一种腐胺在缓解低氮胁迫对植株生长抑制的应用

摘要

本发明提供一种腐胺在缓解低氮胁迫对植株生长抑制的应用。腐胺处理缓解了低氮对植株生长的抑制，表现在植株茎粗、根长、叶片数的显著增加。同时外源腐胺处理显著增加了植株的叶绿素含量、最大光化学效率Fv/Fm值，提高了净光合速率及氮含量。由此表明，适宜浓度的腐胺能明显缓解低氮胁迫对苹果植株生长的抑制作用，为深入研究其在苹果响应低氮中的功能机制奠定基础。同时，其成果或可在未来应用于指导生产实践、改善果树根际环境。

说明书

技术领域

本发明涉及果树栽培技术领域，具体涉及一种腐胺在缓解低氮胁迫对植株生长抑制的应用。

背景技术

氮是植物生长发育中不可缺少的营养元素之一，也是植株生长的主要限制因子。适量的施加氮肥能够满足植物生长需求，改善植物体内的营养状况，促进植物生长。但是，植物对氮肥的有效利用率仅占30％，过量施用的氮将会进入周围土壤和水中，不仅会产生一系列的环境问题，还会增加农业生产成本，而且会降低植物对氮的吸收利用，间接造成氮的营养缺乏。因此，提高植物对氮的利用能力能够对农业的可持续发展产生深远影响。

西北地区是我国果树的优势产区，但果园土壤盐碱化程度高、肥力低，造成树体营养吸收不良。氮素是果树生长重要的矿质元素。生产上，通常会施用氮素肥料以满足树体需求，然而我国果园的氮施用量与发达国家相比，远远超出其施用量。例如，陕西省苹果果园里的氮肥用量甚至达到发达国家施用量的3～6倍。氮肥的过度施用，不仅没有带来相应的的经济效益、提高产出；反而因过量化学肥料的施用，导致一系列的土壤和水质问题，降低了果树树体对氮的吸收利用，间接造成了氮营养缺乏的状况。另外，低氮胁迫也会影响果树树体的正常生理和代谢活动，限制果树根系以及株高、茎粗等地上部分的生长，降低植株生物量的累积。因此，如何提高果树对现有氮营养环境的适应性，增加氮肥利用率，对于果树产业的可持续发展而言非常重要。

多胺是一种常见的小分子植物生长调节物质，主要包括腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)以及尸胺(Cad)等，参与植物的生长发育、性别分化、果实成熟、适应逆境等重要生理过程。例如，胡忠等发现，多胺对宁夏枸杞器官发生和体细胞胚发生途径的离体形态建成有一定影响。谢寅峰等在对刺槐用不同强度酸胁迫的试验中发现，Put的累积量随着胁迫强度的增加而增加。

但是，关于外源多胺对低氮胁迫下植株生长影响的相关研究未见报道。本发明通过分析外源多胺对低氮胁迫下植株生长的影响，提出适宜的腐胺施用方式，为研究多胺在果树生产中的实际应用奠定基础，其成果或可在未来应用于指导生产实践、改善果树营养生长环境。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种腐胺在缓解低氮胁迫对植株生长抑制的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种腐胺在缓解低氮胁迫对植株生长抑制的应用。

其中，腐胺又称为丁二胺，分子式C

优选的，所述植株生长的栽培体系中腐胺的浓度为2.5～3μmol/L。

进一步优选的，所述植株生长的栽培体系中腐胺的浓度为3μmol/L时，显著提高低氮胁迫下植株地下部分的生长。

更进一步优选的，所述地下部分为根系构成和根长。

进一步优选的，所述植株生长的栽培体系中腐胺的浓度为3μmol/L时，显著提高低氮胁迫下植株地上部分的生长。

更进一步优选的，所述地上部分为茎粗和株高。

更进一步优选的，腐胺用于增加植株的氮、磷、钾含量，提高光合能力。

进一步优选的，具体应用方法为：在含有0.1～1mmol/L氮的胁迫栽培体系中添加腐胺母液，使腐胺的浓度达到2.5～3μmol/L。

其中，所述腐胺母液是将腐胺溶解于蒸馏水中制备得到。上述腐胺母液配制完成后，密封，室温避光保存。使用时在栽培体系中加入适量的母液，并混合均匀，使腐胺终浓度为3μmol/L。在栽培过程中，每隔五天更换一次栽培体系。优选的，所述栽培体系为水培体系，当然也可以选择土培体系。所述水培体系中所含氮含量是1/2 Hoagland营养液中所含氮含量的1％～10％。所述水培体系中溶解氧浓度在8.0～8.5mg/L。

优选的，所述植株为苹果属砧木。

进一步优选的，所述砧木为平邑甜茶。

本发明的有益效果：

1、本发明以苹果属植物常见的砧木—平邑甜茶作为材料，通过分析外源腐胺对平邑甜茶低氮下的生长抑制的缓解效果，表明外源腐胺能有效缓解低氮处理对平邑甜茶的生长抑制，表现在添加腐胺后植株株高、茎粗、根长等生长指标显著增高，光合能力增强，且植物体内氮含量提高。

2、本发明以3μmol/L外源腐胺处理水培低氮培养的平邑甜茶幼苗，发现腐胺处理缓解了低氮对植株生长的抑制，表现在植株茎粗、根长、叶片数的显著增加。同时外源腐胺处理显著增加了植株的叶绿素含量、最大光化学效率Fv/Fm值，提高了净光合速率及氮含量。由此表明，适宜浓度的腐胺能明显缓解低氮胁迫对苹果植株生长的抑制作用，为深入研究其在苹果响应低氮中的功能机制奠定基础。同时，其成果或可在未来应用于指导生产实践、改善果树根际环境。

3、本发明产品腐胺的用量仅为3μmol/L，剂量非常小，可以节省化肥成本、缓解过度化肥使用造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明实施例2处理35天后平邑甜茶植株的生长表型。

图2是本发明实施例2处理35天平邑甜植株的光合系统各指标的检测，包括SPAD值(图2a)、净光合速率(图2b)、蒸腾速率(图2c)、气孔导度(图2d)、胞间二氧化碳浓度(图2e)、最大光化学效率Fv/Fm(图2f)。

图3是本发明实施例2处理35天平邑甜植株根和叶中的氮(图3a)、磷(图3b)和钾(图3c)含量。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

一、试剂的配置

(1)1/2 Hoagland营养液，是由0.410g/L Ca(N0

(2)1M腐胺母液，是将0.88g腐胺溶解于10mL水中配置而成。腐胺母液配制完成后，密封，室温避光保存。

(3)培养液A，是将1/2 Hoagland营养液中所含氮含量调整为原有氮含量的1％配置而成。

(4)培养液B，是将1/2 Hoagland营养液中所含氮含量调整为原有氮含量的10％配置而成。

(5)溶液A，是将15μL的1M腐胺母液加入到5L的1/2 Hoagland营养液中配置而成。

(6)溶液B，是将15μL的1M腐胺母液加入到5L的培养液A中配置而成。

(7)溶液C，是将15μL的1M腐胺母液加入到5L的培养液B中配置而成。

二、腐胺施用后平邑甜茶对低氮响应的表型和生长差异。

以苹果属植物常见的砧木—平邑甜茶作为材料，分析外源腐胺对平邑甜茶低氮下的生长抑制的缓解效果，观察腐胺施用后平邑甜茶对低氮响应的表型和生长差异。

2.1材料和方法

试验于2019年11月开始，在陕西省杨凌区西北农林科技大学园艺场及果树逆境生物学实验室进行。

首先将平邑甜茶种子低温沙藏三个月，处理前将种子表面消毒，之后将种子进行播入营养钵中，当幼苗长至3片真叶时，每周喷施Hoagland营养液1-2次，期间浇水保持幼苗正常生长。待8-10片真叶时，选取生长一致的幼苗进行水培处理。

每水培盆盛有5L 1/2 Hoagland营养液，以磷酸调pH至6.0左右，并连接气泵，通过溶解氧控制器维持溶液溶解氧浓度在8.0-8.5mg·L

所有材料预培养7天，之后按表1试验方案对平邑甜幼苗进行处理，每处理组60株(20株为1重复，3重复)，35天后，分别观察不同处理下的幼苗生长状态并拍照。用万分之一天平测定植株干鲜重，用直尺量株高，用游标卡尺测茎粗，数叶片数，最后用根系扫描仪(Expression 10000XL)扫描根系结构，并利用WinRHIZO/WinFOLIA(Regent InstrumentsInc，Ville de Québec，加拿大)软件分析根系各参数。

表1 水培处理方案

2.2试验结果

按照处理一组～处理六组的方案进行处理35天后，即低氮水培35天后，外源腐胺缓解了低氮对平邑甜茶植株的生长抑制(见图1)。处理五组与处理三组的效果相当；处理六组与处理四组的效果相当；因此仅以处理一组～处理四组之间的效果进行对比。

由图1可以看出，处理四组(LN+3μM Put)在腐胺处理下的植株根系明显更长。与处理一组(CK)相比，处理四组(LN+3μM Put)的茎粗、株高有所减小，但与处理三组(LN)相比，处理四组(LN+3μM Put)的茎粗、株高均明显增加。

此外，低氮处理(LN)导致植株的生物量积累明显减少，而外源腐胺处理下的植株生物量减少的幅度较小，鲜重与对照(CK)相比，基本没变化，干重略有降低(见表2)。

表2 低氮水培下添加3μM浓度的外源腐胺后对平邑甜茶根长、茎粗、株高、鲜重、干重的影响

注：数据由平均值±标准误差组成，不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)，下同。

低氮处理(LN)后，平邑甜茶植株根系明显更壮，与对照(CK)相比，总根长、表面积、体积、根尖数和侧根数均明显增加，分别上升了40.17％、86.25％、103.26％、42.47％、166.44％；外源腐胺处理(LN+3μM Put)更进一步加大了两者之间的差距，与对照(CK)相比分别上升了70.71％、115.16％、230.50％、60.06％、283.50％。

在4个处理中，处理四组(LN+3μM Put)的处理下，所检测到的植株根系各指标均是最高的，显著高于低氮处理(LN)或是对照处理(CK)(见表3)。

表3 低氮水培下添加3μM浓度的外源腐胺后对平邑甜茶根系构型的影响

2.3结论

本发明实施例中，外源腐胺能明显缓解低氮情况下平邑甜茶植株的生长抑制，甚至能促进平邑甜植株的生长，恢复至正常培养条件下的状态。

三、低氮下施用腐胺后平邑甜茶的光合能力比较。

以苹果属植物常见的砧木—平邑甜茶作为材料，分析外源腐胺对平邑甜茶低氮下的生长缓解效果。观察在低氮下施用腐胺后平邑甜茶的光合能力比较。

3.1材料与方法

按照2.1所述方法对平邑甜茶植株进行处理，在处理前、后用手持式SPAD-502叶绿素测定仪(日本Konica公司)测定处理植株叶片的平均叶绿素含量(SPAD值)，同时用WALZ双通道PAM-100荧光仪测定叶片的最大光化学效率Fv/Fm。处理期间每5天用CIRAS-3便携式光合系统仪(CIRAS，Amesbury，MA，USA)测定一次光合各指标，包括净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度及蒸腾速率。

3.2试验结果

低氮处理(LN)后，平邑甜茶叶片叶绿素含量显著下降，腐胺处理(LN+3μM Put)后植株叶片叶绿素含量明显上升(如图2a)。

与之一致的是，低氮下的植株净光合速率持续下降，且显著低于其它3个处理；外源添加腐胺后，植株的净光合速率维持在较高水平(图2b)。

同样的趋势也体现在气孔导度和蒸腾速率的测定结果中(图2c-d)。

低氮下的植株胞间二氧化碳浓度与其它3个处理相比明显更高，而另3个处理的胞间二氧化碳浓度在35天的处理期间，基本没有差异(图2e)。

此外，低氮处理后，植株的最大光化学效率Fv/Fm值显著降低，下降了12.66％；但外源腐胺处理后Fv/Fm值与对照相比仅下降了2.25％，基本无差异(图2f)。

3.3结论

本发明实施例中，外源腐胺能有效维持低氮胁迫下平邑甜茶植株的光合系统，使其保持较高的叶绿素含量和较强的光合效率。

四、低氮下施用腐胺后平邑甜茶的氮磷钾含量比较。

以苹果属植物常见的砧木—平邑甜茶作为材料，分析外源腐胺对低氮胁迫下的平邑甜茶的生长影响。观察在低氮下施用腐胺后平邑甜茶的氮磷钾含量比较。

4.1材料与方法

按照2.1所述方法对平邑甜茶植株进行处理，处理结束后，取10株幼苗的根、叶样品烘干后充分研磨过筛进行氮、磷、钾含量测定。称取0.2g样品置于100ml的硬质消煮管中，先用适量去离子水润湿样品，然后再缓缓加入5ml浓硫酸(H

4.2试验结果

结果表明，低氮处理下的平邑甜茶植株叶片和根中的氮、磷、钾含量均显著降低，与正常对照植株相比，低氮下植株叶片和根的氮磷钾含量分别降低了25.15％、49.58％、28.63％，低氮下腐胺处理的植株叶片和根氮、磷、钾含量分别降低了5.16％、11.85％、5.57％(图3a-c)。与低氮相比，外源腐胺处理明显增加了植株的氮、磷、钾含量。

4.3结论

低氮胁迫降低了平邑甜茶植株的氮、磷、钾含量，而外源腐胺处理有效提高了低氮下植株叶片和根中的氮、磷、钾含量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。