不同形态氮素对盐胁迫下番茄细胞超微结构与光合作用的影响

园艺学报，2015，42 (3)：471–479.

Acta Horticulturae Sinica doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2014-0821；http：//www. ahs. ac. cn 471 不同形态氮素对盐胁迫下番茄细胞超微结构与光合作用的影响

刘 冉1，石 峰1，刘伟成2，马 梅1，李 镇1，郭世伟1，郑青松1,*，郑春芳2,*

2（1南京农业大学资源与环境科学学院，江苏省海洋生物学重点实验室，南京 210095；浙江省海洋水产养殖研究所，

浙江省永兴水产种业有限公司，浙江温州 325005）

硝态氮和硝酸铵（氮素浓度均为3 mmol · L-1）摘 要：研究了在150 mmol · L-1 NaCl胁迫下含铵态氮、

的营养液培养的番茄幼苗生长、细胞超微结构、根系活力和光合作用参数的变化。结果表明：NaCl胁迫

下，硝态氮处理叶片细胞出现伤害现象，而硝酸铵处理未见明显变化。铵态氮处理细胞超微结构明显发

生破坏性变化，盐胁迫下，其伤害加剧。NaCl处理下，不同氮素形态处理下的植株生物量和根系活力均

显著下降，其中硝酸铵处理的植株生物量和根系活力维持最高。NaCl胁迫下3种氮素形态处理的植株净

光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）均显著下降，其中硝酸铵处理的Pn和Tr要明显高于其他氮素处理。NaCl

胁迫下，硝态氮处理和硝酸铵处理的水分利用效率（WUE）和气孔限制值（Ls）均明显上升，而铵态氮

处理显著降低。综上，盐胁迫下，硝酸铵处理下番茄幼苗可维持较好的细胞超微结构、根系活力和较高

的光合作用，维持较高的生物量，从而维持较高的耐盐性。

关键词：番茄；幼苗；NaCl胁迫；氮素形态；细胞超微结构；光合作用

中图分类号：S 641.2 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2015）03-0471-09

Effect of Nitrogen Forms on Cell Ultrastructure and Photosynthesis of Tomato Under Salinity

LIU Ran1，SHI Feng1，LIU Wei-cheng2，MA Mei1，LI Zhen1，GUO Shi-wei1，ZHENG Qing-song1,*，and ZHENG Chun-fang2,*

（1College of Resources and Environmental Science，Key Laboratory of Marine Biology，Nanjing Agricultural University，

2Nanjing 210095，China；Zhejiang Mariculture Research Institute，Zhejiang Yongxing Aquatic Products Industry Co.，Ltd.，

Wenzhou，Zhejiang 325005，China）

Abstract：In order to study effects of different nitrogen sources on the responses of tomato plants to salt stress，the effects of 150 mmol · L-1 NaCl on growth，cell ultrastructure，root vigor and photosynthesis of tomato seedlings were investigated by supplying with ammonium（3 mmol · L-1 nitrogen），nitrate（3 mmol · L-1 nitrogen）and ammonium nitrate（3 mmol · L-1 nitrogen）in nutrient solution. The results showed that salt-stressed leaf cells were damaged under nitrate source，but were not obviously affected under 收稿日期：2014–12–27；修回日期：2015–01–26

基金项目：浙江省重大科研专项（2012C12017-3）；浙江省专项资金—浙江省海洋与渔业局项目计划{ 浙海渔计[ 2013（18）]}；江苏省农业科技自主创新项目[CX（12）1005-04]

* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：qszheng@http://wendang.chazidian.com；zcfa66@http://wendang.chazidian.com）

Liu Ran，Shi Feng，Liu Wei-cheng，Ma Mei，Li Zhen，Guo Shi-wei，Zheng Qing-song，Zheng Chun-fang.

Effect of nitrogen forms on cell ultrastructure and photosynthesis of tomato under salinity.

472 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (3)：471–479. ammonium nitrate source，that leaf cell ultrastructure showed obvious damage under ammonium source，and salinity aggravate the damage. Under NaCl stress，the biomass and root vigor of plants were both significantly decreased fed with three nitrogen sources，with ammonium nitrate fed seedlings retaining the highest biomass and root vigor. It showed that salinity caused a significant decrease of Pn and Tr of all the plants fed with different nitrogen sources，and Pn and Tr of plants fed with ammonium nitrate was higher significantly than that fed with the other two nitrogen sources. The WUE and Ls of nitrate- and ammonium nitrate-fed plants were increased under salinity stress，however，those of ammonium-fed plants were decreased by salinity. To sum up，under salt stress，ammonium nitrate-fed tomato seedlings showed better leaf cell ultrastructure，higher root vigor and higher photosynthesis than nitrate-fed tomato seedlings，so that better salt tolerance was achieved. However，pure ammonium application produced greater damage or decline to cell ultrastructure，root vigor and photosynthesis，and salinity worsened these phenomena.

Key words：tomato；seedlings；NaCl stress；nitrogen form；cell ultrastructure；photosynthesis

番茄（Solanum lycopersicum）对盐中度敏感（Pandey et al.，2011），主要种植在世界温暖和干旱地区，而这些地区的土壤往往盐度比较高（Foolad，2004）。随着可利用淡水资源的日益缺乏、人口的急剧膨胀和自然资源的不合理使用，利用盐度高的旱区、半干旱地区和沿海地区土壤发展农业生产不得不为之。预计到2050年，可耕地的50%面临盐渍化（Jan et al.，2013）。在这样的情势下，番茄的种植栽培首当其冲地遭遇盐渍化，番茄耐盐性及其调控研究就显得格外重要。

NO3- 和NH4+ 是植物吸收氮素的两种离子形态，通常认为NO3- 有利于阳离子运输，NH4+ 则抑制阳离子运输（刘梅，2014）。盐胁迫影响作物氮素的吸收和同化（Liu et al.，2014），合理使用氮素有助于降低作物遭受的盐害，最终影响作物矿质元素的构成和提高产量（Boh et al.，2013）。虽然氮素影响植物生长、发育及其生物学研究颇多（樊卫国 等，2014；Wang & Baerenklau，2014），氮素使用对植物耐盐性的调控研究也见诸文献报告（代建龙 等，2013；Pompeiano et al.，2014）。但是不同供氮形态对植物耐盐性的比较效应探讨很少，并且结论还有不一致的地方（王磊 等，2012；Jan et al.，2013）。如Nathawat等（2007）的研究表明，与铵态氮相比，添加硝态氮，芥菜的耐盐性更强，与油菜上（杨瑛 等，2012）的结果相似，与大麦上（Ali et al.，2001）的研究结果相反。Jan等（2013）的研究表明硝酸铵的使用在提高鹰嘴豆的耐盐性上明显好于单纯使用硝态氮或者铵态氮，而单独使用铵态氮的效果好于硝态氮。

本研究中通过探讨在等量氮素的铵态氮、硝态氮和硝酸铵培养的条件下，受盐胁迫的番茄幼苗的生长、细胞超微结构、光合作用的差异，探讨不同氮素形态对植物耐盐性的效应的差异，有助于为盐土农业中的作物氮肥高效运筹提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料及其处理

供试材料为栽培番茄（Solanum lycopersicum）‘浙粉202’。试验于2013年3—5月在南京农业大学牌楼科研基地日光温室内进行。挑选大小一致、饱满的种子经70%乙醇清洗1 min，然后用20%次氯酸钠润洗10 min，最后用蒸馏水冲洗干净。用清水浸种24 h，放入垫有吸水纸的瓷盘内黑暗条

刘 冉，石 峰，刘伟成，马 梅，李 镇，郭世伟，郑青松，郑春芳.

不同形态氮素对盐胁迫下番茄细胞超微结构与光合作用的影响.

园艺学报，2015，42 (3)：471–479. 473 件下催芽。3月1日挑选露白一致的种子播种于装有粒径0.40 ~ 0.80 mm石英砂的塑料盆（直径16 cm，高24 cm）。每盆播5粒种子。用1/5 Hoagland溶液培养，其中大量元素（mmol · L-1）配方为：KNO3 1.25、Ca(NO3)2 1.25、KH2PO4 0.25，MgSO4 0.5。微量元素和铁素添加参考Zheng等（2010）的配方。微量元素浓度（g · L-1）分别为H3BO3 2.86，MnCl2 · 4H2O 1.81、ZnSO4 · 7H2O 0.22、CuSO4 · 5H2O 0.08、Na2MoO4 · 7H2O 0.15。

砂培至三叶期，间苗以确保苗齐，每盆定植2株，转入不同供氮形态下的盐胁迫处理。共设6

、铵态氮 + 150 mmol · L-1 NaCl（NH4+ + NaCl）、硝态氮（NO3-）、硝态氮 + 个处理，即铵态氮（NH4+）

、硝酸铵（NH4NO3）和硝酸铵 + 150 mmol · L-1 NaCl（NH4NO3 + 150 mmol · L-1 NaCl（NO3- + NaCl）

NaCl）。均用1/5 Hoagland培养液配制。铵态氮处理就是将原来营养液中的KNO3、Ca(NO3)2分别用等量的KCl和CaCl2替换，再添加1.5 mmol · L-1 (NH4)2SO4。硝酸铵处理就是将原来营养液中的KNO3、Ca(NO3)2用等量的KCl和CaCl2替换，再添加1.5 mmol · L-1 NH4NO3。所有处理中氮素浓度均确保为3 mmol · L-1。

在盐处理之前，将幼苗分别以各自的氮素形态营养液培养3 d，盐处理实施时，为了避免盐冲击效应，采用NaCl逐步递增处理的办法，即每天递增30 mmol · L-1，升至150 mmol · L-1后再处理15 d后收获。整个培养过程均在昼/夜（30 ± 2）℃/（25 ± 2）℃的玻璃温室中进行。每2 d更换1次处理液，每天调节各处理液至pH 6.00 ± 0.05。

1.2 叶片细胞形态和亚细胞形态观察

选功能叶去除叶脉后，用双面刀切割成1 mm × 1.5 mm左右的小块，迅速投入预冷的2.5%戊二醛中，用注射器反复抽真空，使叶片沉底。置于4 ℃冰箱中固定12 h，然后用磷酸缓冲液（pH 7.2）洗涤3次，每次20 min，同时抽气直到切块下沉为止。将洗涤过的材料转移至1%锇酸中，于4 ℃固定4 h后，用蒸馏水洗涤3次，每次20 min，随后用乙醇脱水，Epon812包埋，LKB-5型超薄切片机切片。切片经醋酸双氧铀染色后，在日立H-7650透射电子显微镜下观察并拍照，每处理观察6个以上的视野。

1.3 幼苗质量、根系活力与光合参数的测定

从盆中取出植株，先用自来水冲洗，再用蒸馏水将鲜样洗净，用吸水纸吸干表面水分，在105 ℃杀青15 min后于75 ℃烘干至恒质量，称得植株干质量。

根系活力测定参照李合生（2006）的方法。取根尖材料 0.5 g，放入小烧杯中，加0.4% TTC溶

mL终止反应。取出材料，液和1/15 PBS各5 mL，暗下37 ℃保温1.5 h，然后加1 mol · L-1的硫酸 2

滤纸吸干后，加入乙酸乙酯研磨，取红色浸提液，用乙酸乙酯定容至10 mL，测OD485值。

光合参数测定按照Yang 等（2012）的方法测定和计算。于上午9：00—11：30用Li-6400便

、气孔导度（Gs）、细携式光合作用测定仪（Li-COR，USA）测定新完全展开叶的净光合速率（Pn）

。测定时使用红蓝光源叶室，光照强度为1 500 mol · m-2 · s-1，胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）

叶温（30 ± 2）℃，相对湿度约30%。

计算公式为：Ls = 1–Ci/Ca。其中，Ca是空气中CO2浓度。水分利用效率（WUE）气孔限制值（Ls）

计算公式为：WUE = Pn/Tr。

所得数据均采用SAS数据分析软件进行多重比较。

Liu Ran，Shi Feng，Liu Wei-cheng，Ma Mei，Li Zhen，Guo Shi-wei，Zheng Qing-song，Zheng Chun-fang.

Effect of nitrogen forms on cell ultrastructure and photosynthesis of tomato under salinity.

474 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (3)：471–479. 2 结果与分析

2.1 不同供氮形态下盐胁迫对番茄幼苗叶片细胞超微结构的影响

从图1可以看出，硝态氮处理下番茄的叶肉细胞结构正常，叶绿体膜平滑，清晰可见，叶绿体

图1 不同供氮形态下NaCl胁迫对番茄幼苗叶片细胞形态和超微结构的影响

a：叶绿体紧贴细胞壁；b：叶绿体膜平滑清晰；c：有嗜锇颗粒沉积；d：质壁分离；e：叶绿体片层模糊；

f：叶绿体肿胀、断裂、部分解体。

Fig. 1 Effects of NaCl stress on cell morphology and ultrastructure in leaf of tomato seedlings under different N application forms a：Chloroplast was close to the cell wall；b：Membrane of chloroplast was smooth and clear；c：Osmiophilic particles were deposited；

d：Plasmolysis was occurred；e：Chloroplast lamellae was vague；f：Chloroplast swelled，broke and partial disintegrated.

刘 冉，石 峰，刘伟成，马 梅，李 镇，郭世伟，郑青松，郑春芳.

不同形态氮素对盐胁迫下番茄细胞超微结构与光合作用的影响.

园艺学报，2015，42 (3)：471–479. 475 多显示为椭球形，并紧贴细胞壁，叶绿体内明显含有淀粉粒（图1，NO3-）；在NaCl胁迫下（图1，

，其叶片细胞发生轻微的质壁分离，并有嗜锇颗粒出现，其他无明显变化。 NO3- + NaCl）

铵态氮处理下，番茄的叶肉细胞明显质壁分离，叶绿体膜及片层模糊，叶绿体出现肿胀现象，

；NaCl胁迫下（图1，NH4+ + NaCl），这些现象加剧，且叶绿体发嗜锇颗粒明显沉积（图1，NH4+）

生断裂和部分解体。

；NaCl胁迫下也没有硝酸铵处理下，与硝态氮处理类似，超微结构显示正常（图1，NH4NO3）

发现明显变化（图1，NH4NO3 + NaCl）。

2.2 不同供氮形态下盐胁迫对番茄幼苗生物量和根系活力的影响

如图2所示，在非盐胁迫下，硝态氮处理和硝酸铵处理的各器官和整株生物量差异均不显著，而铵态氮处理显著低于前两者。计算表明，铵态氮处理的植株干质量分别比硝态氮处理和硝酸铵处理的低33%和36%。

图2 不同供氮形态下NaCl胁迫对番茄幼苗单株生物量的影响

不同小写字母表示不同处理间差异显著（P ≤ 0.05）。

Fig. 2 Effects of NaCl stress on biomass of tomato seedlings under different N application forms

Different small letters indicate statistical difference according to Duncan’s multiple range test（P ≤ 0.05）.

在150 mmol · LNaCl处理下，不同氮素

形态处理下的器官和植株生物量均显著下降，

其中硝酸铵处理（NH4NO3 + NaCl）的生物量

最高（图2）。

对番茄根系活力研究表明：非盐胁迫下，

硝态氮处理和硝酸铵处理的根系活力差异均不

显著，明显高于铵态氮处理。

盐胁迫下，根系活力均显著下降，其中硝

酸铵处理（NH4NO3 + NaCl）的植株根系活力

要明显高于硝态氮（NO3- + NaCl）和铵态氮

。 （NH4+ NaCl）处理的（图3）

+ -1 图3 不同供氮形态下NaCl胁迫对番茄幼苗根系活力的影响 Fig. 3 Effects of NaCl stress on root vigor tomato seedlings under different N application forms