CN113519551A - 一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用 - Google Patents

一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，涉及植物生长相关领域，通过对不同氮素形态对白及生长与叶绿素荧光特性和多糖积累上的研究，从而得到混合氮素对白及生长有促进作用，并有利于干物质的积累，能够提高白及的光合效率，且利于多糖的积累。所述混合氮素的总氮浓度为15mmol/L，混合氮素中NO3 ‑‑N：NH4 +‑N=1：1，所述NO3 ‑‑N使用Ca(NO3)2·4H2O和KNO3，NH4 +‑N使用(NH4)2SO4，所述混合氮素促进白及生发叶片、提高植株高度以及增大茎粗，所述混合氮素提高地上部和块茎部的干物质积累，所述混合氮素促进白及在弱光条件下生长，所述混合氮素提高叶片最大光化学效率和表观光合电子传递速率，所述混合氮素促进多糖积累。

Description

一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上 的应用
技术领域
本发明涉及植物生长相关领域，具体为一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用。
背景技术
白及（Bletillastriata (Thunb.) Reichb. F.）是兰科（Orchidaveae）白及属（Bletilla）多年生的草本植物。白及不仅形美花艳有很高的观赏价值，其干燥块茎还是传统中药材，有止血收敛、消肿生肌的功效。从白及块茎中提取的多糖是白及主要的药效成分，具有多种药理活性，目前已广泛应用于医药、日化、食品、化工等行业。
氮素是植物的三大营养元素之一，不仅参与植物体有机物质的组成，也在植物代谢活动中发挥重要作用，对植物的生长影响极大。氮素主要以铵态氮和硝态氮两种形式被作物吸收利用，植物种类不同，生育期不同，其对介质中不同形态的氮素营养的响应也不尽相同。
白及整个生育期对氮的吸收量最高，生育期应施足氮肥，但氮素形态对白及的生长的影响没有相关说明；因此市场急需研制一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用来帮助人们解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，通过对不同氮素形态对白及生长与叶绿素荧光特性和多糖积累上的研究，从而得到混合氮素对白及生长有促进作用，并有利于干物质的积累，能够提高白及的光合效率，且利于多糖的积累。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，所述混合氮素的总氮浓度为15mmol/L，混合氮素中NO3 --N：NH4 +-N=1：1。
优选的，所述NO3 --N使用Ca(NO3)2· 4H2O和KNO3，NH4 +-N使用(NH4)2SO4。
优选的，所述混合氮素促进白及生发叶片、提高植株高度以及增大茎粗。
优选的，所述混合氮素提高地上部和块茎部的干物质积累。
优选的，所述混合氮素促进白及在弱光条件下生长。
优选的，所述混合氮素提高叶片最大光化学效率和表观光合电子传递速率。
优选的，所述混合氮素促进多糖积累。
优选的，所述白及测定试验的栽培方法如下：挑选白及幼苗，采用盆栽法种于石英砂和蛭石1:1混合基质中，每周补充一次营养液，栽培时间为半年。
优选的，所述营养液中添加7μm/L的双氰胺，采用1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节pH为6.0±0.5。
优选的，所述白及苗进行生长指标测量、生物量测定、叶绿素含量测定、叶绿素荧光参数检测以及白及块茎总多糖提取与测定；
其中，
生长指标测量：将白及苗从盆中取出，块茎和根系于水中清洗干净，吸干水分，测量白及株高、叶数、根数、茎粗以及最长根长度，每处理重复6次；
生物量测定：将茎叶、根以及块茎分割，快速称重后于105℃杀青半小时，80℃烘干，再次称取样品干重，每处理重复6次；
叶绿素含量测定：采用丙酮乙醇混合液法，随机选取白及新鲜叶片，清洗干净，吸干水分，去主脉剪成碎片、混匀；称取0.2g，置于10mL丙酮和95%乙醇2:1混合液中，避光放置；待白及叶片完全失绿后取出，用分光光度计测定663、645nm处的吸光度，计算每克叶片的叶绿素a和叶绿素b的含量以及二者之和，每处理重复3次；
叶绿素荧光参数检测：使用叶绿素荧光仪测定初始荧光Fo、最大荧光Fm、最大光化学效率Fv/Fm和表观光合电子传递速率ETR，每处理测5片叶子，每片叶子测定3次；
白及块茎总多糖提取与测定：将预先烘干的白及块茎粉碎，称取0.05g，加入2mL去离子水充分匀浆；转移至离心管，用封口膜裹紧盖子以防止水分散失，于100℃水浴2h，冷却后10000g离心10min；取上清液0.2mL加入0.8mL无水乙醇，充分混匀，4℃静置过夜；再次10000g离心10min，弃上清，静置直到乙醇挥发完全；沉淀中加入5mL去离子水充分混匀，溶解沉淀；采用总多糖含量测定试剂盒测定，每处理重复3次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该发明中，通过对确定总氮浓度为15mmol/L，NO3 -1-N/NH4 +-N=1/1；NO3 --N/NH4 +-N=1/0；NO3 --N/NH4 +-N=0/1；3个氮配比的营养液栽培的白及苗进行生长指标测量、生物量测定、叶绿素含量测定、叶绿素荧光参数检测以及白及块茎总多糖提取与测定，通过对参数的比较和分析得出混合氮素对白及生长有促进作用，并有利于干物质的积累，能够提高白及的光合效率，且利于多糖的积累。
2、该发明中，由于白及的主要药效成分为多糖，本试验发现氮素能够提高白及多糖含量，其中混合氮素作用极为显著，白及多糖含量达到了36.2%。说明该试验条件下混合氮素的施加有利于白及多糖的积累，使主要药效成分含量增加。
3、该发明中，本试验仅在15mmol/L的氮素水平上对白及进行观察和测量，比较了不同氮素形态对白及生长的影响，得出施用铵硝混合氮素对白及生长更加有利，且能够收获更多的块茎并提取更多的块茎总多糖，对白及的氮素喜好有了初步探索，对指导白及田间施肥有一定指导意义。
附图说明
图1为不同氮素形态处理下白及块茎总多糖含量。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
材料与方法
1.1实验材料
贵州省植物园自育一年生白及实生苗。
实验设计
栽培方案：挑选大小和长势基本一致的白及幼苗，采用盆栽法种于石英砂和蛭石1:1混合基质中，每盆3株。
设对照（CK）、铵硝1:1混合营养（TM）、纯硝营养（TN）和纯铵营养（TA）共四个处理，每个处理15盆。每周补充一次营养，培养至半年后进行采收。
营养液：确定总氮浓度为15mmol/L，设(NO3 -1-N/NH4 +-N=1/1；NO3 --N/NH4 +-N=1/0；NO3 --N/NH4 +-N=0/1)3个氮配比，其中NO3 --N使用Ca(NO3)2· 4H2O和KNO3，NH4 +-N使用(NH4)2SO4，用K2SO4和MgSO4·7H2O分别代替KCl和MgCl2；每个实验处理添加7μm/L的双氰胺抑制NH4 +-N转化NO3 -1-N，1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节pH为6.0±0.5。
实验方法
生长指标及生物量测定：将白及苗轻轻从盆中取出，块茎和根系于水中清洗干净，吸干水分，测量白及株高、叶数、根数、茎粗以及最长根长度；将茎叶、根以及块茎分割，快速称重后于105℃杀青半小时，然后80℃烘干，再次称取样品干重。每处理重复6次。
叶绿素含量测定：采用丙酮乙醇混合液法，随机选取白及新鲜叶片，清洗干净，吸干水分，去主脉剪成碎片、混匀；称取0.2g，置于10mL丙酮和95%乙醇2:1混合液中，避光放置；待白及叶片完全失绿后取出，用分光光度计测定663、645nm处的吸光度，计算每克叶片的叶绿素a和叶绿素b的含量以及二者之和。每处理重复3次。
叶绿素荧光参数检测：使用北京澳作生态仪器有限公司生产的OS5p调制叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光参数：初始荧光Fo，最大荧光Fm，最大光化学效率Fv/Fm，表观光合电子传递速率ETR。每处理测5片叶子，每片叶子测定3次。
白及块茎总多糖提取与测定：将预先烘干的白及块茎粉碎，称取0.05g，加入2mL去离子水充分匀浆；转移至离心管，用封口膜裹紧盖子以防止水分散失，于100℃水浴2h，冷却后10000g离心10min；取上清液0.2mL加入0.8mL无水乙醇，充分混匀，4℃静置过夜；再次10000g离心10min，弃上清，静置直到乙醇挥发完全；沉淀中加入5mL去离子水充分混匀，溶解沉淀。白及总多糖的测定采用苏州科铭生物技术有限公司的总多糖含量测定试剂盒进行测定。每处理3次重复。
数据统计与分析方法
利用Microsoft Excel 2010整理原始数据并作图，SPSS17.0统计软件进行方差分析，Duncan法进行显著性检验。
结果与分析
2.1氮素形态对白及生长的影响
不同氮素形态影响下，白及的生长表现出差异。如表1所示，TM和TN处理的白及叶片数与CK无差异，而TA处理下白及叶片数量显著减少；TM处理下白及株高最大，为20.93cm，较CK提高了23.9%，其它处理影响较小，未达到显著差异；各处理茎粗较CK无差异，但TM下白及茎粗明显大于TA；各处理的根数及最长根长有所不同，但差异不明显。
说明氮素形态对白及根数与长度影响不明显，纯铵处理不利于白及生发新叶，混合氮素处理对白及叶片、株高及茎粗都有明显促进作用。
表1 不同氮素形态处理下白及生长指标测量
叶片数 株高/cm 茎粗/mm 根数 最长根长/cm
CK 3.2±0.8a 16.90±2.55b 0.61±0.07ab 7.3±2.5a 11.17±4.44a
TM 2.8±0.4a 20.93±2.93a 0.68±0.08a 8.0±1.7a 11.04±4.56a
TN 2.8±0.4a 17.72±3.00ab 0.60±0.11ab 7.8±4.3a 8.84±2.83a
TA 2.2±0.4b 19.89±1.59ab 0.56±0.07b 9.0±3.7a 9.26±1.79a
注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05），下同。
不同氮素形态影响下，白及生物量有一定不同。如表2所示，白及各部位鲜重在对照和各处理之间差异未达到显著水平；地上部干重在TM处理下最高，分别比TN和TA高32.9%、29.4%，达到显著差异，而各处理与CK相比没有明显差异；块茎干重与地上部干重趋势相同，各处理与对照没有差异，TM较TN、TA差异显著，分别高38.4%、41.4%；根系以TM处理下最高，但干重在各处理之间差异不显著。
说明氮素形态对白及的鲜重及根系干重影响不明显，但对于地上部干重和块茎干重，混合氮素处理与单一氮素处理相比有明显优势，更有利于白及干物质的积累。
表2 不同氮素形态处理下白及生物量统计
地上部鲜重/g 地上部干重/g 块茎鲜重/g 块茎干重/g 根鲜重/g 根干重/g
CK 0.454±0.100a 0.089±0.023ab 0.941±0.259a 0.185±0.054ab 0.358±0.070a 0.028±0.007a
TM 0.518±0.048a 0.104±0.012a 1.154±0.157a 0.244±0.027a 0.378±0.149a 0.036±0.014a
TN 0.467±0.188a 0.078±0.034b 0.921±0.365a 0.176±0.063b 0.356±0.263a 0.028±0.022a
TA 0.458±0.047a 0.081±0.011b 1.183±0.090a 0.172±0.086b 0.439±0.125a 0.027±0.007a
综上，氮素形态对白及植株形态与生物量产生一定影响，混合氮素有利于白及的生长发育和干物质的积累。
氮素形态对白及叶片叶绿素含量的影响
对不同处理下的白及叶片叶绿素含量进行测定，发现叶绿素a含量在各处理之间没有差异，叶绿素b及叶绿素a和b总含量有显著差异。如表3所示，与CK相比，TM和TN无显著差异，TA处理下叶绿素b含量仅0.647mg/g，下降了15.7%；叶绿素a、b总含量与此相同，TA处理下最低，为1.855mg/g，较CK和其它处理显著降低；叶绿素a与b的比值则相反，以TM处理下最低，为1.461，TA处理最高，达1.884。
叶绿素a/b的值可用于衡量植物的耐阴性，比值越低表明植株越耐阴，可见铵态氮处理下白及耐阴性较差，而混合氮素处理最有利于白及在弱光条件下生长。
表3 不同氮素形态处理下白及叶片叶绿素含量测定
叶绿素a/(mg/g) 叶绿素b/(mg/g) 叶绿素a+b/(mg/g) 叶绿素a/b
CK 1.217±0.002a 0.768±0.023a 1.985±0.022a 1.587±0.050b
TM 1.231±0.005a 0.843±0.021a 2.073±0.025a 1.461±0.033b
TN 1.226±0.011a 0.782±0.050a 2.008±0.041a 1.573±0.109b
TA 1.208±0.022a 0.647±0.077b 1.855±0.094b 1.884±0.204a
2.3氮素形态对白及叶片叶绿素荧光参数的影响
如表4所示，氮素形态影响下白及叶绿素荧光特性差异较大。CK的初始荧光Fo和最大荧光Fm均最低，较施氮处理差异显著，各施氮处理间Fo和Fm没有差异。叶片最大光化学效率Fv/Fm在各处理之间差异较大，CK为0.825，与之相比TN显著降低，为0.816，TM稍高，为0.833，但未达到显著差异，TA显著提高，为0.835。可见TA、TM有利于提高叶片最大光化学效率，而纯硝处理时反应中心光抑制程度高，光能转换效率低。
表观光合电子传递速率ETR在TM处理下最高，达到46.2，显著高于TN处理的19.6，而CK和TA处理下ETR最低，分别为10.5和10.6，可见TM和TN处理有利于电子的传递，进而能够提高光合效率。
表4 氮素形态对白及叶片叶绿素荧光参数Fo, Fm, Fv/Fm, ETR的影响
初始荧光Fo 最大荧光Fm 最大光化学效率Fv/Fm 表观光合电子传递速率ETR/(μmoles m-2 s-1)
CK 188±24b 1080±120b 0.825±0.014b 10.5±1.5c
TM 214±27a 1285±168a 0.833±0.006ab 46.2±14.9a
TN 217±31a 1187±185ab 0.816±0.020c 19.6±1.8b
TA 214±23a 1309±158a 0.835±0.008a 10.6±2.8c
2.4氮素形态对白及块茎总多糖的影响
如图1所示，白及块茎总多糖对各处理有十分明显的响应。CK的含量最低（17.06%），与之相比，TM和TA处理下总多糖差异极显著（36.20%、23.97%），分别升高112.19%和40.55%；TM处理较TN（19.86%）和TA同样有极显著差异，总多糖含量分别高出82.29%和50.97%。
可见施氮后白及块茎总多糖有明显提升，其中混合氮素较纯态氮素对白及块茎总多糖的积累有更明显的促进作用。
讨论与结论
在15mmol/L的氮素水平下，氮素形态对白及生长的影响表现在叶片数、株高和茎粗上，其中纯铵处理下白及叶片最少，而混合氮素处理有利于白及生发叶片、提高植株高度以及增大茎粗；对白及生物量的影响体现在地上部和块茎干重方面，混合氮素更有利于干物质的积累。
叶绿素是植物叶片接收光能并将其转移进一步为光合作用所利用的重要组分，对植物的生长发育有重要影响，其含量受氮素形态的影响。本试验测定得出氮素浓度为15mmol/L时，硝态氮、混合氮素处理与对照之间没有差异，但铵态氮处理的白及叶绿素b含量及总叶绿素量比三者显著降低。白及是阴生性植物，试验测得混合氮素处理下白及叶片叶绿素a/b的值最低，其耐阴性更强，更能适应弱光环境。
初始荧光Fo是充分暗适应后PSII反应中心处于完全开放时的荧光产量，代表不参与PSII光化学反应的光能辐射部分，最大荧光Fm是强光照射后PSII反应中心完全关闭时的荧光产量。物种间的最大光化学效率Fv/Fm最大值在0.79-0.84之间，白及叶片Fv/Fm在0.816-0.835之间，可见试验条件下白及叶片未受到明显胁迫。铵态氮和铵硝混合处理下Fv/Fm较高，说明此处理下白及叶片光能利用率高，光环境的适应能力更强；铵硝混合处理下叶片电子传递速率最高，说明混合氮素下光合速率高，因而维持较高的电子传递速率。可见混合氮素对白及光能利用率和光合速率有十分积极的影响。
白及的主要药效成分为多糖，本试验发现氮素能够提高白及多糖含量，其中混合氮素作用极为显著，白及多糖含量达到了36.2%，该试验条件下混合氮素的施加有利于白及多糖的积累。本试验仅在15mmol·L-1的氮素水平上对白及进行观察和测量，比较了不同氮素形态对白及生长的影响，得出施用铵硝混合氮素对白及生长更加有利，且能够收获更多的块茎并提取更多的块茎总多糖，对白及的氮素喜好有了初步探索，对指导白及田间施肥有一定指导意义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素的总氮浓度为15mmol/L，混合氮素中NO3 --N：NH4 +-N=1：1。
2.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述NO3 --N使用Ca(NO3)2· 4H2O和KNO3，NH4 +-N使用(NH4)2SO4。
3.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素促进白及生发叶片、提高植株高度以及增大茎粗。
4.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素提高地上部和块茎部的干物质积累。
5.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素促进白及在弱光条件下生长。
6.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素提高叶片最大光化学效率和表观光合电子传递速率。
7.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述混合氮素促进多糖积累。
8.根据权利要求1所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于，所述白及测定试验的栽培方法如下：挑选白及幼苗，采用盆栽法种于石英砂和蛭石1:1混合基质中，每周补充一次营养液，栽培时间为半年。
9.根据权利要求8所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于：所述营养液中添加7μm/L的双氰胺，采用1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节pH为6.0±0.5。
10.根据权利要求8所述的一种混合氮素在促进白及生长与提高光合效率和多糖积累上的应用，其特征在于，所述白及苗进行生长指标测量、生物量测定、叶绿素含量测定、叶绿素荧光参数检测以及白及块茎总多糖提取与测定；
其中，
生长指标测量：将白及苗从盆中取出，块茎和根系于水中清洗干净，吸干水分，测量白及株高、叶数、根数、茎粗以及最长根长度，每处理重复6次；
生物量测定：将茎叶、根以及块茎分割，快速称重后于105℃杀青半小时，80℃烘干，再次称取样品干重，每处理重复6次；
叶绿素含量测定：采用丙酮乙醇混合液法，随机选取白及新鲜叶片，清洗干净，吸干水分，去主脉剪成碎片、混匀；称取0.2g，置于10mL丙酮和95%乙醇2:1混合液中，避光放置；待白及叶片完全失绿后取出，用分光光度计测定663、645nm处的吸光度，计算每克叶片的叶绿素a和叶绿素b的含量以及二者之和，每处理重复3次；
叶绿素荧光参数检测：使用叶绿素荧光仪测定初始荧光Fo、最大荧光Fm、最大光化学效率Fv/Fm和表观光合电子传递速率ETR，每处理测5片叶子，每片叶子测定3次；
白及块茎总多糖提取与测定：将预先烘干的白及块茎粉碎，称取0.05g，加入2mL去离子水充分匀浆；转移至离心管，用封口膜裹紧盖子以防止水分散失，于100℃水浴2h，冷却后10000g离心10min；取上清液0.2mL加入0.8mL无水乙醇，充分混匀，4℃静置过夜；再次10000g离心10min，弃上清，静置直到乙醇挥发完全；沉淀中加入5mL去离子水充分混匀，溶解沉淀；采用总多糖含量测定试剂盒测定，每处理重复3次。
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