番茄對(duì)有機(jī)氮的吸收及土壤可溶性有機(jī)氮行為特性研究.pdf

1、可溶性有機(jī)氮(SON)是土壤氮素中最活躍的組分之一，移動(dòng)性強(qiáng)，可隨水分運(yùn)移而發(fā)生徑流或淋溶損失，污染水體。由于受傳統(tǒng)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)理論的影響，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)N有效性和植物N營(yíng)養(yǎng)的認(rèn)識(shí)幾乎完全建立在無機(jī)氮(NH4+-N、NO3--N)的基礎(chǔ)上，而在很大程度上忽視了植物對(duì)SON的吸收及其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用。為探討植物氨基酸態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)機(jī)理及SON在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的行為和功能，本文以完全無菌水培、13C-15N雙標(biāo)記有機(jī)氮的土壤原位試驗(yàn)探討不同番茄品種(

2、申粉918、滬櫻932)的氨基酸態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，研究了NH4+-N、NO3--N和Gly-N對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)、碳氮積累、根系分泌特性及氮代謝等的影響。運(yùn)用土壤溶液超速離心技術(shù)研究不同土壤SON含量及特性；探討通氣培養(yǎng)條件下SON的動(dòng)態(tài)變化，揭示土壤氮素的礦化特性；采用14C標(biāo)記氨基酸、多肽的室內(nèi)培養(yǎng)法系統(tǒng)研究氨基酸、多肽在土壤中的吸附、礦化、吸收動(dòng)力學(xué)等動(dòng)態(tài)生化特性。 本文主要研究結(jié)果如下： 1、甘氨酸態(tài)氮對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)

3、、碳水化合物及碳氮積累的影響 在NH4+-N、NO3--N和Gly-N存在的營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中，番茄幼苗在處理前期(如處理后8或16d)的株高、生物量、植株全碳積累量、總氮量等各處理差異不顯著，而其后則表現(xiàn)為NO3--N＞Gly-N＞NH4+-N，處理間差異顯著(p＜0.05)。與NO3--N處理相比，Gly-N、NH4+-N處理均顯著提高了葉片可溶性糖、葉片和根系游離氨基酸及各器官氮素含量，而降低了葉片淀粉含量和各器官氮素積累量。Gl

4、y-N處理顯著提高了番茄根系可溶性糖、淀粉和時(shí)綠素含量。番茄基因型差異是否表現(xiàn)與氮素形態(tài)有關(guān)，以植株根系干重為指標(biāo)的基因型差異在供應(yīng)NO3--N時(shí)不表現(xiàn)；在Gly-N處理下，滬櫻932的生長(zhǎng)顯著優(yōu)于申粉918。 2、甘氨酸態(tài)氮對(duì)番茄根系分泌物和本質(zhì)部及韌皮部汁液組分的影響 營(yíng)養(yǎng)液中NH4+-N、NO3--N和Gly-N顯著影響不同番茄品種根系分泌物、木質(zhì)部和韌皮部汁液各組分含量。NO3--N處理的番茄根系分泌物、木質(zhì)部和

5、韌皮部汁液中的NO3--N和P含量最高，供Gly-N、NH4+-N其次，對(duì)照最低；而供Gly-N、NH4+-N時(shí)銨態(tài)氮、游離氨基酸、可溶性糖含量一般均高于處理NO3--N和對(duì)照。番茄根際吸收不同氮素對(duì)根際pH亦產(chǎn)生不同的影響，吸收NO3--N和Gly-N后，根際pH顯著升高，而吸收NH+4-N后則降低。在供應(yīng)NO3--N、NH4+-N和Gly-N及對(duì)照時(shí)，滬櫻932的根系活力均顯著大于申粉918(p＜0.05)。 3、無菌水培條

6、件下無機(jī)氮和氨基酸態(tài)氮對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)和氮代謝的影響 無菌水培條件下，與無氮處理相比，NH4+-N、NO3--N和Gly-N處理都顯著提高了植株干物質(zhì)和總吸氮量。Gly-N處理的番茄干物質(zhì)重和吸氮量顯著高于缺氮及NH4+-N處理；NH+4-N和Gly-N處理顯著提高了地上部、根系FAA含量，而NO3--N處理對(duì)地上部、根系FAA含量無顯著影響?？扇苄缘鞍缀縿t表現(xiàn)為：Gly-N＞NH4+-N＞NO3--N＞CK處理。與無氮處理相比

7、，各處理都顯著降低了地上部和根部GS活性；而Gly-N處理顯著促進(jìn)了地上部、根系NADH-GDH、GOT和根系GPT活性，NO-3-N處理顯著降低了地上部GPT活性。因此，番茄吸收甘氨酸后，能夠通過轉(zhuǎn)氨酶的作用，最終合成蛋白質(zhì)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，氨基酸態(tài)氮(Gly-N)也可以成為番茄生長(zhǎng)的良好氮源。 4、無菌水培條件下甘氨酸濃度對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)和氮代謝的影響 無菌水培條件下，番茄能夠吸收各種濃度的Gly-N，且營(yíng)養(yǎng)液中甘氨酸濃

8、度(0-6.0mM)與番茄植株干物重、總氮量等呈顯著正相關(guān)(R2＞0.905**)。隨營(yíng)養(yǎng)液中甘氨酸濃度的增加，兩個(gè)番茄品種的地上部和根系FAA、可溶性蛋白、地上部可溶性糖含量增加。與無氮對(duì)照處理相比，各處理都顯著降低了地上部淀粉含量，營(yíng)養(yǎng)液中甘氨酸濃度對(duì)根系淀粉含量無顯著影響。甘氨酸態(tài)N濃度對(duì)氮代謝關(guān)鍵酶有不同的影響。隨營(yíng)養(yǎng)液中甘氨酸態(tài)N濃度的增加，兩個(gè)番茄品種的地上部、根系NR、NADH-GDH、GPT和GOT活性均提高。被吸收的氨

9、基酸可通過GOT和GPT轉(zhuǎn)氨酶主要在根中進(jìn)行同化，最終合成蛋白質(zhì)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。 5、土壤微區(qū)培養(yǎng)條件下番茄幼苗對(duì)13C，15N-甘氨酸分子的吸收研究 不同形態(tài)的15N注射48h后，相對(duì)于對(duì)照、15N-NH4Cl和15N-KNO3處理來說，供2-[13C]，[15N]-glycine時(shí)，兩個(gè)番茄品種的地上部、根系13C、15N原子超均顯著提高，且根系13C原子超顯著大于地上部。申粉918、滬櫻932從土壤中吸收的氮分別有

10、12.5％和21％是以完整的甘氨酸分子直接吸收的，番茄根系吸收甘氨酸態(tài)N的能力比土壤微生物弱。甘氨酸態(tài)N對(duì)滬櫻932的氮營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn)率顯著大于申粉918(p＜0.05)。 6、不同土壤SON的含量及特性 供試土壤SON平均含量表現(xiàn)為灰壤土(62mgkg-1)＞腐殖黑鈣土(29.1mgkg-1)＞有機(jī)土壤(15.8mgkg-1)＞常規(guī)土壤(12.9mgkg-1)＞轉(zhuǎn)換期土壤(7.8mgkg-1)。有機(jī)、轉(zhuǎn)換期、常規(guī)土壤、灰壤土

11、、腐殖黑鈣土SON含量占TSN的比例分別為48.3％、21.9％、30.9％、93.7％、83.4％；而FAA含量分別占TSN的1.4％、2.6％、2.4％、1.1％、2.4％，占SON的2.9％、11.8％、7.8％、1.2％、2.8％。相關(guān)分析結(jié)果表明，TSN、SON以FAA與全氮、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮等各養(yǎng)分之間均有極顯著的相關(guān)性。用鹽溶液提取的SON含量大約是水提取的SON或DON的3-6倍。 7、不同土壤中氨基酸、多肽

12、的生物化學(xué)動(dòng)態(tài)特性 氨基酸、多肽在土壤中的吸附量表現(xiàn)為Val-Pro-Pro＞Glu＞Val＞Glu-Phe。而不同土壤對(duì)氨基酸、多肽的吸附能力則為有機(jī)土壤＞轉(zhuǎn)化期土壤＞常規(guī)土壤。氨基酸、多肽在土壤中的礦化周轉(zhuǎn)速率迅速，Glu、Glu-Phe、Valine、Val-Pro-Pro在供試土壤中的半衰期(D50)分別為5.6±1.1、7.7±1.3、14.8±3.6和10.5±2.0h。培養(yǎng)24h后，大約有近(76±3)％的氨基酸或

13、多肽被微生物細(xì)胞利用，而僅(24±2)％的氨基酸或多肽以CO2的形式釋放出來。外加Ala-Ala和NH4NO3等氮源能顯著提高氨基酸、多肽在土壤中的礦化。氨基酸、多肽等SON在土壤中的礦化是一個(gè)完全依靠微生物參與的生物降解過程。 8、不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤氮素的礦化特性 隨著通氣培養(yǎng)過程的進(jìn)行，不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤NO3--N、SON的含量均明顯增加，F(xiàn)AA含量呈先升高后下降的趨勢(shì)。土壤礦化培養(yǎng)過程中生成一定數(shù)量的SON；

14、在整個(gè)培養(yǎng)過程中，SON占TSN比例均大幅度下降。評(píng)價(jià)土壤氮素礦化特性時(shí)僅僅測(cè)定礦化的無機(jī)氮數(shù)量，可能會(huì)低估土壤氮素礦化潛力和氮素?fù)p失的數(shù)量和效應(yīng)。施入土壤的14C-氨基酸、多肽在土壤中的礦化迅速，不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤14C-氨基酸、多肽的礦化速度表現(xiàn)為：有機(jī)土壤＞轉(zhuǎn)化期土壤＞常規(guī)土壤。在礦化過程中，影響SON含量的瓶頸不是微生物利用低分子量SON的速率，而是SON從生物體釋放進(jìn)入土壤的速率。 9、溫度對(duì)土壤氨基酸、多肽的礦化及

15、其吸收動(dòng)力學(xué)的影響 溫度顯著影響著氨基酸、多肽在土壤中的礦化及其吸收動(dòng)力學(xué)特性。隨著溫度的升高，氨基酸和多肽在土壤中的礦化速度加快。在1、15和25℃下，三種供試土壤中Val的平均半衰期分別為28.4、17.9和10.1h；Glu則分別為21.6、10.7和8.1h；Val-Pro-Pro分別為13.1、10.6和8.6h；Glu-Phe分別為33.9、11.1和6.8h。氨基酸、多肽的吸收速率隨著施入土壤的氨基酸和多肽濃度的增

16、加而增加。氨基酸、多肽的動(dòng)力學(xué)參數(shù)Vmax、Km、Vh值隨溫度的升高而增大。在0-2.5mM濃度范圍內(nèi)，氨基酸的吸收動(dòng)力學(xué)曲線遵循經(jīng)典的米氏動(dòng)力學(xué)曲線，而多肽的則表現(xiàn)為線性模式。三種不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤的氨基酸、多肽的周轉(zhuǎn)速率、吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)(Vmax、Km和Vh)均表現(xiàn)為有機(jī)土壤＞轉(zhuǎn)化期土壤＞常規(guī)土壤。 綜上所述，營(yíng)養(yǎng)液中不同氮源(NO3--N、NH4+-N和Gly-N)對(duì)番茄幼苗的生長(zhǎng)、根系分泌特性、碳水化合物及氮素積累等有

17、不同的影響。番茄具有直接吸收利用氨基酸態(tài)氮的能力，其吸收Gly-N后，能夠通過轉(zhuǎn)氨酶的作用，最終合成蛋白質(zhì)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但氨基酸進(jìn)入植物體內(nèi)后，通過不同部位的不同轉(zhuǎn)氨酶同化的能力可能不同。番茄體內(nèi)的NADH-GDH活性的變化說明了番茄吸收甘氨酸后能為脫氨基作用提供碳骨架。這些可能是植物氨基酸態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)機(jī)理。SON在不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤中的吸附、礦化及其吸收動(dòng)力學(xué)等生物化學(xué)特性不同，但氨基酸、多肽等SON在土壤中的礦化周轉(zhuǎn)速度表現(xiàn)為有