周碧青，陳成榕，楊文浩，張黎明，邢世和*

（1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/福建省土壤環(huán)境健康與調(diào)控重點實驗室，福建福州 350002；2 School of Environment, Griffith University, Queensland Brisbane, QLD 4111）

茶樹對可溶性有機和無機態(tài)氮的吸收與運轉(zhuǎn)特性

周碧青1，陳成榕2，楊文浩1，張黎明1，邢世和1*

（1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/福建省土壤環(huán)境健康與調(diào)控重點實驗室，福建福州 350002；2 School of Environment, Griffith University, Queensland Brisbane, QLD 4111）

【目的】揭示亞熱帶茶樹能否直接吸收利用分子態(tài)可溶性有機氮，探討茶樹吸收可溶性有機和無機氮后的運轉(zhuǎn)特性差異。 【方法】采用13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸、15N 標(biāo)記硫酸銨和15N 標(biāo)記硝酸鉀為同位素示蹤劑，采用茶樹 (黃金桂) 幼苗為試驗材料進行同位素示蹤盆栽試驗，用同位素質(zhì)譜儀測定茶樹植株地上和地下部的13C、15N 豐度。 【結(jié)果】供試土壤施用13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸態(tài)有機氮后，2 h 和 6 h 茶苗地下部和整株中的13C 增量/15N 增量比值均接近于 1∶1 的理論值；2 h 和 6 h 茶苗地上部未檢出13C 增量，而 72 h 地上部13C 增量達 0.284 μmol/(g, DW)；施用銨態(tài)氮 2 h、6 h 和 72 h 茶苗地下部、地上部和整株中的15N 增量均極顯著高于施用硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮；施用銨態(tài)氮 6 h 茶苗地上部15N 增量/地下部15N 增量比率分別比硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮的比率高 34.7% 和 65.0%，72 h 茶苗地上部15N 增量/地下15N 增量比率分別比硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮的比率高 88.6% 和 133.0%，差異均達極顯著水平。 【結(jié)論】黃金桂茶苗具有從土壤中直接吸收利用甘氨酸分子態(tài)有機氮的能力，但吸收量不及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；吸收的可溶性分子態(tài)有機氮可以從茶樹根系運轉(zhuǎn)至地上部；不同形態(tài)氮素在茶樹植株體內(nèi)的遷移能力高低表現(xiàn)為：銨態(tài)氮 ＞ 硝態(tài)氮 ＞ 甘氨酸態(tài)氮，該研究結(jié)果進一步證明陸地生態(tài)系統(tǒng)植物直接吸收利用可溶性有機氮是普遍存在的現(xiàn)象。

同位素雙標(biāo)記示蹤法；茶樹；13C、15N 標(biāo)記甘氨酸；吸收；運轉(zhuǎn)

高山苔原、亞北極等特殊生境的植物具有從土壤中直接獲取小分子有機氮 (如氨基酸) 的能力[1–2]。早期植物吸收有機氮研究主要采用土壤滅菌處理、15N 單標(biāo)記氨基酸示蹤法[3–5]，但無菌條件忽略了土壤微生物分解作用及植物根系生境的完整性，而直接采用15N 單標(biāo)記氨基酸示蹤法可能因土壤微生物對氨基酸的快速分解而無法辨識植物吸收的15N 是直接源于有機氮還是其分解后的無機氮[6]，致使獲得的結(jié)果與實際情況相差甚遠甚至相悖，13C 和15N 雙標(biāo)記氨基酸示蹤法則可以排除15N 單標(biāo)記氨基酸示蹤法存在的有機氮可能礦化為無機氮才被植物吸收的可能性。國內(nèi)外現(xiàn)有的自然界植物能否直接吸收利用有機氮的研究主要集中于北極莎草和高山苔原[1–2,8]、北方森林和高山草甸[7,9–10]、溫帶森林和草被[11–13]、漠境灌叢[14]、亞熱帶森林[15,16]以及蘿卜、西紅柿、小麥和白菜等農(nóng)作物[17–20]，而對亞熱帶茶樹能否直接吸收利用有機氮則未見研究報道，人們至今對茶樹直接吸收利用有機氮能力的大小以及吸收的有機氮在茶樹體內(nèi)的運轉(zhuǎn)特性等知之甚少。為此，本研究采用 2-13C-15N 雙標(biāo)記甘氨酸、15N 標(biāo)記硫酸銨和15N 標(biāo)記硝酸鉀為同位素示蹤劑，通過茶樹同位素盆栽示蹤試驗，研究施用不同形態(tài)氮素處理 (無機氮、有機氮)和不同施用時間下亞熱帶茶樹對有機氮的直接吸收能力以及吸收的有機氮和無機氮在茶樹植株內(nèi)運轉(zhuǎn)特性的差異，旨在揭示亞熱帶茶樹是否具有直接吸收和運轉(zhuǎn)有機氮的能力，為闡明土壤可溶性有機氮的生態(tài)功能提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試茶樹為一年生的黃金桂 [C. Sinensis (L.) O. Kuntze cv. Huangjingui] 幼苗，由福建農(nóng)科院茶葉研究所提供；供試土壤為發(fā)育于花崗巖坡殘積物的酸性巖紅壤，質(zhì)地為中壤土，pH 值為 5.8，有機質(zhì)含量為 12.4 g/kg，CEC 為 8.9 cmol/kg，全氮、磷、鉀含量分別為 1.00 g/kg、0.98 g/kg 和 23.60 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為 58 mg/kg、35 mg/kg和 23 mg/kg。在分別裝有 200 g 供試土壤的 50 個小塑料盆中各移栽 1 株大小相對一致的黃金桂茶苗，采用常規(guī)盆栽方法在普通溫室中栽培 1 個月備用。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設(shè)計 同位素標(biāo)記甘氨酸是國外學(xué)者在研究植物能否直接吸收利用可溶性有機氮時普遍采用的示蹤劑，由于采用 2-13C-15N-甘氨酸具有以下優(yōu)點：1) 可以保證等量的13C 和15N 加入到土壤中，以避免采用 U-13C2,15N-甘氨酸 (即普通標(biāo)記甘氨酸) 導(dǎo)致大量13C 吸收被檢出[12]；2) 非羧基碳標(biāo)記可以防止采用 1-13C,15N-甘氨酸 (即羧基碳標(biāo)記甘氨酸) 和 U-13C2,15N-甘氨酸試驗中存在的植物吸收的13C/15N 比率快速下降現(xiàn)象[7,12]，故本研究也采用 2-13C-15N-甘氨酸為有機氮同位素示蹤劑。參考 N?sholm 等[19]和 Wei等[16]的同位素示蹤方法，試驗設(shè) 2-13C-15N-甘氨酸 (有機氮)、15N-硫酸銨 (15NH4+-N)、15N-硝酸鉀 (15NO3--N)和對照 (蒸餾水) 4 種處理，每種處理 3 個重復(fù)，采用完全隨機排列。根據(jù)供試土壤冷水提取測定 (室溫)的可溶性有機氮含量范圍[21]，按每克干土施 N 10 μg、每盆注射 21 mL 的用量，分別配制 2-13C,15N-甘氨酸、15N-硫酸銨和15N-硝酸鉀同位素示蹤液。從預(yù)先準(zhǔn)備的盆栽茶苗中選擇 36 株長勢好且相對一致的茶樹幼苗，采用不銹鋼注射針分別將 21 mL 不同處理的同位素示蹤液 (或蒸餾水) 圍繞茶苗周圍距莖干3 cm 處注入三個等間隔點 (每點注入 7 mL，深度為1～5 cm) 土壤中，使同位素示蹤液均勻分布于供試茶苗的根區(qū)土壤中，將注射溶液后的茶苗置于常溫普通溫室中分別培養(yǎng) 2 h、6 h 和 72 h，到規(guī)定培養(yǎng)時間切除茶苗并收集每一茶苗地上和地下部，地下部根系先用流動的蒸餾水徹底洗凈粘附的土壤，然后用 0.5 mmol/L CaCl2溶液沖洗根系 4 次 (合計沖洗時間約 15 min) 以徹底除去可能粘附于根系表面的同位素示蹤液，最后用蒸餾水洗去粘附于根系表面的CaCl2。將采集的茶苗樣品在 90℃ 溫度下殺青 0.5 h后，繼續(xù)在 50～60℃ 溫度下烘干，最后利用微型植物樣品粉碎機將烘干的茶苗樣品研磨成粉末 (研磨時務(wù)必避免不同處理之間同位素的交叉污染)，采用同位素質(zhì)譜儀+元素分析儀分別測定不同處理茶苗地下和地上部樣品中的全 C、N 量以及13C 和15N 豐度。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計 茶苗樣品中來源于標(biāo)記同位素的15N 和13C 增量分別采用下式計算[16,22]：

XC=[(CT[%]/12)×(13CTatom%–13CCatom%)×f]×106

XN=[(NT[%]/14)×(15NTatom%–15CCatom%)×f]×106

式中，XC、XN分別表示每克干茶苗樣品中13C、15N的增量 (μmol/g, DW)；CT、NT分別表示茶苗樣品中全 C、N 含量；13CTatom%、15NTatom% 分別表示施用氮標(biāo)記同位素處理茶苗樣品中13C、15N 豐度；13CCatom%、15NCatom% 分別表示對照處理茶苗樣品中13C、15N 豐度；f 表示同位素示蹤劑的富集系數(shù) (或富集因子)，其中同位素雙標(biāo)記甘氨酸的13C 富集系數(shù)為 100%/99%，15N 富集系數(shù)為 100%/98%；同位素單標(biāo)記硫酸銨的 NH4+富集系數(shù)為 100%/10.65%；同位素單標(biāo)記硝酸鉀的 NO3–富集系數(shù)為 100%/ 10.30%。

圖1 不同氮同位素處理后不同時間茶苗地下部、地上部和整株15N 增量Fig.1 15N excesses in tea roots , shoots and whole seedlings at different times after various N isotope applications

借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件 (DPS v14.50) 進行實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，采用方差分析和 LSD 檢驗分析茶樹對不同形態(tài)可溶性氮吸收和遷移的差異顯著性，采用 t檢驗分析同位素雙標(biāo)記甘氨酸處理茶樹中13C/15N 比率與理論比率 (1∶1) 的差異顯著性。

2 結(jié)果分析

2.1 施用同位素標(biāo)記氮素后茶苗中15N 增量隨時間變化

比較圖 1 相同同位素標(biāo)記氮處理、不同施用時間茶苗植株間15N 增量差異 (上層字母) 可見，施用同位素標(biāo)記的三種不同形態(tài)氮素后，茶苗地上部、地下部和整株檢出的15N 增量均隨施用時間延長而增加。施用銨態(tài)氮后 6 h 和 72 h 茶苗地下部15N 增量分別是 2 h 的 2.82 倍和 14.85 倍，施用硝態(tài)氮的15N 增量分別是 2 h 的 1.15 倍和 9.60 倍，施用兩種無機態(tài)氮三個時段間茶苗地下部15N 增量差異均達極顯著水平；施用甘氨酸態(tài)有機氮后 72 h 茶苗地下部15N 增量分別是 2 h 和 6 h 的 15.59 倍和 9.94 倍，差異達到極顯著水平，但 2 h 與 6 h 間的15N 增量差異未達顯著水平。施用銨態(tài)氮后 6 h、72 h 茶苗地上部的15N增量分別是 2 h 的 5.21 倍、102.75 倍，三個時段間的15N 增量均呈極顯著差異；而施用硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮后 72 h 茶苗地上部的15N 增量均極顯著高于 2 h、6 h，其中施用硝態(tài)氮 72 h 后的15N 增量分別是 2 h、6 h 的 40.09 倍、22.13 倍，施用甘氨酸態(tài)有機氮的15N 增量分別是 2 h、6 h 的 65.20 倍、26.47倍，但 2 h、6 h 處理間茶苗地上部的15N 增量差異均未達顯著水平。施用三種不同形態(tài)氮素后茶苗整株 2 h、6 h、72 h 間的15N 增量變化及其差異均表現(xiàn)出與茶苗地上部相似的規(guī)律。

2.2 不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮對茶苗15N 增量的影響

比較圖 1 中相同施用時間、不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮的茶苗植株間15N 增量差異 (下層字母) 可見，施用三種形態(tài)同位素標(biāo)記氮素后，茶苗地上部、地下部和整株 2 h、6 h 和 72 h 的15N 增量也均表現(xiàn)為銨態(tài)氮 ＞ 硝態(tài)氮 ＞ 甘氨酸態(tài)有機氮，在同一施用時間茶苗地上部、地下部和整株的三種形態(tài)氮素處理之間15N 增量差異也均達極顯著水平。

2.3 施用不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮后茶苗地上部與地下部15N 增量比率

由圖 2 可見，施用三種不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮素后茶苗地上部和地下部15N 增量的比率均隨施用時間的延長而增大，且施用后 2 h、6 h、72 h 之間茶樹地上部和地下部15N 增量比率的差異均達極顯著水平，其中銨態(tài)氮處理 72 h 的茶苗地上部和地下部15N增量比率分別是 2 h、6 h 的 6.96 倍、3.74 倍；硝態(tài)氮處理 72 h 的茶苗地上部和地下部15N 增量比率分別是 2 h、6 h 的 4.16 倍、2.67 倍；甘氨酸態(tài)有機氮處理 72 h 的茶苗地上部和地下部15N 增量比率分別是 2 h、6 h 的 4.24 倍、2.65 倍。

施用氮素后 2 h，三種不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮之間茶苗地上部和地下部15N 增量比率差異不明顯，但在施用后 6 h 和 72 h，地上部和地下部15N 增量比率差異均達極顯著水平。施用后 6 h，銨態(tài)氮處理的茶苗地上部與地下部15N 增量比率分別比硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮高 34.7% 和 65.0%，72 h 的15N 增量比率分別比硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮高 88.6% 和 133.0%，表明隨時間的延長，施用不同形態(tài)同位素標(biāo)記氮的茶苗中氮素由地下部向地上部的轉(zhuǎn)移量均增加，轉(zhuǎn)移速度表現(xiàn)為銨態(tài)氮＞硝態(tài)氮＞有機態(tài)氮。

圖2 不同形態(tài)氮同位素處理后不同時間茶苗地上部與地下部15N 增量比值Fig.2 The shoot/root ratios in15N excess of tea seedlings at different times after various N isotope applications

表1 施用碳氮同位素雙標(biāo)記甘氨酸后茶苗中13C 增量及13C 和15N 增量比率Table 1 13C excess and13C excess/15N excess of tea seedlings after the 2-13C-15N-glycine application

2.4 施用碳氮同位素雙標(biāo)記甘氨酸后茶苗中13C和15N 增量

由表 1 可見，施用同位素雙標(biāo)記甘氨酸態(tài)有機氮后 2 h 和 6 h，只在茶苗的地下部檢出13C 增量，而茶苗地上部則未檢出13C 增量，但 72 h 后茶苗地上部檢出13C 增量，且與 2 h、6 h 的差異達到極顯著水平，表明經(jīng)較長時間后，茶苗吸收的13C 同位素已從根系運轉(zhuǎn)到地上部；茶苗整株的13C 增量隨施用時間的延長而增加，72 h 的13C 增量分別比 2 h 和 6 h增加 168.3% 和 70.7%，三者間13C 增量差異也達到極顯著水平。

由表 1 結(jié)果還可看出，在施用同位素標(biāo)記氮后的早期 (2 h 和 6 h)，茶苗地下部和整株的13C 增量/15N 增量無顯著差異，且接近于13C 增量/15N 增量的理論值 (1∶1)。t 檢驗結(jié)果表明，施用同位素標(biāo)記氮后2 h 茶苗地下部和整株13C 增量/15N 增量實測值與理論值之間均無顯著差異 (p地下部= 0.360，p整株= 0.420，n = 3)，6 h 茶苗地下部和整株的13C 增量/15N 增量實測值與理論值之間差異也未達顯著水平 (p地下部= 0.162，p整株= 0.063，n = 3)；但施用后 72 h 茶苗地下部和整株的13C 增量/15N 增量則顯著下降，實測值與理論值之間的差異均達到極顯著水平 (p地下部= 0.001，p整株= 0.001，n = 3)。施用 72 h 后，茶苗地上部13C 增量/15N 增量顯著增大，且與 2 h 和 6 h 之間的13C 增量/15N 增量差異均達到極顯著水平。

3 討論

3.1 茶樹對有機氮和無機氮的吸收能力

氨基酸在土壤可溶性有機氮中占有一定的比例，有研究表明，由于植物根系無法單獨吸收土壤中的碳，通過注射13C、15N 雙標(biāo)記氨基酸，若植物體內(nèi)能夠同時測出13C、15N 且兩者間呈現(xiàn)一定的比例關(guān)系，則可認(rèn)為植物能夠直接吸收分子態(tài)氨基酸[23]，故采用13C、15N 雙標(biāo)記氨基酸示蹤法可以排除15N 單標(biāo)記氨基酸示蹤法中有機氮可能在土壤中被微生物礦化為無機氮后才被植物吸收的可能性。本研究表明，施用13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸處理的茶苗地下部和整株均檢出13C 和15N 增量，且在施用后 2 h 和 6 h的13C 增量/15N 增量均接近于理論上的 1∶1 值，說明13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸中的13C 已伴隨著茶苗對分子態(tài)甘氨酸的吸收而進入根系內(nèi)部，這一現(xiàn)象有力地證明了供試茶苗可以從土壤中吸收完整的甘氨酸分子。本研究還表明，在施用13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸后 72 h 的茶苗中13C 增量明顯低于15N 增量，這是因為本研究中采用的 2-13C-15N-甘氨酸標(biāo)記的是非羧基碳，相較標(biāo)記羧基碳能夠有效減少氨基酸在植物體內(nèi)進行脫羧反應(yīng)而損失13C，但非羧基碳也會通過脫氨基作用和三羧酸循環(huán)進行呼吸作用使13C 損失[24]，故被茶樹吸收的13C 在經(jīng)歷一定時間后會因呼吸作用和新陳代謝作用分解而下降，導(dǎo)致 72 h 茶苗吸收甘氨酸中13C 測定值低于實際吸收值。

已有研究表明，自然界不同植物對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮具有選擇吸收特性[25]，茶樹是喜氨的多年生植物，對銨態(tài)氮的吸收利用比硝態(tài)氮快，且在兩種無機氮共存時，茶樹優(yōu)先吸收銨態(tài)氮[26]。本研究結(jié)果與已有的研究結(jié)論相一致，即供試茶樹對銨態(tài)氮的吸收能力顯著高于硝態(tài)氮。茶樹的喜氨特性首先與其要求酸性的土壤環(huán)境密切相關(guān)，植物通過吸收利用銨態(tài)氮而釋放出 H+而使土壤酸化[27]，故茶樹喜氨特性有利于創(chuàng)造其適宜生長的酸性環(huán)境；其次，植物吸收利用硝態(tài)氮需要經(jīng)過硝酸還原酶的還原過程，比吸收銨態(tài)氮需要更多能量[28]，致使茶樹更易吸收耗能低的銨態(tài)氮；此外，植物體內(nèi)對兩種無機氮素的吸收運輸途徑不同，相關(guān)控制基因的表達受氮素形態(tài)影響[29]，植物對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收均由兩個不同的高親和與低親和轉(zhuǎn)運系統(tǒng)調(diào)控，且隨外界 NH4+和 NO3–的濃度高低交替起作用，硝態(tài)氮的高親和轉(zhuǎn)運系統(tǒng)還分為組成型和誘導(dǎo)型[30]，故茶樹偏好吸收銨態(tài)氮可能與其無機氮吸收運輸途徑不同有關(guān)。

就理論而言，13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸示蹤法中供試植物體內(nèi)13C 測定值高低是作為判斷植物吸收利用分子態(tài)甘氨酸能力高低的理想指標(biāo)，但由于吸收的13C 也會因呼吸作用和新陳代謝作用分解而損失[24]，故利用15N 測定值高低作為植物直接吸收利用分子態(tài)甘氨酸數(shù)量高低的判斷指標(biāo)可能更為科學(xué)，N?sholm等研究也表明可以采用植物體內(nèi)15N 增量高低作為植物直接吸收利用分子態(tài)甘氨酸能力大小的判斷指標(biāo)[19]。本研究表明，施用甘氨酸態(tài)有機氮處理的茶苗地下部、地上部和整株的15N 增量均顯著低于施用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮處理，表明茶樹雖然可以直接吸收利用甘氨酸態(tài)有機氮，但吸收量明顯低于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，這可能是由于茶樹長期生長在相對富含無機氮的土壤環(huán)境中，適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果導(dǎo)致茶樹體內(nèi)并未形成大量吸收有機氮的機制，屬于非嗜好有機氮的植物。已有的研究已證實，植物通過質(zhì)膜上的特異性載體蛋白 (質(zhì)子耦合運輸?shù)鞍? 主動吸收氨基酸[31]，植物根系表面存在氨基酸轉(zhuǎn)運載體[32–34]，包括負責(zé)中性和酸性氨基酸轉(zhuǎn)運和負責(zé)堿性氨基酸轉(zhuǎn)運的兩大轉(zhuǎn)運系統(tǒng)[35,36]，故茶樹對甘氨酸態(tài)氮的吸收可能與其體內(nèi)中性氨基酸轉(zhuǎn)運載體活性有關(guān)，其吸收機理有待于進一步的深入研究。

3.2 有機氮和無機氮在茶樹中的運轉(zhuǎn)能力

甘氨酸態(tài)氮等可溶性有機氮被植物吸收后，能夠通過脫氨基作用、轉(zhuǎn)氨基作用以及其它過程進行同化[37]。已有研究發(fā)現(xiàn)，植物根部產(chǎn)生的13C、15N 增量明顯高于莖葉部，認(rèn)為外源13C、15N 雙標(biāo)記氨基酸進入植物體的初期首先聚集在根部，然后再通過木質(zhì)部和韌皮部運輸?shù)狡渌课?，并非一開始就在植物體內(nèi)均勻分布[4,34]。本研究也發(fā)現(xiàn)，13C、15N 雙標(biāo)記甘氨酸處理茶苗地下部的13C、15N 增量均高于地上部，且施用后 2 h 和 6 h 茶苗地上部未檢出13C增量，施用后 72 h 茶苗地上部才檢出13C 增量，表明茶樹吸收的甘氨酸初期也是先聚集于根部，而后逐步運轉(zhuǎn)到地上部。當(dāng)然，茶苗地上部的13C 增量也有可能是來自葉片光合作用固定空氣中的13CO2，但本研究中盆栽試驗是在開放的普通溫室中進行，并采用完全隨機排列，且對照、銨態(tài)和硝態(tài)氮處理的茶苗地上部均未檢出13C 增量，表明甘氨酸處理茶苗地上部的13C 增量來自葉片光合作用固定空氣中13CO2的可能性不大。因此，茶苗地上部的13C 增量是來自根部吸收的甘氨酸向上運移的結(jié)果，即茶苗具有吸收氨基酸態(tài)有機氮并向地上部運轉(zhuǎn)的能力。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，施用后短時間內(nèi) (2 h) 三種形態(tài)氮素處理間茶苗地上部和地下部15N 增量比率差異不顯著，但施用 6 h 和 72 h 后銨態(tài)氮處理茶苗地上部與地下部15N 增量比率均顯著高于硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)有機氮處理，表明在施用初期，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)氮在茶苗中的運轉(zhuǎn)能力差異不大，但施用 6 h 后銨態(tài)氮在茶苗中的運轉(zhuǎn)能力則顯著高于硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)氮，這與茶樹對三種形態(tài)氮素吸收能力大小密切相關(guān)。

4 結(jié)論

供試的黃金桂茶苗具有從土壤中直接吸收利用甘氨酸分子態(tài)有機氮的能力，但吸收量不及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；根系吸收的氨基酸態(tài)有機氮可以分子形態(tài)向地上部運轉(zhuǎn)；茶苗對不同形態(tài)氮素的喜好性及其在植株體內(nèi)的運轉(zhuǎn)能力均表現(xiàn)出以下規(guī)律：銨態(tài)氮＞硝態(tài)氮＞甘氨酸態(tài)氮。該研究結(jié)果為進一步證明自然界植物直接吸收利用可溶性有機氮是普遍存在的現(xiàn)象提供了依據(jù)，但茶苗直接吸收利用分子態(tài)可溶性有機氮及其運轉(zhuǎn)機理有待于進一步的深入研究。

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Uptake and transport characteristics of soluble organic and inorganic nitrogen by tea plant

ZHOU Bi-qing1, CHEN Cheng-rong2, YANG Wen-hao1, ZHANG Li-ming1, XING Shi-he1*
( 1 College of Resource and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University/Key Lab of Soil Environment Health and Regulation in Fujian, Fuzhou 350002, China; 2 School of Environment, Griffith University,
Queensland, Brisbane, QLD 4111, Australia )

【Objectives】Whether tea plants in subtropics could directly take up soluble molecular organic nitrogen from soil or not does not have agreeable conclusions. Studying the transport charecteristics of soluble organic and inorganic nitrogen in tea plants will help the deep understanding of the problem. 【Methods】The isotope tracing method was used in a pot experiment using tea seedlings (Huangjingui) as tested material. The isotope tracers were 2-13C-15N-glycine, (15NH4)2SO4and15N-KNO3, which were injected into soil at the bottom of tea seedlings. Aboundance of13C and15N in shoots and roots were measured by isotope ratio mass spectrometer with a Eurovector Elemental Analyser. 【Results】The ratios of13C to15N excess in roots and whole seedlings of Huangjingui were much close to 1∶1, the theroretical ratio of13C to15N aboundance, at 2 h and 6 h after the 2-13C-15N-glycine application in soil. The13C excess was not detected in Huangjingui shoots at 2 h and 6 h，while it reached 0.284 μmol/(g, DW) in shoots at 72 h after the 2-13C-15N-glycine application. The15N excesses of roots, shoots and whole seedlings of Huangjingui at 2 h, 6 h and 72 h after the (15NH4)2SO4application were significantly higher than those after the15N-KNO3and 2-13C-15N-glycine application in soil. The shoot/root ratio in15N excessat 6 h after the (15NH4)2SO4application was 34.7% and 65.0% higher than those after the15N-KNO3and 2-13C-15N-glycine application, while the ratio at 72 h after the (15NH4)2SO4application was 88.6% and 133.0% higher than those after the15N-KNO3and 2-13C-15N-glycine application, respectively, and the differences of the ratios between the (15NH4)2SO4and15N-KNO3or 2-13C-15N-glycine treatments reached the 1% level. 【Conclusions】Tea plants of Huangjingui could directly take up intact glycine molecule from the soil, but preferred to uptake ammonium-N and nitrate-N. The glycine molecule taken up by Huangjingui could be transported from roots to shoots. The transport ability of different forms of nitrogen in Huangjingui plants showed following order: ammonium-N ＞nitrate-N ＞ glycine-N. These results provided further evidence that uptake of soluble organic N by plants is a widespread adaptation strategy in terrestrial ecosystems.

isotopic double marking tracer method; tea plant; 2-13C-15N-glycine; uptake; transport

2016–02–18接受日期：2016–08–18

國家自然科學(xué)基金面上項目（31170485）；福建省自然科學(xué)基金項目（2015J01090）資助。

周碧青（1963—），女，福建莆田人，正高級實驗師，主要從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與碳氮循環(huán)研究。E-mail：1963zbq@163.com * 通信作者 E-mail：fafuxsh@126.com