盐胁迫下氮素形态对海滨木槿幼苗生长及生理特性的影响

芦治国，华建峰，殷云龙，施 钦

(江苏省中国科学院植物研究所，江苏 南京 210014)

我国盐碱地总面积达9.913×107hm2且在不断扩大，严重影响了我国农林业生产[1]。植物的生长和发育在盐碱地上通常会被抑制，导致产量降低。开发和利用盐渍化土壤已经成为我国农林业发展中十分迫切的任务。对植物盐害和耐盐机理的研究表明，通过人工手段调控植物的耐盐生理从而增强植物的耐盐性，是未来开发利用盐碱地的重要任务之一[2]。氮素是植物生长发育过程中不可或缺的营养元素，参与生物合成氨基酸、蛋白质及其他含氮有机物。植物吸收和利用的无机氮素主要是铵态氮和硝态氮两种形态，不同植物氮源的选择性吸收不同，直接影响植物生长和代谢。研究显示(NH4)2SO4处理比NH4NO3、Ca(NO3)2处理的水稻(Oryzasativa)植株产量和氮含量较高[3]。氮素形态对植物生长的影响不仅与植物自身的生物学特性相关，也与外界的环境状况有关，如土壤pH和盐分等。盐肥耦合效应可以在一定程度上缓解盐胁迫的抑制作用，通过增加氮素可以提高盐碱地菊芋(Helianthustuberosus)光化学效率，缓解渗透胁迫伤害[4]。Nathawat等[5]的研究表明，与铵态氮相比，硝态氮显著提高了芥菜(Brassicajuncea)的耐盐性，其生物量累计更明显。Sehar等[6]研究发现供应铵态氮会增加小麦(Triticumaestivum)在盐胁迫下的生物量，提高其抗渗透胁迫能力。已有研究多集中于氮素对盐胁迫下植物生长表现的影响，且研究对象偏向于农作物如大豆(Glycinemax)、水稻和油菜(Brassicarapavar.oleifera)等[7-9]，而关于氮素形态对于不同程度盐胁迫下沿海绿化树种生长影响的报道较少。

海滨木槿(Hibiscushamabo)为锦葵科(Malvaceae)木槿属落叶小乔木，原产朝鲜、日本和我国浙江舟山群岛及福建沿海岛屿。海滨木槿作为典型的盐生植物，根系发达且抗风力强，能在含盐量(质量分数)<1.5%的滩涂泥土中正常生长，是华东沿海地区海岸防风林中重要的树种。近年来，海滨木槿的研究主要集中在引种驯化、播种育苗和单一逆境胁迫等方面[10-13]，尚未开展盐胁迫下不同形态氮素对海滨木槿生长及光合能力影响的研究，海滨木槿在盐胁迫下对氮素形态响应涉及的生长及生理特性方面的差异也未知。因此，本试验选择2年生海滨木槿，研究不同程度盐胁迫下氮素形态对海滨木槿光合能力和生物量等指标的影响，探讨氮素营养供应下海滨木槿的耐盐性机制，为进一步提高盐碱地海滨木槿绿化应用技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地及试验设计

试验地位于江苏省中国科学院植物研究所南京八卦洲苗圃(118°49′9″E，32°3′32″N)，2019年3月选取长势旺盛、均匀一致的2年生海滨木槿扦插苗移栽于相同规格的塑料盆(口径24 cm，底径16 cm，高23 cm)中，每盆1株，正常生长3个月。

1.2 指标测定方法

1.2.1 光合参数测定

在试验第90天的9:30—11:00，选择受光方向一致，位于枝条中间且大小相同的海滨木槿叶片，用Li-6400光合系统(LI-COR，USA)测定海滨木槿光合参数。以红蓝光为光源，光合有效辐射设置1 200 μmol/(m2·s)。环境温度27～28 ℃，叶室CO2含量为380 μmol/mol。测定时保持叶片在植株的原方位上，仪器同步记录净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)。水分利用效率(WUE)为Pn/Tr。

1.2.2 生长与生物量测定

在完成测定后，用游标卡尺和卷尺分别测定株高和地径。将海滨木槿小心从土壤中取出，用蒸馏水冲洗干净去除根部附着物。然后分成根、茎和叶3部分，采用烘干法测定各部分干物质质量并计算总生物量。

1.2.3 土壤理化性质和生理指标的测定

参照文献[16-17]测定相关指标：土壤电导率以水土质量比为5∶1，并用电导率仪测定。全氮含量采用凯氏定氮法测定，土壤速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量用火焰光度法测定[16]。叶片叶绿素(Chl)含量采用95%乙醇提取法测定。植物样品经过H2SO4-H2O2扩散法消煮后采用直接吸光光度法、靛酚蓝比色法[17]、凯氏定氮法以及火焰分光光度法分别测定硝态氮、铵态氮、总氮和钾离子(K+)的含量。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2007、SPSS 19.0进行统计处理，采用双因素方差分析(Two-way ANOVA)检验氮素形态、盐分和二者交互作用的影响，以及单因素方差分析(One-way ANOVA)检验不同处理间的差异。作图采用OriginPro 9.1软件完成。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下氮素形态对海滨木槿生长特性的影响

各处理土壤初始化性质见表1。经过90 d的胁迫处理，本试验中海滨木槿在高盐处理下植株全部死亡，在低盐和中盐处理下存活(表2)。

表1 不同盐胁迫处理土壤初始理化性质

表2 不同盐胁迫程度下氮素形态对海滨木槿生长特性与生物量的影响及其交互作用

由表2可知，相比于CK，L处理对海滨木槿生长没有显著影响，M处理显著降低了株高、地径、茎、叶和总生物量。和CK相比，施铵态氮(CK+NH)和硝态氮(CK+NO)显著促进了海滨木槿株高和根系生物量。此外，铵态氮显著增加了总生物量(14.0%)，而硝态氮显著降低了茎生物量(13.2%)，且总生物量没有显著变化。在低盐处理下，施铵态氮(L+NH)显著增加了株高，施硝态氮(L+NO)显著增加了地径、茎、根和总生物量。施铵态氮(M+NH)和硝态氮(M+NO)相比M处理均显著促进了海滨木槿株高、地径、茎、叶和总生物量。与施铵态氮(M+NH)相比，施硝态氮(M+NO)显著增加了根系与总生物量(P<0.05)，分别为40.2%和11.3%。方差分析显示氮素形态对海滨木槿株高、地茎和生物量均有显著影响，而盐分对株高、地茎、茎和总生物量也有显著影响。从氮素形态和盐分的交互效应看，仅对叶生物量的影响不显著，对其他指标的差异均达到显著水平。

2.2 盐胁迫下氮素形态对海滨木槿叶绿素含量与光合特性的影响

经研究发现(表3)，与CK相比，M处理显著(P<0.05)增加了叶绿素含量(Chl)，同时L和M处理均显著降低了净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。在CK处理中，除了水分利用效率(WUE)，CK+NH和CK+NO的Chl和光合参数均显著增加，不同氮素形态处理间没有差别。在低盐处理中，L+NH和L+NO均显著提升了Chl、Pn和WUE，但是硝态氮处理下海滨木槿的Pn、Gs和WUE相比于铵态氮处理的分别提高了17.0%、53.8%和15.0%。与M相比，M+NH和M+NO的Pn、Gs和WUE均显著增加。其中相比于铵态氮，硝态氮处理显著提升了Pn、Gs和Tr，但是Chl和WUE在两种氮素形态中没有明显区别(表3)。可见盐胁迫下，施氮肥均能促进海滨木槿Pn和WUE，且硝态氮处理提升效果更明显。方差分析结果表明，氮素形态和盐分及其交互作用对海滨木槿叶绿素含量和光合特性均有显著影响。

表3 不同盐胁迫程度下氮素形态对海滨木槿叶绿素含量与光合特性的影响及其交互作用

2.3 盐胁迫下氮素形态对海滨木槿各组织氮分配特征的影响

经分析发现(图1)，相比于CK，海滨木槿地上部分茎和叶中的铵态氮含量随着盐浓度增加而降低，根系中则没有表现出显著差异(图1A)。在CK处理中，CK+NH处理下的海滨木槿茎和叶中铵态氮含量最高，CK+NH和CK+NO处理的根中的铵态氮含量均大于CK处理的。在低盐处理中，L+NO处理下的海滨木槿茎中铵态氮含量最高，CK的根、茎和叶中铵态氮含量均最低。与M相比，M+NH处理下海滨木槿叶、茎和根中的铵态氮含量均最高，而M+NO处理下海滨木槿各个组织铵态氮含量显著(P<0.05)高于M处理的。在所有盐处理中，不同形态氮素处理显著(P<0.05)增加了海滨木槿各个组织中铵态氮含量，但是氮素形态对海滨木槿根系铵态氮含量没有显著影响，其中中盐处理下施铵态氮显著促进了海滨木槿地上部分铵态氮含量(P<0.05)。

数据均以平均值表示，不同大写字母表示相同盐胁迫不同氮素形态处理间差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示相同氮素形态处理不同盐胁迫间差异显著(P<0.05)。All data were expressed as mean values. Different upper case letters meant significant differences between the same salt treatments and different nitrogen treatments at 0.05 level. Different lowercase letters mean significant differences between the same nitrogen treatments and different salt treatments at 0. 05 level.

随着盐浓度的增加，海滨木槿所有组织中的硝态氮和总氮含量逐渐降低(图1B和1C)。施硝态氮处理的CK+NO、L+NO和M+NO的海滨木槿各组织中硝态氮含量相比于CK、L和M处理均最高。两种形态氮素在所有盐处理中整株总氮含量均显著大于不施氮肥处理(P<0.05)。在低盐处理下，硝态氮(L+NO)处理叶、茎和根总氮含量是铵态氮(L+NH)处理的2.02、1.86和1.35倍。在中盐处理下，硝态氮(M+NO)处理根系总氮含量是铵态氮(L+NH)处理的1.35倍，叶和茎的总氮含量没有显著差异。因此，施氮肥有助于海滨木槿积累氮元素，根系是其积累硝态氮和总氮的主要组织，且施硝态氮肥在低盐处理下的效果更显著。

2.4 盐胁迫下氮素形态对海滨木槿各组织K+含量的影响

研究结果(表4)表明，随着处理盐分升高，海滨木槿各个组织(茎除外)中的K+含量逐渐降低，L处理下海滨木槿叶、根和整株K+含量分别是CK的79.4%、67.0%和81.1%；M处理下叶、根和整株K+含量分别是CK的58.0%、48.4%和63.8%。在CK和低盐处理下，铵态氮(CK+NH、L+NH)处理海滨木槿各组织K+含量最低，硝态氮(CK+NO、L+NO)处理和CK、L相比没有显著差异。在中盐处理下，铵态氮(M+NH)处理显著降低了海滨木槿整株的K+含量(P<0.05)，其他各个组织在不同氮素处理之间没有显著差异(表4)。因此盐胁迫导致海滨木槿体内K+流失，低盐处理下施硝态氮能较好维持K+含量。方差分析结果表明，氮素形态仅对根和整株的K+含量有显著影响，盐分对海滨木槿各组织中K+含量有显著影响，而氮素形态及其与盐分交互作用对除茎外的各组织及整株K+含量有显著影响。

表4 不同盐胁迫程度下氮素形态对海滨木槿各器官K+含量的影响及其交互作用

3 讨 论

综上所述，海滨木槿能够在一定程度上适应中低程度的盐胁迫。在同一盐浓度处理水平下，相对于铵态氮，硝态氮增加更利于缓解盐胁迫对海滨木槿生物量的抑制作用。盐胁迫下施硝态氮有利于维持海滨木槿体内养分及离子含量平衡并促进光合功能的改善，从而增强海滨木槿的抗盐性。此外，有关供氮水平和氮素形态配比对海滨木槿耐盐性的影响还需进一步研究。