供氮水平和稳定性对苹果碳氮营养特性影响机制的研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mokama1
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高产、稳产和优质是苹果栽培管理的核心,而根层氮素供应水平及稳定程度是影响苹果产量和品质关键因素。因此,研究氮素供应水平及稳定性对苹果植株生长及碳氮营养吸收利用特性的影响,明确苹果对不同氮素供应方式响应的生理机制,对苹果生产上制定科学供氮技术有重要指导意义。为此,以苹果矮化砧M9T337幼苗为试材,在水培条件下,采用15N和13C同位素双标记技术,研究了5种不同氮素供应方式(NO3--N浓度由低变高、NO3--N浓度由高变低、适量稳定供氮、持续低氮及持续高氮,分别以N1、N2、N3、N4和N5表示)对苹果幼苗生长、碳氮营养、光合特性、内源激素含量及根系硝态氮转运蛋白基因表达的影响。同时,分别以6年生‘王林’(Orin)/SH6/八棱海棠(M.micromalus Makino)和15年生‘红将军’(Red General)/八棱海棠(M.micromalus Makino)为试材,在田间条件探讨了氮素适量稳定供应的两个实现途径及其作用效果,主要结果如下:  1、不同供氮水平和稳定性对M9T337幼苗15N吸收、利用特性的研究。处理20d后,以N3处理干物质量最大,N4处理最小,N1处理地上部干物质量增幅最高。N3处理总根长、总表面积最大,根尖数最多,N4处理次之,N5处理最小。NO3--N浓度变换后1d,N1处理根系NO3-吸收流量最大,和N3处理间无显著差异。NO3--N浓度变换后10d,N3处理根系NO3--N吸收流量显著高于其他处理,N5处理变为外排,N1处理较NO3--N浓度变换1d时降低了61.98%。各器官Ndff值、植株总氮量及15N吸收量均以N3处理最高,N4处理最低,N1处理增幅最大。处理第11d,N5处理根系和叶片硝态氮含量最大,和N3处理间无显著差异。处理第20d,N3处理叶片硝态氮含量比N5处理低13.42%。N5处理叶片硝酸还原酶(NR)活性在处理12d后显著低于N3处理,处理20d时,叶片NR活性大小为N3>N1>N5>N2>N4。因此,随处理时间延长,供氮不足限制幼苗氮素吸收,供氮过量氮素同化及根系生长受抑,均不利于苹果幼苗生长。适量稳定供氮通过保持较高的NO3-吸收速率和Ndff值,并逐渐提高叶片NR活性,促进体内硝态氮同化转化,达到对氮素的高效吸收利用,实现苹果幼苗最适生长。  2、不同供氮水平和稳定性对M9T337幼苗光合性能及13C积累分配的研究。NO3--N浓度变换后14d,N1、N2、N4和N5处理下叶绿素a含量分别比N3处理低17.33%、41.94%、93.41%和30.37%,叶绿素b含量趋势相同。N3处理的叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著高于其他处理。与N4处理相比,N1处理下Pn、Gs  和Tr分别提高了97.54%、128.41%和81.00%。而与N5处理相比,N2处理下Pn、Gs和Tr分别降低了73.62%、100.45%和102.19%。叶片Rubisco活性以N3处理最高,N5处理最低,而光合氮利用效率(PNUE)以N4处理最大,N5处理最小。苹果幼苗叶片13C分配率为N5>N3>N1>N2>N4,而根系13C分配率为N4>N3>N2>N1>N5。NO3--N浓度变换14d内,N1处理下叶片吲哚乙酸(IAA)、玉米素(Z)、玉米素核苷(ZR)含量及赤霉素(GA3)含量均呈增加的趋势,脱落酸(ABA)含量则显著降低,N2处理与之趋势相反。处理结束时,N3处理下叶片Z+ZR和GA3含量最高,ABA含量最低。因此,随处理时间延长,供氮不足和过量均不利于苹果幼苗光合性能的提高,适量稳定供氮一方面通过保持较高的叶绿素含量,增强叶片Rubisco活性,并提高叶片Z+ZR和GA3含量,降低ABA含量,从而提高了苹果幼苗的光合性能。另一方面,适量稳定供氮减少了光合产物在茎部的分配,而将较大比例的光合产物运输到根部,实现了光合产物积累与分配的良性循环,从而最有利于苹果幼苗的营养生长。  3、不同供氮水平和稳定性下M9T337幼苗生长及内源激素响应的研究。处理第21d,与N3处理相比,N4处理根冠比增加了11.11%,而N5处理降低了28.57%。N3处理总根长、总表面积及根长密度最大,其次为N2处理,最小的为N5处理,而叶面积为N3>N5>N2>N1>N4。处理7d后,N4处理根系吲哚乙酸(IAA)含量显著高于N5处理,而叶片IAA含量显著低于N5处理。N2处理在NO3--N浓度变换11d内根系IAA含量增加了16.68%,叶片IAA含量降低了20.90%;N1处理趋势相反。处理21d内,N5处理根系和叶片玉米素(Z)和玉米素核苷(ZR)含量均显著高于N4处理。各处理根系脱落酸(ABA)含量在处理第21d时无显著差异,而叶片ABA含量为N4>N2>N1>N5>N3。N4处理根系NRT1.1的相对表达量在处理7d后显著高于N5处理,且N4处理1d后显著诱导了根系NRT2.1的表达。由此推测,与高氮相比,低氮下苹果幼苗IAA从地上部向根系极性运输增加,Z和ZR含量降低,叶片ABA含量积累,根系NRT1.1和NRT2.1相对表达量提高,可能是苹果幼苗在不同NO3--N浓度下生长差异的重要原因。  4、分次施氮对苹果15N-尿素吸收、利用及土壤累积动态影响的研究。随着果实的膨大,植株新生器官(叶片、新梢和果实)Ndff值以八次施氮处理最高,一次施氮处理最低。果实成熟期,八次施氮处理15N吸收量分别是二次和一次施氮处理的1.61和2.10倍。植株营养器官和生殖器官15N分配率均以八次施氮处理最高,一次施氮处理最低;随时间推移,八次施氮处理0~60cm土层15N残留量逐渐高于二次和一次施氮处理,且主要集中在0~40cm土层;在果实成熟期,八次施氮处理15N肥料利用率为17.65%,  显著高于二次(10.99%)和一次施氮处理(8.37%),而15N损失率为47.54%,显著低于二次(59.05%)和一次施氮处理(67.92%)。因此,增加施氮次数(少量多次施氮)能显著降低氮素损失,在苹果需肥关键期间接实现氮素的适量稳定供应,从而提高氮素利用率及苹果产量和品质。  5、不同黄腐酸用量对苹果产量、品质及15N-尿素去向影响的研究。果实成熟期,苹果根系、一年生枝和叶片的Ndff值均为NF3>NF4>NF2>NF1>CK[单施尿素(CK),尿素配施不同用量黄腐酸处理(黄腐酸用量分别为75、150、300和450kg·hm-2,分别以NF1,NF2,NF3和NF4表示)]。植株全氮量和15N吸收量均以NF3处理最大,其次为NF4处理,CK处理最低。与CK处理相比,NF1、NF2、NF3和NF4处理15N利用率分别提高了14.2%、33.5%、64.2%和50.0%,而15N损失率分别降低了9.1%、18.5%、37.1%和28.7%。不同处理对土壤15N残留量影响不同。配施黄腐酸处理0~60cm土层15N残留量显著高于CK处理,其中以NF3处理最多,而在60~100cm土层显著低于CK处理。NF3处理单株产量和纯收益较CK处理增幅最大,分别为15.8%和20.2%,其次为NF4处理,同时NF3处理果实硬度、可溶性固形物含量和糖酸比均达到最高水平。因此,尿素配施黄腐酸降低了氮素损失,保证了苹果根系集中分布区适量而稳定的氮素供应,从而提高苹果产量和品质。通过对果实产量和氮素利用率与黄腐酸施用量进行拟合分析,得出本试验条件下适宜的黄腐酸用量为326.41~350.61kg·hm-2  高产、稳产和优质是苹果栽培管理的核心,而根层氮素供应水平及稳定程度是影响苹果产量和品质关键因素。因此,研究氮素供应水平及稳定性对苹果植株生长及碳氮营养吸收利用特性的影响,明确苹果对不同氮素供应方式响应的生理机制,对苹果生产上制定科学供氮技术有重要指导意义。为此,以苹果矮化砧M9T337幼苗为试材,在水培条件下,采用15N和13C同位素双标记技术,研究了5种不同氮素供应方式(NO3--N浓度由低变高、NO3--N浓度由高变低、适量稳定供氮、持续低氮及持续高氮,分别以N1、N2、N3、N4和N5表示)对苹果幼苗生长、碳氮营养、光合特性、内源激素含量及根系硝态氮转运蛋白基因表达的影响。同时,分别以6年生‘王林’(Orin)/SH6/八棱海棠(M.micromalus Makino)和15年生‘红将军’(Red General)/八棱海棠(M.micromalus Makino)为试材,在田间条件探讨了氮素适量稳定供应的两个实现途径及其作用效果。
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