贾志航，宋庆科，黄怀成，魏猛，赵林，张婷
(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏徐州 221131)
氮素是植物生长过程中最重要的元素之一。植物叶片叶绿素中的氮含量占比达到75%[1]，光合速率、光反应、暗反应及主要反应酶活性(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、1,7-二磷酸景天庚酮糖酯酶等)均能被氮素形态和浓度调节[2]。光合作用是植物碳素固定和同化的主要途径，果树树体干物质的90%～95%都来自碳素同化物[3]。植物的碳同化与氮同化过程高度互作、相互制约，碳同化为氮素吸收同化提供有机碳和能量，氮同化产生的酶蛋白参与催化光合作用一系列电子传递过程[4]。过高的氮素浓度会影响植株体内碳氮同化过程，不利于树体健康生长[5,6]。
草莓生产过程中，氮肥施用过量的现象普遍存在[7]，不仅增加了种植成本，降低了果实品质，还带来了土壤酸化[8]、环境污染[9]等问题。关于硝态氮对草莓碳氮同化影响的研究已有很多报道。陈昆等[10]指出，在NO3-离子浓度0～15 mmol·L-1范围内，叶片叶绿素含量及光合速率随NO3-离子浓度的升高而上升。韩宇睿等[11]研究发现，高浓度NO3-胁迫下，硝态氮、铵态氮在草莓体内大量累积，反馈抑制硝酸还原酶(NR)活性，叶绿体谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性降低，同化力烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、三磷酸腺苷(ATP)形成受阻，正常碳氮代谢受阻。
硝酸铵(NH4NO3)既含有铵态氮(NH4+)又含有硝态氮(NO3-)，可以称作混态氮素肥或双态氮素肥。笔者以硝酸铵为氮源营养液，研究了施用不同浓度氮源肥对草莓生长发育的影响，为草莓合理施用氮肥提供理论依据。
1 材料与方法1.1 试验材料试验在江苏徐淮地区徐州农业科学研究所铜山试验站进行。试验材料为塑料膜钵的草莓圣诞红品种。2021年3月上旬栽植，匍匐茎苗长势一致，无病虫害，株高约5 cm。盆内基质为蛭石和珍珠岩(1∶1)。盆上口径12 cm、下口径10.5 cm，高12 cm，塑料纱布垫底。硝酸铵为分析纯级，西陇化工生产。
1.2 试验设计与方法试验设4个浓度的硝酸铵氮肥营养液处理：N1-5 mmol·L-1、N2-15 mmol·L-1、N3-25 mmol·L-1，以N0-0 mmol·L-1(不加NH4NO3)为对照。每处理3盆，重复3次，共36盆。用蒸馏水缓苗，7 d后，加入对应浓度的营养液，每5 d 1次，每次250 mL。
2021年4月上旬，用改良的山崎草莓专用配方营养液再处理草莓植株。大量元素肥为40 mg/L NH4NO3、217.5 mg/L K2SO4、68 mg/L KH2PO4；中微量元素肥为111 mg/L Cacl2、123 mg/L MgSO4·7H2O、2.68 mg/L H3BO3、2.13 mg/L MnSO4·4H2O、0.22 mg/L ZnSO4·7H2O、0.08 mg/L CuSO4·5H2O、0.02 mg/L (NH4)6Mo7O24·4H2O、30 mg/L 乙二胺四乙酸铁(Ⅲ)钠(EDTA-NaFe)。
1.3 指标测定5月20日进行草莓植株地上部形态指标和光合性能指标测定：①净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)。选取每株幼苗的功能叶片(从心叶向外数第3片叶)于上午10∶00～11∶00，利用LI-6400XT便携式光合测定系统(LI-COR, USA)测定。②株高，用直尺测量基质表面到大多数叶片的自然高度；③茎粗。用游标卡尺测量距根部1 cm处。④叶柄长、叶面积。选取草莓功能叶(取心叶向外第 2 片展平的功能叶，用直尺测量叶柄长、三出复叶中间叶片的长和宽。叶面积=长×宽×0.73。⑤生物量。以上指标测定后，草莓整株取出，根部用清水反复冲洗干净，用吸水纸吸干水分，从根茎处切分开，用电子天平分别称量地上部和根系鲜重。⑥叶绿素含量。参照李合生[12]的方法，采用80%丙酮提取法测定。⑦根系和叶片的硝酸还原酶(NR)活性。使用硝酸还原酶活性检测试剂盒(Solarbio公司生产，货号BC0080)依照说明书测定。⑧根系活力。参照赵世杰[13]的方法，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定。
1.4 数据处理使用 Excel和SPSS 19.0软件对数据进行整理和分析，采用LSD 法进行差异显着性比较。
2 结果与分析2.1 不同供氮水平对草莓生长量和根系活力的影响如表1，不同供氮水平对草莓的生长量的影响不同。草莓株高、茎粗、叶柄长、叶面积、叶片数、生物量及根系鲜重，在0、5、15、25 mmol·L-14个供氮水平下，随供氮水平的提高均呈先升后降趋势。N2处理时各指标均达最高值，且显着高于其它处理，草莓长势最好。当供氮水平由N2升至N3时，各处理的植株的各形态指标均呈显着下降趋势。
表1 不同供氮水平对草莓生长发育及生物量的影响
根系活力的高低直接影响植物对矿质元素的吸收和地上部的生长。由图1可以看出，供氮水平不同，根系活力不同。其中N2处理显着高于N0、N1、N3处理，比N0处理提高了21.73%。而N0、N1、N3处理间差异不显着。
图1 不同供氮水平对草莓幼苗根系活力的影响
2.2 不同供氮水平对草莓光合性能的影响由表2可看出，在不同供氮水平的草莓苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)均不同。在4个供氮水平0、5、15、25 mmol·L-1下，随供氮水平的提高呈先升后降趋势。N2处理时(除Gs不是最高但与其他处理无显着差异外)各指标均显着高于其它处理。当供氮水平由N2升至N3时，各处理植株的这些光合性能指标均呈显着下降趋势。
表2 不同供氮水平下草莓光合性能参数的变化
2.3 不同供氮水平对草莓叶片色素含量的影响由表3可见，在4个供氮水平0、5、15、25 mmol·L-1下，草莓叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的含量，随供氮水平的提高均呈先升后降趋势。N2处理时各指标均达最高值，叶绿素a显着高于处理N3、N0，叶绿素b显着高于处理N0，类胡萝卜素显着高于处理N1、N3、N0。
表3 不同供氮水平对草莓叶片色素含量的影响
2.4 不同供氮水平对草莓硝酸还原酶活性的影响如图2所示，在根系和叶片中，N0对照处理下，硝酸还原酶(NR)活性均最低，由N0～N2处理(0～15 mmol·L-1)间，NR活性随供氮水平的提高而升高，N2处理最高，叶片和根系的NR活性分别为5.43、2.69 μ·g-1FW，相比于对照处理提高了362.8%、364.1%；氮素供应水平达N3为25mmol·L-1时，根系和叶片NR活性较N2处理显着降低。草莓叶片中NR活性明显高于根系，达0.65～1.0倍，可见NO3-的还原主要发生在叶片中。
图2 不同供氮水平对草莓叶片、根系硝酸还原酶活性的影响
3 小结与讨论供氮水平影响草莓植株的生长发育。王学林等[14]认为，土壤氮含量80～120 mg·kg-1时不同生长时期草莓光合色素、最大光合速率、硝酸还原酶(NR)活性和可溶性蛋白质含量高。本研究表明，混态氮素肥总氮含量为15 mmol·L-1时，草莓生物量、净光合速率、叶绿色含量及硝酸还原酶NR活性均最高，25 mmol·L-1时，这些指标显着减低，草莓生长被明显抑制。陈昆等[10]以不同浓度硝态氮作为氮源，发现草莓生长发育的最佳浓度亦为15 mmol·L-1。庞夫花等[15]通过分析不同离子态氮素肥对宁玉草莓生长的影响后指出，总氮浓度为7 mmol·L-1时，单独施用硝态氮和铵态氮氮源的草莓株高、茎粗、根系生长状况较施用混合态氮源的草莓的差，植株发育缓慢。可见，草莓对不同离子态的氮素肥吸收利用能力有较大差异。
硝酸还原酶(NR)是同化NO3-的第一步，也是NO3-代谢的关键限速酶[16]，NR的合成及酶活性受NO3-供应、光照、碳水化合物的调控[17]。据报道，硝酸根在转录水平可诱导NO3-的吸收和氮代谢相关基因的表达，而其代谢产物铵、谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)对NR转录有负调控作用[18]。因此，过强的NO3-同化反应会反馈抑制NR活性。
光合作用是碳同化的主要途径，氮素通过叶绿素对光合作用产生影响，叶片含氮量与叶绿素含量呈正相关[19]。本试验中，0～15 mmol·L-1氮素范围内，氮素供应的增加显着提高了叶绿素a、类胡萝卜素含量及叶片净光合速率，25 mmol·L-1时叶片净光合速率、气孔导度、叶绿素含量均显着降低，表明此时的光合速率限制因素为气孔因素，进而影响氮素的吸收与分配。韩宇睿等[11]发现,当培养介质中氮素浓度为64 mmol·L-1时，光合速率限制因素仍是气孔因素，但氮浓度达到160 mmol·L-1时净光合速率限制因素变为非气孔因素。可见，高浓度氮素的渗透压胁迫引起植株生理性干旱，是草莓高氮胁迫初期光合作用下降的主要原因，而过高的氮素水平可能会直接破坏草莓光合机构或抑制暗反应的酶活性[20]。
