楊 靈，韓配配，張鈺欽,3，代 晶，李銀水，顧熾明，沈欣杰，謝立華，秦 璐，廖 星

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料作物研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430062；2.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002；3.湖北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430062)

氮(N)是植物體內(nèi)許多重要化合物的組成成分，通常被稱(chēng)為生命元素，參與多種重要生理過(guò)程，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要[1-3]。油菜是我國(guó)重要的油料作物之一，是國(guó)產(chǎn)食用植物油主要來(lái)源[4]。油菜是需氮量較高的作物，相比其他作物，油菜生產(chǎn)單位質(zhì)量干物質(zhì)所消耗的氮更多[5]，施氮對(duì)我國(guó)油菜產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率超過(guò)70%，因此，氮肥的合理供給是油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要保證[6]，而氮的缺乏會(huì)抑制油菜植株生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致其產(chǎn)量和品質(zhì)受到影響[3]。盡管油菜對(duì)氮的需求較高，但是油菜氮肥利用率卻普遍低于其他作物[7]。如何提升油菜氮肥利用率，減少肥料過(guò)量投入成為科研工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。

同時(shí)，化肥大量施用導(dǎo)致土壤中微量元素缺乏的現(xiàn)象也日趨嚴(yán)重，而中微量元素的缺乏容易造成土壤出現(xiàn)元素短板，氮肥效應(yīng)得不到充分發(fā)揮，利用率降低[8]。因此，適當(dāng)補(bǔ)充中微量元素是提升油菜氮效率及產(chǎn)量品質(zhì)的有效途徑。鎂(Mg)是植物體內(nèi)含量最豐富的二價(jià)陽(yáng)離子，是植物體內(nèi)多種酶的輔因子，參與植物光合作用、葉綠素合成、能量代謝、光合產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程[9]，對(duì)提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)具有重要作用。同時(shí)，鎂還能維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要[10]。在油菜種植的主產(chǎn)區(qū)-長(zhǎng)江流域，氮磷鉀肥的不合理施用、密集種植模式對(duì)土壤鎂的消耗、降雨量大導(dǎo)致土壤鎂淋溶損失嚴(yán)重等致使土壤有效鎂含量較為缺乏，油菜缺鎂現(xiàn)象日益突出[9]，鎂已成為影響油菜產(chǎn)量、品質(zhì)的重要因素。缺鎂會(huì)導(dǎo)致油菜形態(tài)和生理上的異常，如抑制葉綠素合成以及根和葉的生長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)對(duì)作物碳、氮代謝產(chǎn)生影響[10-11]。因此，氮、鎂營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)油菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響不容忽視[12]。

氮代謝是植物體內(nèi)最基本的代謝過(guò)程之一，包括氮的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及同化。硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)是植物從土壤中吸收的主要氮素來(lái)源，它們主要通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物體[11]。而氮同化是指將植株從環(huán)境中吸收的NO3-和NH4+合成氨基酸和蛋白質(zhì)等含氮有機(jī)物的重要過(guò)程[13]。相關(guān)研究表明，不同氮、鎂濃度會(huì)影響植株對(duì)氮素的吸收及同化路徑[14]。黃海濤等[15]研究發(fā)現(xiàn)，氮素濃度會(huì)影響硝態(tài)氮及銨態(tài)氮在油菜植株不同部位的分布，并且，李彩鳳等[16]在甜菜方面的研究表明，吸收的氮素形態(tài)比例不同也會(huì)影響氮代謝關(guān)鍵酶活性的變化。此外，楊利華等[17]在玉米上的研究表明，鎂可以促進(jìn)玉米對(duì)氮的吸收，煙草方面的研究結(jié)果也顯示，當(dāng)鎂達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)提高煙草植株氮代謝關(guān)鍵酶活性，來(lái)促進(jìn)無(wú)機(jī)氮向有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化[18]。

目前，關(guān)于氮營(yíng)養(yǎng)對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育及氮代謝的影響報(bào)道[15]較多，但是針對(duì)氮、鎂缺乏以及兩者交互作用對(duì)油菜苗期植株氮、鎂累積及氮同化影響的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究以甘藍(lán)型油菜品種中雙11為試驗(yàn)材料，重點(diǎn)分析氮、鎂脅迫處理下油菜苗期植株生物量、氮、鎂含量及累積量、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量以及氮同化相關(guān)酶活性等指標(biāo)，系統(tǒng)闡明氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期氮、鎂吸收累積及氮同化的影響，以期為油菜平衡施肥及氮利用效率提升提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所植物生長(zhǎng)間進(jìn)行，生長(zhǎng)間溫度設(shè)置為24 ℃/20 ℃(白天/黑夜)，光周期為14 h/10 h(白天/黑夜)。以甘藍(lán)型油菜品種中雙11(ZS11)為試驗(yàn)材料。采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)方式，設(shè)置全營(yíng)養(yǎng)(CK)、低氮(-N)、低鎂(-Mg)和低氮低鎂(-N-Mg)4個(gè)處理。以改良后的1/2濃度Hoagland營(yíng)養(yǎng)液作為全營(yíng)養(yǎng)對(duì)照處理(CK)，全營(yíng)養(yǎng)液中N濃度為 9 500 μmol/L、Mg濃度為1 000 μmol/L；低氮(-N)處理時(shí)N濃度為237.5 μmol/L(濃度為全營(yíng)養(yǎng)液N濃度的1/40)；低鎂(-Mg)處理時(shí)Mg濃度為10 μmol/L(濃度為全營(yíng)養(yǎng)液Mg濃度的1/100)；低氮低鎂(-N-Mg)處理時(shí)N 濃度為237.5 μmol/L、Mg濃度為 10 μmol/L(與低氮或低鎂處理時(shí)N、Mg濃度一致)。不同氮、鎂處理分別用Ca(NO3)2·4H2O、KNO3、NH4NO3和MgSO4母液調(diào)節(jié)(低氮處理時(shí)去掉的硝酸鈣、硝酸鉀里的鈣和鉀分別用相應(yīng)濃度的氯化鉀和氯化鈣補(bǔ)充)。所有處理營(yíng)養(yǎng)液pH值調(diào)整至5.8～6.0。

挑選飽滿一致的油菜種子用純水浸泡30 min后用5%的NaClO溶液消毒20 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗多次，然后均勻播撒在1/4濃度營(yíng)養(yǎng)液浸潤(rùn)的紗布上，于水培箱中育苗。待油菜子葉完全展開(kāi)(催芽5 d)時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽到有孔(直徑2 cm)的塑料定植板上，將根部浸入盛有不同氮、鎂處理營(yíng)養(yǎng)液的水培箱中，每7 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。試驗(yàn)每個(gè)處理設(shè)置4次生物學(xué)重復(fù)。待不同氮、鎂處理28 d后進(jìn)行取樣，用于植株生物量、養(yǎng)分含量、銨態(tài)氮硝態(tài)氮含量及氮同化相關(guān)酶活性等指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 植株表型觀察及生物量測(cè)定 在處理28 d后對(duì)植株統(tǒng)一進(jìn)行拍照，相機(jī)型號(hào)為NikonD800。取不同處理植株地上部和根部，于105 ℃下殺青30 min后在75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，用萬(wàn)分之一天平稱(chēng)取干質(zhì)量。

1.2.2 總根長(zhǎng)測(cè)定 用根系掃描儀(EPSON V700)獲取根系圖片，并用根系分析軟件(WinRHIZO)分析計(jì)算總根長(zhǎng)。

1.2.3 氮鎂含量測(cè)定 油菜植株不同部位烘干至恒質(zhì)量后分別粉碎，萬(wàn)分之一天平稱(chēng)取0.150 0 g，植株氮測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定氮含量，植株鎂測(cè)定采用HNO3-HClO4消煮，用ICP-OES(Optima 7000 DV，Pekin Elmer)測(cè)定鎂含量，測(cè)定方法均參考土壤農(nóng)化分析[19]。

氮累積量(N accumulation，NA，mg/株)=生物量×氮含量；

鎂累積量(Mg accumulation，MgA，mg/株)=生物量×鎂含量。

1.2.4 銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量及氮同化相關(guān)酶活活性測(cè)定 不同氮、鎂處理油菜新葉、老葉、莖和根部銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及NR(硝酸還原酶)、GOGAT(谷氨酸合成酶)和 GS(谷氨酰胺合成酶)均根據(jù)相應(yīng)生理指標(biāo)測(cè)定試劑盒(科銘，中國(guó))說(shuō)明書(shū)的方法采用試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析，運(yùn)用LSD法進(jìn)行多重比較；同時(shí)運(yùn)用雙因素方差分析，分析低氮和低鎂對(duì)不同測(cè)定指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株表型及生物量的影響

由圖1-A可以看出，與對(duì)照相比，3種脅迫處理均抑制了油菜苗期地上部的生長(zhǎng)，尤其是-N和-N-Mg處理，地上部癥狀相似，主要表現(xiàn)為葉片瘦小、呈黃綠色，子葉黃化，莖稈紫紅色。而-Mg處理主要表現(xiàn)為葉片相對(duì)較小，新葉葉緣黃化，中部葉片葉色不均，脈間失綠。另一方面，綜合油菜苗期植株根系表型及總根長(zhǎng)的變化可以看到，不同處理對(duì)油菜苗期根系生長(zhǎng)也產(chǎn)生了不同的影響，與對(duì)照相比，-N和-N-Mg處理明顯促進(jìn)了油菜主根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，并且總根長(zhǎng)分別顯著增加了126.41%，65.63%，而-Mg處理嚴(yán)重抑制了根系的生長(zhǎng)發(fā)育(圖1)，其總根長(zhǎng)顯著降低了44.84%(圖1-B)。

由表1可知，與對(duì)照相比，-N處理的地上部生物量(以干質(zhì)量計(jì))顯著降低，降幅為68.49%，但其根部生物量基本與對(duì)照持平，并且根冠比顯著高于對(duì)照，是對(duì)照處理的3.24倍；-Mg處理的地上部生物量、根部生物量及根冠比均顯著降低，降幅分別為35.49%，57.64%，34.69%；而-N-Mg處理對(duì)地上部生物量和根冠比的影響程度與-N處理接近，相比于對(duì)照，地上部顯著降低69.71%，同時(shí)根冠比是對(duì)照的2.93倍，但是其對(duì)根部生物量有一定的影響，降幅為12.12%，而與對(duì)照相比差異不顯著。同時(shí)，方差分析結(jié)果表明，氮鎂交互作用對(duì)油菜苗期地上部和根系生物量有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)根冠比則影響不顯著。綜合表型、總根長(zhǎng)及生物量分析結(jié)果可知，雙重脅迫下油菜更多地表現(xiàn)出低氮相似的癥狀，說(shuō)明油菜苗期地上部生物量受低氮脅迫的影響大于低鎂脅迫，而低鎂脅迫對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制作用較為明顯，低氮脅迫則是促進(jìn)油菜苗期根系的生長(zhǎng)，并且在根系生長(zhǎng)發(fā)育方面氮鎂存在一定的交互作用。

表1 氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株生物量及根冠比的影響Tab.1 Effects of nitrogen or magnesium deficiency stress on biomass and root-shoot ratio of rapeseed seedlings

2.2 氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株氮鎂含量及累積量的影響

如圖2-A、B所示，氮、鎂脅迫對(duì)油菜植株苗期氮、鎂含量及累積量均有不同程度的影響。與對(duì)照相比，-N和-N-Mg處理均顯著降低了油菜苗期葉片和根部氮含量，降幅分別為70.21%和50.88%，63.31%，47.14%；-Mg處理也顯著降低了葉片中氮含量，降幅僅為16.97%，而-Mg處理對(duì)根部氮含量沒(méi)有顯著影響(圖2-A)。同樣，-N、-Mg和-N-Mg 3種處理對(duì)油菜苗期葉片氮累積量的影響趨勢(shì)與氮含量一致，降幅分別為69.81%，15.41%，63.42%(圖2-B)。總體來(lái)說(shuō)，氮的缺乏對(duì)油菜葉片氮積累的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鎂的缺乏。對(duì)根部來(lái)說(shuō)，與對(duì)照相比，3種脅迫處理都顯著降低了根部氮的累積，尤其是-Mg處理降幅最高，達(dá)68.44%(圖2-B)，與氮含量的變化趨勢(shì)不一致。值得一提的是，與-N和-Mg處理相比，-N-Mg根部的氮累積量顯著增加，增幅分別為36.88%和62.28%(圖2-B)。并且方差分析結(jié)果顯示，氮、鎂脅迫對(duì)油菜葉片和根部氮含量及累積量存在極顯著的相互作用(P<0.01)。上述結(jié)果表明，氮、鎂脅迫均會(huì)影響油菜苗期植株氮的吸收積累，并且氮的缺乏對(duì)根部和葉片氮的吸收積累影響較大，而鎂的缺乏對(duì)根部氮積累的影響大于葉片。

同樣，氮、鎂脅迫對(duì)油菜植株苗期鎂含量及累積量也產(chǎn)生了不同程度的影響(圖2-C、D)，并且氮、鎂脅迫對(duì)油菜葉片和根部鎂含量及累積量存在極顯著的相互作用(P<0.01)。與氮含量及累積量相似的是，-N、-Mg和-N-Mg 3種處理均顯著降低了油菜苗期葉片的鎂含量及累積量，其中鎂含量降幅分別為20.76%，89.37%，77.86%(圖2-C)，鎂累積量降幅分別為75.04%，93.14%，93.3%(圖2-D)。與葉片變化趨勢(shì)不同的是，氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期根部鎂含量及鎂累積量影響有所差異，-Mg和-N-Mg處理顯著降低了根系鎂含量及累積量，降幅分別為75.48%，41.16%，但是與-Mg處理相比，-N-Mg處理鎂含量及累積量均顯著增加了2.40，6.68倍，尤其是鎂累積量，可見(jiàn)-N并沒(méi)有加劇-Mg的效應(yīng)，并且-N處理顯著增加了根部鎂含量及累積量，增幅為26.35%，39.00%(圖2-C、D)，由此可以推測(cè)，-N-Mg處理時(shí)對(duì)油菜根部鎂吸收積累產(chǎn)生影響的主要效應(yīng)來(lái)自氮的缺乏。上述結(jié)果表明，氮、鎂脅迫均會(huì)影響油菜苗期植株鎂的吸收積累，鎂的缺乏會(huì)顯著減少根部和葉片鎂的累積，氮的缺乏同樣會(huì)減少葉片鎂的累積，但是其能顯著提升根部鎂的累積。

2.3 氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的影響

由圖3-A可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株不同部位硝態(tài)氮含量有不同程度的影響，-N和-N-Mg處理均極顯著降低了油菜苗期各部位硝態(tài)氮含量，與對(duì)照相比，老葉、莖部、根部硝態(tài)氮含量降幅均達(dá)到99%以上，并且新葉中幾乎沒(méi)有檢測(cè)到硝態(tài)氮。另一方面，與對(duì)照相比，-Mg處理對(duì)莖部和根部硝態(tài)氮含量無(wú)顯著影響，但是，其新葉和老葉硝態(tài)氮含量變化呈相反趨勢(shì)，新葉硝態(tài)氮含量顯著增加57.25%，老葉則顯著下降52.92%。但是與-Mg處理相比，-N-Mg處理則使莖部和根部的硝態(tài)氮含量分別顯著下降99.59%，99.71%。綜合分析，低氮脅迫會(huì)顯著降低油菜苗期植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量，而低鎂脅迫則會(huì)提高新葉并且降低老葉的硝態(tài)氮含量，總的來(lái)說(shuō)，低氮脅迫對(duì)硝態(tài)氮含量的影響更為顯著。同時(shí)結(jié)合方差分析可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜新葉和老葉硝態(tài)氮含量存在極顯著的交互作用(P<0.01)。

由圖3-B可以看出，與對(duì)照相比，-N和-N-Mg處理對(duì)油菜苗期植株各部位銨態(tài)氮含量的影響均不顯著。而-Mg處理對(duì)新葉和老葉的銨態(tài)氮含量產(chǎn)生了極顯著的影響，與對(duì)照相比，分別增加了18.28，38.35倍，對(duì)根部也產(chǎn)生了顯著影響，銨態(tài)氮含量增加了29.60%。以上結(jié)果表明，低鎂脅迫促進(jìn)了油菜根系對(duì)銨態(tài)氮的吸收，同時(shí)提高了油菜植株體內(nèi)的銨態(tài)氮含量，結(jié)合方差分析結(jié)果可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜新葉和老葉銨態(tài)氮含量存在極顯著的交互作用(P<0.01)。

2.4 氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期氮同化相關(guān)酶活性的影響

硝酸還原酶是植物硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮的關(guān)鍵酶。由圖4可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜不同部位氮同化相關(guān)酶活性均產(chǎn)生不同程度的影響。其中，從圖4-A硝酸還原酶活性來(lái)看，與對(duì)照相比，-N處理油菜苗期新葉、老葉和根部硝酸還原酶活性分別降低55.10%，42.24%，35.12%，莖部則顯著升高65.43%；-Mg處理趨勢(shì)基本與-N處理相反，油菜新葉、老葉、莖部和根部硝酸還原酶活性均顯著提高，與對(duì)照相比，分別增加了54.08%，40.25%，145.73%，110.17%。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，與-Mg處理相比，-N-Mg處理下油菜新葉、老葉、莖部和根部硝酸還原酶顯著下降，降幅分別為32.01%，27.35%，28.83%，34.32%；而與-N處理相比，-N-Mg處理下油菜新葉、老葉和根部硝酸還原酶活性分別顯著升高133.34%，76.40%，112.76%。整體來(lái)看，在本試驗(yàn)條件下，低氮脅迫抑制了油菜葉片和根部硝酸還原酶的活性，而低鎂脅迫則起促進(jìn)作用，并且從百分比變化幅度來(lái)看，低鎂脅迫對(duì)硝酸還原酶活性的影響更為顯著。同時(shí)結(jié)合方差分析可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜莖部和根部硝酸還原酶活性存在極顯著的交互作用(P<0.01)。

谷氨酰胺合成酶是植物體內(nèi)氮代謝的關(guān)鍵酶之一，在 ATP 和 Mg2+存在下，催化植物體內(nèi)銨離子和谷氨酸合成谷氨酰胺。由圖4-B可以看出，氮鎂脅迫對(duì)油菜新葉、老葉和根部谷氨酰胺合成酶活性影響顯著。與對(duì)照相比，-N、-Mg和-N-Mg處理下油菜新葉、老葉、根部谷氨酰胺合成酶活性都顯著降低，-N處理下降幅分別為63.96%，65.04%，61.27%，-Mg處理下降幅分別為20.26%，24.84%，15.70%，而-N-Mg處理下降幅分別為71.22%，66.38%，61.43%。上述結(jié)果說(shuō)明，低氮低鎂脅迫均會(huì)顯著降低油菜新葉、老葉和根部的谷氨酰胺合成酶活性，并且從百分比的變化幅度可以看出，在本試驗(yàn)條件下，低氮脅迫比低鎂脅迫對(duì)油菜苗期植株谷氨酰胺合成酶活性的影響更大。另外，結(jié)合方差分析可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期新葉和老葉谷氨酰胺合成酶活性存在顯著的交互作用(P<0.05)。

谷氨酸合成酶是植物體內(nèi)氮素同化與循環(huán)的關(guān)鍵酶，可催化谷氨酰胺和α-酮戊二酸形成谷氨酸，與谷氨酰胺合成酶共同構(gòu)成GS/GOGAT循環(huán)。從圖4-C結(jié)果可以看出，氮鎂脅迫對(duì)油菜不同部位谷氨酸合成酶活性有不同程度的影響。與對(duì)照相比，-N處理下油菜苗期莖部谷氨酸合成酶活性顯著提升57.24%，而根部酶活性顯著降低37.76%，葉片酶活性無(wú)顯著變化；-Mg處理下油菜新葉、老葉和根部谷氨酸合成酶活性顯著上升，增幅分別為344.48%，99.69%，39.79%。此外，可以看到，-N-Mg處理下新葉和老葉谷氨酸合成酶活性變化趨勢(shì)與-Mg處理相似，谷氨酸合成酶活性分別顯著提高4.13，10.29倍；并且-N-Mg處理老葉中谷氨酸合成酶活性是-Mg處理的4.35倍，而根部谷氨酸合成酶活性比-Mg處理降低52.18%。以上結(jié)果說(shuō)明，低氮脅迫對(duì)油菜苗期莖部和根部谷氨酸合成酶活性的影響大于葉片，低氮會(huì)抑制根部谷氨酸合成酶活性，而低鎂脅迫導(dǎo)致油菜苗期新葉、老葉和根部谷氨酸合成酶活性增加；并且從百分比的變化幅度來(lái)看，低鎂脅迫對(duì)油菜新葉和老葉谷氨酸合成酶活性影響更大。同時(shí)結(jié)合方差分析可知，氮、鎂脅迫對(duì)油菜苗期老葉和根部存在極顯著的交互作用(P<0.01)。

3 討論與結(jié)論

根系是植物吸收養(yǎng)分的重要器官，土壤中的養(yǎng)分狀態(tài)會(huì)影響植株根系的生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[20]。其中，氮對(duì)植物根系形態(tài)建成，尤其是側(cè)根發(fā)育有著至關(guān)重要的作用[1]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫抑制油菜苗期地上部生長(zhǎng)，但促進(jìn)根系的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，這與前人研究結(jié)果一致[21]。相關(guān)研究表明，供氮水平不同顯著影響光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)的分配，在供氮水平較低時(shí)，植物會(huì)把更多的光合產(chǎn)物分配到根部，來(lái)促進(jìn)根系形態(tài)建成，從而吸收更多的氮[22]；相比氮來(lái)說(shuō)，鎂對(duì)油菜根系生長(zhǎng)發(fā)育影響方面的研究相對(duì)較少。大豆方面的研究表明，鎂可直接或間接地影響根系的發(fā)育[23]。黃瓜方面的研究也證明，鎂能提高根系形態(tài)相關(guān)指標(biāo)[24]。本研究也有相同發(fā)現(xiàn)，低鎂處理下油菜苗期植株根系生物量下降、根冠比降低，表明低鎂脅迫影響油菜苗期植株根系生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成。鎂主要參與植物能量代謝過(guò)程，并能促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)化[25]，推測(cè)原因是缺鎂導(dǎo)致植株體內(nèi)碳水化合物合成運(yùn)輸受阻，根系碳水化合物含量下降，最終導(dǎo)致根系發(fā)育不良。

本試驗(yàn)中，低氮脅迫使油菜植株地上部和根部的氮累積量都顯著下降，并且對(duì)地上部影響更為嚴(yán)重，主要因?yàn)榻橘|(zhì)中供氮減少，導(dǎo)致根系氮吸收降低，導(dǎo)致油菜植株整體氮累積量呈下降趨勢(shì)?？赡苡捎诘偷{迫下觸發(fā)根的保護(hù)機(jī)制，所以氮更多地向根部分配，致使地上部氮累積量較根部相對(duì)減少幅度大[26]。NO3-和NH4+作為根系吸收氮素的主要形式，低氮處理下其含量呈下降趨勢(shì)，其中NO3-下降極為顯著，而NH4+變化不明顯，說(shuō)明低氮脅迫對(duì)油菜苗期植株體內(nèi)的NO3-含量影響更大。另一方面，鎂供給水平也會(huì)影響植物對(duì)氮的吸收積累[27-29]。前人在大豆和玉米中的[27-28]研究證明，鎂可促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，其中施鎂對(duì)大豆硝態(tài)氮的吸收有促進(jìn)作用[27]；熊英杰[28]在玉米中的研究顯示，缺鎂影響氮在玉米體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，本研究結(jié)果也與之相似，與對(duì)照相比，低鎂處理下油菜植株地上部和根部的氮累積量顯著下降。推測(cè)原因是缺鎂條件下根系發(fā)育不良致使根吸收的氮素總量減少，繼而影響植株對(duì)于氮的積累。并且，從銨態(tài)氮的含量變化中發(fā)現(xiàn)，低鎂脅迫下油菜根系的銨態(tài)氮含量反而顯著升高，這與前人研究結(jié)論一致，徐洋[14]在大豆的研究中證明，NH4+和Mg2+之間具有拮抗作用，植物根系吸收銨根離子后，pH值降低，H+會(huì)拮抗鎂的吸收。而對(duì)于鎂含量及鎂累積量來(lái)說(shuō)，低氮脅迫反而使其根部上升，地上部下降。這一發(fā)現(xiàn)與前人研究結(jié)果相似，由于低氮脅迫下根系發(fā)育較好，對(duì)Mg2+的吸收面積增加，也會(huì)使得鎂含量及鎂累積量上升。崔國(guó)明等[30]報(bào)道顯示，鎂是受根細(xì)胞壁調(diào)節(jié)的ATP酶活化因子之一，根對(duì)某些礦質(zhì)元素的主動(dòng)吸收需要鎂的參與；而低鎂處理下，油菜植株地上部和根部的鎂含量和鎂累積量均顯著下降，推測(cè)原因是供鎂減少，同時(shí)缺鎂條件下根系發(fā)育不良致使根吸收的鎂素減少，繼而影響植株對(duì)于鎂元素的積累。同時(shí)對(duì)比來(lái)看，相比-Mg處理，-N-Mg處理下油菜植株體內(nèi)鎂含量呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明-N處理可減輕-Mg條件下油菜植株體內(nèi)鎂含量降低的情況。

另一方面，氮同化作為氮代謝的關(guān)鍵步驟，影響著氮代謝的進(jìn)行，繼而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)[14]。氮同化，即無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮，主要包括2個(gè)過(guò)程，首先是無(wú)機(jī)氮間的同化，即硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮[13]。植物根系所吸收的無(wú)機(jī)氮主要包括NO3-和NH4+2種形式[31]，對(duì)于NO3-來(lái)說(shuō)，其在硝酸還原酶(NR)和亞硝酸還原酶的作用下還原為NH4+，NH4+在細(xì)胞中需要轉(zhuǎn)換至氨基酸中以躲避銨的毒害作用[32]。在谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的作用下，銨和谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０?，產(chǎn)生的谷氨酰胺將作為轉(zhuǎn)運(yùn)體用于胞內(nèi)氮的轉(zhuǎn)運(yùn)。然后，谷氨酰胺在谷氨酸合成酶(GOGAT)的作用下，將酰胺基轉(zhuǎn)移到α-酮戊二酸上，產(chǎn)生2分子的谷氨酸。部分谷氨酸與谷氨酰胺一起，參與GS/GOGAT循環(huán)，完成氮同化的第二過(guò)程，無(wú)機(jī)氮向有機(jī)氮的轉(zhuǎn)變[33]。結(jié)合硝酸還原酶(NR)的活性變化可以看出，低氮脅迫降低了無(wú)機(jī)氮間的同化過(guò)程，這與前人研究結(jié)果相似，氮水平及形態(tài)對(duì)NR和GOGAT活性均有影響[15]。李彩鳳等[16]發(fā)現(xiàn)，NR活性與植株體內(nèi)硝態(tài)氮呈正比。張宏紀(jì)等[34]在甜菜上的研究發(fā)現(xiàn)，施氮量越低，甜菜葉片GS活性越低，且玉米方面研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)GS活性受硝態(tài)氮的影響更大[35-36]。結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，低氮脅迫使油菜體內(nèi)NO3-和NH4+含量降低，從而導(dǎo)致GS活性降低，抑制了油菜苗期植株體內(nèi)銨態(tài)氮向有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化。

另一方面，結(jié)合NR活性變化結(jié)果可以推測(cè)低鎂脅迫通過(guò)提高NR活性來(lái)促進(jìn)油菜植株體內(nèi)無(wú)機(jī)氮間的轉(zhuǎn)化。鎂離子可刺激硝NR上絲氨酸殘基的蛋白激酶磷酸化，進(jìn)而與阻遏蛋白相作用，從而使NR失活[37]，故低鎂脅迫下NR活性增強(qiáng)。并且，這一變化也可以解釋為什么低鎂脅迫下硝態(tài)氮含量下降，銨態(tài)氮含量上升。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)，低鎂脅迫下油菜根系的GS活性降低，這與前人研究結(jié)果一致。程夢(mèng)云等[18]對(duì)煙葉的研究表明，鎂是谷氨酰胺合成酶的活化劑，并且能提供該反應(yīng)所需的ATP，故低鎂脅迫抑制了油菜苗期銨態(tài)氮向有機(jī)氮的同化過(guò)程，而有研究表明，谷氨酰胺含量增加可提高谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性[37]。因此，本試驗(yàn)中，低鎂脅迫下谷氨酸合成酶(GOGAT)活性顯著升高可能是因?yàn)楣劝滨０泛吭黾?。所以低鎂脅迫能夠提高苗期油菜植株體內(nèi)銨態(tài)氮以及NR活性，來(lái)促進(jìn)無(wú)機(jī)氮間的轉(zhuǎn)化，而由于植株體內(nèi)谷氨酸合成酶活性的提高，進(jìn)而促進(jìn)銨態(tài)氮向有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

氮、鎂缺乏對(duì)油菜苗期植株生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響，均會(huì)抑制地上部的生長(zhǎng)，而低氮會(huì)促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育，相反，低鎂則抑制根系生長(zhǎng)。氮和鎂的交互作用對(duì)油菜苗期植株氮、鎂的吸收累積有顯著影響，其中，氮缺乏時(shí)油菜根部鎂的含量及累積量顯著增加，而鎂缺乏情況下油菜地上部氮含量及氮累積量均顯著降低，但是，鎂的缺乏會(huì)導(dǎo)致油菜植株NH4+含量的顯著提升。進(jìn)一步比較氮、鎂缺乏對(duì)氮同化途徑的影響發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下氮同化受到顯著抑制。而低鎂脅迫下NR活性和NH4+含量的顯著提升，促進(jìn)了油菜植株體內(nèi)無(wú)機(jī)氮間的轉(zhuǎn)化，并且由于GOGAT活性的提高也促進(jìn)了銨態(tài)氮向有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程。因此，氮、鎂脅迫會(huì)對(duì)油菜養(yǎng)分累積及同化產(chǎn)生不同程度的影響，生產(chǎn)上應(yīng)保證養(yǎng)分的充足供應(yīng)，并且注意氮鎂之間的平衡。