氮素形态调控柑橘生长和镁素利用的生理机制

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柑橘(Citrus)是栽培在热带、亚热带和温带地区的常绿果树。近年来,由于氮肥的不合理施用和忽视镁肥的补充,致使柑橘植株氮素不平衡和镁素缺乏的现象普遍发生,已严重制约了我国柑橘产业的绿色可持续发展。课题组前期的研究证实,柑橘是一种铵态氮敏感型植物,而镁素的缺乏也会扰乱植株的生理生化过程,但有关柑橘响应氮素形态耦合镁素供应的研究较少。根据课题组前期研究结果,我们继续以福建省特色优势柑橘品种芦柑(椪柑)为试验材料,在供氮浓度为4 mmol·L-1的基础上,设计两种氮素形态(铵态氮,AN;硝态氮,NN)和三个镁素水平(0、0.5和2 mmol·L-1,即Mg0、Mg0.5和Mg2)的组合试验,共计6个处理。着重研究氮素形态耦合镁素水平对柑橘植株生长和形态、氮镁吸收和分配、气体交换和光合电子传递链以及光合同化物运输和抗氧化胁迫等生理特性的影响,以期解析氮素形态调控柑橘生长和镁素利用的生理机制,为柑橘氮镁养分优化管理提供理论依据。主要结果如下:(1)氮素形态耦合镁素水平显著影响柑橘植株的生长。与AN处理相比,NN处理显著提高植株生物量,促进叶片和根系形态的建成。同时,AN和NN处理下植株生物量均随供镁水平的增加而增加,且供镁对AN处理植株生物量的增加程度高于NN处理。(2)氮素形态耦合镁素水平显著影响柑橘植株的氮镁吸收。AN处理植株氮素浓度随供镁水平的增加而降低,而NN处理植株氮素浓度则随供镁水平的增加而增加,且NN处理较AN处理显著增加植株的镁素浓度和氮镁累积量。同时,AN和NN处理下植株氮镁浓度和累积量均随供镁水平的增加而增加,且供镁对AN处理植株氮镁累积量的增加程度低于NN处理。(3)氮素形态耦合镁素水平显著影响柑橘植株的氮同化。与AN处理相比,NN处理显著提高柑橘植株硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)的活性。同时,AN和NN处理下植株NR、GS和GOGAT活性均随供镁水平的增加而增加,且供镁对AN处理植株氮同化酶活性的增加程度低于NN处理。(4)氮素形态耦合镁素水平显著影响柑橘植株的气体交换和光合电子传递链。与AN处理相比,NN处理显著降低叶片的荧光热耗散而提高光合电子传递性能,从而促进植株光合作用并降低非结构性碳水化合物(NSC)累积。同时,AN和NN处理下叶片光合电子传递性能、光合能力和NSC含量均随供镁水平的增加而增加,且供镁对AN处理叶片光合电子传递性能和光合能力的增加程度高于NN处理。(5)氮素形态耦合镁素水平显著影响柑橘植株的抗氧化特性。与AN处理相比,NN处理显著提高植株的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性并降低丙二醛(MDA)含量。同时,AN和NN处理下植株SOD和POD活性以及MDA含量均随供镁水平的增加而降低,且供镁对AN处理植株抗氧化酶活性和MDA含量的降低程度高于NN处理。综上所述,氮素形态和镁素水平显著影响柑橘植株的生长、氮镁吸收和相关生理生化特性,进一步证实柑橘是一种铵态氮敏感型植物,并发现适量的镁素供应能够缓解铵态氮对植株生长的负面影响,表现出明显的氮镁互作现象。研究结果对指导柑橘氮镁养分优化管理协同提升植株生长和氮镁吸收利用具有重要的理论和实践意义。
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