不同氮素形態(tài)配比對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

崔云浩，劉俊清，張 帆，王軍娥，王艷芳，石 玉

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷 030801；2.晉中市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，山西榆次 030600)

氮素在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)形成過(guò)程中均起到至關(guān)重要的作用，被譽(yù)為“生命元素”，不僅參與植物體內(nèi)氨基酸、核酸、磷脂、輔酶、葉綠素等多種功能物質(zhì)的合成，而且也是植物進(jìn)行光合作用的重要營(yíng)養(yǎng)因子之一，氮素通過(guò)提高植物葉片中的葉綠素含量、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(Rubisco)含量以及光能分配和氣孔運(yùn)動(dòng)等直接或間接地影響光合速率，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，因此，植株對(duì)于氮素的需求遠(yuǎn)高于其他元素[1]。

辣椒(CapsicumannumL.)作為經(jīng)濟(jì)效益較高的蔬菜作物，在我國(guó)各地區(qū)廣泛種植。辣椒喜肥，耐肥能力強(qiáng)，整個(gè)生長(zhǎng)期離不開氮肥[15-16]，近年來(lái)，生產(chǎn)者為了追求蔬菜高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益的最大化，采取“大水大肥”的管理措施，且在肥料施用過(guò)程中盲目施用氮肥，尤其是單一形態(tài)氮肥的施用，導(dǎo)致土壤氮營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)，嚴(yán)重影響了作物的生長(zhǎng)發(fā)育，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。本研究通過(guò)探究不同氮素配比對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)、光合參數(shù)、膜脂過(guò)氧化及抗氧化酶活性的影響，以期為培育優(yōu)質(zhì)辣椒幼苗提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料與方法

本試驗(yàn)于2020年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站進(jìn)行。辣椒嫁接苗3964紅纓槍由山東偉麗種苗有限公司提供，其中3964為接穗，紅纓槍為砧木。待辣椒幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗作為試材，將辣椒幼苗根系洗凈，移入裝有10 L營(yíng)養(yǎng)液(1/4日本山崎辣椒配方營(yíng)養(yǎng)液)的塑料水培槽中進(jìn)行水培。緩苗1周后在山崎配方營(yíng)養(yǎng)液總氮濃度為9.84 mmol/L的基礎(chǔ)上略作改動(dòng)進(jìn)行不同濃度硝銨配比的營(yíng)養(yǎng)液處理，每組處理設(shè)置3次重復(fù)；在辣椒的水培過(guò)程中每4 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，每天調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH值(6.00±0.20)，增氧泵間歇通氣，每隔1 h通氣0.5 h時(shí)；處理2周后取樣，用于各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。其中試驗(yàn)處理按以下硝銨濃度比進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液處理：T1為硝態(tài)氮濃度 ∶銨態(tài)氮濃度(100 ∶0)=9.84 mmol/L ∶0.00 mmol/L；T2為硝態(tài)氮濃度 ∶銨態(tài)氮濃度(75 ∶25)=7.38 mmol/L ∶2.46 mmol/L；T3為硝態(tài)氮濃度 ∶銨態(tài)氮濃度(50 ∶50)=4.92 mmol/L ∶4.92 mmol/L；T4為硝態(tài)氮濃度 ∶銨態(tài)氮濃度(25 ∶75)=2.46 mmol/L ∶7.38 mmol/L。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 生物量測(cè)定 將選取的植株幼苗充分洗凈并吸干表面水分，將樣品裝入紙袋并做好標(biāo)記，于烘箱中105 ℃殺青15 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量后分別測(cè)其干質(zhì)量。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.2 生理指標(biāo)測(cè)定 葉綠素含量采用乙醇提取法[17]測(cè)定；硝態(tài)氮含量采用水楊酸-硫酸比色法[18]測(cè)定；MDA含量用硫代巴比妥酸法[19]測(cè)定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法[20]測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[20]測(cè)定；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸光光度法[20]測(cè)定。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.3 光合參數(shù)的測(cè)定 采用美國(guó)LI-6400便攜式光合儀，于09：00—11：00進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)定。當(dāng)凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)的值穩(wěn)定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并計(jì)算水分利用效率(WUE)=Pn/Tr、氣孔限制值(Ls)=1-Ci/Ca，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.4 礦質(zhì)元素含量的測(cè)定 稱取0.2 g辣椒葉片與根系干樣，采用H2SO4-H2O2進(jìn)行消煮，采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰分光光度法分別測(cè)定辣椒植株體內(nèi)大量元素(氮、磷、鉀、鈣、鎂)與微量元素(鐵、錳、鋅)含量。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較(α=0.05)，用Microsoft Excel 2019與GraphPad Prism 8對(duì)數(shù)據(jù)作圖，圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗生物量的影響

2.2 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗葉綠素含量的影響

表1 不同硝銨比對(duì)辣椒葉綠素含量的影響

2.3 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗光合參數(shù)的影響

2.4 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗硝態(tài)氮含量的影響

2.5 不同硝銨比對(duì)辣椒幼苗丙二醛含量的影響

2.6 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗抗氧化酶活性的影響

2.7 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗礦質(zhì)元素含量的影響

表2 不同硝銨比對(duì)辣椒幼苗的抗氧化酶活性的影響

表3 不同硝酸比對(duì)辣椒幼苗礦質(zhì)元素含量的影響

2.8 氮素形態(tài)不同配比對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及生理指標(biāo)影響的綜合評(píng)價(jià)

以生長(zhǎng)指標(biāo)為鑒定指標(biāo)對(duì)不同硝銨配比水培的辣椒幼苗進(jìn)行隸屬函數(shù)分析。由表4可知，辣椒生長(zhǎng)狀況平均隸屬函數(shù)值表現(xiàn)為T3>T2>T1>T4，由此可見，辣椒幼苗生長(zhǎng)狀況隨著營(yíng)養(yǎng)液中銨態(tài)氮含量增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中T3處理辣椒幼苗的生長(zhǎng)狀況最佳。以生理指標(biāo)為鑒定指標(biāo)對(duì)不同硝銨配比辣椒幼苗進(jìn)行隸屬函數(shù)分析。由表5可知，辣椒生理指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1。綜上所述，以生長(zhǎng)及生理指標(biāo)為評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值對(duì)各處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)可知，T3處理時(shí)辣椒幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育及生理狀況最佳(表6)。

3 討論與結(jié)論

表4 不同硝銨比對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)影響的綜合評(píng)價(jià)

表5 不同硝銨比對(duì)辣椒幼苗生理指標(biāo)影響的綜合評(píng)價(jià)

表6 不同硝銨比對(duì)辣椒幼苗影響的綜合評(píng)價(jià)

葉綠素是綠色植物葉綠體中的主要色素，其含量是影響植株光合速率與產(chǎn)物積累的關(guān)鍵因素之一[27]。硝態(tài)氮與銨態(tài)氮在植物的葉綠素合成及光合作用過(guò)程中都起到非常重要的作用[28]。氮素是葉綠素分子的重要構(gòu)成要素，植物吸收的氮約有50%被分配到光合器官中用來(lái)合成葉綠素a和葉綠素b等葉綠素分子[29]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，合理范圍內(nèi)增施銨態(tài)氮肥，辣椒幼苗的光合色素含量和凈光合速率均顯著提高，有研究指出，銨硝等量供應(yīng)時(shí)植物能夠積累較多的葉綠素[30-31]，因?yàn)檫m量增銨不僅會(huì)改善根際土壤pH值，促進(jìn)植物根系對(duì)金屬陽(yáng)離子的吸收，還會(huì)提高5-氨基乙酰丙酸的含量，促進(jìn)光合色素合成，同時(shí)適量增銨可以促進(jìn)葉片生長(zhǎng)，增大葉面積提高植株光能捕捉能力，提高葉片氣孔導(dǎo)度，促進(jìn)植株與外界進(jìn)行氣體交換，提高植株光合效率[32]。胡海非等研究發(fā)現(xiàn)，油麥菜硝態(tài)氮處理對(duì)于葉綠素相對(duì)含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響明顯高于銨態(tài)氮處理[33]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中硝態(tài)氮含量較高時(shí)辣椒葉片中葉綠素含量與光合參數(shù)顯著高于銨態(tài)氮含量高的狀態(tài)，而這一現(xiàn)象則與植株對(duì)2種形態(tài)氮素的吸收與代謝方式不同相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮以主動(dòng)吸收為主，除植物生長(zhǎng)所需的氮素外，過(guò)量的硝態(tài)氮進(jìn)入生物膜并儲(chǔ)存于植物液泡中，促進(jìn)植株體內(nèi)的離子平衡與光合同化物積累，同時(shí)也不會(huì)對(duì)植株體內(nèi)其他的生理代謝活動(dòng)產(chǎn)生不良影響；而銨態(tài)氮以被動(dòng)吸收為主，擴(kuò)散進(jìn)入生物膜并破壞膜結(jié)構(gòu)，減弱氧化磷酸化反應(yīng)，使光合磷酸化和非光合磷酸化解偶聯(lián)，導(dǎo)致生成的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)數(shù)量減少，從而抑制CO2對(duì)碳的固定，降低植物的光合速率[2，34-35]。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中銨硝比大于1時(shí)，辣椒葉片中葉綠素含量及光合速率降低，該結(jié)果與張國(guó)斌等的研究結(jié)果[17]一致。植株根際環(huán)境中銨態(tài)氮含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致銨離子在植株體內(nèi)聚集，破壞類囊體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉片中類囊體系統(tǒng)松散，類囊體聚集程度變低，阻礙質(zhì)子與碳水化合物形成，進(jìn)而阻礙光合色素的形成與光合進(jìn)程[36]。

綜上所述，適量硝銨配比可以促進(jìn)辣椒葉綠素合成，提高葉片光合同化能力，促進(jìn)辣椒幼苗的干物質(zhì)積累，另外，適量的硝銨配比能夠顯著提高植株抗氧化酶活性，降低膜脂過(guò)氧化，提高植株抗性，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育。其中當(dāng)硝銨比為50 ∶50時(shí)，對(duì)辣椒幼苗的促進(jìn)作用最為顯著。