異，硝、銨態(tài)氮相互轉(zhuǎn)化所處的內(nèi)部生理環(huán)境也有所不同。在沒(méi)有銨態(tài)氮作為氮源的前提下，作物本身可以利用吸收到的硝態(tài)氮（僅NO3–）在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，而轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮含量與轉(zhuǎn)化所處的生理位置及基因型有關(guān)。植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量極顯著的高于銨態(tài)氮含量，而轉(zhuǎn)化過(guò)程中的中介產(chǎn)物（亞硝酸鹽）含量卻始終處于較低含量。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在僅有硝態(tài)氮（僅NO3–）供氮時(shí)，無(wú)論是品種間處理還是施氮水平處理，當(dāng)植株處于缺氮條件下，其地上部轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮含量就會(huì)低于地下部;而當(dāng)?shù)乩寐瘦^高時(shí)，其地上部轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮就會(huì)高于地下部。這充分說(shuō)明，植株體內(nèi)由硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮的過(guò)程中，植株體內(nèi)可利用氮素含量決定了硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的分布、含量差異以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉金鑫，田秋英，陳范駿，等. 玉米硝酸鹽累積及其在適應(yīng)持續(xù)低氮脅迫中的作用[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（3）：501-508.

[2] Crawford N M，Class A D M. Molecular and physiological aspects of nitrate uptake in plants[J]. Trends in Plant Science，1998，3（10）：389-395.

[3] Daniel-Vedele F，F(xiàn)illeur S，Caboche M. Nitrate transport： a key step in nitrate assimilation[J]. Current Opinion in Plant Biology，1998，1（3）：235-239.

[4] Williams L，Miller A. Transporters responsible for the uptake and partitioning of nitrogenous solutes[J]. Annual Review of Plant Physiology amp; Plant Molecular Biology，2001，52（6）：659-688.

[5] Miller A J，Smith S J. Cytosolic nitrate ion homeostasis， could it have a role in sensing nitrogen status[J]. Annals of Botany，2008（101）：485-489.

[6] 祖 波，祖 建. 消化動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（8）：47-50.

[7] Olday F C，Barkeer A V，Maynard D N. A physiological basis for different pattens of nitrate accumulation in two spinach cultivars[J]. Journal of the American society for Horticultural science，1976，101（3）：217-219.

[8] Djurovka M，Lazie B，Markovie V. General characters of spinach varieties suitable for industrial processing[J]. Acta Horticulturae，1988（220）：159-164.

[9] Behr U，Wiebe H J，Relation between photosynthesis and nitrate content of lettuce cultivars[J]. Scientia Horticulturae，1992（49）：175-179.

[10] 周順利，張福鎖，王興仁. 冬小麥不同營(yíng)養(yǎng)品種對(duì)氮反映吸收與土壤硝酸鹽耗竭的研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（6）：667-672.

[11] Cantiliffe D J. Nitrate accumulation in spinach growth at different temperatures[J]. Journal of the american society for horticultural science，1972（97）：674-676.

[12] 王朝輝，李生秀. 蔬菜不同器官的硝態(tài)氮與水分、全氮、全磷的關(guān)系[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1996（22）：144-152.

[13] Chen W，Luo J K，Shen Q R. Effect of NH4+-N/NO3--N ratios on growth and some physiological parameters of Chinese cabbage cultivars[J]. Pedosphere，2005，15（3）：310-318.

[14] 沈其榮，湯 利，徐陽(yáng)春. 植物液泡中硝酸鹽行為的研究概況[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2003，40（3）：465-470.

[15] 曹巖坡，高志奎，何俊萍，等. 外源水楊酸對(duì)韭菜硝酸鹽累積及還原同化的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2009，36（3）：415-420.

[16] 董 燕，王正銀，丁華平. 平衡施肥對(duì)生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，26（6）：740-744.

[17] 王德漢，彭俊杰，林輝東. 木質(zhì)素磺胺鹽對(duì)尿素氮轉(zhuǎn)化與蔬菜硝酸鹽積累的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2003，24（5）：141-145.

[18] 朱祝軍，蔣有條. 不同形態(tài)氮素對(duì)不結(jié)球白菜生長(zhǎng)和硝酸鹽累積影響[J]. 植株生理學(xué)通訊，1994，30（3）：191-201.

[19] 劉 忠，王朝輝，李生秀. 硝態(tài)氮難以在菠菜葉柄中還原的原因初探[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（11）：2294-2299.

[20] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析（第3版）[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[21] 張亞麗，董圓圓，沈其榮，等. 不同水稻品種對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮吸收特性的研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2004，46（6）：918-923.

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（責(zé)任編輯：夏亞男）