CO2浓度加倍下水氮耦合对黄瓜叶片碳氮代谢及其关键酶活性的影响

作者：李曼; 董彦红; 崔青青; 张文东; 艾希珍; 刘彬彬; 李清明

来源：植物生理学报, 2017, 53(09): 1717-1727.

DOI：10.13592/j.cnki.ppj.2017.0123

• 黄瓜
• CO2浓度加倍
• 水氮耦合
• 碳氮代谢

以‘津优35号’黄瓜(Cucumis sativus)为试材,采用三裂式裂区试验设计,研究了CO2浓度加倍下水氮耦合对黄瓜叶片碳、氮代谢及其关键酶活性的影响。主区因素为CO2浓度,设大气CO2浓度(400μmol·mol-1)和加倍CO2浓度[(800±20)μmol·mol-1]两个水平;裂区因素为水分处理,设无干旱胁迫(灌水上限为田间持水量的95%)和干旱胁迫(灌水上限为田间持水量的75%)两个水平;再裂区因素为施氮量,设施氮量450 kg·hm-2(低氮)和900 kg·hm-2(高氮)两个水平。结果表明:(1)CO2浓度加倍提高了干旱和高氮条件下黄瓜的株高,且使高氮下的叶面积显著增加。(2)CO2浓度加倍显著提高了黄瓜叶片蔗糖、淀粉、还原糖含量,蔗糖合成酶(SS)的活性显著增加;高氮显著增加了CO2浓度加倍条件下SS和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性,促进蔗糖积累和淀粉分解。干旱胁迫使SS活性显著增加,SPS活性显著降低,CO2浓度加倍显著提高了干旱胁迫下SS和SPS活性以及蔗糖和还原糖含量,且SS和SPS活性以及蔗糖含量随氮素的增加而显著增加。(3)CO2浓度加倍显著提高了硝酸还原酶(NR)活性,但是谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性并未同步增加。在CO2浓度加倍条件下,高氮使干旱胁迫的黄瓜叶片NR和GOGAT活性显著提高,GS活性的降低得到缓解。(4)加倍CO2浓度、无干旱胁迫、高氮处理下产量最高,其次是加倍CO2浓度、干旱胁迫、高氮处理。在大气CO2浓度和干旱条件下,低氮处理产量最大,继续增施氮肥产量无显著差异,而在CO2浓度加倍和干旱条件下,增施氮肥黄瓜产量则显著上升。因此,在CO2浓度加倍条件下高氮促进了干旱胁迫的光合产物转化,使氮同化能力的降低得到缓解或改变,促进干旱胁迫下黄瓜叶片的碳氮代谢,能在一定程度上缓解干旱胁迫造成的不利影响,从而提高黄瓜生长量和产量,可为设施黄瓜CO2施肥及水分亏缺等逆境下水氮科学管理提供理论依据和技术参数。

• 单位
  农业部; 作物生物学国家重点实验室; 山东农业大学