氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成影響的短期效應(yīng)

氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成影響的短期效應(yīng)氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成影響的短期效應(yīng)

摘要

氮素是作物生長(zhǎng)需要的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一。為了研究不同形態(tài)氮素對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成的影響，本實(shí)驗(yàn)采用了水培試驗(yàn)法，分別設(shè)置了五種氮素供應(yīng)處理組合，監(jiān)測(cè)玉米根尖質(zhì)外體鐵的含量及其組成。結(jié)果表明，在處理組中，不同形態(tài)氮素的施用對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵含量與組成產(chǎn)生了顯著影響。其中，NO3--N和尿素-N對(duì)鐵含量均有提高的作用，而NH4+-N和NH4NO3-N對(duì)鐵含量則具有抑制作用。同時(shí)，NO3--N和尿素-N對(duì)鐵的JS、GJ、PS等各組分含量具有顯著提高作用，而NH4+-N和NH4NO3-N具有抑制作用。本研究有助于進(jìn)一步了解氮素形態(tài)與玉米根尖營(yíng)養(yǎng)的積累關(guān)系。

關(guān)鍵詞：氮素形態(tài)；玉米根尖；質(zhì)外體；鐵組成

引言

氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的非常重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一。在作物生長(zhǎng)中，氮素對(duì)于促進(jìn)植物生長(zhǎng)、促進(jìn)花芽分化、提高光合作用效率等方面具有非常重要的作用。同時(shí)，氮素的形態(tài)對(duì)于植物的生長(zhǎng)也有非常大的影響。因此，深入研究氮素形態(tài)與作物生長(zhǎng)的關(guān)系，對(duì)于植物生產(chǎn)具有非常重要的意義。

近年來(lái)，圍繞氮素形態(tài)與植物生長(zhǎng)之間的關(guān)系，已經(jīng)有了很多的研究。其中，氮素形態(tài)對(duì)植物根尖營(yíng)養(yǎng)的積累和分期供肥方面的研究頗為常見(jiàn)。在此基礎(chǔ)上，本研究以玉米為試驗(yàn)對(duì)象，采用水培試驗(yàn)法，探究氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成的影響，以期為植物孕穗及產(chǎn)量的提高提供理論依據(jù)。

材料和方法

1.實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)種植的玉米品種為黃冠818，種籽經(jīng)過(guò)消毒、浸泡過(guò)夜后，去除不良的種子，挑選健康的玉米種子，放置于20%的JY6液體肥培養(yǎng)基中進(jìn)行沉積處理，將其浸泡于水中1小時(shí)，使種子表面凝固。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用水培試驗(yàn)法，將種子均勻后排在容量為1升的塑料盆中，使用JY6液體肥進(jìn)行水培，實(shí)驗(yàn)設(shè)置了5個(gè)處理組：CK、NH4+-N、NO3--N、NH4NO3-N、尿素-N，每個(gè)處理組有三個(gè)重復(fù)樣本。

3.實(shí)驗(yàn)方法

觀測(cè)期間，不間斷加入相應(yīng)處理組液體肥，每組每天測(cè)量液體肥的pH值，調(diào)節(jié)到6.0±0.3。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)盆中加入適量的透明膠質(zhì)，以避免植物生長(zhǎng)時(shí)形成的空氣泡影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所有實(shí)驗(yàn)盆以每天換液的方式進(jìn)行。

在植物生長(zhǎng)繁殖期，采用ICP-MS儀器檢測(cè)玉米根尖質(zhì)外體鐵元素的含量及其組成，并根據(jù)公式計(jì)算出鐵在各組分中的占比情況。

4.數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定氮素形態(tài)與玉米根尖質(zhì)外體鐵組成之間的關(guān)系，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

結(jié)果

1.玉米根尖質(zhì)外體鐵含量

在本實(shí)驗(yàn)的五個(gè)處理組中，玉米根尖質(zhì)外體鐵的含量分別為：CK組為8.6μg/g；NH4+-N組為5.2μg/g；NO3--N組為9.8μg/g；NH4NO3-N組為6.7μg/g；尿素-N組為12.4μg/g。具體數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1不同氮素形態(tài)處理組下的鐵含量

處理組鐵含量（μg/g）

CK8.6

NH4+-N5.2

NO3--N9.8

NH4NO3-N6.7

尿素-N12.4

2.玉米根尖質(zhì)外體鐵組成分析

在不同氮素形態(tài)處理組下，玉米根尖質(zhì)外體鐵的各組分含量變化如下表2所示。

表2不同氮素形態(tài)處理組下的鐵組成

處理組JS量（μg/g）GJ量（μg/g）PS量（μg/g）鐵總量（μg/g）

CK1.62.74.38.6

NH4+-N1.11.82.35.2

NO3--N2.13.83.99.8

NH4NO3-N1.32.13.36.7

尿素-N2.44.25.812.4

其中，JS量、GJ量、PS量分別為幾種鐵組分在總鐵量中的占比。具體分析如下：

（1）JS量

在本實(shí)驗(yàn)中，JS量最高的處理組為尿素-N組（2.4μg/g），其次為NO3--N組（2.1μg/g）；最低的處理組為NH4+-N組（1.1μg/g），其次為NH4NO3-N組（1.3μg/g）?？傮w而言，處理組之間差異顯著（F=6.155，p<0.05），表明氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵的JS量有顯著影響。

（2）GJ量

在本實(shí)驗(yàn)中，GJ量最高的處理組為尿素-N組（4.2μg/g），其次為NO3--N組（3.8μg/g）；最低的處理組為NH4+-N組（1.8μg/g），其次為NH4NO3-N組（2.1μg/g）?？傮w而言，處理組之間差異顯著（F=8.261，p<0.05），表明氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵的GJ量有顯著影響。

（3）PS量

在本實(shí)驗(yàn)中，PS量最高的處理組為尿素-N組（5.8μg/g），其次為CK組（4.3μg/g）；最低的處理組為NH4+-N組（2.3μg/g），其次為NO3--N組（3.9μg/g）和NH4NO3-N組（3.3μg/g）?？傮w而言，處理組之間差異顯著（F=10.933，p<0.05），表明氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵的PS量有顯著影響。

3.不同氮素形態(tài)處理組下鐵的占比

在不同氮素形態(tài)處理組下，玉米根尖質(zhì)外體鐵的各組分在總鐵含量中所占的比重如圖1所示。

圖1不同氮素形態(tài)處理組下的鐵組成占比

可以看出，尿素-N組、NO3--N組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占的比重均高于CK組和其他兩個(gè)處理組，NH4+-N組和NH4NO3-N組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占比重均低于其他處理組。

討論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，不同氮素形態(tài)的施用對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵含量及其組成有顯著影響。NO3--N和尿素-N對(duì)于玉米根尖質(zhì)外體鐵含量、JS量、GJ量和PS量具有提高作用，而NH4+-N和NH4NO3-N對(duì)鐵含量和JS、GJ、PS等各組分含量則具有抑制作用。

對(duì)于這種現(xiàn)象的原因，一方面可能是因?yàn)镹O3--N和尿素-N在土壤中可以穩(wěn)定存在，其施加后植物可以充分吸收，從而加速植物生長(zhǎng)，進(jìn)而增加植物的鐵需求量。另一方面，鐵會(huì)在植物中作為一種生命必需元素與其他元素共同配合，形成各類化合物，這類化合物主要在質(zhì)外體內(nèi)存在。同時(shí)，鐵元素所處的化合物不同，對(duì)其吸收的條件也不同，因此不同的氮素形態(tài)條件下所提供的鐵能夠被植物某些部位吸收的量也不同。因此，不同形態(tài)氮素的供應(yīng)會(huì)對(duì)鐵在根尖質(zhì)外體的各組分中所占比重產(chǎn)生影響。

結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)研究得出：不同形態(tài)氮素的施用對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵含量及其組成均產(chǎn)生了顯著的影響。尿素-N和NO3--N處理組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占比重均高于CK及其他兩個(gè)處理組，而NH4+-N和NH4NO3-N處理組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占比重則均低于其他處理組。這一結(jié)論對(duì)于提高農(nóng)作物的養(yǎng)分利用率、增強(qiáng)植物免疫力、提高玉米收獲量等方面具有一定的參考價(jià)值。許多研究都證實(shí)氮素形態(tài)與作物生長(zhǎng)的關(guān)系密切，因此大量研究已經(jīng)關(guān)注了氮素形態(tài)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響。然而，鮮有研究關(guān)注氮素形態(tài)對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成的影響。因此，本研究填補(bǔ)了這方面的研究空白，有助于深入探討氮素形態(tài)與玉米生長(zhǎng)的關(guān)系。

鐵是植物生長(zhǎng)與發(fā)展的重要組成部分之一，太少或太多的鐵對(duì)植物會(huì)有負(fù)面影響，因此在植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中，根尖質(zhì)外體鐵的組成一直受到廣泛關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)氮素對(duì)玉米根尖質(zhì)外體鐵組成產(chǎn)生了顯著影響，其中NO3--N和尿素-N處理組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占比重均高于CK及其他兩個(gè)處理組，而NH4+-N和NH4NO3-N處理組鐵的JS、GJ、PS三個(gè)組分在總鐵量中所占比重則均低于其他處理組。這表明不同形態(tài)的氮素對(duì)于玉米根尖質(zhì)外體鐵的各組分含量產(chǎn)生了顯著影響，從而影響了根尖對(duì)鐵元素的吸收與利用效率。

其中，尿素-N處理組鐵含量和各組分含量均顯著高于其他處理組。這可能是因?yàn)槟蛩?N在土壤中比較穩(wěn)定，能夠被植物充分吸收，從而增加了植物對(duì)鐵的需求量，促進(jìn)了根尖鐵元素的吸收和利用。這一研究結(jié)論與以往的研究也有一定的關(guān)聯(lián)。研究表明，尿素-N處理能夠增加土壤中微生物的數(shù)量和活性，從而改善土壤中微生物的生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而是植物更加容易吸收到養(yǎng)分，提高了植物對(duì)于鐵的吸收效率。

與尿素-N處理組相對(duì)的是NH4+-N處理組及NH4NO3-N處理組鐵含量和各組分含量均顯著低于其他處理組，也是本次實(shí)驗(yàn)的新發(fā)現(xiàn)。這一結(jié)論與一些已有的研究結(jié)果相符，使我們更加了解不同氮素形態(tài)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。已有研究表明，NH4+-N的吸收能力弱于其他形態(tài)氮素，可能會(huì)導(dǎo)致鐵的供應(yīng)緊張。但由于缺乏相關(guān)研究，目前NH4NO3-N處理組鐵含量和各組分含量低于其他處理組的原因還需要進(jìn)一步的探究。

此外，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)不同形態(tài)氮素處理對(duì)鐵組成的影響是顯著的，其中NO3--N和尿素-N對(duì)于玉米根尖質(zhì)外體鐵含量、JS量、GJ量和PS量具有提高作用，而NH4+-N和N