核桃最好的种植技术（孙向阳教授团队发现不同供氮水平的核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性）

核桃最好的种植技术（孙向阳教授团队发现不同供氮水平的核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性）下面跟学报君一探究竟！有学者认为 研究低氮条件下作物对氮素的吸收利用，通过氮胁迫挖掘作物在低氮条件下的生长情况和耐性 提高作物在低氮条件下的生长机能，是解决土壤氮素供应不足的有效方法。氮素参与植物光合与呼吸作用、蛋白质合成以及脂肪代谢等重要生理活动。尤其是光合作用 作为植物所有物质代谢的基础，受生长环境影响较大 对土壤氮素丰缺十分敏感。植物叶绿素荧光分析是近年发展起来的用于光合作用机制研究和光合生理状况检测的有效技术，与一些“表现性”的气体交换指标相比 叶绿素荧光参数具有反映逆境胁迫下光系统对光能吸收、传递和耗散等“内在性”特点，因而被视为研究植物光合作用与环境关系的内在探针。因此，本研究以核桃幼苗为研究对象 考察缺氨胁迫对核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性的影响，探讨核桃在缺氮胁迫下的适应性及其机制，以期为核桃施肥管理提供科学依据。1.北京林业大学林学院；2.三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市

原创 黄小辉等 南京林业大学学报

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不同供氮水平的核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性

黄小辉1，2，吴焦焦3，王玉书2，冯大兰2，孙向阳1*

1.北京林业大学林学院；2.三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市级重点实验室；3.四川农业大学林学院。

核桃(Juglans regia)与扁桃﹑腰果、榛子在国际市场上并列为四大干果 也是我国四大木本油料作物之一 具有很高的营养和保健价值。近年来 我国为大力增加健康优质食用植物油供给 切实维护国家粮油安全 相继出台了一系列指导性文件和政策 迅速促进了以核桃为主的木本油料作物产业的发展 全国核桃栽培面积已达 330万h㎡ 位居世界之首。然而 随着核桃种植规模的扩大 大面积果园管理不到位 尤其缺乏科学施肥 导致土壤结构性变差、养分贫瘠且不平衡 常因缺乏某种营养元素而造成树体生长发育不良 果实产量和品质下降 难以获得预期经济效益 严重制约了核桃产业的发展。

氮素是植物生长需求最多的营养元素 也是影响核桃出仁率、核仁脂肪含量和蛋白质含量的主要因子。樊卫国等通过研究氮素形态及配比对铁核桃苗生长及营养吸收的影响 发现单一供应氮素的苗木矮小纤细 须根短 生物量和各种元素的含量及积累量都较少 虽然氮肥充足 但核桃苗木并不能更好地吸收营养供其生长。王益明等发现美国山核桃幼苗的株高、地径和生物量随施氮量增加而先增后减。同样 宋岩等研究表明核桃苗木的株高、根系总体积和净光合速率随施氮水平增加而上升 但当施肥达到一定量后 这些生长指标随着氮水平递增而下降。总体看来 目前有关氮素对核桃的影响研究主要集中在氮肥的种类和施用量对核桃生长生理效应方面。而氮素施用水平过低 核桃苗木吸收营养受限造成的植株生长缓慢和果实品质下降更值得关注。

有学者认为 研究低氮条件下作物对氮素的吸收利用，通过氮胁迫挖掘作物在低氮条件下的生长情况和耐性 提高作物在低氮条件下的生长机能，是解决土壤氮素供应不足的有效方法。氮素参与植物光合与呼吸作用、蛋白质合成以及脂肪代谢等重要生理活动。尤其是光合作用 作为植物所有物质代谢的基础，受生长环境影响较大 对土壤氮素丰缺十分敏感。植物叶绿素荧光分析是近年发展起来的用于光合作用机制研究和光合生理状况检测的有效技术，与一些“表现性”的气体交换指标相比 叶绿素荧光参数具有反映逆境胁迫下光系统对光能吸收、传递和耗散等“内在性”特点，因而被视为研究植物光合作用与环境关系的内在探针。因此，本研究以核桃幼苗为研究对象 考察缺氨胁迫对核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性的影响，探讨核桃在缺氮胁迫下的适应性及其机制，以期为核桃施肥管理提供科学依据。

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作者简介

通讯作者

孙向阳，男，1965年3月生于河北，原籍山东乐陵。现任北京林业大学教授、博士生导师，土壤学科带头人，土地资源与肥料技术研究所所长，《北京林业大学学报》副主编，《林业科学》编委。

第一作者

黄小辉，男，1989年5月出生于重庆合川，为重庆市林业科学研究院科研职工，现就读于北京林业大学林学院土壤学专业，主要从事土壤和植物营养学方面的研究。

关键词：缺氮；核桃；形态特征；叶绿素荧光参数

基金项目：重庆市科研院所绩效激励引导专项(cstc2018jxjl20001);重庆市科技兴林项目(cstd2019-1)。

引文格式：黄小辉 吴焦焦 王玉书 等.不同供氮水平的核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性[J].南京林业大学学报(自然科学版)，2022 46(2);119-126.HUANG X H WU JJ WANG Y S et al.Growth and chlorophyll fluorescence characteristics of walnut(Juglans regia)seedling under diferent nitrogen supply levels[J].Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edition) 2022 46(2):119-126.DOI :10.12302 / j. issn.1000-2006.202104016.

1目的

探讨核桃对缺氮胁迫的适应性及其机制。

2方法

以核桃幼苗为研究对象 设置不同程度的缺氮处理:对照(CK)、中度缺氮(MN)和重度缺氮(SN) 分析缺氮胁迫对核桃幼苗外部形态特征、生长情况及叶绿素荧光参数的影响。

2.1 试验材料

供试材料为实生核桃苗 品种为‘渝城1号’，来自重庆市渝鲁林业发展有限公司。2018年11月下旬 在重庆市林业科学研究院温室大棚内 将核桃种子进行沙藏。2019年2月上旬播种于装有基质(草炭、黄心土、珍珠岩质量比为5∶4∶1)的育苗床中 常规管理。2019年4月上旬 选择健康、长势一致的幼苗(苗高20 cm 地径3 mm左右) 用去离子水冲洗干净 定植于装有干净石英砂的陶瓷盆中(高20 cm、口径18 cm 每盆装砂5 kg) 共90株。移栽后 缓苗15 d 仅进行常规水分管理。然后随机分为3组 每30盆1组 每组参照霍格兰营养液设置不同供氮处理:对照(CK) 全素营养液;中度缺氮(MN) 氮含量为全素营养液中氮的50%;重度缺氮(SN) 氮含量为0。具体各处理营养方案见表1。培养期间 采用常规水分管理 各处理营养液的施用量根据前期预实验总结而来 每隔5 d用喷壶定量向根部均匀浇灌营养液 每次每盆100 mL。每隔15 d测定苗木相关生长及生理指标。

试验期间每日观察各处理核桃幼苗外观变化，出现缺素症状及时记录并用数码相机拍照 主要拍摄出现症状的植株和叶片。

▼表 1 核桃幼苗缺素试验处理方案

▲核桃缺氮室内实验场地

2.2 研究方法

2.2.1 生长指标的测定

各处理随机抽取5株(即5个重复 下同)进行核桃幼苗生长指标的测定 包括生物量、叶片厚度、叶面积和根系表面积。采用烘干法测定生物量 将地上部分和根系分开 去离子水洗净后 分别在80 ℃烘箱烘至质量恒定 用万分之一电子天平测定其干质量 根系生物量与地上部分生物量的比即为根冠比;采用精度0.02 mm的游标卡尺测定叶片厚度;采用加拿大WinRHIZO根系分析系统测定根系表面积和叶面积。

2.2.2 光合色素含量的测定

采用丙酮乙醇提取法(丙酮、乙醇、水的质量比为4∶5∶1)测定叶片光合色素含量。选择倒数第3~4片成熟叶 每个样品称取0.1 g 加入10 mL混合液浸提24 h 得到的浸提液分别在470、645 663nm波长下比色 计算出叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)的含量。

2.2.3 光合参数的测定

用.JUNIOR-PAM便携式脉冲调制荧光仪(德国 WALZ)测定核桃幼苗从上至下第4片叶的叶绿素荧光参数。测定前首先将叶片暗适应30 min 检测光照射后测得初始荧光(F0);然后用强饱和脉冲光[ 10 000 μol/ (㎡·s)]激发 使原初电子受体Q全部处于还原状态 测定最大荧光(Fm);接着打开测量光600 μmol/ (㎡·s) 待荧光Ft(测量时间为t)稳定后 取此时的Ft为稳态荧光(Fs) 随后打开一个同样强度的饱和脉冲光 得到此时的荧光F 'm 再快速用黑布将样品暂时罩住 打开远红光[7 μmol/ (㎡·s)] 得到此时的荧光F0'。最大光化学效率(Fv/Fm Fv=Fm-F0)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)均由仪器自动给出。光条件下PSII天线转化效率为:F 'v/F 'm=(F’m-F‘0)/F'm。

▲叶绿素荧光参数测定

3结果

缺氮会使核桃幼苗失绿黄化 长势下降 地上部分和地下部分生物量、叶绿素a 叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著低于对照 且总体随着缺氮程度加深和时间延长显著下降 尤其是处理后期(60~75 d)表现更明显;MN和SN处理下 核桃幼苗的光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)和光条件下PSⅡ天线转化效率(F'v/F 'm)在前期(0~30 d)和后期(60~75 d)受影响较大 实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)随胁迫程度加深明显下降 反之非光化学猝灭系数(NPQ)随胁迫程度加深而上升 且同样在处理后期(60~75 d)受影响较大;地上部分生物量与地下部分生物量、叶面积、根表面积、叶绿素含量、Fv/Fm和ETR呈显著正相关 叶绿素a含量与叶面积、叶片厚度、Fv/Fm和F'v/F 'm显著正相关。

3.1 不同供氮水平下核桃幼苗的形态特征

处理后期(60~75 d)各处理核桃幼苗的外观表现见图1。由图1可见 在CK处理(全素营养液)下 植株生长正常 抽梢较长 叶片较大且厚实平滑 叶脉清晰 叶色深绿。在MN处理(中度缺氮)下 前期叶片呈正常绿色 但整个植株和叶片生长明显较CK处理变缓 30 d后 下部老叶开始轻微发黄 至试验后期 整个植株长势明显弱于CK处理 且多数老叶呈淡黄色。在SN处理(重度缺氮)下 核桃的缺氮症状最为明显 15 d后就表现为叶片小 叶脉淡出 下部老叶开始轻微发黄。至试验后期 整株叶片明显黄化 部分叶片边缘甚至出现焦黄现象 整个植株矮小 生长受到明显的影响 长势显著弱于CK和MN处理。

▲图 1 不同供氮水平下核桃幼苗的外观特征

3.2 不同供氮水平下核桃幼苗地上部分生长情况

在低氮处理下 核桃幼苗地上部分生物量、叶面积和叶片厚度相较于正常供氮的CK处理显著下降 且随着缺氮程度的加重下降更明显(表2)。核桃幼苗受到缺氮胁迫后仍能继续生长 但长势相比于CK处理显著下降 尤其在处理后期(45~75 d)更为明显。处理后期(第75天) MN处理和SN处理的地上部分生物量分别比CK 低41.2%和69.2% 叶面积分别比CK低17.9%和40.6% 叶片厚度分别比CK 低28.6%和38.1% 均差异显著(P<0.05)。

▼表 2 不同供氮水平下核桃幼苗地上部分生物量、叶面积和叶片厚度（平均值±标准误）

注：不同大写字母表示同一处理各处理时间之间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同一处理时间各处理之间差异显著(P＜0.05)。 下同。

3.3 不同供氮水平下核桃幼苗根系生长情况

在低氮处理下 核桃幼苗根系生物量和根系表面积相较于正常供氮的CK处理显著下降 且随着缺氮程度的加重下降更明显(表3)。随着处理时间的延长 核桃幼苗受到缺氮胁迫的影响也越明显 地下部分的长势显著弱于CK处理。但总体上 低氮处理下的核桃幼苗根系生长仍强于地上部分 根冠比随着缺氮胁迫的加重而升高 且在处理后期(45~75 d)更为明显。试验结束时(第75天) MN处理和SN处理的根冠比分别比CK高出39.2%和105.1 % 且差异显著(P<0.05)。

▼表 3 不同供氮水平下核桃幼苗根系生物量、根系面积和根冠比（平均值±标准误）

3.4 不同供氮水平下核桃幼苗光合色素含量

在低氮处理下 核桃幼苗叶片光合色素总量相较于正常供氮的CK处理显著下降 且.随着缺氮程度的加重下降更明显 包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素均呈相似的变化趋势(表4)。随着处理时间的延长 各类光合色素含量受缺氮胁迫的影响更明显 尤其在后期 各处理叶绿素a 叶绿素b和类胡萝卜素含量总体均以SN处理最低 其次为MN CK处理最高。实验结束时(第75天) MN处理和SN处理的光合色素总量分别比CK低26.5%和50.6% 且差异显著(P<0.05)。

▼表 4 不同供氮水平下核桃幼苗叶片光合色素含量（平均值±标准误）

3.5 不同供氮水平下核桃幼苗叶绿素荧光参数

Fv/Fm表示PSⅡ (光系统Ⅱ)最大光化学效率 代表PSⅡ的潜在活性 是反映PSⅡ光化学效率的稳定性指标;F'v/F'm为光条件下PSⅡ天线转化效率 反映开放的光系统反应中心原初光能的捕获效率。如图2A、2B所示:在低氮处理下 核桃幼苗叶片Fv/Fm和F'v/F'm均低于正常供氮的CK处理，且随着缺氮程度的加重下降更明显。整个试验过程中 前期和后期核桃幼苗的Fv/Fm和F'v/F'm受缺氮胁迫影响较明显 但在中期MN和SN处理的相应值有所回升 与CK处理差异不显著(P>0.05)。ΦPSⅡ反映PSⅡ反应中心的实际原初光化学效率，ETR则反映光照条件下的表观电子传递效率 与植物净光合速率呈显著正相关。由图2C、2D可知:在低氮处理下 核桃幼苗叶片ΦPSⅡ和ETR均低于正常供氮的CK处理 且随着缺氮程度的加重下降更明显。整个试验过程中 以SN处理的ΦPSⅡ和ETR最低 CK处理最高。但在试验后期(60~75 d) MN处理受低氮的影响 ΦPSⅡ和ETR均显著下降 与SN处理水平相当 两者无显著性差异(P>0.05)。qP反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额 在一定程度上也反映了PSI反应中心的开放程度。NPQ反映的是PS lI天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分。如图2E所示 整个试验过程中 核桃幼苗的q中随缺氮胁迫的加重下降更明显 尤其试验后期(60~75 d) MN处理受低氮的影响 qP下降至SN处理相近水平 两者无显著性差异(P>0.05)。反之 NPQ随缺氮胁迫的加重而上升 同样在试验后期(60~75 d) MN处理受低氮影响 NPQ上升至SN处理相同水平 两者无显著性差异(P>0.05)。

▲图 2 不同供氮水平下核桃幼苗叶绿素荧光参数（平均值±标准误）

3.6 不同指标的相关性分析

通过对核桃幼苗在各处理的指标参数进行相关性分析(表5) 发现地上部分生物量与根生物量、叶面积、根表面积、叶绿素a、Fv/Fm和ETR均呈显著正相关(P<0.05);叶绿素a与叶面积、叶片厚度、Fv/Fm、F'v/F'm、ETR均呈显著正相关(P<0.05)，与根生物量、根面积、ΦPSⅡ、qP等也呈一定的正相关性，但不显著(P>0.05)。各叶绿素荧光参数之间也存在较大的相关性 其中Fv/Fm、F'v/F'm呈显著正相关(P<0.05) ETR与ΦPSⅡ、qP呈显著正相关(P<0.05) 与NPQ呈显著负相关(P<0.05) 而qP与NPQ呈显著负相关(P<0.05)。

▼表 5 核桃幼苗不同指标的相关性分析

注：*表示两个指标达到显著相关(P<0.05) **表示两个指标达到极显著相关(P<0.01)。ABS.地上部分生物量;Ls.叶面积;LT.叶片厚度;RB.根系生物量;RSA.根系表面积;RSR.根冠比。

4结论

缺氮会抑制核桃幼苗对氮素的吸收和同化 阻碍根系生长 影响核桃幼苗对营养物质的吸收利用 导致植株矮小瘦弱、叶片变小、叶色变淡。在缺氮胁迫下 核桃光合色素含量下降也会造成叶绿体吸收光照的能力减弱 降低光合电子传递速率及对光能的利用效率 进而限制光合速率 影响植株生长。

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