供氮形態(tài)及水分條件下水稻幼苗吸收氮素的研究

供氮形態(tài)及水分條件下水稻幼苗吸收氮素的研究

氮是植物生長發(fā)育不可或缺的養(yǎng)分，是植物體內許多重要有機化合物的成分。氮素主要以NO3--N和NH4+-N2種形態(tài)被植物吸收,并參與植物體內各種代謝過程。研究表明,水稻具有一定的抗旱性,并且這種抗旱性與其氮素營養(yǎng)有關,但目前的研究較多集中在優(yōu)化施氮水平上,而利用供氮形態(tài)調控水稻抗旱性尚少見報道。一般認為,水稻是喜銨植物,并且其對銨態(tài)氮的吸收多于硝態(tài)氮。但是,近幾年大量的試驗結果顯示,單一的NH4+-N或NO3--N營養(yǎng)均會引起水稻生物量積累的減少,同時供應兩種形態(tài)氮素比供應單一形態(tài)氮素更能促進植物生長,并更好地調節(jié)植物水分關系,當NH4+-N/NO3--N比例為50/50和75/25時,水稻表現(xiàn)出最佳的生物效應。在水分脅迫條件下,全NO3--N營養(yǎng)水稻植株的含氮量呈下降趨勢,而水分脅迫對全NH4+-N營養(yǎng)水稻植株的含氮量影響不大。隨著水稻節(jié)水灌溉和水稻旱作技術的興起,對水稻氮素形態(tài)營養(yǎng)特性和水稻水分生理的研究越來越受到重視。然而,目前對于不同供氮形態(tài)和水分脅迫雙因素耦合作用對水稻吸收氮素營養(yǎng)的影響仍缺乏了解。因此,本試驗擬通過研究供氮形態(tài)和水分脅迫耦合作用下苗期水稻氮素消耗、植株體內氮素含量及氮素利用效率的變化動態(tài),探討供氮形態(tài)在調控旱作水稻氮素營養(yǎng)方面的作用。1材料和方法1.1種水勢梯度so4及幼苗生長nh4供試水稻(OryzasativaL.)品種為金優(yōu)402。營養(yǎng)液采用國際水稻研究所(IRRI)的常規(guī)營養(yǎng)液配方,并略做改進。試驗設6個處理:供氮形態(tài)為40mg/LNH4+-N[(NH4)2SO4],40mg/LNO3--N(Ca(NO3)2)和20mg/LNH4+-N+20mg/LNO3--N[(NH4)2SO4和(Ca(NO3)2)3種;2個水分水平為,①非水分脅迫,分別以NO3-,NH4+和NO3--NH4+表示;②水分脅迫,PEG6000(化學純)濃度為5%(水勢約相當于-0.05MPa),分別以NO3-+PEG,NH4++PEG和NO3--NH4++PEG表示。此外,添加Na2SiO3以保持營養(yǎng)液中的SiO2濃度為0.2mmol/L,添加1mg/L的雙氰胺以抑制硝化作用。水稻種子先經55℃水浸泡15min后,用清水浸種。24h后,置于清潔濕紗布上,在32℃條件下于人工氣候箱內催芽2d,再用砂培法于溫室內育苗,培養(yǎng)溫度為,白天30℃,夜晚27℃。培養(yǎng)至一葉一心期,挑選生長一致的幼苗,移栽至打好孔的PVC板上,用海綿固定后,進行營養(yǎng)液培養(yǎng)。每天更換1次營養(yǎng)液,調節(jié)營養(yǎng)液pH至(5.0±0.05)。待水稻幼苗生長至三葉一心(苗齡25d)時進行水分脅迫處理,持續(xù)處理5d,然后解除脅迫(營養(yǎng)液更換為非水分脅迫營養(yǎng)液)繼續(xù)培養(yǎng)5d。所有處理均重復3次,每個重復定苗24株。在水分脅迫處理前1d進行取樣測定,連續(xù)取樣測定11d。每次采樣每個處理隨機取3個重復。1.2測量項目1.2.1nh4+-n藍比色法和no3--n紫外可見分光光度法的濃度測定每天8:00-9:00點換營養(yǎng)液時稱量并采集營養(yǎng)液(30mL),測定其中的NH4+-N(靛酚藍比色法)和NO3--N(紫外可見分光光度法)的濃度。根據NH4+-N和NO3--N濃度的變化,計算水稻對氮素(純氮)的消耗量。1.2.2方法1:土壤中雙酰甲基苯磺酸鈉背景參照魯如坤方法略作改進。取新鮮水稻植株,稱重后剪碎,于研缽中加水研磨,移至干燥的三角燒瓶中,加水定容至20mL,振蕩1~3min,放置澄清后,取上清液2mL,注入20mL刻度試管,加入1mLpH5.0檸檬酸緩沖液,搖勻,加入1mL水合茚三酮乙醇溶液,充分搖勻,置于溫水浴中,在80℃下保持30min取出冷卻,用pH5.0檸檬酸緩沖液稀釋至10mL搖勻,再轉入比色管與系列標準色階比較定量。1.2.3光密度測定方法取新鮮水稻植株,稱重后剪碎,于研缽中加少量蒸餾水研磨,移至干燥的三角燒瓶中,加入蒸餾水20mL,振蕩1~3min,放置澄清后,取上清液2mL,加入冰醋酸溶液18mL,再加0.4g混合粉劑,劇烈搖動1min,靜置10min,將容量瓶中懸濁液過量地傾入離心管中,使部分流出管外,白色粉末即可去除。離心5min(4000r/min),取清液以分光光度計于520nm處測定光密度值。從工作曲線中查得組織提取液所含硝態(tài)氮含量。2結果與分析2.1水分脅迫對水稻養(yǎng)分的影響在營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下,一般以營養(yǎng)液中養(yǎng)分含量的變化來表征植物對養(yǎng)分的消耗量(即營養(yǎng)液的初始氮素含量-營養(yǎng)液的剩余氮素含量)。表1顯示,在非水分脅迫條件下,3種不同氮素形態(tài)處理之間的氮素消耗量(NH4+-N和NO3--N折合為純氮的量)差異顯著(p<0.05),3種氮素形態(tài)處理的平均日氮素消耗量分別達到營養(yǎng)液中初始氮素含量的45.93%,41.70%和81.63%。在植株生長過程中,雖然全NH4+-N營養(yǎng)和全NO3--N營養(yǎng)的植株日氮素消耗量變化均較小,但是,全NO3--N營養(yǎng)植株的平均日氮素消耗量仍比全NH4+-N營養(yǎng)植株的增加77.74%。顯然,在單一的供氮形態(tài)處理中,水稻吸收NO3--N比吸收NH4+-N的量要多。雖然NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)水稻植株的日氮素消耗量之間波動較大,但仍可發(fā)現(xiàn)該處理的水稻是以吸收NO3--N為主的。在水分脅迫條件下,脅迫第1天后,全NH4+-N營養(yǎng)植株的氮素消耗量比脅迫前增加了37.32%,NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)植株的氮素消耗量比脅迫前下降了29.62%,全NO3--N營養(yǎng)植株的氮素消耗量比脅迫前下降了5.92%。全NH4+-N營養(yǎng)植株的氮素消耗量從脅迫第2天開始下降到脅迫前1天的水平,并且在以后的8d時間內,氮素消耗量的日變化均維持在一個較小的水平(表1),即在這8d的生長期間,全NH4+-N營養(yǎng)植株的氮素日消耗量幾乎是恒定的,解除水分脅迫并沒有明顯地增加氮素的消耗量。然而,NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)植株的氮素消耗量則從水分脅迫第2天開始迅速增加,脅迫第2天和第3天分別比脅迫第1天增加了31.75%和102.23%,表明NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)處理可以減輕水分脅迫對水稻氮素吸收的影響。水分脅迫解除后,NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)植株的氮素消耗量急速下降,比1d前降低了55.27%。全NO3--N營養(yǎng)植株的氮素消耗量從水分脅迫第3天開始小幅增加,直到試驗結束。由此可見,在水分脅迫條件下,同時供應NH4+-N和NO3--N促進水稻對氮素的消耗;在非水分脅迫(或水分脅迫解除)條件下,全NO3--N營養(yǎng)處理促進水稻對氮素的消耗。在試驗期間,NH4++PEG處理植株的氮素消耗量除了在脅迫第1天增加外,其余時間均與NH4+處理近似,說明水分脅迫對全NH4+-N營養(yǎng)植株氮素消耗量的影響不明顯。2.2水分脅迫對水稻養(yǎng)分含量的影響因取樣測定時間間隔為1d,故本研究以植株中的NO3--N和NH4+-N含量表示水稻的氮素含量(NH4+-N和NO3--N折合為純氮的量)。從表2可以看出,無論是在非水分脅迫條件下,還是在水分脅迫條件下,不同氮素形態(tài)營養(yǎng)水稻植株的氮素含量變化動態(tài)幾乎是一致的,都是呈先升后降再升的變化規(guī)律,并且同時在第5天(脅迫第4天)和第8天(解除脅迫后1d)出現(xiàn)了峰值,水稻氮含量由高到低的順序依次是:全NH4+-N營養(yǎng)處理、NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)處理、全NO3--N營養(yǎng)處理。水分脅迫對單供NH4+-N營養(yǎng)水稻氮素含量沒有明顯影響,但對單供NO3--N營養(yǎng)水稻的影響較復雜:在實施水分脅迫的前3d,NO3-+PEG營養(yǎng)水稻的N含量與NO3-營養(yǎng)水稻的N含量無顯著差異,但在脅迫第4天,NO3-+PEG營養(yǎng)水稻的N含量突然增大,達到NO3-營養(yǎng)水稻的4.9倍;此后,又急劇下降到NO3-營養(yǎng)水稻的水平;水分脅迫解除的當天,再次增大到NO3-營養(yǎng)水稻的1.78倍;然后又下降到接近NO3-營養(yǎng)水稻的水平。NO3-+PEG營養(yǎng)水稻的N含量與NO3--NH4++PEG營養(yǎng)水稻的N含量在多數取樣時間均高于NO3--NH4+營養(yǎng)水稻的N含量,增加幅度在13.40%~177.58%,并且在試驗的最后1天(水分脅迫解除后5d)仍比后者高56.15%,表明在水分脅迫條件下,同時供應NH4+-N和NO3--N有利于水稻氮素的積累。2.3水分脅迫對全no3--n營養(yǎng)水稻的氮素利用率的影響表3顯示,在非水分脅迫條件下,NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)水稻的氮素利用效率(植株干質量和氮素消耗量的比值)在3種供氮形態(tài)營養(yǎng)處理中是最高的(第1天和第7天除外)。無論是非水分脅迫,還是水分脅迫條件下,全NO3--N營養(yǎng)水稻的氮素利用效率都是最低的。水分脅迫對單供NH4+-N營養(yǎng)水稻的氮素利用效率總體上沒有明顯的影響,但水分脅迫明顯降低單供NO3--N營養(yǎng)水稻的氮素利用率。水分脅迫同樣降低NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)水稻的氮素利用率,然而,當水分脅迫解除后,NO3--NH4++PEG處理的氮素利用效率則迅速提高并超過NO3--NH4+處理的水平,最高可達后者的2倍多(如在水分脅迫解除后第2,3和4天)。說明在水分脅迫-復水的水分變動條件下,同時供應NH4+-N和NO3--N可以顯著提高水稻的氮素利用效率。3水分脅迫對全no3-n營養(yǎng)水稻生長和氮素利用率的影響近年來的研究表明,植物生長在NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)中能夠表現(xiàn)出最佳的生物學效應。在本研究的非水分脅迫處理中,NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)水稻的苗期生物量明顯大于單一供NH4+-N和NO3--N營養(yǎng)的水稻生物量。說明水稻不僅能夠吸收利用NO3--N,而且在NH4+-N和NO3--N混合營養(yǎng)中,可以通過2種不同形態(tài)氮素的相互作用,而促進NH4+-N的吸收(一般認為是由于NO3--N的存在而刺激了NH4+-N的吸收)。由此可見,水稻雖然是喜銨植物,但苗期必須供應適量的NO3--N,以促進根系的生長。NO3--N可以在作物體內大量存在而不像NH4+-N積累容易造成作物傷害。同時,NO3--N在體內的迅速積累可以使作物體內滲透勢很快下降而較好地適應水分脅迫環(huán)境。因而,適當增加NO3--N的供應比例,可有效地清除作物在水分脅迫下的生長障礙。在水分脅迫條件下,水稻對NH4+-N和NO3--N營養(yǎng)的響應不同于非水分脅迫條件。錢曉晴等對模擬水分脅迫條件下水稻氮素營養(yǎng)特征的研究認為,當NH4+-N/NO3--N比例為50/50時,植株生長最好。本試驗也有類似的結果。關于在水分脅迫和供氮形態(tài)耦合作用下,水稻對氮素的吸收情況,國內外尚少見報道。水稻植株氮素含量表征了水稻的氮素生理利用效率。在本試驗中,在非水分脅迫條件下,全NO3--N營養(yǎng)水稻比全NH4+-N營養(yǎng)水稻的氮素消耗多。在水分脅迫條件下,同時供應NH4+-N和NO3--N顯著促進水稻對氮素的消耗,增加水稻的氮素積累。水分脅迫后復水,同時供應NH4+-N和NO3--N顯著提高水稻的氮素利用率。而水分脅迫對全NH4+-N營養(yǎng)水稻植株的含氮量沒有顯著的影響,這與周毅等的結果較為一致。說明NH4+-N和NO3--N配比既有利于保證一定的生物量,又有利于維持水稻較高的氮素利用率。水分脅迫對全NH4+-N營養(yǎng)水稻的氮素利用率沒有明顯的影響,但明顯降低全NO3--N營養(yǎng)水稻的氮素利用率。無論是非水分脅迫,還是水分脅迫條件下,全NO3--N營養(yǎng)水稻的氮素利用率均為最低。在本試驗的2種水分條件下,完全銨態(tài)氮處理的植株氮素消耗量在試驗期間幾乎沒發(fā)生變化,植株體內的氮素含