全 文 ：第 51 卷 第 12 期
2 0 1 5 年 12 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 12
Dec．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151214
收稿日期: 2014 － 12 － 10; 修回日期: 2015 － 09 － 22。
基金项目: 教育部高校博士点基金项目(20134320120006) ; 现代农业(柑橘)产业技术体系 ( CAＲS － 027 ) ; 国家自然科学基金项目
(31401824) ; 湖南省教育厅科学研究一般项目(13c1140)。
* 谢深喜为通讯作者。
不同氮素形态对枳橙幼苗根系生长及氮素
吸收动力学特性的影响*
孙敏红1，2 卢晓鹏1 曹雄军1 李 静1 熊 江1 谢深喜1
(1． 湖南农业大学园艺园林学院 长沙 410128; 2．中南林业科技大学林学院 长沙 410004)
摘 要: 【目的】枳橙是柑橘的主要砧木，因其具有抗柑橘衰退病等特性而被大力推广应用。本研究探讨枳橙
对氮素吸收利用机理，为柑橘生产上提高氮素利用效率和科学施肥提供科学依据。【方法】以枳橙为材料，采用
水培方法，在 Hoagland 配方的基础上进行调节，研究不同形态氮素配比对枳橙幼苗根系生长特性的影响及对硝
态氮、铵态氮溶液的吸收动力学特性。【结果】不同处理的枳橙幼苗根系生长特性表现为随着培养液中铵态氮
比例的增加，幼苗根系的主根长度、侧根数及根系活力都呈先增加后降低的趋势，其中混合氮素培养对主根长度
的促进 作 用 好 于 单 一 氮 素; 而 一 定 比 例 的 铵 态 氮 可 促 进 根 系 侧 根 的 发 生，全 硝、全 铵 及 4 号 处 理
(NO －3 ∶ NH
+
4 = 3 ∶ 7)萌发的侧根数之间无显著差异; 根系活力则表现为 2 号处理(NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 7 ∶ 3)最佳，其次是
1 号处理(NO －3 ∶ NH
+
4 = 10 ∶ 0)和 3 号处理(NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 5 ∶ 5)，而全铵处理的根系活力则最小。故利于幼苗根系
生长和根系活力增加的是 2 号处理，其次是 3 号处理; 不同处理的幼苗对硝态氮溶液吸收动力学特征表现为:
随着铵态氮比例的增加，动力学最大速率( Vm )，米氏常数(Km )值和 α 值均为先增加后降低的趋势，其中 2 号处
理对硝态氮溶液的 Vm，Km和 α 值均显著高于其他处理; 对铵态氮溶液吸收动力学特征则表现为: 随着铵态氮比
例的增加，Vm，Km均表现为先增加后降低的趋势，α 值变化较为复杂，其中 2 号处理的 Vm值显著高于其他处理，
Km值则低于 3 号处理但显著高于 4 号和全铵处理，而 α 值虽与全铵处理间无差异但都显著高于其他处理。说明
2 号处理对外界的硝态氮和铵态氮均有较强的喜好性和竞争能力。【结论】所有处理均表现出 Vm NO
－
3 ＞
Vm NH
+
4 ，Km NO
－
3 ＞ Km NH
+
4 ，这表明枳橙喜混合态氮，对硝态氮的需求大于对铵态氮的需求。
关键词: 枳橙;根系形态;硝态氮;铵态氮;吸收动力学
中图分类号: S667. 9 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)12 － 0113 － 08
Effect of Different Nitrogen Forms on Ｒoot Growth and Dynamic
Kinetics Characteristics for Citrus sinensis × Poncirus trifoliata
Sun Minhong1，2 Lu Xiaopeng1 Cao Xiongjun1 Li Jing1 Xiong Jiang1 Xie Shenxi1
(1 ． Horticulture and Landscape College，Hunan Agricultural University Changsha 410128;
2 ． Forestry College，Central South University of Forestry ＆ Technology Changsha 410004)
Abstract: 【Objective】Citrus Sinensis × Poncirus trifoliata is one of the main citrus rootstocks． Since the species has
resistance to citrus tristeza and other good traits，it is used widely in citrus cultivation． This study aims to explore the
nitrogen uptake and utilization mechanism of C． sinensis × P． trifoliata further． In addition，it aims to provide scientific
basis for improving nitrogen use efficiency and scientific fertilization in citrus production．【Method】C． sinensis × P．
trifoliata plants，the experiment material，were grown in hydroponic culture based on Hoagland solution with adjustment in
different nitrogen forms． The effect of different ratios of nitrogen forms on the seedling root growth was studied． Besides，
the nitrate，and ammonium absorption kinetics characteristics were analyzed in this experiment．【Ｒesult】The results
showed that the taproot length，the number of lateral roots and root activity were increased first and then decreased as the
NH +4 percentage increasing，and mixture of different nitrogen forms promoted taproot length than individual nitrogen forms．
A certain ratio of ammonium induced lateral root formation． There was no significant difference in lateral root growth among
the treatments of all nitrate，all ammonium and treatment 4 (NO －3 ∶ NH
+
4 = 3 ∶ 7) ． Treatment 2 (NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 7 ∶ 3) was
林 业 科 学 51 卷
optimal for root activity，treatment 1 (NO －3 ∶ NH
+
4 = 10∶ 0) and 3(NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5)，were the second and all ammonium
treatment was least． Treatment 2(NO －3 ∶ NH
+
4 = 7∶ 3) was the optimal treatment forroot growth and root activity increasing，
and treatment 3 (NO －3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5)was the second． As for NO
－
3 uptake，the parameter of Vm，Km and α value were all
raised at first time and then reduced as the NH +4 percentage increasing，and the Vm，Km and α value of treatment 2
(NO －3 ∶ NH
+
4 = 7∶ 3) were prominently higher than those of the other treatments． For NH
+
4 uptake，the parameters of Vm
and Km were all raised at first time and then reduced，but α valuechanged in more complex． The Vm of treatment 2(NO
－
3 ∶
NH +4 = 7∶ 3) was higher than others notably，and the Kmwas lower than treatment 3(NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5)，but higher than
treatment 4(NO －3 ∶ NH
+
4 = 3∶ 7) and all ammonium treatment． However，the α value had no difference from all ammonium
treatment，but higher than others． The results indicated that the treatment 2 had a preference and competition for NH +4 and
NO －3 ．【Conclusion】The all treatments showed that VmNO
－
3 ＞ VmNH
+
4 and KmNO
－
3 ＞ KmNH
+
4 ，indicating that C． sinensis ×
P． trifoliata would be fond of mixed nitrogen and need more nitrate than ammonium．
Key words: Citrus sinensis × Poncirus trifoliata; root morphology; nitrate; ammonium; uptake kinetics
根系是植物水分和养分吸收的主要器官，也是
植株地下部分和地上部分进行营养交换的代谢器
官，它是介质养分的直接利用者和产量的重要贡献
者，其功能发挥与根系形态和生理特性密切相关，并
受基因控制和环境因素的双重影响。
硝态氮(NO －3 )和铵态氮(NH
+
4 )是植物吸收和
利用的 2 种主要的无机氮素形态。与单一氮源相
比，大多数旱地作物在 2 种氮素营养共存条件下生
长会更好，且氮素利用率提高 (孙志梅等，2006)。
氮素形态可能首先影响到植物根系对氮素的吸收利
用，因此，根系发育状况及其获取氮素的能力严重影
响着植株氮素营养状况，故根系吸收氮素营养研究
受到关注。根系研究常用水培培养，该方法可以在
不伤害植物根系的情况下对其进行全面研究。根系
养分离子吸收动力学研究是植物营养研究的重要手
段之一，可定量地描述植物根系吸收养分的特征
(蒋廷惠等，1996)，通过探讨培养环境对养分吸收
的影响以及比较不同品种、不同根系的养分吸收差
别等，对于果树营养研究方面具有重要意义。
柑橘是世界上主要的水果类型，而枳橙(Citrus
sinensis × Poncirus trifoliata)是柑橘的主要砧木，它是
枳与甜橙的杂交种，因具有抗柑橘衰退病等特性而
被大力推广应用。果树嫁接砧木的根系多来自高度
杂合的实生种子，这为养分离子吸收动力学研究带
来一定难度，但枳橙为多胚性，故可以较好地保持母
本性状。柑橘氮素研究方面的报道多见于柑橘对氮
肥的吸收及利用效率研究(Sorgonà et al．，2010)，氮
素形态对柑橘根系生长的影响(蒋立平，1990)及柑
橘幼苗逆境培养下的 NO －3 和 NH
+
4 吸收动力学
(Cerezo et al．，1997; 2001)也有报道。枳橙幼苗在
不同氮素形态配比培养下的 NO －3 和 NH
+
4 吸收动力
学研究则鲜有报道。本试验以枳橙为材料，系统研
究不同形态氮素配比培养下的枳橙幼苗根系形态特
征及对氮素吸收动力学特性的影响，以期进一步探
讨枳橙对氮素吸收利用机理，为柑橘生产上提高氮
素利用效率和科学施肥提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 供试材料 本试验于 2013 年 2—10 月在中南
林业科技大学林学院园艺实验室及人工气候室内进
行。选用的枳橙种子由中国农业科学院柑橘研究所
(重庆)提供，经 5% NaClO 和 75%乙醇处理后，于垫
有纱布的催芽盘中进行恒温催芽，露白后播于灭菌
的蛭石基质中，待幼苗长到 5 ～ 7 片新叶时，选取长
势相似的植株移栽于 75 L 营养液的黑色塑料箱中，
选用黑色 KT 板为定值板，每箱定值约 60 棵幼苗，
先用 Hoagland 培养液进行适应处理 2 周后进行不
同配方的处理。
每个处理在以 Hoagland 配方的基础上进行调
节，营养液中总氮含量: 15 mmol·L － 1，其中 NO －3 用
Ca(NO3) 2，KNO3，NH4NO3 提供; NH
+
4 用 NH4NO3，
(NH4 ) 2 SO4 和 NH4H2PO4 提供，1 mmol·L
－ 1 P 用
K2HPO4 或提供; 6 mmol·L
－ 1 K + 用 KOH 或 KNO3
提供; 4 mmol·L － 1 Ca2 + 用 Ca (NO3 ) 2 或 Ca ( OH)
2提供; 4 mmol·L
－ 1 Mg2 +用 MgSO4 提供。根据不同
硝态氮和铵态氮浓度共设 5 个处理: 处理 1(NO －3 ∶
NH +4 = 10∶ 0); 处理 2 (NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 7 ∶ 3); 处理 3
(NO －3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5); 处理 4(NO
－
3 ∶ NH
+
4 = 3 ∶ 7); 处
理 5 ( NO －3 ∶ NH
+
4 = 0 ∶ 10 ) 所有营养液中均添加
7 μmmol·L － 1硝化抑制剂双氰胺(C2H4N4)抑制硝化
作用。营养液每 10 天更换 1 次，调节 pH 维持在
6. 0 左右，用 1 mol·L － 1 NaOH 或 0. 5 mol·L － 1 H2 SO4
调节。通气时间为 15 min /3 h。取培养 80 天的枳
411
第 12 期 孙敏红等: 不同氮素形态对枳橙幼苗根系生长及氮素吸收动力学特性的影响
橙幼苗待用。
1. 2 试验设计 用常规耗竭法分别测定幼苗对硝
态氮、铵态氮溶液吸收动力学特征。将不同处理的
待测幼苗取出并仔细清洗，后将幼苗根系用纸吸干
水分，并移植于盛有 500 mL 浓度为 2 mmol·L － 1的
CaSO4 溶液的容器内饥饿培养 48 h，而后移入不同
浓度的 NO －3 溶液和 NH
+
4 溶液。其中 NO
－
3 溶液氮
源为硝酸钙，浓度分别为 0. 05，0. 1，0. 2，0. 5，1. 0
和 2. 0 mmol·L － 1; NH +4 溶液氮源为硫酸铵，设置浓
度为 0. 1，0. 2，0. 5，0. 8，1. 0 和 2. 0 mmol·L － 1。每个
溶液 pH 为 6. 5，光照时间 12 h，日间平均温度
23 ℃，夜间平均温度 18 ℃，每个处理 3 次重复。培
养 24 h 后取培养前后的培养液进行测定。
1. 3 指标测定 1) 幼苗根系形态指标测定 取不
同处理培养 80 天的幼苗对根系进行形态特征测定，
其中主根长( cm)用直尺测定; 对根系萌发的一级
侧根进行计算(根)，每个处理 3 次重复，每个重复
15 棵幼苗，数据取 3 次重复平均值。
2) 根系活力的测定 采用 TTC － 甲醇浸泡法
测定: 将根系用去离子水冲洗干净并吸干，切取根
尖 1 cm 长的部位称取 0. 2 g 左右作为待测根系，加
入 5 mL 0. 4% TTC 溶液和 1 /15 mol·L － 1 PBS 5 mL
充分混合并使根系完全浸入上述液体，置于 37 ℃恒
温箱内反应 24 h，使根系切段染色，立即加入 2 mL 1
mol·L － 1 H2 SO4 终止反应。取出根系后用滤纸将表
面液体吸干，放入试管内并加入10 mL甲醇，使根系
完全浸入甲醇中后再放入 37 ℃恒温箱中，使根系完
全脱色。以甲醇为对照，在485 nm波长下测定其吸
光值，以空白试验作对照，查标准曲线，即可求出四
氮唑还原量。每个处理 3 次重复。用公式计算:
四氮唑还原强度(mg·g － 1 h － 1 ) =四氮唑还原量
(mg) /［根质量( g) ×时间(h)］。
3) 硝态氮、铵态氮吸收动力学特征的测定 取
培养前后的培养液于离心管中测定并计算出单位鲜
根在单位时间内 NO －3 -N 和 NH
+
4 -N 净吸收速率。
NO －3 -N 测定用紫外光分光光度计法(南京农学院，
1980)，NH +4 -N 测定用靛酚蓝比色法 (吕伟仙等，
2004)。
1. 4 数据统计与分析 采用 Michaelis-Menten 动力
学方程的 Hofstee 转换式，即 C /V = C /Vmax + Km /Vmax
处理数据，式中，C 为离子浓度，V 为离子净吸收速
率，Vmax为最大吸收速率，Km 为根系吸收位点对离子
亲合力，以 C /V 对 C 作图，求出斜率 1 /Vm和截距
Km /Vm，求得最大吸收速率 Vm和米氏常数 Km; 辅助
分析参数 α 的计算参考文献(华海霞等，2006; 翟
明普等，2006 ) 方法，具体为 α = Vm /Km。采用
Excel2007 进 行 试 验 数 据 处 理 和 图 表 制 作 用，
SPSS16. 0 软件对试验数据进行最小差异性显著分
析(LSD 法)。
2 结果与分析
2. 1 不同氮素形态对枳橙幼苗根系形态及根系活
力的影响 由表 1 可知，不同氮素形态处理的 80 天
枳橙幼苗根系形态指标及根系活力有差异。其中幼
苗主根长、侧根数和根系活力的变化均随着处理中
铵态氮比例的增加而表现为先增加后降低的趋势。
不同处理的主根长表现为 3 号、4 号处理的幼苗主
根长与 2 号处理差异不显著，但显著高于其他处理，
而全硝(1 号处理)、全铵 5 号处理的主根长均显著
低于其他处理，这说明混合氮素培养对主根长度的
促进作用好于单一氮素。幼苗根系的侧根数表现为
2 和 3 号处理的须根显著多于其他处理，而全铵和
全硝处理的须根数均为 15 根，与 4 号处理差异不显
著，但显著低于 2，3 号处理。这说明一定比例的铵
态氮可促进根系须根的发生，但铵态氮比例过高
( ＞ 50% )或无铵态氮的参与则抑制须根的发生。
这可能是高比例的硝酸根离子同化速率的加快，导
致植株的新陈代谢能力增强，从而促进了内源激素
和碳水化合物向根部运输从而刺激根系的侧根生长
所致。
TTC 还原法测定的是根系分生区的脱氢酶的活
力大小，它与根系的生理活性及生长点的多少有关
系。TTC 还原强度越高表明根系生理活性越强。本
试验中 80 天幼苗根系活力表现为随着铵态氮比例
的增加，根系活力先增加后降低，其中 2 号处理时的
根系活力最大，其次是 1 号处理和 3 号处理，5 号的
根系活力则显著小于其他处理，这可能与高比例的
铵态氮离子导致根系发生毒害作用致使根系生长受
阻，根系生长较弱有关。
2. 2 不同氮素形态处理对枳橙根系硝态氮吸收动
力学的影响 不同形态氮素处理的 80 天枳橙幼苗
对硝态氮溶液的吸收速率均随溶液中硝态氮浓度的
增加而增大(图 1)，吸收曲线符合 Michaelis-Menten
方程。在 0. 05 ～ 2. 0 mmol·L － 1时，2 号处理对硝态
氮溶液的吸收速率呈现急剧上升的趋势，当外界溶
液浓度为 2. 0 mmol·L － 1时，速率达到最大值。另外
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林 业 科 学 51 卷
3 个处理对硝态氮的吸收速率均显示出缓慢上升的
趋势，不同处理的幼苗根系对硝态氮吸收的速率表
现为: 2 号最大，以下依次是 3 号、1 号、4 号，5 号最
低，但后三者之间差异不显著。所有处理的吸收速
率均未达到饱和状态，说明各处理幼苗对 NO －3 的吸
收水平较高。
表 1 不同氮素形态处理对枳橙幼苗根系形态的影响①
Tab. 1 Effects of different nitrogen forms on the root
morphology of Citrus sinensis ×
Poncirus trifoliata seedlings
编号
No．
配方
Formula
主根长
Ｒoot
length / cm
侧根数
Lateral root
number
根系活力
Ｒoot activity /
(mg·g － 1 h － 1 )
1 NO －3 ∶ NH
+
4 = 10∶ 0 19. 10b 15b 89. 54b
2 NO －3 ∶ NH
+
4 = 7∶ 3 22. 70ab 30a 94. 08a
3 NO －3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5 29. 80a 29a 88. 47b
4 NO －3 ∶ NH
+
4 = 3∶ 7 27. 90a 19b 69. 15c
5 NO －3 ∶ NH
+
4 = 0∶ 10 20. 80b 15b 51. 7d
① 表中数据为 3 次重复的均值，采用 LSD 多重比较在 5%水平
上做显著性检测，字母不同表示有显著差异。The data in the table
are the average of three repeats after treating． Based on result of LSD’s
multiple comparisons test， the data with different letters indicate
significant differences at 5% level．
图 1 不同氮素形态处理对枳橙幼苗
硝态氮吸收速率的影响
Fig． 1 Effects of different nitrogen forms on the uptake
rates of NO－3 -N of citrange seedlings
将幼苗根系的吸收速率按照方程的 Hofstee 转换式
处理数据，得到枳橙对不同形态氮素的最大吸收速
率 Vm和米氏常数 Km，其决定系数 Ｒ
2均达显著水平
(表 1)。不同氮素形态配比处理的枳橙幼苗对硝态
氮吸收的 Vm表现出显著差异。总体上随着铵态氮
比例增加，不同处理对硝态氮溶液的吸收速率表现
为先增大后减小的趋势。本试验中 2 号处理培养的
幼苗硝态氮吸收的 Vm显著大于其他处理，其次是 1
号培养，而随着铵态氮比例的进一步增加，对硝态氮
吸收的 Vm则迅速降低，5 号全铵处理 Vm则最小，Vm
的排序为: 2 号 ＞ 1 号 ＞ 3 号 ＞ 4 号 ＞ 5 号。这说
明一定比例铵根离子的参与加快了对硝酸根离子的
吸收; 但是超过一定比例则使吸收速率降低。
Km表示植物对离子的亲和性，Km越小说明根系
对离子的亲和性越大，即在比较低的离子浓度下就
可以吸收溶液; 由表 1 可知，幼苗对硝态氮吸收的
Km值随着处理中铵态氮比例的增加表现为先增加
后降低，即不同处理培养的幼苗对硝态氮溶液的亲
和力为先降低后增大，其中对硝态氮溶液亲和力最
小的为 2 号处理，随后是 1 号处理，这说明幼苗在较
高浓度的硝态氮溶液中才对其有很强的吸收作用;
而 4 号处理和 5 号全铵处理的幼苗对硝态氮的亲和
力最大，且二者之间无显著差异，即培养的幼苗在较
低浓度下的硝态氮溶液中也可以吸收利用硝态氮;
这说明 NH +4 -N 比例增加到一定程度后增加了根系
细胞膜上载体与 NO －3 -N 之间的亲和性，这可能与这
2 个处理培养的根系形态细胞较小，阻碍离子扩散
的障碍层数少有关。
α 值反映养分流入根系的速率，α 值越大，养分
离子流入根系的速率越快，反之越慢。Nishikawa 等
(2010)认为 Vm /Km(α)值较高的植物对氮素养分吸
收竞争能力强，通常表示植物对 NO －3 -N 和 NH
+
4 -N
吸收的偏好。α 值较高则表示该处理对某养分吸收
竞争能力强。由表 1 可知，随着铵态氮比例的增加，
不同处理对硝态氮吸收竞争能力的 α 值表现为先
增加后降低的趋势，其中 2 号处理培养的植株对硝
态氮吸收的竞争能力最强，说明植株偏好对硝态氮
吸收，这可能与它有相对较大的 Vm有关; 而 3，4，5
号处理培养的幼苗 α 值无显著差异，这说明铵根离
子的加入使得这些处理偏好吸收硝态氮，这可能与
这些处理具有较高的 Vm和较小的 Km有关，也可能
与根系 NＲA 活性增强有关，这还有待进一步研究;
1 号培养的植株 α 值最小说明对硝态氮竞争能力最
差，这可能与全硝培养的植株自身已积累足够的硝
态氮，降低了对外界硝态氮的竞争力。
2. 3 不同氮素形态配方对枳橙根系铵态氮吸收动力
学的影响 不同形态氮素处理培养的 80 天枳橙幼苗
对铵态氮溶液的吸收速率均随溶液中铵根离子浓度
的增加而增大(图 2)，吸收曲线符合 Michaelis-Menten
方程。在 0. 1 ～ 1. 0 mmol·L － 1浓度范围内，不同处理
的枳橙对铵态氮溶液的吸收速率急剧上升，当溶液浓
度为 1. 0 ～ 2. 0 mmol·L － 1时，吸收趋于饱和，在 0. 1 ～
1. 0 mmol·L － 1内，不同处理的根系对铵态氮吸收的速
率表现为: 2 号 ＞ 1 号，5 号 ＞ 3 号 ＞ 4 号。
611
第 12 期 孙敏红等: 不同氮素形态对枳橙幼苗根系生长及氮素吸收动力学特性的影响
表 2 不同氮素形态处理的枳橙幼苗根系氮素吸收动力学特征①
Tab. 2 The kinetic characteristics of different forms of nitrogen uptake by C． sinensis × Poncirus trifoliata seedlings
处理编号
No．
NO －3 -N NH
+
4 -N
Vm /
(μmol·L －1 h － 1 g － 1 FW)
Km /
(mmol·L －1)
Ｒ2 α
Vm /
(μmol·L －1 h － 1 g － 1 FW)
Km /
(mmol·L －1)
Ｒ2 α
No． 1
NO －3 ∶ NH
+
4 = 10∶ 0
4. 00b 2. 67b 0. 919 0. 001 5c 1. 22b 0. 49b 0. 902 0. 002 5b
No． 2
NO －3 ∶ NH
+
4 = 7∶ 3
8. 22a 3. 02a 0. 905 0. 002 7a 1. 89a 0. 51b 0. 900 0. 003 7a
No． 3
NO －3 ∶ NH
+
4 = 5∶ 5
2. 97c 1. 31c 0. 918 0. 002 3b 1. 04c 0. 73a 0. 902 0. 002 1b
No． 4
NO －3 ∶ NH
+
4 = 3∶ 7
2. 63d 1. 11d 0. 940 0. 002 4b 0. 63d 0. 28c 0. 938 0. 001 4c
No． 5
NO －3 ∶ NH
+
4 = 0∶ 10
2. 40e 1. 06d 0. 907 0. 002 3b 1. 03c 0. 26c 0. 932 0. 004 0a
①采用 LSD 多重比较在 5%水平上做显著性检测，字母不同表示有显著差异。Based on result of LSD’s multiple comparisons test，the data
with different letters indicate significant differences at 5% level．
图 2 不同氮素形态培养的枳橙幼苗对 NH +4 -N 吸收速率
Fig． 2 Effects of different nitrogen forms on the uptake
rates of NH +4 -N on citrange seedlings
按照方程的 Hofstee 转换式处理数据，得到枳橙对铵
态氮吸收的最大吸收速率 Vm和米氏常数 Km，其决
定系数 Ｒ2均达极显著水平(表 1)。不同处理对铵
态氮吸收动力响应规律基本一致，但 Vm水平差异
较大。随着铵态氮离子含量的升高，不同处理幼苗
对铵态氮 Vm比值大小排序 2 号 ＞ 1 号 ＞ 3 号 ＞
5 号 ＞ 4 号。这说明一定比例的铵根离子的参与加
快了对铵态氮溶液的最大吸收速率。其中全硝处理
对铵根离子有较大的吸收速率可能是幼苗具有较大
根系活力，也有可能是植物根系对养分吸收的反馈
调节表现即当植物体内某一养分离子的含量较高时
降低其吸收速率; 反之，养分缺乏时能明显提高吸
收速率。当铵根离子比例增加到 50%及以上时，其
Vm也开始下降。这可能与高浓度的铵根离子处理
具有一定的毒害作用，抑制其他营养元素吸收造成
根系活力下降有关。
幼苗对 NH +4 吸收的 Km进行排序为: 3 号 ＞ 2，1
号 ＞ 4，5 号; 当铵根离子大于 70%或是纯铵处理时
Km是最小的，说明与铵态氮溶液的亲和性则是最大
的，这可能与这 2 个处理中铵根离子比例高，且所含
转运载体数量较多有关。结合本试验根系形态研
究，3 号处理的根长与侧根数显著高于其他处理，可
能降低了该处理对铵态氮溶液的亲和性。
α 排序为 2，5 号 ＞ 3，1 号 ＞ 4 号。结果表明: 2
号(NO －3 ∶ NH
+
4 = 7 ∶ 3)和 5 号全铵培养的植株 α 值
显著高于其他处理，偏好对铵态氮吸收，这可能与它
有较高的吸收速率有关; 而全铵培养对铵态氮有较
强的竞争力可能与根系上所拥有的大量铵态氮载体
有关。
2. 4 不同氮素形态的枳橙幼苗对氮素吸收特征分
析 本试验 2 号处理培养的枳橙幼苗对硝酸根离
子、铵根离子的 Vm和 α 值均显著高于其他处理，说
明该处理对外界的铵态氮和硝态氮均有较强的喜好
性和竞争能力，且 Km NO
－
3 ＞ Km NH
+
4 表明 2 号处理
对铵根离子的亲和性大于对硝酸根离子的亲和性，
这可能是混合态氮素培养的根系有较强吸收和同化
NH +4 的能力，且根尖分生组织更能有效利用 NH
+
4 ，
使植物更容易吸收铵态氮(Gazzarrini et al．，1999);
Vm NO
－
3 ＞ Vm NH
+
4 ，说明对硝态氮的吸收量大于铵
态氮。
对比不同处理对铵态氮和硝态氮的吸收特征参
数表明: Vm NO
－
3 ＞ VmNH
+
4 ，即枳橙幼苗对硝态氮的
吸收潜力大于铵态氮; Km NO
－
3 ＞ Km NH
+
4 ，可以认为
枳橙幼苗对铵态氮溶液的亲和力大于硝态氮，即在
较低的铵根离子浓度下就可以吸收利用铵离子，而
在较高浓度的硝酸根离子溶液中才可以吸收利用硝
711
林 业 科 学 51 卷
态氮。这表明枳橙喜好混合态氮，且对硝态氮的需
求要大于对铵态氮的需求。而生产中只有施用较高
浓度的硝态氮才可以保证植物对硝态氮的需求。
3 结论与讨论
3. 1 不同氮素形态对植物根系生长及根系活力的
影响 以往的研究表明单一铵态氮能使植物根系变
短、变粗而硝态氮使根系长度增加，侧根增多
(Zhang et al．，2000)，这与本研究结果相一致，这可
能是因为单一供应一定浓度的 NO －3 使根系聚集在
养分富集区域，提高了根系吸收养分的潜力，因而能
够提高养分利用效率所致，也可能与充足的氮素供
应能够增加植物对磷素的吸收和利用有关，这仍待
进一步研究。但高浓度的硝态氮如全硝培养则抑制
侧根生长 (董佳等，2013)，这与本研究研究结果
一致。
相较于单一态氮素，混合态氮可提高根系表面
积，增加根长，增加根尖数，进而增加根系吸收能力，
促进地上部生长 (乔云发等，2006 )。而充足的
NH +4 营养不但抑制根系的生长还有可能带来根系
毒害作用(Brito et al．，2004; Chen et al．，2002)。这
可能是因为 NH +4 的吸收是逆电化学势进行的，这个
吸收过程依赖于质膜 ATPase，高铵浓度或全铵培养
使植物根系向外释放 H +，而 H +过度释放从而使膜
透性增加，造成根际酸化，对根系产生毒害作，致使
根系形态发生变化如根系变短，根表呈现暗棕色等
症状(陆景陵，2003)。本试验中全铵培养也有类似
结果。
根系活力大小在一定程度上反映了作物吸收养
分能力的强弱，一般情况下，根系活力越高，吸收养
分的能力越强进而影响地上部的生长发育。根系活
力与根系形态和地上部生长之间相互影响(Bufole
et al．，1998)，一方面良好的根系形态发育增加了根
系对氮素的接触面积，为根系吸收氮提供了有利条
件，进而提高了根系活力; 另一方面较高的根系活
力为植物根系吸收氮素提供了充足的能量，促进了
根系对氮素的高效吸收。本试验中也可看出根系形
态表现良好的根系活力较强，且根系活力较高的处
理对铵态氮、硝态氮的吸收速率也较高。
3. 2 不同氮素形态培养的枳橙幼苗对 NO －3 ，NH
+
4
离子吸收的影响 植物体内对 NH +4 -N 和 NO
－
3 -N 具
有不同的吸收运输途径是根系吸收动力学特征发生
变化的重要基础(程丽巍等，2010)。植株对 NO －3 -N
和 NH +4 -N 的吸收受最大吸收阀值限制，即当外界
NO －3 -N 和 NH
+
4 -N 浓度超出最大吸收时，吸收趋于饱
和(刘双营等，2010)。本试验中不同处理对硝态氮
的吸收速率在 0． 05 ～ 2. 0 mmol·L － 1范围内表现为持
续增加的趋势，而对铵态氮的吸收速率则表现为
0. 1 ～ 1. 0 mmol·L － 1之间为持续增加，而在1. 0 ～ 2. 0
mmol·L － 1之间吸收趋于饱和。
而有关 NH +4 影响 NO
－
3 的吸收的问题，目前很
多研究结果比较统一，即 NH +4 的存在会明显抑制根
系对 NO －3 的吸收，这种影响归纳为 2 个原因: 一是
影响控制 NO －3 载体蛋白合成的基因表达，进而减
少细胞膜上载体蛋白的总量; 二是 NH +4 的存在可
能影响载体所处细胞膜上的周边环境，如膜极化程
度的改变 ( Crawford et al．，1998 )、膜结构的改变
(Colmer et al．，1998)等。本试验中低浓度铵根离子
的增加加速了幼苗对硝态氮的吸收，这可能是因为
一定浓度的铵根离子会诱导根系分泌 H +，促使
NO －3 /H
+协同运输，从而促进硝酸根离子吸收(Zhou
et al．，1998)。但是当铵根离子增加到一定量时硝
态氮吸收的 Vm 则迅速下降，这与在烟草(Nicotiana
tabacum ) ( 李 中 民 等， 2011 )、小 麦 ( Triticum
aestivum)(门中华等，2009)等植物上的研究结论
相同。
溶液中硝态氮浓度过高或过低同样影响植物根
系对硝态氮的吸收。本试验中纯硝培养的硝态氮的
Vm只小于 2 号处理却显著大于其他处理，这可能与
纯硝态下根系本身所具有足够数量的硝态氮吸收载
体有关，也可能与其有较高的呼吸速率和较高的根
系吸收活力有关(秦嗣军等，2011)。而全铵处理的
Vm则显著小于其他处理，这与在茶树 ( Camellia
sinensis)上的研究结果一致(杜旭华等，2010)。
已有报道指出，增加 NO －3 营养液可以促进根系
对 NH4
+ 的吸收 ( Kirk，2002 )，但也有认为增加
NO －3 反而引起 NH
+
4 的吸收速率下降 (张亚丽等，
2004)。高浓度的硝酸根离子溶液则降低了植株对
铵根离子的亲和性，这可能是根系伸长、根毛增加，
阻碍离子的扩散层增多导致铵根离子与根系的亲和
性降低(Ｒuncie et al．，2003)。本研究中 2 号处理对
NH +4 吸收速率则具有显著的促进作用，这有可能是
部分 NH +4 同水体中的 OH
－ 发生反应，水体中的
NH4OH 和 NH3 含量升高，而细胞质膜对 NH3 有很
高的通透性，使得大量 NH +4 跨膜进入细胞(Wang et
al．，1993)。
研究表明混合氮源培养柳树( Salix integra)对
NH + 4
-N 和 NO －3 -N 的吸收功能均有大幅度下降
(王瑛等，2012)，本试验中也有类似结果即当铵根
811
第 12 期 孙敏红等: 不同氮素形态对枳橙幼苗根系生长及氮素吸收动力学特性的影响
离子浓度高于 50%时，幼苗对硝态氮溶液的吸收速
率大大降低; 而当硝酸根离子大于 50%时，幼苗对
铵态氮溶液的吸收速率则大大降低，这可能是由于
混合培养中有其他离子存在时，影响了控制氮素载
体蛋白合成的基因的表达，进而减少了细胞膜上载
体蛋白的总量，或是影响载体所处细胞膜上的周边
环境(魏红旭等，2010)，从而抑制了根系对氮源的
吸收; 也有可能是由于在培养液中加入其他氮源后
改变了原溶液的 pH 值，从而降低了植物对氮素的
吸收。
本文采用水培方法从动力学研究角度，揭示了
不同氮素形态配比处理的枳橙幼苗对硝态氮、铵态
氮利用差异及吸收机理，而有关枳橙(苗木)不同部
位对氮的吸收与积累特性及相关分子机理将会进一
步研究探讨，为枳橙氮素吸收代谢机理研究提供一
定的理论依据。
参 考 文 献
程丽巍，邹定辉，郑青松，等 ． 2010． 光照和温度对氮饥饿及饱和营养
条件下石莼( Ulva lactuca) 的硝态氮吸收动力学影响 ． 生态学
杂志，29( 5) : 939 － 944．
(Cheng L W，Zou D H，Zheng Q S，et al． 2010． Effects of temperature
and light intensity on the nitrate uptake kinetics of nitrogen starved
and replete Ulva lactuca． Chinese Journal of Ecology，29 ( 5 ) :
939 － 944．［in Chinese］)
董 佳，牟 溥 ． 2013． 硝态氮和铵态氮对翠菊根系生长的影响 ． 北
京师范大学学报:自然科学版，49(4) : 374 － 378．
(Dong J，Mu P． 2013． Effect of nitrate and ammonium on root growth of
Callistephus chinensis ( china-aster ) seedling． Journal of Beijing
Normal University:Natural Science Edition，49(4) : 374 － 378．［in
Chinese］)
杜旭华，彭方仁 ． 2010． 氮素形态对茶树氮素吸收动力学特性及个体
生长的影响 ．作物学报，36(2) : 327 － 334．
(Du X H，Peng F Ｒ． 2010． Effect of inorganic nitrogen forms on growth
and kinetics of ammonium and nitrate uptake in Camellia sinensis L．
Acta Agronomica，36(2) : 327 － 334［in Chinese］)
华海霞，梁永超，娄运生，等 ． 2006． 水稻硅吸收动力学参数固定方
法的研究 ．植物营养与肥料学报，12(3) : 358 － 362．
(Hua H X，Liang Y C，Lou Y S，et al． 2006． Comparison of research
methods for silicon uptake kinetics of rice． Plant Nutr Fert Sci，12
(3) : 358 － 362．［in Chinese］)
蒋立平 ． 1990． 氮素形态对柑桔根系生长的影响 ． 中国南方果树，
19(3) : 14 － 16
( Jiang L P． 1990． Effect of nitrogen forms on the root growth of citrus．
South China Fruits，19(3) : 14 － 16． ［in Chinese］)
蒋廷惠，郑绍建，石锦芹，等 ． 1995． 植物吸收养分动力学研究中的几
个问题 ． 植物营养与肥料学报，2 (3) : 11 － 16．
( Jiang T H，Zheng S J，Shi J Q，et al． 1995． Several considerations in
kinetics research on nutrients uptake by plants． Plant Nutr Fert Sci，
1(2) : 11 － 16．［in Chinese］)
李中民，杨铁钊，段旺军，等 ． 2011． 不同基因型烟草苗期对硝态氮和
铵态 氮 吸 收 动 力 学 特 征 研 究 ． 江 苏 农 业 科 学，39 ( 2 ) :
155 － 157．
(Li Z M，Yang T Z，Duan W J，et al． 2011． Study on the nitrate and
ammonium kinetics of different genetic tobacco seedlings． Journal of
Jiangsu Agri Sci，39(2) : 155 － 157．［in Chinese］)
刘双营，李彦娥，赵秀兰 ． 2010．不同品种烟草镉吸收的动力学研究 ．
中国农学通报，26(5) :257 － 261．
(Liu S Y，Li Y E，Zhao X L． 2010． Kinetic characteristics of cadmium
uptake by different tobacco cultivars． Chinese Agricultural Science
Bulletin，26(5) :257 － 261． ［in Chinese］)
陆景陵 ． 2003．植物营养学 ．北京:中国农业大学出版社，2．
(Lu J L． 2003． Plant Nutrition． Beijing: China Agriculture University
press，2． ［in Chinese］)
吕伟仙，葛 滢，吴建之，等 ． 2004．植物中硝态氮、氨态氮、总氮测定
方法的比较研究 ．光谱学与光谱分析，(2) : 204 － 206．
(Lü W X，Ge Y，Wu J Z，et al． 2004． Study on the method for the
determination of nitric nitrogen， ammoniacal nitrogen and total
nitrogen in plant． Spectroscopy and Spectral Analysis，(2) : 204 －
206．［in Chinese］)
门中华，李生秀 ． 2009． 硝态氮浓度对冬小麦幼苗根系活力及根际
pH 值的影响 ． 安徽农业科学，37(1) :92 － 93．
(Men Z H，Li S X． 2009． Effect of concentration of NO －3 -N on root
vigor and rhizosphere pH value of winter wheat seedlings． Journal of
Anhui Agri Sci，37(1) :92 － 93．［in Chinese］)
南京农学院 ． 1980． 土壤农化分析 ．北京:农业出版社，191．
( Nanjing Agricultural College． 1980． Soil agro-chemistrical analysis．
Beijing:Agriculture Press，191．［in Chinese］)
乔云发，苗淑杰，韩晓增 ． 2006． 氮素形态对大豆根系形态性状及释
放 H + 的影响 ． 大豆科学，25(3) :265 － 268．
(Qiao Y F，Miao S J，Han X Z． 2006． Effects of nitrogen forms on the
root morphology and proton extrusion in soybean． Soybean Science，
25(3) :265 － 268．［in Chinese］)
秦嗣军，吕德国，李志霞，等 ． 2011． 不同形态氮素对东北山樱幼苗
根系呼吸代谢及生物量的影响 ． 园艺学报，38 ( 6 ) : 1021 －
1028．
(Qin S J，Lü D G，Li Z X，et al． 2011． Effects of different nitrogen
forms on root respiratory metabolism and on biomass in seedlings of
Cerasus sachalinensis． Acta Horticulturae Sinica，38 ( 6 ) :1021 －
1028．［in Chinese］)
孙志梅，武志杰，陈利军，等 ． 2006． 农业生产中的氮肥施用现状及
其环境效应研究进展 ．土壤通报，(8) : 782 － 785．
( Sun Z M，Wu Z J，Chen L J，et al． 2006． Ｒesearch advances in N itrogen
fertilization and its environmental effects． Chinese Journal of Soil
Science，(8) : 782 － 785．［in Chinese］)
王 瑛，张建锋，陈光才 ． 2012． 柳树对水体氮素的去除率及其吸收
动力学 ．生态学杂志，31(9) :2305 － 2311．
(Wang Y，Zhang J F，Chen G C． 2012． Ｒemoval efficiency and uptake
kinetics of nitrogen in water body by Salix integra． Chinese Journal
of Ecology，31(9) :2305 － 2311．［in Chinese］)
魏红旭，徐程扬，马履一，等 ． 2010． 长白落叶松幼苗对铵态氮和硝
态氮吸收的动力学特征 ． 植物营养与肥料学报，16 ( 2 ) :
407 － 412．
911
林 业 科 学 51 卷
(Wei H X，Xu C Y，Ma L Y． 2010． Dynamic kinetic characteristics of
different forms of nitrogen absorbed by Larix olgensis seedling． Plant
Nutrition and Fertilizer Science，16(2) :407 － 412． ［in Chinese］)
翟明普，蒋三乃 ． 2006． 小钻杨和刺槐根系养分吸收的动力学研究 ．
北京林业大学学报，28(2) : 29 － 33．
(Zhai M P，Jiang S N． 2006． Dynamics of nutrient absorption in root
systems of Populus × xiaozhuanica and Ｒobinia pseudoacacia．
Journal of Beijing Forestry University，28 ( 2 ) : 29 － 33． ［in
Chinese］)
张亚丽，董园园，沈其荣，等 ． 2004．不同水稻品种对铵态氮和氮吸收
特性的研究 ．土壤学报，41(6) :918 － 924．
(Zhang Y L，Dong Y Y，Shen Q Ｒ，et al． 2004． Characteristics of
NH +4 and NO
－
3 uptake by rices of different genotypes． Acta Pedol
Sin，41(6) : 918 － 924．［in Chinese］)
Britto D T，Kronzucker H J． 2002． NH +4 toxicity in higher plants: a
critical review． J Plant Physiol，159(6) : 567 － 584．
Bufole A，Bollich P K，Kovar J L，et al． 1997． Ｒice plant growth and
nitrogen accumulation from a midseason application． Journal of Plant
Nutrition，20(9) : 1191 － 1201．
Cerezo M，Garcia-Agustin P，Sema M D，et al． 1997． Kinetics of nitrate
uptake by Citrus seedlings and inhibitory effects of salinity． Plant
Science，126(1) : 105 － 112．
Cerezo M， Tillard P， Gojon A， et al． 2001． Characterization and
regulation of ammonium transport system in Citrus plants． Planta，
214(1) : 97 － 105
Chen B M，Wang Z H，Li S X，et al． 2004． Effects of nitrate supply on
plant growth，nitrate accumulation，metabolic nitrate concentration
and nitrate reductase activity in three leafy vegetables． Plant
Science，167(3) :635 － 643．
Colmer T D，Bloom A J． 1998． A comparision of NH +4 and NO
－
3 net
fluxes along roots of rice and maize． Plant Cell ＆ Environment，
21(2) : 240 － 246．
Crawford N M，Glass A D M． 1998． Molecular and physiological aspects
of nitrate uptake in plants． Trends in Plantence，3(10) : 389 － 395．
Gazzarrini S， Lejay L， Gojon A， et al． 1999． Three functional
transporters for constitutive， diurnally regulated， and starvation
induced uptake of ammonium into Arabidopsis roots． Plant Cell，
11(5) :937 － 948．
Kirk G J D． 2002． Plant-mediated processes to acquire nutrients:
Nitrogen uptake by rice plants． Developments in Plant and Soil
Sciences，96(2) : 129 － 134．
Nishikawa T，Tarutani K，Yamamoto T． 2010． Nitrate and phosphate
uptake kinetics of the harmful diatom Coscinodiscus wailesii，a
causative organism in the bleaching of aquacultured Porphyra thalli．
Harmful Algae，9(6) : 563 － 567．
Ｒuncie J W，Ｒitchie Ｒ J，Larkum A W D． 2003． Uptake kinetics and
assimilation of inorganic nitrogen by Catenella nipae and Ulva
lactuca． AquaticBotany，76(2) : 155 － 174．
Sorgonà A，Cacco G，Di Dio L， et al． 2010． Spatial and temporal
patterns of net nitrate uptake regulation and kinetic along the tap root
of Citrus aurantium． Acta Physiol Plant，32(4) : 683 － 693．
Wang M Y，Siddiqui M Y，Ｒuth T J，et al． 1993． Ammonium uptake by
rice roots． II． Kinetics of 13NH +4 influx across the plasmalemma) ．
Plant Physiology，103(4) :1259 － 1267．
Zhang H，Forde B G． 2000． Ｒegulation of Arabidopsis root development
by nitrate availability． J Exp Bot，51(342) :51 － 59．
Zhou J J， Theodoulou F L，Muldin I， et al． 1998． Cloning and
functional characterization of a Brassica napus transporter that is able
to transport nitrate and histidine． Journey of Biology Chemistry，
273(20) :12017 － 12023．
(责任编辑 王艳娜)
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