全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 032245203
氮锌复合作用对白三叶草根瘤生长发育
和营养元素吸收的影响
何忠俊1 ,2 　华　珞2 ,3
(11 云南农业大学资源与环境学院 ,云南 昆明　650201 ;
21 中国农业科学院研究生院 ,北京　100081 ;31 首都师范大学地理系 ,北京　100037)
摘 　要 :采用砂培试验、中子活化和电子显微技术 ,研究了不同水平氮锌配施对白三叶草根瘤生长发育、
营养元素吸收的影响。结果表明 ,随施氮水平增加 ,根瘤的数量、固氮酶活性、单瘤重量、细胞内类菌体
数量、营养元素吸收量显著下降。与低锌条件 (011μmol Zn ΠL) 相比 ,足量锌 (210μmol Zn ΠL) 显著增加了
根瘤的数量、单瘤重量、固氮酶活性、营养元素吸收量和细胞内类菌体数量。与其他处理相比较 ,低氮和
足量锌处理 (5mmol NΠL、210μmol Zn ΠL)显著增加了根瘤的数量、单瘤重量、固氮酶活性、营养元素吸收量
和细胞内类菌体数量。
关键词 :氮锌复合作用 ;白三叶草根瘤 ;生长发育 ;营养元素吸收
CO2EFFECTS OF NITROGEN AND ZINC ON THE DEVELOPMENT AND
NUTRIENT ABSORPTION OF WHITE CLOVER NODULES
HE Zhong2jun1 ,2 　HUA Luo2 ,3
(11 Resource and Environmental College , Yunnan Agricultural University , Kunming , Yunnan 　650201 ;
21 Postgraduate School of CAAS , Beijing 　100081 ; 31 Department of Geography , Capital Normal University , Beijing 　100037)
Abstract :Sand culture experiment , neutron activation and electron microscopy techniques were used to investigate the co2
effects of nitrogen and zinc on development and nutrient absorption of white clover nodules. The main results showed that the
number , nitrogenase activity , single weight , bacteria number , and nutrient absorption of nodule was significantly decreased
with the increase of nitrogen rate. Compared with low zinc condition (011μmol Zn ΠL) , sufficient zinc supply (210μmol Zn Π
L) significantly increased the number , nitrogenase activity , single weight , bacteria number , and nutrient absorption of
nodules. When low rate nitrogen and sufficient zinc applied together (5mmol NΠL & 210μmol Zn ΠL) , there were synergism
effect on the increase of the number , single weight , bacteria number , nitrogenase activity , and absorption of nutrients of
nodule.
Key words :compound effect of nitrogen and zinc ; nodule of white clover ; growth and development ; nutrient absorption
收稿日期 :2005208218
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39870127)
作者简介 :何忠俊 (19622) ,男 ,陕西城固人 ,博士 ,副教授 ,主要从事植物营养生理和土壤污染方面的研究。Email :hezhongjun @hotmail . com。华珞
为通讯作者。
　　氮和豆科植物根瘤固氮酶活性、根瘤数量的关系
已有较多的报道[1～3 ] ,一般认为适量施氮有利于豆科
植物生长及根系发育 ,缓解豆科植物与根瘤菌争肥的
矛盾 ,多结早期瘤、早固氮 ,与植物形成良好的互济关
系。但过量施氮显著降低了根瘤数量、固氮酶活性及
固氮量。锌与共生固氮的关系已有资料报道[4～8 ] ,一
般认为缺锌降低了根瘤数量、根瘤豆血红蛋白含量和
根瘤固氮酶活性。缺锌直接影响根瘤菌营养 ,间接影
响寄主植物营养而影响固氮。
迄今为止 ,关于氮锌复合作用对根瘤生长发育、根
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瘤内类菌体数量 ,和营养元素状况与根瘤固氮能力的
关系等的研究甚少。因此 ,本文在砂培条件下 ,采用电
子显微和中子活化技术 ,研究了不同水平氮锌配施对
白三叶草根瘤发育、固氮酶活性、根瘤营养元素状况的
影响及其与根瘤固氮能力的关系 ,以期阐明氮锌复合
作用对共生固氮影响的机理。
1 　材料与方法
111 　试验设计与材料
砂培试验于 2001 年 8～10 月在中国农业科学院
原子能所示踪网室进行。试验 N 设 5、15、30mmolΠL 三
个水平 ,分别代表低量氮 (Hoagland 营养液 N 浓度的 1Π
3) 、中量氮 ( Hoagland 营养液正常 N 浓度) 和高量氮
(Hoagland 营养液 N 浓度的 2 倍) ,以 N1 、N2 、N3 表示。
Zn 设 011、210μmol ΠL 二个水平 , 分别代表低锌和足量
锌 (按郑绍建等[9 ] 磷锌关系研究中的锌浓度确定) ,每
处理重复 3 次。N 用 NH4NO3 ,Zn 用 ZnSO4 17H2O (皆为
分析纯) 。植物生长所需的营养液以 Hoagland 营养液
为基础 ,以 Arnon 微量元素营养液补充微量元素。供
试白三叶品种为 Trifolium repen L ,白三叶种子用 011 %
HgCl2 灭菌 ,用根瘤菌 ( Trifolium Rhizobium290) 接种。8
月 28 日播种 ,10 月 28 日收获。
112 　测定方法
收获时统计单株根瘤数量并称根瘤鲜重 ,用乙炔
还原法测定根瘤固氮酶活性[10 ] 。将根瘤样品于 65 ℃
下烘干、称重 ,用中子活化法测定其营养元素含量 (中
子活化分析在中国原子能研究院进行 ,Fe、Zn、Co 测定
辐照时间为 50 h ,中子通量为 61130e + 11nΠs. cm2 ;Ca、
Mg、Mn、Cu、K 测定辐照时间为 6min , 中子通量为
71000e + 11nΠs. cm2 ) 。由于白三叶根瘤小 ,高氮或低锌
条件下 ,根瘤数量极少 (干重仅 5mg 左右) ,故中子活化
分析时将每个处理 3 个重复样品合并为 1 个样品进行
测定。
113 　根瘤细胞内类菌体计数
收获时 ,取成熟根瘤 3～4 个 ,立即放入含 215 %戊
二醛的 011M 磷酸缓冲液中 (pH710) 固定数日 ,再经
1 %锇酸缓冲液浸泡 ,丙酮系列脱水 , Epon812 包埋 ,切
成厚度为 50nm 的超薄切片 ,再经醋酸铀和柠檬酸铅
双染色后 ,用日立 H2500 型透射电子显微镜观察和摄
影 ,电压 80kV。类菌体数量是电镜照片中 (1500～2000
倍) 5～7 个根瘤细胞切面类菌体数量的平均值 (在放
大镜下记数) 。
2 　结果与分析
211 　氮锌配施对根瘤数量、固氮酶活性和根瘤内类菌
体数量的影响
表 1 表明 ,与低锌条件 (011μmol Zn ΠL) 相比 ,相同
供氮水平下 ,足量锌 (210μmol ZnΠL)显著提高了白三叶
草根瘤数量、根瘤重量、固氮酶活性和根瘤细胞内类菌
体数量。不论低锌还是足量锌 ,随供氮水平增加 ,根瘤
数量、重量、固氮酶活性和根瘤细胞内类菌体数量均显
著下降。所有处理中以低氮足量锌处理 ( N1 Zn2 ,
5mmol NΠL、210μmol Zn ΠL)根瘤数量、重量、固氮酶活性
和根瘤细胞内类菌体数量最高 ,说明低氮和足量锌配
施对白三叶根瘤发育、根瘤固氮酶活性、根瘤细胞内类
菌体的发育有协同效应。
表 1 　不同水平氮锌配施对白三叶根瘤发育、
固氮酶活性和类菌体数量的影响
Table 1 　Effect of N and Zn combined use on
development , activity and bacteriod number of nodules
处理
treatments
根瘤数量
nodule number
(NumberΠplant) 根瘤重量nodule freshweight(mgΠplant) 固氮酶活性nitrogenaseactivity(μmol C2 H4Πg. h) 类菌体数量bacteriodnumber(NumberΠcell)
N1Zn1 2514 17126 01890 11313
N2Zn1 2410 8129 01661 68
N3Zn1 1312 6113 01461 2013
N1Zn2 4012 65137 21268 17713
N2Zn2 2912 33132 11074 117
N3Zn2 1716 21146 01759 126
SSR(0105) 213 2154 01281 3416
注 :N1 、N2 、N3分别代表低量氮、中量氮、高量氮 ;Zn1 、Zn2 代表低锌、足量
锌 ,下表同。
Note: N1 、N2 、N3 represent 5 , 15 , 30mmolΠL nitrogen , respectively ; Zn1 、Zn2
represent 0. 1 and 2. 0μmolΠL zinc , respectively. The same as following
table.
212 　氮锌配施对根瘤矿质元素含量的影响
根瘤营养元素中子活化分析结果 (表 2) 表明 ,与
低锌条件 (011μmol Zn ΠL)相比较 ,足量锌 (210μmol Zn Π
L)增加了根瘤锌浓度。无论低锌还是足量锌 ,施氮增
加了根瘤锌浓度 ,在足量锌时 ,增加幅度更大。说明施
氮或氮锌配施对根瘤锌浓度有协同效应。在相同氮水
平下 ,足量锌明显降低了除锌以外所有元素含量 ,这与
足量锌促进了根瘤生长发育而引起的稀释效应有关。
但高氮足锌处理 (N3 Zn2 ) 根瘤 Mg、Cu、Ca 浓度高于高
氮低锌处理 (N3 Zn1 ) ,这与高氮足锌处理高量氮抑制了
根瘤发育有关。无论低锌还是足量供锌 , K、Ca、Mg 浓
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度随供氮水平增加而增加 ,Mo 浓度随供氮水平增加而
降低 ,Fe、Mn、Cu、Co 浓度以中量氮最低。根瘤营养元
素浓度受根瘤大小、施肥水平和营养元素之间关系的
综合影响。因此 ,仅从根瘤营养元素浓度难以判断氮
锌水平变化而引起的各种元素对根瘤发育和固氮的影
响。应以根瘤对各种营养元素吸收量的变化来判断氮
锌水平变化对根瘤发育和固氮的影响。
表 2 　不同水平氮锌配施对白三叶根瘤营养元素
含量的影响(中子活化法)
Table 2 　Effect of various levels of N and Zn combined use
on concentration of mineral elements in nodules
处理
treatment
K
(gΠkg) Ca(gΠkg) Mg(gΠkg) Fe(mgΠ
kg)
Mn
(mgΠ
kg)
Cu
(mgΠ
kg)
Zn
(mgΠ
kg)
Co
(mgΠ
kg)
Mo
(mgΠ
kg)
N1Zn1 33170 3173 4181 122610 107153 27150 47187 1132 8141
N2Zn1 34170 4191 6132 69614 79102 16163 50193 0186 4166
N3Zn1 37180 7163 4176 248615 166124 24167 50194 1161 4105
N1Zn2 30100 3161 4129 78110 56113 17160 54188 0180 4118
N2Zn2 30190 3150 4140 68218 50105 10148 56152 0161 3191
N3Zn2 32170 7174 6106 70015 78167 43187 71167 0189 3122
表 3 　不同水平氮锌配施对白三叶单株
根瘤营养元素吸收量的影响
Table 3 　Effect of various levels of N and Zn
combined application on the absorption of mineral
element of nodules per plant
(μgΠ株 ,μgΠplant)
处理
treatment
K Ca Mg Fe Mn Cu Zn Co Mo
N1Zn1 580 64 83 21116 1186 01475 01826 01228 01145
N2Zn1 290 41 52 5177 0166 01138 01422 01071 01039
N3Zn1 230 47 29 15124 1102 01151 01312 01099 01025
N1Zn2 10960 236 280 51105 3167 11151 31588 01523 01273
N2Zn2 1030 117 147 22175 1167 01349 11883 01203 01130
N3Zn2 700 166 130 15103 1169 01941 11538 01191 01069
　　氮锌配施对单株根瘤营养元素的吸收量影响 (表
3)表明 ,与低锌条件 (011μmol Zn ΠL)相比较 ,相同氮水
平下 ,足量锌 (210μmol Zn ΠL) 显著增加了单株根瘤对
各种矿质元素的吸收量。无论在低锌还是在足量供锌
条件下 ,各种营养元素吸收量均以低氮处理 (N1 各处
理)最高。随氮水平增加各种营养元素吸收量均呈下
降趋势。以上分析说明根瘤固氮酶活性、根瘤数量、单
株根瘤重量越大 ,根瘤营养元素的吸收量越高 ,随施氮
量增加 ,根瘤营养元素吸收量降低 ,足量锌提高了根瘤
营养元素的吸收量。低水平氮和足量锌配施 (N1 、Zn2
处理 , 5mmol NΠL、210μmol Zn ΠL )单株根瘤固氮能力和
营养元素吸收量最大。
3 　结论
311 　随施氮水平增加 ,根瘤数量、根瘤固氮酶活性、单
瘤重量、根瘤细胞内类菌体数量、根瘤营养元素吸收量
显著下降。
312 　与低锌条件 ( 011μmol Zn ΠL ) 相比 , 足量锌
(210μmol Zn ΠL)显著增加了根瘤数量、重量、固氮酶活
性、根瘤细胞类菌体数量。低锌抑制了根瘤发育。低
量氮和足量锌配施 (5mmol NΠL、210μmol Zn ΠL) 显著增
加了根瘤数量、重量、固氮酶活性、细胞类菌体数量。
313 　根瘤锌浓度随氮锌供应水平增加而增加 ,与低锌
条件相比 ,足量锌降低了除锌以外所有营养元素的含
量 ,但显著提高了根瘤对所有营养元素吸收量。以低
氮足锌处理 (5mmol NΠL、210μmol Zn ΠL) 根瘤营养元素
吸收量最大。
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