中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (11): 2215-2226.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.013
韩瑞锋(), 郭雨琴(), 王玉琢, 成永三, 侯雷平, 张毅()
收稿日期:
2023-11-16
接受日期:
2024-02-19
出版日期:
2024-06-01
发布日期:
2024-06-07
通信作者:
联系方式:
韩瑞锋,E-mail:hanruifeng180@sina.com。郭雨琴,E-mail:jiayou183055911@163.com。韩瑞锋和郭雨琴为同等贡献作者。
基金资助:
HAN RuiFeng(), GUO YuQin(), WANG YuZhuo, CHENG YongSan, HOU LeiPing, ZHANG Yi()
Received:
2023-11-16
Accepted:
2024-02-19
Published:
2024-06-01
Online:
2024-06-07
摘要:
【目的】氮素(N)是调控蔬菜作物生长的重要因子,探究氮形态对小白菜根系生长及细胞壁组分的影响,明确根区pH变化与质膜(PM)H+-ATPase的关系,为进一步研究氮素调控植物根系生长发育提供理论基础。【方法】以小白菜(‘华王’)为试材,设置3个N素形态(硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、甘氨酸态氮(Gly-N)),采用营养液水培法,探究无机氮和有机氮调控小白菜根区pH和根细胞壁组分对根系生长的影响,同时探讨氮营养对小白菜根系生长素(IAA)和PM H+-ATPase酶的影响。用根系扫描法和生理试验等方法,测定小白菜的总根长、总根体积、总根表面积和根尖数等根系形态指标以及介质pH、PM H+-ATPase酶活性、IAA含量、细胞壁及其主要组分含量、果胶甲酯酶(PME)、扩张素(EXP)含量等生理指标,并分析根系形态和各生理指标之间的相关性。【结果】Gly-N和NO3--N均碱化介质pH,且Gly-N碱化介质pH的能力高于NO3--N处理,NH4+-N酸化介质pH。与NO3--N处理相比,Gly-N处理显著降低小白菜地上部(40.23%)和根系干物质含量(21.74%)、主根长(55.15%)、总根长(58.63%)、总根表面积(53.12%)、总根尖数(73.07%)、根分叉数(65.39%)、内部链接数(40.91%)和外部链接数(73.94%),提高了根系细胞壁提取率(22.00%)、果胶(47.74%)、纤维素(25.30%)、EXP(109.53%)、PM H+-ATPase酶活性(15.42%)、根冠比(30.33%)、拓扑指数(11.43%)和分形维数(4.32%);NH4+-N处理植株地上部干物质含量、主根长、根分叉数、内部链接数、外部链接数、根系PME活性和IAA含量分别显著降低22.98%、34.30%、35.32%、26.22%、29.02%、36.38%和8.74%,根系PM H+-ATPase酶活性、细胞壁提取率、果胶和半纤维素分别显著提高14.60%、19.38%、22.98%、74.33%。根系形态指标与生理指标之间的相关分析结果表明,总根表面积与总根长、总根尖数、外部链接数、根分叉数呈极显著正相关(P<0.01),与主根长、内部链接数、叶干重呈显著正相关(P<0.05);总根表面积与根直径、扩张素、拓扑指数呈极显著负相关(P<0.01),与果胶、纤维素和分形维数呈显著负相关(P<0.05)。根直径与扩张素、纤维素、分形维数、拓扑指数呈极显著正相关(P<0.01),与果胶呈显著正相关(P<0.05)。【结论】Gly-N和NH4+-N均增加了小白菜根系细胞壁含量,抑制了小白菜根系的伸长生长;Gly-N更有利于果胶和纤维素的积累,NH4+-N有利于半纤维素的积累。
韩瑞锋, 郭雨琴, 王玉琢, 成永三, 侯雷平, 张毅. 氮形态对小白菜根系生长、根区pH及细胞壁组分的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2215-2226.
HAN RuiFeng, GUO YuQin, WANG YuZhuo, CHENG YongSan, HOU LeiPing, ZHANG Yi. Effect of Nitrogen Form on Root Growth, pH in Root Zones and Cell Wall Components of Pakchoi[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2215-2226.
表1
氮形态对小白菜根系基础指标的影响"
处理 Treatment | 主根长 Primordial root length (cm) | 总根长 Total root length (cm) | 总根系表面积 Total root surface area (cm2) | 平均根系直径 Average root diameter (mm) | 总根系体积 Total root volume (cm3) | 根系活力 Root activity (μg∙g-1∙h-1 FW) |
---|---|---|---|---|---|---|
N | 26.53±3.24a | 320.50±3.17a | 21.65±0.26a | 0.23±0.00b | 0.26±0.02a | 335.25±21.18a |
A | 17.43±0.49b | 315.74±10.88a | 21.08±0.73a | 0.21±0.01b | 0.16±0.02b | 194.34±10.91b |
G | 11.90±0.38c | 132.60±12.66b | 10.15±0.91b | 0.31±0.00a | 0.15±0.01b | 143.33±13.23b |
表2
氮形态对小白菜根系构型参数的影响"
处理 Treatment | 根尖数 Root tip number | 根分叉数 Root fork number | 内部链接数 Altitude | 外部链接数 Magtitude | 拓扑指数 Topological index | 分形维数 Fractal dimension |
---|---|---|---|---|---|---|
N | 1267.67±137.12a | 3502.33±160.68a | 95.33±4.26a | 698.33±54.72a | 0.70±0.00b | 1.39±0.01b |
A | 966.33±132.17a | 2265.33±266.83b | 70.33±3.71b | 495.67±48.07b | 0.69±0.01b | 1.36±0.02b |
G | 341.33±45.41b | 1212.00±111.54c | 56.33±2.96c | 182.00±16.92c | 0.78±0.01a | 1.45±0.00a |
表3
氮形态对小白菜根系细胞壁组分含量的影响"
处理 Treatment | 细胞壁含量 Cell wall content (mg∙g-1 FW) | 果胶含量 Pectin content (μg∙mg-1 DW) | 半纤维素含量 Hemicellulose content (μg∙mg-1 DW) | 纤维素含量 Cellulose content (μg∙mg-1 DW) | 细胞壁提取率 Cell wall extraction rate |
---|---|---|---|---|---|
N | 30.47±0.12b | 22.54±0.21c | 14.88±0.85b | 209.89±14.75b | 6.09±0.02b |
A | 36.33±1.92a | 27.72±0.95b | 25.94±2.02a | 191.41±16.34b | 7.27±0.38a |
G | 37.17±1.15a | 33.30±2.18a | 19.24±0.61b | 262.99±6.75a | 7.43±0.23a |
[1] |
吴召林, 祁娟, 刘文辉, 金鑫, 杨航, 宿敬龙, 李明. 氮素形态及其配比对老芒麦生长及生理特性的影响. 草业科学, 2020, 37(5): 942-951.
|
|
|
[2] |
|
[3] |
刘晓嵩. 硝态氮和甘氨酸态氮供应下菠菜氮素吸收与代谢差异研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2016.
|
|
|
[4] |
王小丽, 周倩, 黄丹枫. 甘氨酸浓度对普通白菜幼苗生长及氮代谢关键酶活性的影响. 中国蔬菜, 2016(7): 68-74.
|
|
|
[5] |
陈鹏, 张茂星, 张明超, 刘赣, 朱毅勇. 不同氮素营养形态对香蕉生长及其根系质子泵活性的影响. 南京农业大学学报, 2015, 38(1): 101-106.
|
|
|
[6] |
苑婧娴. 氨基酸对小麦幼苗生长及生理特性的影响[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.
|
|
|
[7] |
宋世威. 有机生产系统中甜瓜氮素营养生理研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2008.
|
|
|
[8] |
马庆旭. 植物对氨基酸的吸收及pH和Cd胁迫对其吸收的影响机制[D]. 杭州: 浙江大学, 2019.
|
|
|
[9] |
周小华, 李昆志. 质膜H+-ATPase对2种湿地植物吸收NO3-的影响. 环境工程, 2019, 37(7): 104-107, 158.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
曹小闯. 土壤氨基酸态氮对植物的氮营养贡献及其地带性分布规律[D]. 杭州: 浙江大学, 2014.
|
|
|
[13] |
许飞云, 张茂星, 曾后清, 朱毅勇. 水稻根系细胞膜质子泵在氮磷钾养分吸收中的作用. 中国水稻科学, 2016, 30(1): 106-110.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2016.5115 |
|
|
[14] |
刘朝阳, 李贞霞, 于丹. 小白菜营养成分测定分析. 中国园艺文摘, 2014, 30(4): 29-31.
|
|
|
[15] |
韩瑞锋, 梁韵, 黄丹枫. 氮素形态对小白菜根系和硝酸盐含量的影响. 上海交通大学学报(农业科学版), 2017, 35(3): 37-44.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
田辉, 宋海星, 吴秀文, 张振华. 低氮条件下油菜根系伸长与细胞壁组分的变化. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2022, 48(4): 386-393.
|
|
|
[18] |
|
[19] |
岳小红, 曹靖, 耿杰, 李瑾, 张宗菊, 张琳捷. 盐分胁迫对啤酒大麦幼苗生长、离子平衡和根际pH变化的影响. 生态学报, 2018, 38(20): 7373-7380.
|
|
|
[20] |
朱晓芳. 拟南芥细胞壁半纤维素结合铝的机制及其调控[D]. 杭州: 浙江大学, 2014.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
马玉峰, 周忠雄, 李雨桐, 高雪琴, 乔亚丽, 张文斌, 颉建明, 胡琳莉, 郁继华. 氮素水平及形态对娃娃菜根系特征及生理指标的影响. 中国农业科学, 2022, 55(2): 378-389. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.012.
|
|
|
[24] |
doi: 10.1038/s41477-020-00756-2 pmid: 32917974 |
[25] |
黄秀, 叶昌, 燕金香, 李福明, 褚光, 徐春梅, 陈松, 章秀福, 王丹英. 不同氮吸收效率水稻品种的苗期铵吸收特性及生长差异分析. 中国农业科学, 2021, 54(7): 1455-1468. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.07.011.
|
|
|
[26] |
丁明. 铵态氮营养下水稻根系质子泵的作用机制[D]. 南京: 南京农业大学, 2019.
|
|
|
[27] |
|
[28] |
曹小闯, 李晓艳, 朱练峰, 张均华, 禹盛苗, 金千瑜, 吴良欢. 外源甘氨酸态氮、硝态氮和铵态氮的浓度配比对小白菜生长和品质的影响. 农业环境科学学报, 2015, 34(10): 1846-1852.
|
|
|
[29] |
李宏斌. 基于三维可视化模型的植物根系构型和拓扑参数提取[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2023.
|
|
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
孟永娇. 黄瓜扩张素蛋白基因CsEXPb1的克隆及功能研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2016.
|
|
|
[35] |
宋科. 铵硝混合营养对烤烟苗期根系生长的影响[D]. 北京: 中国农业科学院, 2017.
|
|
|
[36] |
|
[37] |
王生银. 生长素缓解紫花苜蓿铝毒害的作用机制研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2017.
|
|
|
[38] |
doi: 10.1007/s00299-016-1948-4 pmid: 26888755 |
[39] |
doi: 10.3389/fpls.2017.01344 pmid: 28848567 |
[40] |
|
[41] |
doi: 10.1038/s41598-021-02570-y pmid: 34857783 |
[1] | 王语, 张渝鹏, 朱冠亚, 廖航烯, 侯文峰, 高强, 王寅. 局部供氮对干旱胁迫下玉米苗期生长发育和水氮利用的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 919-934. |
[2] | 卜明娜, 杨习文, 滕政凯, 胡乃月, 张烁, 王春艳, 杨键, 梁文宪, 马文奇, 贺德先, 周苏玫. 不同灌水条件下分层施肥对土壤养分垂直分布与小麦根系生长和功能的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2125-2142. |
[3] | 王荣荣, 陈天鹏, 尹豪杰, 蒋桂英. 不同抗旱性春小麦根系生长对干旱胁迫的响应及滴灌复水补偿效应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(24): 4826-4841. |
[4] | 李菲菲, 廉雪菲, 尹韬, 常媛媛, 金燕, 马小川, 陈岳文, 叶丽, 李云松, 卢晓鹏. 柑橘果实囊衣发育与化渣性的形成[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 333-344. |
[5] | 隋心意,赵小刚,陈鹏宇,李亚灵,温祥珍. 生菜LsPHYB可变剪接体的克隆与高温诱导表达模式[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1822-1830. |
[6] | 钟佳霖,许觜妍,张怡云,李婕,刘晓雨,李恋卿,潘根兴. 原料、炭化温度和生物质炭组分对小白菜生长的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(14): 2775-2785. |
[7] | 王夏青,宋伟,张如养,陈怡凝,孙轩,赵久然. 玉米茎秆抗倒伏遗传的研究进展[J]. 中国农业科学, 2021, 54(11): 2261-2272. |
[8] | 李亚林,张旭博,任凤玲,孙楠,徐梦,徐明岗. 长期施肥对中国农田土壤溶解性有机碳氮含量影响的整合分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(6): 1224-1233. |
[9] | 段应策,胡姿仪,杨帆,李金涛,邬向丽,张瑞颖. pH和缓冲作用对香菇菌丝生长的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(22): 4683-4690. |
[10] | 李鸣凤,刘新伟,王海彤,赵竹青. 高硼土壤增施硫肥对油菜硼吸收与分配的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(5): 874-881. |
[11] | 闫志浩,胡志华,王士超,槐圣昌,武红亮,王瑾瑜,邢婷婷,余喜初,李大明,卢昌艾. 石灰用量对水稻油菜轮作区土壤酸度、土壤养分及作物生长的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(23): 4285-4295. |
[12] | 周茜茜,邱化荣,何晓文,王宪璞,刘秀霞,李保华,吴树敬,陈学森. MdWRKY40介导提高苹果与拟南芥对轮纹病菌的免疫抗性[J]. 中国农业科学, 2018, 51(21): 4052-4064. |
[13] | 黄容,高明,黎嘉成,徐国鑫,王富华,李娇,陈仕奇. 有机物料等氮量施用对紫色土氮形态及温室气体排放的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(21): 4087-4101. |
[14] | 任凤玲,张旭博,孙楠,徐明岗,柳开楼. 施用有机肥对中国农田土壤微生物量影响的整合分析[J]. 中国农业科学, 2018, 51(1): 119-128. |
[15] | 魏周玲,彭浩然,潘琪,张永至,蒲运丹,吴根土,青玲,孙现超. 核糖体失活蛋白(α-MC)亚细胞定位及对TMV的抑制作用[J]. 中国农业科学, 2017, 50(5): 840-848. |
|