高志紅，陳曉遠(yuǎn)，曾 越

(韶關(guān)學(xué)院 英東農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005)

干旱缺水是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高的重要因素。水稻是廣東省種植面積最大的作物，也是需水最多的作物，其需水量約占廣東農(nóng)業(yè)用水量的65%～70%。實(shí)行節(jié)水栽培，提高植株的用水效率和對(duì)適度水分脅迫的適應(yīng)性將是廣東今后發(fā)展水稻生產(chǎn)的必然選擇。

局部根系水分脅迫(Partial root-zone drying，簡(jiǎn)稱PRD)作為一種新近發(fā)展起來(lái)的節(jié)水灌溉技術(shù)方法，正逐漸受到研究者的關(guān)注[1]。局部根系水分脅迫下,非脅迫一側(cè)的根系仍然能夠吸收水分、養(yǎng)分,而脅迫側(cè)根系則通過(guò)產(chǎn)生水分脅迫響應(yīng)信號(hào)(如ABA、pH) 并經(jīng)木質(zhì)部傳輸?shù)降厣喜糠?，調(diào)節(jié)葉片氣孔開(kāi)度，減少奢侈的蒸騰耗水[2],提高水分利用效率(簡(jiǎn)稱WUE)[3-7]。在葡萄、果樹(shù)、玉米等作物上進(jìn)行的分根試驗(yàn)結(jié)果表明，只給一半根區(qū)土壤供水就可以使幼苗保持正常生長(zhǎng)，顯著提高用水效率[3-5,8]。然而, 作物WUE的高低除與供水量和供水方式有關(guān)外，還與肥料的種類、施用量和施肥方式等密切相關(guān)[9]。因此，有必要開(kāi)展局部根系水分脅迫下作物對(duì)水肥耦合效應(yīng)的響應(yīng)研究。

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素。許多研究表明，氮肥供應(yīng)可以減小干旱脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[10-12]。其中，通過(guò)氮素營(yíng)養(yǎng)形態(tài)的不同組合調(diào)控水稻生長(zhǎng)發(fā)育和用水效率的研究近年來(lái)受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注[13-14]，并且多數(shù)研究結(jié)果顯示，在水分脅迫條件下，單一供應(yīng)銨態(tài)氮或硝態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)均會(huì)使水稻生物量的積累降低，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮配合施用則能夠促進(jìn)植株生長(zhǎng)，改善其水分利用[15-16]。由此可見(jiàn)，當(dāng)前研究主要集中在揭示氮素形態(tài)和水分脅迫的相互作用對(duì)水稻的影響機(jī)制，并以此優(yōu)化氮素配比，提高水稻水分利用效率(WUE)。然而，盡管研究顯示局部根系水分脅迫或氮素供應(yīng)可以提高植物WUE[17-18]，但對(duì)局部根系水分脅迫和氮素形態(tài)的相互作用卻知之甚少[2]。

本研究的目的是了解局部根系水分脅迫和不同形態(tài)氮素配比的相互作用如何影響水稻幼苗的光合生理特性和氮素積累，探討有利于水稻W(wǎng)UE提高的銨、硝營(yíng)養(yǎng)形態(tài)配比和根系供水模式。

1 材料和方法

1.1 供試材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻(OryzasativaL.)品種為金優(yōu)402。試驗(yàn)于韶關(guān)學(xué)院農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)廣東省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)方法。水稻種子經(jīng)30% H2O2溶液浸泡15 min，無(wú)菌水洗凈后，用清水浸種24 h，取出后在32 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽24 h，再用砂培法于溫室內(nèi)進(jìn)行育苗，溫室內(nèi)溫度白天約為30 ℃，光合有效輻射為1 200～1 500 μmol/(m2·s)，夜晚為27 ℃。培養(yǎng)至一葉一心時(shí)，挑選生長(zhǎng)一致的幼苗，移栽到打好孔的PVC板上，每個(gè)孔內(nèi)移入1株水稻，用海綿固定后放在裝有全營(yíng)養(yǎng)液的培養(yǎng)缽內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)液采用國(guó)際水稻研究所(IRRI)的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)液配方并略作改進(jìn)，并添加2 mmol/L的硅酸鈉(pH 值4.9～5.1)，以保持營(yíng)養(yǎng)液中的SiO2含量為0.2 mmol/L，添加氮素用量5%的雙氰胺2 mg/L，以抑制硝化作用。混合氮營(yíng)養(yǎng)液采用硫酸銨與硝酸鈣試劑配制。采用5%聚乙二醇6000(PEG 6000)模擬水分脅迫，加入量為100 g/L。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置Tab.1 Treatments of the experiment

圖1 水稻幼苗分根培養(yǎng)Fig.1 Schematics view of split-root system of rice seedling

培養(yǎng)期間，每2 d 更換1次營(yíng)養(yǎng)液，每天早、晚各調(diào)1次pH值。用0.1 mol/L NaOH和HCl將培養(yǎng)液pH值調(diào)到4.9～5.2。水分脅迫開(kāi)始后第2天開(kāi)始取樣測(cè)定，每隔2 d取樣1次，第4次取樣后解除水分脅迫，水分脅迫解除后再連續(xù)取樣測(cè)定2 d。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.2.1 植株葉片和莖稈全氮 靛酚藍(lán)比色法：取0.3 g烘干、磨碎的樣品放入消煮管中，加入8 mL的硫酸，輕輕搖勻后在瓶口放一彎頸小漏斗，在KDN-04消化爐進(jìn)行消煮。在消煮過(guò)程中重復(fù)3～5次加入H2O2，加入量逐漸減少，直到消煮液無(wú)色后取出。將消煮液無(wú)損地洗入100 mL容量瓶中，用水定容，后用H2SO4-H2O2測(cè)定。

將待測(cè)液用水準(zhǔn)確稀釋10倍,吸取稀釋后的溶液1.00 mL于50 mL容量瓶中，加入1 mL EDTA-甲基紅溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH值6左右，再依次加入5 mL酚溶液和5 mL次氯酸鈉溶液，搖勻，用水定容，待1 h后，用1 cm的比色皿在625 nm波長(zhǎng)處比色，用空白試驗(yàn)溶液調(diào)節(jié)零點(diǎn)。

1.2.2 植株銨態(tài)氮和硝態(tài)氮凈吸收量 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮凈吸收量=試驗(yàn)開(kāi)始前營(yíng)養(yǎng)液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量-試驗(yàn)結(jié)束后營(yíng)養(yǎng)液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

銨態(tài)氮的測(cè)定：靛酚藍(lán)比色法。吸取各處理培養(yǎng)液，放入50 mL容量瓶中，依次加入5 mL酚溶液和5 mL次氯酸鈉堿性液，搖勻放置1 h后，加入1 mL掩蔽劑以溶解可能生成的沉淀物，然后用水定容，用1 cm比色皿在625 nm波長(zhǎng)處進(jìn)行比色。用空白試驗(yàn)溶液調(diào)節(jié)零點(diǎn)。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線從中查得顯色液中氮的質(zhì)量濃度(mg/L)。

計(jì)算公式為：水樣中銨態(tài)氮含量(mg/L)=p×50/V

其中，p.從工作曲線上查得顯色液中氮的質(zhì)量濃度(mg/L)；50.顯色液體積(mL)；V.吸取水樣體積(mL)。

硝態(tài)氮的測(cè)定：紫外分光光度計(jì)法，吸取各處理的培養(yǎng)液直接在紫外分光光度計(jì)上用220,275 nm的波長(zhǎng)和1 cm石英比色皿測(cè)定吸收值A(chǔ)=A220-A275。再?gòu)墓ぷ髑€上讀取水樣中硝酸根含量(mg/L)。

1.2.3 營(yíng)養(yǎng)液質(zhì)量的凈減少值 營(yíng)養(yǎng)液被植物吸收前后都用天平稱量，相減得出植物凈吸收營(yíng)養(yǎng)液的質(zhì)量。左根室與右根室中的營(yíng)養(yǎng)液分別稱質(zhì)量。

1.2.4 光合作用 采用LI-6400便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定。

1.2.5 根系形態(tài) 采用加拿大REGENT根系分析系統(tǒng)(EPSON TWAIN PRO)分析測(cè)定根長(zhǎng)、表面積、體積、分形維數(shù)等根系形態(tài)指標(biāo)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各處理間的差異進(jìn)行0.05水平上的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻幼苗全氮含量

圖中不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。圖3-5同。Different small letters in the figure mean significant difference among treatment at 0.05 level. The same as Fig.3-5.

圖3 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗葉片和莖稈氮素含量的影響Fig.3 Effects of N form on rice seedling leaf and stem nitrogen content under condition of PRD

2.2 水稻幼苗氮素吸收量

圖4 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻氮素吸收量的影響Fig.4 Effects of N form on N absorption amount of rice under condition of PRD

從圖5可以看出，氮素形態(tài)為50/50的處理，不同水分條件下均以吸收銨態(tài)氮為主，其中非水分脅迫條件下銨態(tài)氮的吸收量最大，為全根水分脅迫的1.5倍，局部水分脅迫條件的次之，兩者的差異不顯著。非水分脅迫下，銨態(tài)氮的吸收量為硝態(tài)氮的1.92倍，局部根系水分脅迫下，前者為后者的1.96倍。全根水分脅迫下銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收量差異最大，前者為后者的2.23倍。水稻對(duì)硝態(tài)氮的吸收在非水分脅迫和局部根系水分脅迫之間的差異不顯著。

圖5 不同水分條件下50/50氮素形態(tài)配比處理對(duì)水稻吸收銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響Fig.5 Effects of N form of 50/50 on ammonium and nitrate nitrogen absorption of rice under different water condition

2.3 水稻幼苗生理特性

表2 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗生理特性的影響Tab.2 Effects of N form on rice seedling physiological functional properties under condition of PRD

注：表中不同小寫字母代表各處理間差異達(dá)0.05顯著水平。表3同。

Note： Different small letters indicates significant difference among treatments at 0.05 level. The same as Tab.3.

2.4 水稻根系形態(tài)

表3 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻根系形態(tài)的影響Tab.3 Effects of N form on rice seedling root morphology under condition of PRD

3 討論與結(jié)論

3.1 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗氮素吸收和含氮量的影響

3.2 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗生理特性的影響

3.3 局部根系水分脅迫下不同形態(tài)氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗根系形態(tài)的影響