夏 營，曹洪建，丁 荔，王 龍，姜穎霖，田 歌，姜遠(yuǎn)茂 *

（1.山東省威海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 威海 264200；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

0 引言

【研究意義】氮素是植物生長發(fā)育所必需的生命元素[1]，對促進(jìn)果樹的生長、提高果樹產(chǎn)量及果實品質(zhì)具有重要的作用[2]，過量施氮不僅會導(dǎo)致氮素利用率偏低，而且造成了土壤質(zhì)量、果實品質(zhì)的下降和水污染等一系列問題。因此，研究如何減少氮肥的施用，促進(jìn)氮素科學(xué)高效利用，對以節(jié)本增效、減少環(huán)境污染為主要目標(biāo)的農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人研究發(fā)現(xiàn)，鉬在植物的氮代謝過程中扮演著非常重要的角色，鉬可以參與到硝酸鹽還原、固氮作用以及含氮化合物的運輸?shù)冗^程中，適量施用鉬肥可以顯著促進(jìn)作物對氮素的吸收[4,5]。缺鉬會導(dǎo)致植物不能有效利用和轉(zhuǎn)化養(yǎng)分，造成植物體內(nèi)營養(yǎng)分布失衡[6]。鉬是硝酸還原酶的重要組分之一，合理供鉬可通過組成鉬酶或輔助因子催化氧化還原反應(yīng)，提高硝酸還原酶的活性，加速NO3?的還原，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，調(diào)控植物的碳、氮等生理代謝過程[7]。 適當(dāng)施鉬能夠促進(jìn)草莓幼苗對氮素的吸收，顯著提高氮素利用率[8]；施鉬能顯著提高玉米植株的鉬含量，適宜的鉬降低了植株的NO3?-N濃度而增加了NH4+-N濃度，因此植株體內(nèi)鉬的穩(wěn)態(tài)平衡可以提高植株對氮的吸收利用[9]。將氮肥和鉬肥配施可以提高氨基酸、蛋白質(zhì)的含量，可以提高硝酸還原酶的活性，可以降低硝態(tài)氮含量，提高苗蒜產(chǎn)量[10]。同時施鉬還能明顯提高煙葉鉀含量和改善煙葉油分，提高煙葉品質(zhì)[11]。適量鉬供應(yīng)可以明顯提高小白菜[12]、甜瓜[13]、云南烤煙[14]、花生[15]等作物的產(chǎn)量。當(dāng)前，蘋果產(chǎn)業(yè)氮素投入過多，而對鉬的重視程度不足，鉬的不合理施用可能是導(dǎo)致氮素利用率過低的原因之一?！颈狙芯壳腥朦c】綜合前人研究表明，施鉬可以促進(jìn)作物對氮素的吸收，但是有關(guān)鉬對蘋果氮吸收利用的研究相對較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以一年生蘋果砧木新疆野蘋果為試材，運用15N同位素示蹤技術(shù)，研究了5個不同鉬水平對蘋果砧木生長及氮素吸收利用的影響，以期為生產(chǎn)上鉬肥的合理施用、促進(jìn)氮素高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試材與設(shè)計

試驗于2018年3–8月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗站完成。新疆野蘋果（Malus sieversii）具有耐鹽堿、抗旱、抗病蟲、抗寒、耐瘠薄等特性[16]，在我國西北地區(qū)作為蘋果生產(chǎn)的砧木被廣泛利用[17]，筆者以一年生新疆野蘋果為試驗材料，于2018年3月初，將層積好的種子播在穴盤中，正常的溫度濕度管理，當(dāng)幼苗長出4～5片真葉時，將其移栽到裝滿石英砂的花盆中，石英砂在用前將其洗凈晾干。移栽后緩苗1周，期間澆灌去離子水，緩苗后先用1/2濃度Hoagland營養(yǎng)液澆灌1周，隨后每 5 d澆1次Hoagland 營養(yǎng)液，每次每盆 500 ml。

試驗設(shè)0.00（CK）、0.25（M1）、0.50（M2）、1.50（M3）、3.00（M4）μmol·L?1H2MoO4·H2O ，其他營養(yǎng)元素與正常Hoagland營養(yǎng)液相同，每個處理重復(fù)10盆，每盆4株幼苗，本試驗在避雨棚內(nèi)進(jìn)行。待幼苗長至6～7片真葉時（5月20日），開始澆灌不同鉬濃度的營養(yǎng)液。到試驗結(jié)束時共澆灌營養(yǎng)液20次，每次500 ml。每次澆灌營養(yǎng)液前用去離子水沖洗3～5次，將上次殘留營養(yǎng)液沖洗干凈，再澆灌新的營養(yǎng)液。其中每隔1次向每盆加入0.01 g Ca(15NO3)2（共施入 0.10 g，分10次加入，豐度為10.20%）用于15N標(biāo)記。于2018年8月30日測定根系活力、根系形態(tài)和氮素的吸收利用、分配等指標(biāo)。

1.2 測定項目

1.2.1 植株根系形態(tài)的測定 每個處理選取3株幼苗，根部經(jīng)去離子水清洗后，平鋪于透明塑料板上，在水中展開，用專業(yè)版WinRHIZO（2007版）根系分析軟件進(jìn)行根總表面積、根尖數(shù)、根系總長度掃描分析。

1.2.2 根系活力和葉片硝酸還原酶活性的測定 每個處理選取長勢基本一致、無病蟲害的3株幼苗，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力，用四氮唑的還原強度（μg·h?1·g?1）表示根系活力（鮮根）。硝酸還原酶（NR）活性參照李合生[18]的方法測定。

1.2.3 植株全氮和15N豐度的測量 每個處理選取3株幼苗，分為根、莖、葉3部分，然后放入烘箱于105 ℃殺青30 min，隨后80 ℃烘干至恒重，用不銹鋼電磨粉碎后過0.25 mm篩，測定器官全氮量和各器官的15N豐度。樣品全氮用凱氏定氮法測定，15N豐度在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能研究所用MAT-251質(zhì)譜儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Ndff =（植物樣品中15N豐度?自然豐度）/（肥料中15N豐度?自然豐度）×100%

器官15N吸收量 = Ndff×器官全氮量。

氮肥利用率=（Ndff×器官全氮量）/施肥量×100%

用 Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用 DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行單因素方差分析，LSR法進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供鉬水平下新疆野蘋果的生物量

由表1可以看出，M1、M2、M3和M4處理的各器官干重都顯著高于無鉬對照（CK）。在0～0.50 μmol·L?1鉬水平時，新疆野蘋果根、莖、葉生物量均隨著鉬濃度增加顯著增大，至 M2（0.50 μmol·L?1）處理時達(dá)到最大，之后隨著鉬濃度的進(jìn)一步增加，各器官生物量顯著降低，M4處理的根、莖、葉和總生物量僅 為M2處 理 的 73.96 %、63.08% 、79.17%和73.15%。說明適量施鉬促進(jìn)了幼苗的生長，而鉬濃度的過高或過低均抑制了幼苗生長。

表1 不同鉬水平下的植株生物量Table 1 Biomass of M.hupehensis seedlings under Mo treatments

2.2 不同供鉬水平下新疆野蘋果的根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力

供鉬處理顯著影響了新疆野蘋果幼苗根系總長度、根系總面積、根尖個數(shù)及根系活力（表2）。隨著供鉬水平的提高，新疆野蘋果幼苗根系長度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力均呈先升高后降低的趨勢。與M2處理相比，當(dāng)供鉬水平增加到M3和M4水平時，新疆野蘋果幼苗根系長度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力顯著下降，其中M4處理的根系活力僅為M2處理的64.36%，但與CK處理間無顯著差異，說明 0.5 μmol·L?1鉬酸處理能顯著促進(jìn)幼苗根系生長，提高其根系活力。

表2 不同供鉬水平下新疆野蘋果的根系形態(tài)指標(biāo)Table 2 Morphological indices of M.sieversii roots under Mo treatments

2.3 不同鉬水平下植株各器官的 Ndff值和葉片 NR活性

Ndff是指植株器官從肥料15N中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，它反映了植株器官對肥料15N的吸收征調(diào)能力[19]。

由表3可以看出，不同鉬水平下新疆野蘋果幼苗各種器官的Ndff值差異顯著。M2處理葉片、莖、根的Ndff值均最高，分別為CK的1.25倍、1.18倍和1.19倍，為M4處理的1.18倍、1.12倍和1.15倍。表明適量施鉬可以促進(jìn)蘋果幼苗各器官對氮的吸收征調(diào)能力。

與對照相比，所有供鉬處理均顯著提高了葉片NR活性（表3）。隨著供鉬水平的提高，葉片NR活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，M2處理最高，其次是M3處理，M4處理最低。因此，幼苗葉片硝酸還原酶活性受到 0.50 μmol·L?1鉬酸處理的顯著促進(jìn)，受到低鉬水平的顯著抑制。

表3 不同鉬水平下植株各器官的Ndff值和葉片NR活性Table 3 Ndff of organs and NR activity of leaves under Mo treatments

2.4 不同供鉬水平的植株15N 利用率

不同供鉬水平之間氮肥利用率差異顯著，M2處理最高，M3和M1處理，CK處理最低（圖1）。與CK處理相比，M2處理氮肥利用率提高了123%，說明適量供鉬可顯著提高幼苗的15N利用率。

圖1 不同供鉬水平的植株15N利用率Fig.1 15N utilization efficiency of seedlings under Mo treatments

2.5 不同鉬水平下植株的全氮量和15N吸收總量

表4顯示，隨著供鉬水平的提高，新疆野蘋果幼苗的全氮量和15N吸收總量呈先上升后下降的趨勢。與對照相比，M2處理的全氮量增加的比例最大，M3和M1處理，M4處理最小；植株15N吸收總量也表現(xiàn)出同樣的趨勢。這表明適量供鉬可提高植株全氮量的累積和對15N的吸收。

表4 不同鉬水平下植株的全氮量和15N吸收總量Table 4 Total N and 15N absorption of M.hupehensis seedlings under Mo treatments

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，當(dāng)鉬酸在 0.50 μmol·L?1水平處理下根系活力處于最高水平，相對于CK處理能夠顯著促進(jìn)根系的生長和根系活力的提高，與前人研究[20]結(jié)果一致；硝酸鹽作為蘋果氮素的重要來源，通過硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的共同作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇@，進(jìn)入植物氮代謝途徑，合成氨基酸和核苷酸等成分[21]。鉬作為植物體內(nèi)硝酸還原酶的重要組分，影響著植株體內(nèi)硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。相關(guān)研究證明，鉬和氮相互促進(jìn)，缺鉬會使硝態(tài)氮向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化受阻，導(dǎo)致硝態(tài)氮積累而使植物出現(xiàn)缺氮癥狀，施鉬可促進(jìn)植物體內(nèi)氮素營養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化[22]。本研究中，與對照相比，各供鉬處理的葉片中硝酸還原酶活性均顯著增加，隨著供鉬水平的增高，硝酸還原酶活性呈現(xiàn)先提高后下降的趨勢。隨著葉片硝酸還原酶活性的提高，大量的硝態(tài)氮被還原，細(xì)胞質(zhì)中的硝態(tài)氮濃度下降，與此同時硝酸還原酶活性相應(yīng)下降，這可能與氮素的轉(zhuǎn)化與運輸趨于動態(tài)平衡有關(guān)。

前人研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥低溫期缺鉬會產(chǎn)生黃化死苗現(xiàn)象，導(dǎo)致其產(chǎn)量嚴(yán)重降低，而施用鉬肥則能促進(jìn)冬小麥壯苗、壯蘗，并提高產(chǎn)量[23]。施鉬肥明顯降低大白菜硝酸鹽的含量，促進(jìn)氮素的吸收利用[24]。氮同位素示蹤技術(shù)能深入研究施入氮肥的去向及在作物體內(nèi)的分配利用，為作物氮肥運籌管理提供理論依據(jù)[25]。本試驗利用15N 示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，0.50 μmol·L?1鉬酸處理時新疆野蘋果幼苗全氮量和15N吸收總量顯著高于其他處理，這與適宜鉬含量供應(yīng)可以有效地促進(jìn)小麥吸收更多的氮素結(jié)果一致[26]。本試驗結(jié)果表明，缺鉬處理和鉬過量處理條件下，植株的全氮量和15N利用率均會顯著下降，這可能是因為缺鉬處理和鉬過量處理均會抑制根系的生長和硝酸還原酶的活性，從而抑制了植株對氮素的吸收，降低了15N利用率。

劉利等[27]研究了平邑甜茶幼苗在不同含量鉬酸處理下的15N吸收利用情況，其15N利用率最高為13.97%，略低于本試驗的最適宜處理下的15N利用率，這可能是兩方面的原因?qū)е拢阂皇撬迷嚥牟煌煌奶O果砧木幼苗對生產(chǎn)中不同的環(huán)境響應(yīng)不同，平邑甜茶和新疆野蘋果都是生產(chǎn)中較為常用的砧木，但平邑甜茶的根系對環(huán)境變化非常敏感[28]，而新疆野蘋果的抗逆性較強，在各種環(huán)境中均能表現(xiàn)出不錯的營養(yǎng)生長能力[29?31]，結(jié)合本文對根系形態(tài)指標(biāo)的測定分析，因此新疆野蘋果對氮素的吸收相對更強；另一方面是培養(yǎng)環(huán)境不同，劉利等[27]使用水培試驗的方式，而本文采用砂培環(huán)境。通常蘋果砧木幼苗的試驗條件有3個，分別是水培、土培、砂培。水培的試驗環(huán)境更為穩(wěn)定，可以更精確的研究適宜的養(yǎng)分濃度，但是不適宜模擬土壤的物理環(huán)境。土壤的物理結(jié)構(gòu)是影響植物根系乃至整株生長的重要原因之一，土培的環(huán)境比較接近生產(chǎn)，但是土壤養(yǎng)分含量復(fù)雜，很難調(diào)節(jié)到適宜的水平去進(jìn)行試驗，尤其是對于微量元素的研究更為困難，因此本文中設(shè)置的砂培環(huán)境，既有利于研究適宜的養(yǎng)分濃度，又可以模擬土壤物理條件，接近于生產(chǎn)環(huán)境，細(xì)砂模擬的土壤物理結(jié)構(gòu)會刺激植物根系的生長，進(jìn)一步增強了對氮素的吸收。

綜上所述，0.50 μmol·L?1的鉬酸處理，一方面有利于植株生長和根系發(fā)生，增強對氮素的吸收；另一方面提高了硝酸還原酶活性，通過推進(jìn)氮還原的進(jìn)程促進(jìn)了氮素的利用。因此，在此濃度鉬酸處理下幼苗15N利用率最高。