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标题

氮钾浓度对烤烟苗期生长特性的影响

范文

叶峰秦缘裴晓东姜浩施美君张一扬

摘要?探究氮钾浓度对烟苗生理生化特性的影响，为烟叶苗期氮钾营养平衡提供参考依据。采用水培法，利用基础Hoagland营养液，设置5个不同氮钾浓度处理，分析处理间烟苗的生理生化指标差异。结果表明，氮浓度对烟苗干物质、叶绿素的积累有显著影响，在相同钾浓度下，随着氮浓度的增加，烟苗干物质、叶绿素含量、根系活力显著增加。不同氮水平下，低钾处理间的根系MDA含量、叶片GS活性差异显著。K+对烟苗叶绿素的合成、根系活力、GS活性有一定的促进作用。高氮水平下，高浓度K+会使根系活力、叶片可溶性蛋白含量下降。

关键词?氮;?钾;烟苗

中图分类号?S572?文献标识码?A

文章编号?0517-6611（2021）03-0165-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.045

Abstract?To?explore?the?effect?of?nitrogen?and?potassium?concentration?on?the?physiological?and?biochemical?characteristics?of?tobacco?seedlings，and?to?provide?a?reference?for?the?nutritional?balance?of?nitrogen?and?potassium?in?tobacco?seedlings.Using?the?hydroponic?method，under?the?basic?Hoagland?nutrient?solution，5?different?nitrogen?and?potassium?concentration?treatments?were?set?to?analyze?the?differences?in?physiological?and?biochemical?indicators?of?tobacco?seedlings?between?treatments.Nitrogen?concentration?had?a?significant?effect?on?the?accumulation?of?dry?matter?and?chlorophyll?in?tobacco?seedlings.Under?the?same?potassium?concentration，with?the?increase?of?nitrogen?concentration，the?dry?matter，chlorophyll?content，and?root?activity?of?tobacco?seedlings?increased?significantly.Under?different?nitrogen?levels，root?MDA?content?and?leaf?GS?activity?were?significantly?different?between?treatments?with?low?potassium.K+?could?promote?the?chlorophyll?synthesis，root?vitality，and?GS?activity?of?tobacco?seedlings.Under?a?high?nitrogen?level，a?high?concentration?of?K+?would?reduce?root?vitality?and?leaf?soluble?protein?content.

Key?words?Nitrogen;Potassium;Tobacco?seedlings

N、K作為植物主要的营养元素，在植物矿物质营养中存在广泛相互作用，氮素水平过高会使烟草体内蛋白质的代谢过程延长，拖长烟株的营养生长期[1]。当大量施N而供K不足时，植物会积累蛋白质合成的中间产物，蛋白质合成速率下降，可溶性氨基酸含量明显增加，并出现大量异常的含N化合物。研究[2-3]指出棉花幼苗容易受氮素胁迫，抑制地上部（幼苗叶片数和叶面积的增加等）以及地下部（根表面积、体积、细根0.05～0.20?mmol/L、中等长0.20～0.45?mmol/L的根）的生长，导致幼苗耗水量和干物质量减少。

K可促进蛋白质的合成，小麦籽粒中蛋白质含量和某些氨基酸含量均随着施K量的增加而增加[4]。K能促进水稻对N素的吸收和积累，但有人认为高浓度K+对NH4+吸收会产生拮抗作用[5]。在烤烟生产中，N/K比对叶片光合作用也有明显的影响，N、K配合不当会降低品质和经济效益[6]。施N能促进棉花和水稻对K+的吸收积累，供应K也会提高N的利用效率[7-8]。植物组织中普遍存在谷氨酰胺合成酶（GS），它是NH4+同化过程中的关键酶，对NH4+有较高的親和力，经过GS/谷氨酸合成酶（GOGAT）循环形成氨基酸。研究[9-11]表明在氮肥供应正常的条件下，GS过量表达对植株生长和光合作用影响并不显著，但在氮胁迫下，其过量表达能使转基因烟草的株高、根干重和叶表面积显著增加。两者对增加作物产量、改善作物品质具有重要作用。

笔者采用水培法，比较在不同氮钾供应水平下烟苗的生长情况，结合生理、形态指标，研究氮钾浓度对烟苗生理生化特性的影响，说明烟苗营养吸收的差异，为烟叶氮钾营养平衡、提高肥料的利用率及配合施用提供营养诊断和合理施肥依据。

1?材料与方法

1.1?试验材料?供试品种为K326。

1.2?试验设计?采用改良的Hoagland营养液培养，改良后营养液成分：MgSO4·7H2O?0.5?mmol/L、KH2PO4?0.25?mmol/L、CaCl2?1.25?mmol/Lol/L、Fe-EDTA?25?μmol/L、H3BO3?29?μmol/L、MnCl2·4H2O?11.43?μmol/L、CuSO4·5H2O?0.4?μmol/L、ZnSO4·7H2O?0.8?μmol/L、H2MoO4·H2O?0.7?μmol/L。

以NH4NO3为唯一氮源，K2SO4为主要钾源，设置5个不同氮钾浓度处理（表1），根据试验设计的培养条件加入相应浓度的NH4NO3和K2SO4，T1（NH4NO3?1.25?mmol/L）、T2（NH4NO3?3?mmol/L）、T3（NH4NO3?3?mmol/L、K2SO4?3?mmol/L），T4（NH4NO3?1.25?mmol/L、K2SO4?3?mmol/L），CK（NH4NO3?1.875?mmol/L、K2SO4?0.75?mmol/L），选取长势良好、均匀一致的7叶1心烟苗，移入黑色塑料容器中（容器深约11?cm），塑料容器上覆盖具孔盖板，每个容器12株，用海绵固定在盖板上。每隔3?d换一次营养液，并用Ca（OH）2调节pH于6.0～6.2。连续培养15?d，每个处理设3次重复。挑选具有代表性样品用于测定生物量、根系活力等（将暂时来不及测定的样品，放于-80?℃冰箱中保存）。

1.3?测定项目与方法

1.3.1?烟株生物量。用离子水冲洗植株，吸干水分，先分出根、茎和叶，再编号装入信封，置于70?℃烘箱48?h，在千分之一天平称重、记录。

1.3.2?GS含量测定（试剂盒法）。

称取约0.1?g组织，加入1?mL?提取液进行冰浴匀浆。8?000?g、4?℃离心10?min，取上清，置冰上待测。酶标仪预热30?min以上，调节波长至540?nm，蒸馏水调零。测定管中依次加入160?μL试剂一、70?μL?试剂三、70?μL样本提取液;对照管中依次加入160?μL试剂二、70?μL试剂三、70?μL样本提取液，混匀，准确水浴30?min。再加入100?μL试剂四，静置10?min后，5?000?g、常温离心10?min，取200?μL上清液至96孔酶标板中，测定540?nm处的吸光值A。ΔA=A测定管-A对照管。GS活力单位（1?g组织在反应体系中1?min使540?nm下吸光值变化0.005定义为一个酶活力单位）按样本鲜重计算：

式中，V反总为反应体系总体积，0.4?mL;V样为加入样本体积，0.07?mL;V样总为加入提取液体积，1?mL;T为反应时间，30?min;W为样品质量，g。

1.3.3?MDA含量（试剂盒法）。称取约0.1?g组织，加入1?mL提取液，进行冰浴匀浆;8?000?g、4?℃离心10?min，取上清，置冰上待测。测定步骤：①依次吸取0.3?μL?MDA检测工作液、100?μL各样本提取液、100?μL试剂三于1.5?mL离心管中混匀;②混合液在100?℃水浴中保温30?min（盖紧，防止水分散失），置于冰浴中冷却，10?000?g、25?℃离心10?min;③吸取200?μL上清液于96孔酶标板中，测定其在450、532和600?nm处的吸光度。植物组织中MDA含量，按照样品质量计算：

式中，W为样品质量（g）。

1.3.4?叶绿素含量。叶绿素易溶于有机溶剂，故采用丙酮乙醇混合浸提法[12]，将无水乙醇和丙酮按1∶1制成混合提取液，称取同一部位新鲜叶片0.25?g，剪碎后放入装有20?mL混合液的玻璃瓶中，确保叶片全部浸到混合提取液中，盖上瓶盖，置于28～30?℃恒温箱过夜，在此期间摇晃数次，次日若观察到完全变白的叶片组织，即可取出玻璃瓶，用紫外分光光度计测定在波长470、663、645?nm下的光密度值。

1.3.5?可溶性蛋白质含量。采用考马斯亮蓝法[13]，在稀酸溶液下，游离状态呈红色的马斯亮蓝G250会与蛋白质的疏水区结合变为青色，在一定蛋白质浓度范围内（1～100?μg），蛋白质的含量与色素结合物在波长595?nm下的光吸收成正比。①制作标曲。②提取粗酶。称取鲜样0.5?g放入研钵中，加入少量去离子水和石英砂研磨成匀浆，转入10?mL离心管，重复用去离子水润洗研钵数次，将液体倒入离心管并定容至刻度线，将离心管置于离心机中以5?000?g离心10?min，得到蛋白质提取液。③测定。分别用移液枪吸取0.5?mL样品提取液，加入0.5?mL蒸馏水，放入2支试管（即2个平行管）再加入5.0?mL考马斯亮蓝溶液反应5?min后，以0.5?mL蒸馏水加5.0?mL考马斯亮蓝溶液作为参比，测定595?nm下的吸光度值。蛋白质含量计算公式：

式中，W为查得标准曲线值，μg;VT为提取液体积，?mL;Vi为测定用提取液量，mL;W为制备提取液时所用样品干重，g。

1.3.6?根系活力测定。

根系活力测定用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[13]，称取根样品0.5?g，放入扁形玻璃称量器皿（40?mm×25?mm）中，加入磷酸缓冲液（1/15?mol/L，pH?7.0）和0.4%TTC溶液各5?mL，保证根充分浸没在混合溶液内，在37?℃下暗保温1～2?h，然后再加入1?mol/L硫酸2?mL，终止反应。（空白试验需要先加硫酸后加根样品，37?℃下暗保温后不加硫酸，其他操作相同），最后将根取出，吸干水分后置于研钵，加入少量石英砂后少量分次加入乙酸乙酯充分研磨根，提取出TTF（三苯基甲），把红色提取液移入10?mL试管，用乙酸乙酯标定至刻度线，在紫外分光光度计485?nm下比色，以空白为参比，得到光密度，计算四氮唑还原量。

1.4?数据分析

采用Excel?2010、SPSS?22.0（statistics?package?for?social?science）统计软件进行数据处理和统计分析，GraphPadprism?7作图。

2?结果与分析

2.1?氮钾浓度对烟苗生物量的影响

由表2可知，在低水平氮下，随着钾浓度的增加，除根冠比，地上部干重、根系干重、总干重都有增大，高钾较低钾处理分别高16%、5.6%、15.56%，低钾、高钾处理间差异不显著，且均低于对照，低钾处理的根冠比高于高钾;高氮水平下，低钾处理的地上部干重、总干重与高钾、对照差异显著，分别高出高钾27.87%、25.64%，高出对照62.5%、58.8%，说明在高浓度氮下，一定浓度的钾能促进烟苗干物质的积累，低钾和高钾处理的根系干重差异不显著，与对照差异显著，较对照分别高29.2%、20.8%;钾浓度相同时，随着氮浓度的增加，地上部干重、根系干重、总干重增幅较大，在低浓度钾下，高氮处理显著高于低氮，较低氮高91.4%、72%、90.6%，在高浓度钾下，高氮也显著高于低氮处理，较低氮高29.1%、52.6%、31.3%，低水平钾下的烟苗干物质增幅显著高于高水平钾，不同钾水平下高氮处理的根冠比均大于低氮，随着氮水平的增加，烟苗干物质量增大，表明氮浓度对烟苗干物质的积累有显著影响。

2.2?氮钾浓度对烟苗叶绿体色素的影响

叶绿素是与光合作用（photosynthesis）有关的一类重要色素。光合作用是通過合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程。叶绿素具有吸收、传递和转化光能的作用[14]。由表3可知，在低水平氮下，低钾、高钾处理与对照间差异不显著，但均低于对照，随着钾浓度的提高，烟苗的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都有增加。高钾较低钾处理分别高1.3%、4.4%、2%、2.3%，对照较低钾处理分别高14.1%、12.1%、13.6%、13.6%;高氮水平下，低钾、高钾处理叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都高于对照，低钾处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度与高钾差异显著，只有叶绿素b与对照差异显著，低钾较高钾处理分别高25.8%、30.4%、26.6%、26%;在低钾水平下，随着氮浓度的增加，叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都有增加，高氮处理显著高于低氮处理，较低氮处理分别高24.3%、31.9%、26.3%、26.6%。

2.3?氮钾浓度对烟苗可溶性蛋白的影响

可溶性蛋白是调节植物渗透的重要营养物质，可溶性蛋白的积累与增加有利于提高细胞的保水能力，保护细胞生物膜以及膜内生命物质。由图1可知，烟苗叶片和根系可溶性蛋白含量有显著差异。在不同氮水平下，烟苗叶片可溶性蛋白含量随着钾浓度的增加略有下降，低氮水平下，低钾较高钾处理高3.6%，与对照差异不显著;高氮水平下，低钾、高钾处理差异不显著，低钾较高钾处理高2.3%，低钾、高钾处理与对照间可溶性蛋白含量差异显著，较对照分别高17.0%、14.4%;在相同钾浓度下，叶片可溶性蛋白含量随着氮浓度的增加而增多，在不同氮水平下，烟苗根系可溶性蛋白含量表现出与叶片相同的趋势，低钾处理与高钾处理间差异不显著，低钾处理与对照间差异显著，低氮水平下，较对照高19.2%，高氮水平下，较对照高20.1%。处理间根系可溶性蛋白含量增幅大于叶片。

2.4?氮钾浓度对烟苗GS活性的影响

谷氨酰胺合成酶（GS）作为氮的供体，参与氮有机物的生物合成，是氮素代谢过程的关键酶[15]。由图2可知，烟苗叶片与根系中谷氨酰胺合成酶活性有显著差异。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，烟苗叶片中谷氨酰胺合成酶活性降低，低钾、高钾处理的谷氨酰胺合成酶活性都低于对照，分别较对照低31.1%、36.5%，低钾处理高于高钾处理，较高钾处理高4.1%;在高氮水平下，低钾、高钾处理与对照间谷氨酰胺合成酶活性差异显著，较对照分别高19.7%、41.7%;在相同钾浓度下，随着氮浓度的增大，谷氨酰胺合成酶活性增加，低钾水平下，处理间差异显著，高氮处理的谷氨酰胺合成酶活性比低氮高41.3%;高钾水平下，高氮处理显著高于低氮，较其高74.1%。在低氮水平下，高钾处理的根系谷氨酰胺合成酶活性较低钾处理的显著高15.4%，高钾处理的谷氨酰胺合成酶活性与对照差异显著;高氮水平下，低钾、高钾处理与对照间差异显著，分别较对照高63.9%、64.7%。

2.5?氮钾浓度对烟苗MDA活性的影响

植物细胞质膜过氧化的最终产物是MDA，其含量高低可以反映出细胞膜的损伤程度和植物抗逆性的强弱[16]。由图3可知，各处理间烟苗叶片中的丙二醛活性无显著差异。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，低钾、高钾处理的烟苗叶片丙二醛活性有所降低，低钾处理较高钾处理、对照分别高12.5%、8.6%;在高氮水平下，随着钾浓度的增加，处理间烟苗叶片丙二醛活性有

所增加，处理与对照间的丙二醛活性差异不显著，对照丙二醛活性较低钾处理高9.8%;在低钾水平下，各处理间的丙二醛活性差异不显著，低氮处理较高氮处理高19.1%;在高钾水平下，高氮处理的丙二醛活性较低氮处理高3.2%。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，低钾、高钾处理的烟苗根系丙二醛活性有所增加，低钾处理较高钾处理的丙二醛活性高15.9%，处理与对照间的丙二醛活性差异不显著;高氮水平下，低钾处理丙二醛活性显著高出对照的39.3%，在钾浓度相同时，随着氮浓度的增大，丙二醛活性增加。

2.6?氮钾浓度对烟苗根系活力的影响

根系活力是衡量根系功能的重要指标，直接影响植株的生长以及对养分的吸收。由图4可知，在钾浓度相同时，处理间根系活力随着氮浓度的增大而增大，在低钾水平下，高氮处理的根系活力显著高于低氮处理和对照，分别高32.0%、21.7%，在氮浓度相同时，随着钾离子浓度的增加，根系活力降低，低钾处理根系活力较高钾处理显著高13.4%。

3?讨论

不适宜的N/K比会阻碍烤烟的生长发育。N和K在植物代谢过程中存在协同作用，协同作用常出现在较低浓度养分下，同性离子、阴离子与阳离子之间，为了维持电荷平衡和恢复供应矿质养分的需要。干物质积累的主要形式是通过烟叶光合与呼吸作用、合成与分解代谢平衡的碳水化合物总量[17]。该试验中，随着氮水平的增加，烟苗干物质量增大，这与单长卷等[18]研究结果一致。表明氮浓度对烟苗干物质的积累有显著影响，氮能改变碳水化合物的库源关系、能量消耗水平和调节光合产物的积累[19]。

该试验在相同钾浓度时，随着氮浓度的增加，叶绿素含量、根系活力显著增加，烟苗叶片与根系中可溶性蛋白、谷氨酰胺合成酶活性均显著差异，其中高氮低钾处理的生理特征表现最好。说明供氮水平能显著影响叶绿素的合成及其相关酶的活性[17]。研究认为烟株在正常营养供应水平下生长，叶绿素的合成、运转达动态平衡，超量的氮素、钾素对其无意义[20]。该试验中，烟苗的叶绿素含量在低氮水平下會随着钾浓度的提高而增加，说明K+对烟苗叶绿素的合成有一定的促进作用，高氮水平下，高浓度K+反而会抑制叶绿素的合成。

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