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Supplemental Nitrogen Effects on Growth, Nutrient Content and Quality of Aloe vera Seedlings under Salt Stress

外源氮对盐胁迫下库拉索芦荟幼苗生长和养分含量的影响



全 文 :园  艺  学  报  2005, 32 (4) : 663~668
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 11 - 15; 修回日期 : 2005 - 02 - 04
基金项目 : 国家 ‘863’项目 (2003AA627040, 2002AA2Z4061) ; 江苏省省级重点实验室开放项目 ( K04009)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: sea@ njau1edu1cn)
外源氮对盐胁迫下库拉索芦荟幼苗生长和养分含量
的影响
宁建凤 郑青松 刘兆普 3  邵 晶
(南京农业大学资源与环境科学学院 , 南京 210095)
摘  要 : 研究了外源不同浓度硝酸铵对盐胁迫下库拉索芦荟幼苗生长和养分含量的影响。结果表明 ,
外施硝酸铵 (3175~18175 mmol·L - 1 ) 能够显著增加 NaCl 200 mmol·L - 1胁迫下植株的干质量。随着供氮
水平的增加 , 叶片中氮、磷、钾、游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白质和总蒽醌的含量均明显增加 , 并
在外施 11125~15 mmol·L - 1硝酸铵时达到最大值 ; 而外施硝酸铵浓度增至 18175 mmol·L - 1时 , 各指标均
表现出不同程度的下降。不同叶位叶片各指标含量存在较大差异 , 上位叶全磷、总蒽醌及可溶性蛋白质的
含量较高 , 中位叶可溶性糖的含量较高 , 全氮在下位叶积累较多。氮、磷、钾、游离氨基酸、可溶性糖及
可溶性蛋白质等含量的增加在某种程度上是外源氮提高了芦荟植株抗盐性的重要原因之一。
关键词 : 芦荟 ; 盐胁迫 ; 硝酸铵 ; 抗盐性 ; 生长 ; 养分 ; 品质
中图分类号 : S 68  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2005) 0420663206
Supplem en ta l N itrogen Effects on Growth, Nutr ien t Con ten t and Qua lity of
A loe vera Seedlings under Sa lt Stress
N ing J ianfeng, Zheng Q ingsong, L iu Zhaopu3 , and Shao J ing
(College of Resources and Environm ental Sciences, N anjing A gricultural U niversity, N an jing 210095, China)
Abstract: The p lant growth reduced in salinity by inhibition in nitrogen, phosphate, potassium up take,
but little study of supp lemental nitrogen effects with p lant was available. Plant growth and the contents of sev2
eral nutrient ingredients which included nitrogen, phosphorus, potassium, free am ino acids, soluble sugar,
soluble p rotein and total anthraquinone in leaves of A loe vera seedlings by 200 mmol·L - 1 NaCl stresswith dif2
ferent concentrations of NH4 NO3 were studied. The results showed that the p lant dry mass was increased with
the app lication of NH4 NO3 (3175 - 18175 mmol·L - 1 ) under salt stress, i. e. supp lemented nitrogen p ro2
moted salt tolerace of A loe vera seedlings. Increased with nitrogen level, content of nitrogen, phosphorus, po2
tassium, free am ino acids, soluble sugar, soluble p rotein and total anthraquinone in leaves were increased
obviously and reached the maximum value at 11125 - 15 mmol·L - 1 NH4 NO3 level while the excessive
NH4 NO3 app lication ( 18175 mmol·L - 1 ) led to the negative effect. It appeared distinct difference among
different2site leaves for the content of nutritional ingredients. Content of total P, anthraquinone and soluble
p rotein in the upper leaves were higher and the same with soluble sugar in m id leaves, total N in down leaves.
N itrogen, phosphate, potassium increase in A loe vera leaves with supp lemental NH4NO3 in salinity p layed an
important role in maintaining ion homeostasis, nutrient content and cell potential, while free am ino acids, sol2
uble sugar and soluble p rotein was significant organ osmoticas in p lant responsing to salt stress. In some ex2
tent, high salt tolerance of A loe vera was imp roved by supp lemental N was main caused by the enhancement of
N, P, K, free am ino acids, soluble sugar and soluble p rotein content in leaves.
Key words: A loe vera; Salt stress; Salt tolerance; NH4 NO3 ; Growth; Nutrient; Quality
园   艺   学   报 32卷
库拉索芦荟 (A loe vera) 为百合科多年生肉质草本植物 , 既可观赏又可药用。有关芦荟的研究较
多的是在其化学成分的提取、分离、鉴定和临床药理等方面 , 而有关芦荟对环境的适应机制的研究只
是近年来做了一些初期工作〔1~6〕。根据作物耐盐性鉴定指标 , 芦荟有一定的耐盐能力〔2, 5〕, 但明显低
于其耐旱性〔1, 5〕。
盐胁迫抑制植物对氮、磷、钾的吸收 , 同时体内盐分积累 , 从而明显限制植物生长和经济产
量〔7~10〕, 沈其荣等〔7〕和沈振国等〔11, 12〕的研究表明 , 增施氮能明显促进大麦体内氮、钾的含量 , 降低
钠含量 , 提高叶片净光合速率 , 从而促进盐渍中大麦生长 , 提高产量。本试验研究了施氮对 NaCl胁
迫下库拉索芦荟干质量和叶片氮、磷、钾营养元素及游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白质和总蒽醌
含量的影响 , 以期探讨盐渍下氮素对芦荟生长、养分含量及品质等的效应 , 为进一步研究其生理生化
机制和盐渍土环境下的合理施肥提供理论依据 , 对我国沿海滩涂开发具有重要的理论和实践意义。
1 材料与方法
取长势一致的库拉索芦荟幼苗移栽于下部具孔、内装细石英砂的塑料盆中 , 放置于装有 1 /2
Hoagland营养液的周转箱中培养 20 d至 12叶期后转入不同处理 , 即在 1 /2 Hoagland营养液中加入 200
mmol·L - 1 NaCl进行胁迫 , 并以此为对照 , 再分别加入 3175, 7150, 11125, 15100和 18175 mmol·
L - 1 NH4 NO3 溶液 , 分别表示营养液中的 N含量为对照的 2、3、4、5和 6倍 , 每个处理重复 5次。自
然光照培养 , 昼 /夜温度为 28 /22℃左右 , 1 d换 1次培养液 , 每天早晚各通气 015 h。处理 20 d后采
收 , 将叶片分为上位叶 (第 11、12、13位叶 )、中位叶 (第 8、9、10位叶 ) 和下位叶 (第 2、3、4
位叶 ) 测定各项指标。
植株干质量的测定 : 将整株芦荟用去离子水洗净 , 吸干表面水分 , 110℃杀青 10 m in后于 75℃烘
干称量质量。叶片全氮、全磷、全钾含量的测定 : 称取过 015 mm筛的干样 011000 g, 置于 100 mL消
化管中 , 加浓 H2 SO4 和 H2O2 高温消煮 , 定容后用于测定全氮 (凯氏定氮法 )、全磷 (钼锑抗比色
法 ) 和全钾 (火焰光度法 )。采用茚三酮比色法测定游离氨基酸总量 , 采用考马斯亮蓝 G2250染色法
测定可溶性蛋白质总量 , 蒽酮比色法测定可溶性糖含量。总蒽醌含量测定采用郭澄等方法〔13〕: 称取
芦荟干样 (过 015 mm筛 ) 011500 g, 甲醇回流完全提取 , 提取液浓缩、蒸干 , 加冰醋酸 —25%盐酸
(10∶2) 20 mL, 沸水浴回流水解 2 h, 酸液用氯仿萃取 , 萃取液蒸干氯仿后用甲醇溶解加 018%醋酸
镁 —甲醇液显色 , 于 510 nm处比色测定。
2 结果与分析
211 盐胁迫下芦荟植株干质量的氮效应
处理 20 d后 , 不同处理的芦荟均进入 13叶
龄期。在 200 mmol·L - 1 NaCl胁迫下外施不同浓
度硝酸铵均明显提高了芦荟植株的干质量。随着
氮水平增加 , 干质量显著增加并在外施 NH4 NO3
15 mmol·L - 1处理达到最大值 , 氮水平进一步增
加 , 植株干质量反而下降 (图 1)。表明施氮促进
盐胁迫下芦荟干物质的积累存在着浓度效应。
212 盐胁迫下芦荟叶片全氮、全磷和全钾含量的
氮效应
从图 2中看出 , 施氮后 , 芦荟不同叶位的叶
片全氮含量明显高于对照 , 随着氮水平的增加呈
现先增加后降低的变化趋势。上位叶 (幼叶 ) 和
图 1 NaC l 200 mm ol·L - 1胁迫下不同浓度硝酸铵
对库拉索芦荟幼苗干质量的影响
不同小写字母表示差异达显著水平 ( P < 0105)。
F ig. 1 Effects of d ifferen t concen tra tion s of NH4 NO 3
on the dry ma ss of A loe vera seedlings under 200
mm ol·L - 1 NaC l stress
D ifferent small letters indicated a significant difference
at P < 0105 level.
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 4期 宁建凤等 : 外源氮对盐胁迫下库拉索芦荟幼苗生长和养分含量的影响  
中位叶 (功能叶 ) 全氮含量在 NH4 NO3 11125 mmol·L - 1处理时达到最大值 , 下位叶在 NH4NO3 15
mmol·L - 1处理时达到最高 , 分别比对照提高了 12715%、5011%和 4418%。下位叶全氮积累量除
NH4 NO3 11125 mmol·L - 1处理外明显高于中位叶和上位叶。说明盐胁迫下 , 外加氮素能够增加芦荟
叶片的氮含量 , 下位叶对氮素的积累能力明显高于中位叶和上位叶。
与中位叶、下位叶相比 , 芦荟上位叶中全磷含量较高 (图 2)。与对照相比 , 施氮后 , 不同叶位
叶片全磷含量均有不同程度的增加 , 上位叶在 NH4 HO3 15 mmol·L - 1处理时最高 , 比对照提高
11114% ; 中位叶和下位叶分别在 NH4 NO3 7150和 11125 mmol·L - 1处理达到最大值 , 继续增加氮用
量 , 其磷含量变化不明显。表明施氮有利于盐胁迫下芦荟对磷的吸收 , 但存在着浓度效应。
盐胁迫下 , 不同叶位叶片钾含量随着施氮水平的增加均显著上升。上位叶、中位叶和下位叶的含
量分别在施 NH4 NO3 7150、15100 和 11125 mmol·L - 1处理时达到最大值 , 比对照提高 8915%、
8319%和 6212 %。表明施氮显著促进了盐胁迫下芦荟对钾素的吸收。
213 盐胁迫下芦荟叶片游离氨基酸、可溶性蛋白质和可溶性糖含量的氮效应
盐胁迫下的不同叶位叶片中游离氨基酸含量相近 (图 3) ; 施氮后 , 上位叶、中位叶和下位叶中
游离氨基酸含量均显著增加 , NH4NO3 15100 mmol·L - 1处理时达到最高值 , 分别比对照处理提高了
16318%、13814%和 8318%。
图 2 NaC l 200 mm ol·L - 1胁迫下外施不同浓度
硝酸铵对芦荟叶片全氮、全磷、全钾含量的影响
F ig. 2 Effects of d ifferen t concen tra tion NH4 NO 3 on the
con ten t of N, P, K in leaves of A loe vera seedlings under
200 mm ol·L - 1 NaC l stress
图 3 NaC l 200 mm ol·L - 1胁迫下外施不同浓度硝酸铵对芦荟
叶片游离氨基酸、可溶性蛋白质和可溶性糖含量的影响
Fig. 3 Effects of different concentration of NH4 NO3 on the content
of free am ino ac ids, soluble prote in and soluble sugar in leaves of
A loe vera seedlings under 200 mm ol·L - 1 NaC l stress
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可溶性蛋白质在芦荟上位叶中的积累量显著高于中位叶和下位叶 (图 3)。随着施氮水平的增加 ,
中位叶可溶性蛋白含量在 NH4 NO3 11125 mmol·L - 1处理最高 , 比对照提高了 7713% , 上位叶和下位
叶中可溶性蛋白质含量变化较缓慢 , 总体上呈先上升后下降的趋势 , 其最大含量相对于对照分别增加
1311%和 6218%。表明施氮不同程度地提高了盐胁迫下不同叶龄叶片的可溶性蛋白含量 , 但并没有
改变其在不同叶位叶片中的分布规律 , 幼嫩部位的积累量较高。从图 3可以看出 , 中位叶中可溶性糖
含量相对较高。随着施氮水平的增加 , 糖含量变化因叶位不同表现出显著差异 : 上位叶、中位叶和下
位叶含量分别在 NH4 NO3 7150、11125和 15100 mmol·L - 1处理时达到最大值 , 比对照提高了 9414%、
7913%和 6811% ; 继续增加氮素用量 , 上位叶和中位叶中可溶性糖含量显著降低 , 下降幅度分别为
4612%、4218% , 下位叶下降幅度相对较小 , 为
511%。表明盐胁迫下适宜的氮素用量有利于芦荟
叶片可溶性糖的积累 , 而过量用氮不利于可溶性
糖的积累。
214 盐胁迫下芦荟叶片总蒽醌含量的氮效应
从图 4中可以看出 , 叶片中蒽醌含量上位叶
>中位叶 >下位叶。施氮后 , 其含量变化趋势与
可溶性蛋白质相似。上位叶、中位叶和下位叶的
蒽醌含量均在 NH4 NO3 11125 mmol·L - 1处理时最
高 , 分 别 比 对 照 提 高 了 3516%、 7416% 和
7818%。表明盐胁迫下芦荟叶片中蒽醌类物质对
氮素的响应非常敏感 , 施一定的氮明显刺激了叶
片蒽醌类物质的合成 , 外源氮过量 , 蒽醌的累积
下降。
3 讨论
311 施氮对芦荟耐盐性的调节 图 4 NaC l 200 mm ol·L - 1胁迫下外施不同浓度硝酸铵对芦荟叶片总蒽醌含量的影响F ig. 4 Effects of d ifferen t concen tra tion s of NH4 NO 3 on thecon ten t of tota l an thraqu inone in leaves of A loe veraseedlings under 200 mm ol·L - 1 NaC l stress
  盐胁迫对植物的伤害作用主要是盐离子本身的毒害作用及盐离子所致的渗透效应和营养效应〔10〕。
而在诸多栽培措施中 , 施氮是最常用的调控作物生长的有效方法之一。本试验结果表明 , 外施不同浓
度硝酸铵 (NH4 NO3 3175~18175 mmol·L - 1 ) 显著促进盐胁迫下芦荟的干物质积累 , 提高了芦荟的
耐盐能力。但施氮促进盐胁迫下芦荟干物质的积累存在着浓度效应。
312 施氮对盐胁迫下芦荟叶片氮、磷、钾养分的吸收与积累的效应
本研究表明 , 施氮明显提高了盐胁迫下芦荟叶片氮、磷、钾的含量 , 这对于维持芦荟体内的养分
平衡、保证正常的生理代谢、促进植株生长具有重要意义。叶片中氮、磷、钾的含量及分布规律因叶
位不同而表现出差异。在植物体中 , 氮素具有向生长中心和重要器官转移的特点〔14〕。本试验中 , 生
长、代谢活跃的上位叶和中位叶全氮含量明显低于下位叶 , 说明下位叶是芦荟叶片的氮素分配中心 ,
而这种分配中心的转移可能和盐胁迫有关 , 其机理有待进一步研究。全磷在芦荟上位叶中的含量较
高 , 可能在一定程度上减小了上位叶由于全氮积累量低而对氮代谢、氮同化等反应活动产生的不利影
响。在玉米和棉花上的研究表明 , 磷素营养明显提高了作物的渗透调节能力和细胞膜的稳定性 , 改变
了植株水分状况〔15〕。因此 , 盐胁迫下施氮增加芦荟叶片磷含量对于提高芦荟叶片耐盐性有一定意义。
钾离子是植物体内最重要的无机渗透调节剂 , 其累积过程参与了细胞对环境的适应〔10〕。郑青松等〔4〕
最近的研究表明 , 盐胁迫下芦荟体内 Na+ 、Cl- 显著积累 , K+ 、Ca2 +含量下降 , 从而抑制其生长。施
氮后芦荟叶片 K+的积累增加对于提高叶片 K+ /Na+比率 , 维持细胞渗透势及离子平衡具有重要作用。
313 施氮对盐胁迫下芦荟叶片有机溶质含量及品质因子的效应
从本试验结果可以看到 , 盐胁迫下芦荟叶片游离氨基酸、可溶性蛋白质和可溶性糖含量均有不同
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 4期 宁建凤等 : 外源氮对盐胁迫下库拉索芦荟幼苗生长和养分含量的影响  
程度的提高 , 很可能归因于盐胁迫下适量的氮素促进了叶片碳氮代谢平衡的结果。另外 , 氮供应水平
明显影响植物对外源氮的吸收从而影响植物体内的生理变化。氮素供应水平降低 , 玉米和向日葵的吸
氮量、吸氮比率减小 , NR (硝酸还原酶 ) 活性、氨基酸含量均减少 , 而膜透性增大 , 这些由氮素供
应不足引起的生理变化导致了作物产量的降低〔16〕。从本试验的结果来看 , 盐胁迫下施氮显著提高叶
片游离氨基酸、可溶性蛋白质和可溶性糖的含量很可能与补充氮在一定程度上改善了盐胁迫下芦荟体
内缺氮的生理环境有关。不同叶位叶片的游离氨基酸、可溶性蛋白质和可溶性糖含量存在显著差异 ,
施氮后中位叶和上位叶中游离氨基酸含量相对较高 , 可溶性蛋白质含量随着叶位下降而明显降低 , 可
溶性糖在中位叶中含量较高 , 造成这种差异的原因可能和不同叶片的代谢能力差异有关 , 这需要作进
一步的研究。可溶性糖、游离氨基酸等是植物对盐分、水分胁迫适应过程中重要的有机渗透调节
剂〔10〕, 而前期我们的研究〔1〕也表明 , 有机溶质含量高 , 尤其是糖的积累是芦荟抗盐、抗旱能力较强
的主要因素。因此 , 这些物质在芦荟叶片中的积累对盐渍生境下芦荟的生长具有重要的意义。
蒽醌类化合物是芦荟活性成分中最主要部分 , 也是其在对环境的适应过程中所产生的一种化学防
御物质〔17, 18〕。施氮明显增加了盐胁迫下芦荟叶片总蒽醌的含量 , 但因叶位不同而差异显著 , 上位叶
含量最高 , 而下位叶含量最低。对易变芦荟 (A. m utabilis) 而言 , 不同季节的叶、不同叶位的叶、
同一叶的不同部位中、同一部位的不同轴面及不同位置中主要蒽醌类物质含量都存在差别且有一定的
规律〔17〕。芦荟叶内蒽醌类物质的含量上部叶最高 , 并随着叶位的下降而显著下降 , 同时 , 主要蒽醌
类物质在叶内的含量差异和叶片结构因素以及化学防御有关〔17, 18〕。
本试验着重探讨了盐胁迫下氮素与芦荟生长、营养之间的关系 , 但盐胁迫下不同氮素水平对其各
种成分含量效应的机制需要作更深入的研究和探讨。
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“中国园艺学会第十届会员代表大会暨学术讨论会 ”
中国园艺学会第九届第 9次常务理事扩大会议讨论决定 , “中国园艺学会第十届会员代表大会暨学术讨论会 ”于
2005年 11月中旬在湖南长沙市召开。现征集近年来未公开发表的论文。
论文内容包括 : 1. 园艺作物 (果树、蔬菜、西甜瓜、观赏园艺 , 下同 ) 的种质资源、遗传育种 (含繁种技术、
生物技术育种等 )。2. 园艺作物的栽培技术及生理 (露地及设施栽培、无土栽培等 )。3. 园艺作物产品的采后处理
(贮运、保鲜、加工等 )。4. 综述类文章 (种植业结构调整、种子业、营销等 )。论文请参照 《园艺学报 》格式要求 ,
字数 (含图表 ) 不超过 5 000字。通过专家评审的论文将在会前编印内部论文集 , 供会议交流。会议期间评选优秀论
文 , 并颁发优秀论文证书。部分论文经审查合格由 《园艺学报 》发表。
论文通过电子邮件 ( yuanyixh@2631net) 发送到中国园艺学会办公室 , 并寄文字稿 1份 , 截止日期 2005年 9月 30
日。联系人 : 张彦 ; 电话、传真 : 010 - 68919528; 地址 : 北京市中关村南大街 12号中国园艺学会办公室 (100081)。
中国园艺学会
2005年 5月 10日
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