張淑英，褚貴新，梁永超,2*

（1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子832000；2浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州10058）

增銨營養(yǎng)對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗氮代謝的影響

張淑英1，褚貴新1，梁永超1,2*

（1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子832000；2浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州10058）

【目的】探明增銨營養(yǎng)提高棉花幼苗抗低溫脅迫能力的機(jī)制?！痉椒ā恳悦藁ā玛懺?3號(hào)’為供試品種，在人工氣候室內(nèi)模擬不同溫度處理(15℃和25℃)，研究了不同銨硝態(tài)氮配比(NH4+-N/NO3–-N分別為0/100、25/75、50/50、75/25、100/0)對(duì)低溫(15℃)脅迫下棉花苗期生長、氮素吸收量及氮代謝相關(guān)酶活性的影響。【結(jié)果】常溫條件(25℃)下，較單一銨、硝營養(yǎng)，銨硝混合營養(yǎng)顯著提高棉苗各器官的生物量，地上部和根系干物質(zhì)量在NH4+-N/NO3–-N比為50/50處理時(shí)最大，單一銨營養(yǎng)處理時(shí)最??；對(duì)棉苗生物量的影響效果表現(xiàn)出銨硝混合營養(yǎng)處理優(yōu)于單一銨、硝營養(yǎng)處理。低溫脅迫(15℃)后棉苗各器官生物量減小，且差異顯著。常溫和低溫條件下，隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例增加，棉苗全氮含量逐漸遞增，氮素吸收量先升后降；棉苗根系、莖稈及葉柄內(nèi)硝態(tài)氮含量呈明顯降低趨勢(shì)；棉花幼苗葉片NR活性明顯減小，相反，GS和GOGAT活性則極顯著提高。常溫處理下棉苗各器官的氮素累積量顯著高于低溫脅迫處理，低溫抑制了棉苗對(duì)硝態(tài)氮的吸收，降低NR、GS和GOGAT活性。【結(jié)論】低溫脅迫下，增銨營養(yǎng)可顯著提高氮素養(yǎng)分含量，促進(jìn)棉苗生長，同時(shí)通過提高GS、GOGAT等氮代謝相關(guān)酶活性，維持氮代謝平衡，增強(qiáng)棉花幼苗對(duì)低溫的抗性。

棉花幼苗；銨硝態(tài)氮配比；低溫脅迫；氮代謝

–-N;low-temperature stress;nitrogenous metabolism

銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3–-N)均是植物可以直接吸收利用的氮(N)源。近年來國內(nèi)外大量研究表明，無論是喜銨作物還是喜硝作物，銨硝混合營養(yǎng)較單純的銨營養(yǎng)或硝營養(yǎng)更能獲得高產(chǎn)，這已在多種作物中得到證實(shí)[1–3]。有研究表明，銨硝混合營養(yǎng)能明顯減輕鹽分、水分、高溫等逆境脅迫的危害，提高作物的抗逆性，進(jìn)而促進(jìn)作物的生長，施用不同形態(tài)的氮肥，會(huì)導(dǎo)致植物組織中礦質(zhì)離子的含量有明顯差異[4–7]。Cao和Tibbitts[8]研究表明，銨硝混合營養(yǎng)可以促進(jìn)馬鈴薯的氮素吸收，提高氮素利用效率。陳鵬等[9]研究指出，銨硝混合營養(yǎng)比單一的銨或硝營養(yǎng)對(duì)香蕉生長具有更優(yōu)的效果，植物體內(nèi)N、P、K等養(yǎng)分含量也明顯得到提高。陳斌等[6]研究表明，提高銨態(tài)氮比例能提高水分脅迫條件下茼蒿株高、產(chǎn)量及全氮含量。李良霞等[7]研究表明銨硝混合營養(yǎng)處理高羊茅受氧化脅迫程度小，耐熱性最好。銨態(tài)氮的吸收與谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性有密切聯(lián)系；硝態(tài)氮的吸收是在硝酸還原酶酶系作用下完成的，包括硝酸還原酶(NR)和亞硝酸還原酶(NiR)，外界條件對(duì)植株吸收同化硝態(tài)氮有很大的影響；同時(shí)，作物吸收NH4+或NO3–會(huì)改變體內(nèi)電荷平衡從而影響植物對(duì)外界其他養(yǎng)分離子的吸收[10]。此外，由于二者的同化過程不同，也影響植物體內(nèi)碳代謝和激素代謝，進(jìn)而使植株生長發(fā)育和外部形態(tài)明顯不同[8]。Gashaw等[11]研究指出，作物在增銨營養(yǎng)時(shí)，NR活性比單一硝營養(yǎng)要高。在營養(yǎng)液中NH4+-N和NO3–-N不同配比時(shí)，隨NH4+-N比例增加，GS活性也有所增加[12]。

棉花是新疆重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植面積在2014年已達(dá)到242萬公頃(新疆統(tǒng)計(jì)年鑒2015)，但是，早春的低溫凍害嚴(yán)重制約著北疆棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。因此，如何提高新疆棉花對(duì)低溫的抗性對(duì)于新疆棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及品質(zhì)提高具有重要的意義。代建龍等[3]研究指出，鹽分差異分布，棉花施用硝態(tài)氮較銨態(tài)氮促進(jìn)主要營養(yǎng)元素(N、P、K、Mg、Fe、Mn)的吸收及生物量積累，更有利于幼苗生長。在低溫脅迫條件下，有關(guān)銨硝混合營養(yǎng)對(duì)棉花的氮素營養(yǎng)代謝及磷鉀養(yǎng)分吸收影響的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)通過研究不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉苗干物質(zhì)量、硝態(tài)氮含量、棉株全氮含量、氮素吸收量及氮素代謝相關(guān)酶活性的影響，探討增銨營養(yǎng)調(diào)控，增強(qiáng)棉株對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收和積累，明確增銨營養(yǎng)對(duì)提高棉花抗冷性的作用，為制定北疆棉花抵抗低溫冷害的防御技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試棉花(Gossypium hirsutum L.)品種為新陸早13號(hào)。種子經(jīng)消毒后在(25±1)℃的培養(yǎng)箱內(nèi)催芽，將發(fā)芽一致的種子播種于裝有蛭石的營養(yǎng)缽中育苗，每缽定苗2株。本試驗(yàn)在人工氣候室[黑夜/白天為10h/14h，光照強(qiáng)度280μmol/(m2·s)，相對(duì)濕度為(65±2)%]內(nèi)進(jìn)行模擬低溫，采用蛭石為介質(zhì)，在12cm×12cm的營養(yǎng)缽內(nèi)育苗，把培養(yǎng)缽置于45cm×33cm×20cm的保險(xiǎn)盒中，每個(gè)保險(xiǎn)盒中放置12個(gè)營養(yǎng)缽，保險(xiǎn)盒內(nèi)注入營養(yǎng)液，從棉花播種至出苗60d左右(苗期)為主要研究階段。試驗(yàn)采用兩因素五水平，即2個(gè)溫度處理(15℃、25℃，分別設(shè)置在兩個(gè)其他條件相同的人工氣候室內(nèi))和5個(gè)銨硝態(tài)氮配比處理(0/100、25/75、50/50、75/25和100/0)?？偟綖?mmol/L。在所有營養(yǎng)液中均加入占總氮量3%的雙氰胺(DCD)作為硝化抑制劑，每個(gè)處理均設(shè)置3次重復(fù)。營養(yǎng)液中大量元素配方遵循Hoagland營養(yǎng)液，微量元素參照Hammer等[13]的方法配制，營養(yǎng)液每3d更換一次。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 干物質(zhì)量的測(cè)定出苗60d后，選取各處理長勢(shì)均勻的棉株6株，將莖稈、葉片等器官分開，洗凈，在105℃烘箱中殺青30min，然后在80℃條件下烘干至恒重后稱重，即為各器官干物質(zhì)量。1.2.2棉株全氮含量的測(cè)定準(zhǔn)確稱取0.5000g粉碎后的植物干樣，H2SO4–H2O2硝化，采用凱氏定氮法[13]測(cè)定棉花植株全氮含量，每次測(cè)定均重復(fù)4次。

1.2.3 硝態(tài)氮含量、硝酸還原酶活性測(cè)定參考鄒琦[14]的方法測(cè)定，每次測(cè)定4次重復(fù)。

1.2.4 谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性的測(cè)定參照Teixeira等[15]的方法提取粗酶液用于GS和GOGAT活性測(cè)定。GS活性單位定義為該反應(yīng)條件下，每分鐘催化形成1μmol的γ-谷氨酰異羥肟酸(γ-glutamylhydroxamate)所需要的酶量。GOGAT活性以每分鐘反應(yīng)混合液于30℃減少1 μmol的NADH為一個(gè)酶活性單位，總GOGAT活性計(jì)算以每分鐘每毫克酶液催化NADH減少多少μmol表示。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)分析用Microsoft Excel2010軟件，采用SPSS19.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan法)，采用Sigmaplot12.5軟件進(jìn)行繪圖。

表1 不同處理低溫脅迫下棉花幼苗生物量 (g/plant)Table 1 Biomass of cotton seedlings under low temperature stress affected by differentratios

表1 不同處理低溫脅迫下棉花幼苗生物量 (g/plant)Table 1 Biomass of cotton seedlings under low temperature stress affected by differentratios

注（Note）：同行數(shù)值后不同小寫字母表示相同植株部位不同銨硝配比處理間差異顯著(P<0.05),同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示相同銨硝配比下不同溫度處理間差異顯著(P<0.05)Values followed by different small letters within arow indicate significant difference among different NH4+-N/NO3–-N treatments,values followed by different capital letters within acolumn mean significant difference between the two temperature treatments(P<0.05).

–-N 0/10025/7550/5075/25100/0平均Mean地上部干重Shoot dry weight植株部位Plant parts溫度(℃) Temperature(T) NH4+-N/NO3F=8.99**根部干重Root dry matter 150.19±0.070.27±0.050.31±0.030.21±0.070.18±0.050.23B 250.41±0.070.48±0.040.62±0.200.45±0.120.19±0.030.43A平均Mean0.30bc0.38ab0.41a0.33b0.19c溫度×銨硝比T×NH4+/NO3–F=6.29**總干重Total dry matter 150.02±0.010.02±0.010.03±0.010.02±0.010.02±0.010.02B 250.03±0.010.03±0.010.07±0.020.04±0.010.03±0.020.04A平均Mean0.03b0.03b0.05a0.03b0.03b溫度×銨硝比T×NH4+/NO3–F=9.09** 150.21±0.070.29±0.040.33±0.040.23±0.070.20±0.040.25B 250.44±0.070.51±0.040.69±0.230.49±0.130.22±0.040.47A平均Mean0.33bc0.4a b0.51a0.36b0.21c溫度×銨硝比T×NH4+/NO3–

2 結(jié)果與分析

2.1 不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗生長的影響

由表1可以看出，25℃溫度下，銨硝混合營養(yǎng)對(duì)棉苗各器官干物質(zhì)量積累均有顯著的影響(P< 0.05)。相同溫度下，均表現(xiàn)為地上部、根系干重在NH4+-N/NO3–-N為50/50處理時(shí)最大，純銨營養(yǎng)處理最小。對(duì)棉苗干物質(zhì)量的影響效果均表現(xiàn)出銨硝混合營養(yǎng)優(yōu)于純銨或純硝營養(yǎng)處理。低溫(15℃)脅迫下，NH4+-N/NO3–-N為50/50處理時(shí)棉苗各器官干物質(zhì)量最大，顯著高于其他處理，純硝處理最小。根系干重NH4+-N/NO3–-N為50/50處理比純硝處理增加了45.9%。地上部干重、總干物質(zhì)量均表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。25℃時(shí)，純硝處理棉苗總干物質(zhì)量比NH4+/NO3–為50/50處理減少36.5%，而15℃時(shí)減少37.4%，差異顯著。在棉花生長過程中，低溫脅迫抑制了棉花地上部和地下部營養(yǎng)器官的生長，而銨硝混合營養(yǎng)有利于棉苗干物質(zhì)的積累及后期的生長發(fā)育。這說明增銨營養(yǎng)(尤其是NH4+-N/NO3–-N為50/50處理)在逆境條件下表現(xiàn)出顯著促進(jìn)植物生長發(fā)育的效果。

2.2 不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗氮素養(yǎng)分吸收的影響

由表2可以看出，低溫脅迫下，不同銨硝營養(yǎng)配比處理的棉花幼苗地上部全氮含量隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例增加而極顯著遞增(P<0.01)，且低溫(15℃)處理極顯著高于常溫(25℃)處理(P<0.01)。氮素吸收量變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：隨著NH4+-N/NO3–-N比值的增加，棉苗地上部氮素吸收量先增加后降低，常溫處理高于低溫處理，不同溫度及銨硝配比間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。如營養(yǎng)液中NH4+-N/NO3–-N比為50/50處理相對(duì)于純硝處理在低溫脅迫條件下的棉花全氮含量增量比常溫下兩者全氮含量的增量高50.0%，而氮素吸收量增量則降低35.9%。說明低溫脅迫顯著抑制了棉苗對(duì)氮素的吸收，而銨硝混合營養(yǎng)(尤其是NH4+-N/NO3–-N為50/50處理)有利于促進(jìn)棉花低溫下對(duì)氮的吸收。

表2 不同 NH4+/NO3–對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗地上部氮素吸收的影響Table 2 Effects of different NH4+/NO3–ratios on nitrogen uptake in shoots of cotton seedlings under low temperature stress

2.3 不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗硝態(tài)氮含量的影響

如圖1所示，在常溫和低溫脅迫條件下，隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加，棉苗莖稈、葉柄和根系中的硝態(tài)氮含量均呈明顯降低趨勢(shì)，在純銨營養(yǎng)下達(dá)到最低值，其中，莖稈內(nèi)硝態(tài)氮含量差異顯著(P<0.05)?；貧w分析表明，在常溫和低溫時(shí)，棉花葉片和莖稈中硝態(tài)氮含量與營養(yǎng)液中硝態(tài)氮含量之間均呈現(xiàn)極顯著的線性相關(guān)，但根系則表現(xiàn)為低溫時(shí)極顯著相關(guān)，常溫時(shí)顯著相關(guān)，且各類相關(guān)中其決定系數(shù)R2值均在0.7以上。

低溫抑制了植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收，棉花各器官中硝態(tài)氮含量均呈降低趨勢(shì)。低溫脅迫條件下，NH4+-N/ NO3–-N比從0/100到100/0時(shí)，棉花葉片中硝態(tài)氮含量從3.78mg/g減少到2.40mg/g，降低了36.5%；根系中硝態(tài)氮含量從1.38mg/g減少到0.34mg/g，減少了75.4%；莖稈中硝態(tài)氮含量從3.41mg/g減少到1.79mg/g，減少了47.5%。顯然，與莖葉相比，根系硝態(tài)氮的含量受到營養(yǎng)液中NH4+-N/NO3

–-N比值的影響更為顯著。不同器官間比較，根系硝態(tài)氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地上部各營養(yǎng)器官的硝態(tài)氮含量。

2.4 不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗 NR 活性的影響

硝酸還原酶(NR)是一種誘導(dǎo)酶，其作用的直接底物是NO3

–，NR活性的大小與供應(yīng)的氮素形態(tài)密切相關(guān)(圖2)。在正常溫度和低溫脅迫條件下，棉苗葉片和根系NR活性隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加均明顯減小，葉片NR處理間差異顯著(P<0.01)。同一溫度條件下，棉苗葉片NR活性在純硝營養(yǎng)處理時(shí)最大，純銨處理時(shí)最小，且二者之間有顯著性差異。純硝與純銨營養(yǎng)處理相比，棉花葉片NR活性在15℃和25℃時(shí)分別增提高了54.0%和43.6%；根系NR活性則分別提高了26.3%和36.6%。低溫脅迫處理使棉苗體內(nèi)NR活性降低。隨著營養(yǎng)液中NH4

+-N比例的增加，低溫脅迫條件下棉花葉片NR活性比正常溫度分別降低了27.5%、21.6%、34.7%、39.0%和40.9%。

2.5 不同銨硝配比對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗 GS 活性和 GOGAT 活性的影響

谷氨酰胺合成酶(GS)是氮素同化代謝的關(guān)鍵酶。如圖3所示，相同溫度條件下，棉花幼苗葉片和根系中GS活性隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加極顯著升高(P<0.01)，在純銨營養(yǎng)處理達(dá)到最大值。純銨處理的葉片GS活性比純硝處理在常溫和低溫時(shí)分別提高了70.7%和73.3%；根系GS活性分別提高了27.9%和68.3%。隨著溫度的降低棉苗葉片和根系的GS活性極顯著降低(P<0.01)，葉片GS活性降低幅度明顯大于根系。

圖1 不同 NH4+/NO3–對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗各器官 NO3–-N 含量的影響Fig. 1 Effects of different NH4+/NO3–ratios on the NO3–-N concentration of different organs of cotton seedlings under low-temperature stress

圖2 不同 NH4+/NO3–對(duì)低溫脅迫下棉苗葉片和根系內(nèi)硝酸還原酶活性的影響Fig. 2 NR activity of the leaves and roots of cotton seedlings affected by different NH4+/NO3–ratios under low-temperature stress

對(duì)GOGAT而言，無論常溫還是低溫脅迫條件下，棉花幼苗葉片和根系的GOGAT活性均隨著營養(yǎng)液中NH4+-N/NO3–-N比例的增大而明顯增強(qiáng)，其中，葉片GOGAT活性的增強(qiáng)達(dá)極顯著水平(P<0.01)。15℃處理，純銨營養(yǎng)(NH4+-N/NO3–-N比為100/0)比NH4+-N/NO3–-N比為75/25、50/50、25/75和純硝營養(yǎng)(NH4+-N/NO3–-N比為0/100)葉片GOGAT活性分別增強(qiáng)了42.4%、59.9%、62.8%和70.0%。低溫脅迫明顯降低了棉花幼苗葉片和根系的GOGAT活性，葉片GOGAT活性變化差異極顯著(P<0.01)。

2.6 不同銨硝配比與低溫脅迫下棉花幼苗氮素代謝的相關(guān)性

線性方程的斜率大小表示了低溫脅迫條件下，不同銨硝配比棉花幼苗含氮量對(duì)氮素吸收量、硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶及谷氨酸合酶活性的影響程度，斜率絕對(duì)值大小順序?yàn)椋篏OGAT>NR>GS活性>氮素吸收量，說明GOGAT活性受棉株含氮量影響最大，氮素吸收量受其影響最小。棉花葉片含氮量與氮素吸收量呈顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(Y=–0.3169X+1.1055，P<0.05)，而與硝酸還原酶(Y= 17.11X+245.36，P<0.05)、谷氨酰胺合成酶(Y= 13.86X–10.328，P<0.01)、谷氨酸合酶(Y= 62.92X–83.022，P<0.01)等氮代謝關(guān)鍵酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖3 不同 NH4+/NO3–對(duì)低溫脅迫下棉苗葉片和根系谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性的影響Fig. 3 Activity of GS and GOGAT of leaves and roots in cotton seedlings affected by different NH4+/NO3–ratios under low-temperature stress

3 討論與結(jié)論

不同銨硝配比的氮素營養(yǎng)對(duì)于作物氮素吸收和累積有重要影響。曹翠玲等[16]的研究表明，單純供應(yīng)硝態(tài)氮時(shí)，作物幼苗體內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化快，植株氮素累積量最大。章笑赟等[17]發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)液增銨處理芥藍(lán)全氮含量顯著高于純硝處理，但不同增銨處理間無顯著差異，不同器官含氮量表現(xiàn)為葉>根>莖；不同器官氮吸收累積量大小為葉>莖>根。本研究結(jié)果表明，常溫和低溫脅迫條件下，棉花地上部、根系中全氮含量隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例增加而逐漸遞增，且低溫處理極顯著高于常溫處理(P<0.01)；氮素吸收量先增加后減少，常溫處理極顯著高于低溫脅迫處理(P<0.01)，低溫脅迫抑制了棉株對(duì)氮素的吸收，銨硝混合營養(yǎng)可明顯減輕低溫脅迫對(duì)棉苗氮素吸收的抑制作用。相同溫度條件下，不同器官中全氮含量為葉>根>莖，氮素吸收量為葉片>莖稈>根系，這與前人的研究結(jié)果一致[17–18]。而雷玉玲等[18]在萵苣上的試驗(yàn)結(jié)果表明，營養(yǎng)液NH4+-N/NO3

–-N比為10/90處理可明顯促進(jìn)萵苣植株的生長，提高其地上部和根系的全氮含量和氮素積累量，增銨25%和50%則以上指標(biāo)顯著降低。其可能原因是不同種類植物對(duì)增銨營養(yǎng)的敏感程度不同導(dǎo)致的差異。

在常溫和低溫脅迫條件下，隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加，棉苗葉片、莖稈、葉柄和根系中的硝態(tài)氮含量均明顯降低，在純銨營養(yǎng)下達(dá)到最低值，其中，葉片和莖稈內(nèi)硝態(tài)氮含量下降達(dá)顯著水平，且與營養(yǎng)液中硝態(tài)氮含量之間呈顯著的直線相關(guān)，這與汪建飛等[19]在菠菜上的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫明顯抑制了棉花葉片和莖稈對(duì)硝態(tài)氮的吸收，這與高青海等[20]在甜瓜幼苗上的研究結(jié)果相符。棉株根系中硝態(tài)氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地上部分，可能是因?yàn)楦滴盏奈幢贿€原的硝態(tài)氮，由于白天旺盛的蒸騰作用，在蒸騰拉力作用下通過莖稈、葉柄被運(yùn)輸?shù)饺~片中去。

硝酸還原酶(NR)是一種誘導(dǎo)酶，由外源NO–3誘導(dǎo)而產(chǎn)生，同時(shí)，作為植物體內(nèi)NO3–轉(zhuǎn)化過程的第一個(gè)酶，其活性大小受植物生長介質(zhì)中硝酸鹽的濃度制約，與氮素形態(tài)有密切的關(guān)系[21]。有研究表明，棉花NR活性隨著NH4+-N濃度的增加而降低[22–23]；但也有報(bào)道指出，作物在增銨營養(yǎng)條件下，NR活性比單一硝態(tài)氮營養(yǎng)要高[11,24–25]。本研究表明，在正常溫度和低溫脅迫條件下，棉苗體內(nèi)NR活性隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加均明顯減小，葉片中NR減小達(dá)極顯著差異；低溫脅迫處理使棉苗體內(nèi)NR活性升高。龔士琛[25]的研究中也得出兩葉期玉米受低溫冷害后，體內(nèi)NR活性顯著增加的結(jié)論。

張金秋等[26]和高嬌等[27]分別在牡丹和玉米幼苗上研究發(fā)現(xiàn)，短期的低溫可能使得作物體內(nèi)GS和GOGAT活性暫時(shí)升高，加速氮代謝過程，從而減輕低溫脅迫帶來的危害，但隨著低溫持續(xù)時(shí)間的延長，GS和GOGAT活性逐漸下降，植株的氮代謝活動(dòng)減緩，進(jìn)而影響到植物體內(nèi)其他生理代謝活動(dòng)，最終導(dǎo)致植物生長速度的變慢。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫下(30d以上)棉苗葉片和根系的GS活性極顯著降低。有研究報(bào)道指出，隨著NH4+-N比例增加GS活性明顯增加[25–26]。鄭朝峰[28]研究指出，NH4+-N和NO3–-N均能促進(jìn)小麥葉片的Fd-GOGAT(鐵氧還蛋白-谷氨酸合酶)活性，NH4+-N和NO3–-N同時(shí)供應(yīng)時(shí)GOGAT活性最高，只供應(yīng)NO3–-N或NH4+-N處理時(shí)較低。本試驗(yàn)結(jié)果表明，相同溫度條件下，棉花幼苗葉片和根系中GS活性隨著營養(yǎng)液中NH4+-N比例的增加極顯著增大，在純銨營養(yǎng)處理達(dá)到最大值；葉片和根系的GOGAT活性均隨著營養(yǎng)液中NH4+-N/NO3–-N比例的增大而明顯增強(qiáng)，葉片GOGAT活性的增強(qiáng)達(dá)極顯著水平。不論何種銨硝營養(yǎng)配比，棉苗葉片的GS和GOGAT活性均比根系為高，這與Athilde等[10]的研究結(jié)果相同，這可能是由于葉片中的GS和GOGAT同時(shí)參與了無機(jī)氨的同化和光呼吸釋放氨的再同化。

綜上所述，銨硝混合營養(yǎng)(尤其是NH4+-N/NO3–-N為50/50處理)可使棉花幼苗植株內(nèi)氮代謝趨于協(xié)調(diào)，棉株生理代謝旺盛，養(yǎng)分吸收能力增強(qiáng)，提高植株對(duì)低溫脅迫的抗性。同時(shí)，良好的氮素代謝狀況有利于碳水化合物的形成和干物質(zhì)積累，從而促進(jìn)低溫下棉花生長發(fā)育。

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Effects of enhancing ammonium nutrition on the nitrogenous metabolisms of cotton seedlings grown hydroponically under low-temperature stress

ZHANG Shu-ying1,CHU Gui-xin1,LIANG Yong-chao1,2*
(1 College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China; 2 College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

【Objectives】The aim of this study was to investigate the effects of enhanced ammonium(NH4+)on the growth and nitrogenous metabolisms of cotton grown hydroponically under low-temperature stress.【Methods】Using cotton(Gossypium hirsutum L.cv.Xinluzao13)as the experimental material,we studied the influences of the different ammoniam/nitrate ratios(NH4+-N/NO3–-N of0/100,25/75,50/50,75/25,100/0)on the growth,nitrogen uptake and accumulation,NO3–concentration,and the activities of nitrate reductase(NR), glutamine synthetase(GS)and glutamine2-oxyoglutarate aminotransferase(GOGAT)activity in cotton seedlings grown in agrowth chamber under low-temperature stress(15℃).【Results】The combined supply of ammoniam with nitrate significantly enhanced(P<0.05)the biomass of different organs of cotton grown under the normal condition(25℃).The dry matter yields of both shoots and roots were the biggest at the ammoniam/nitrate ratio of 50/50and the smallest at the ammoniam/nitrate ratio of100/0.The biomass of different organs of cotton was significantly decreased under low temperature(15℃).Nitrogen concentrations and the activities of GS and GOGAT increased with increasing of NH4+/NO3–ratios,but nitrogen accumulation increased firstly and then decreased in cotton seedlings grown under either normal or low temperature.The nitrate concentration in different organs of cotton seedlings,together with NR activity of cotton leaves decreased under either normal or lowtemperature.Nitrogen accumulation of cotton seedlings,nitrate concentration,and NR,GS and GOGAT activities decreased significantly under low-temperature stress.【Conclusions】The combined supply of ammoniam with nitrate could enhance the concentration of nitrogen and NO3–-N,and the activities of GS and GOGAT of cotton seedlings,thus maintaining the balance of nitrogenous metabolism and enhancing the plant resistance to lowtemperature stress,and the growth and biomass of cotton seedlings.

cotton seedling;NH4+-N/NO3

2016–10–14接受日期：2017–01–25

教育部重大項(xiàng)目培育基金（707057）資助。

張淑英（1976—），女，安徽泗縣人，博士，主要從事植物生理與植物營養(yǎng)方面研究。Email：zhangshuying1221xj@163.com *通信作者E-mail：ycliang@zju.edu.cn