野牛草雌雄株对不同形态氮素的生理响应差异_郭丽珠.pdf

第 32 卷第 2 期Vol.32，No.265-742023 年 2 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA郭丽珠，孟慧珍，范希峰，等.野牛草雌雄株对不同形态氮素的生理响应差异.草业学报，2023，32（2）：6574.GUO Li-zhu，MENG Hui-zhen，FAN Xi-feng，et al.Physiological responses of female and male Buchloe dactyloides plants to different nitrogen forms.Acta Prataculturae Sinica，2023，32（2）：6574.野牛草雌雄株对不同形态氮素的生理响应差异郭丽珠1，孟慧珍1，2，范希峰1，滕珂1，滕文军1，温海峰1，岳跃森1，张辉1，武菊英1*（1.北京市农林科学院草业花卉与景观生态研究所，北京 100097；2.西北大学生命科学学院，陕西 西安 710069）摘要：为揭示野牛草雌雄株对氮素形态的偏好及生理响应差异，以野牛草克隆分株为材料，采用温室砂培盆栽方法，分析了硝态氮（N1）、铵态氮（N2）、铵硝混合态氮（N3）和对照（CK）处理对野牛草雌、雄株生长性状、生物量、叶绿素含量、叶片氮含量及氮代谢相关酶活性的影响。结果表明，雌株在 N2处理时其生长性状、各部位生物量及地上生物量和总生物量均显著小于 N1和 CK，且还小于 N3处理，表明铵态氮处理可能抑制野牛草雌株生长。N1处理下的雄株间隔子长度、间隔子直径与 CK 无显著差异但显著大于 N2和 N3，同时其匍匐茎节数、匍匐茎长度、根生物量、地上生物量及总生物量显著大于其他处理。野牛草雌、雄株的叶绿素 a含量和叶绿素总含量均在 N1处理时显著高于对照，但雌株在 3种 N形态处理之间没有显著差异、而雄株在 N1时与 N2或 N3处理差异显著。野牛草雌株的叶氮含量、3种氮代谢相关酶活性均在 N3处理时显著大于其他处理，而雄株在 N1处理表现较好。综上，野牛草雌、雄株的生长均偏喜硝态氮，然而雌株对唯一氮源铵态氮作用敏感且生长受抑，但是铵硝混合态氮能够缓解甚至提高雌株的 N代谢生理功能，而雄株无此表现。野牛草雌、雄株对不同形态氮素的响应存在显著差异，这为野牛草雌雄株的差异氮肥管理提供了理论依据和技术途径。关键词：野牛草；雌雄株；氮素形态；生物量分配；氮代谢相关酶Physiological responses of female and male Buchloe dactyloides plants to differentnitrogen formsGUO Li-zhu1，MENG Hui-zhen1，2，FAN Xi-feng1，TENG Ke1，TENG Wen-jun1，WEN Hai-feng1，YUE Yue-sen1，ZHANG Hui1，WU Ju-ying1*1.Institute of Grassland，Flowers and Ecology，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing 100097，China；2.College of Life Science，Northwest University，Xi an 710069，ChinaAbstract：The aim of this study was to explore the preference and responses of female and male buffalograss（Buchloe dactyloides）to different nitrogen forms，and provide technical data for optimal management of nitrogenfertilizer for B.dactyloides.Thus we investigated the effects of NO3-N（N1），NH4+-N（N2），NO3-N NH4+-N=1 1（N3）and a zero nitrogen treatment（CK）on growth traits，biomass，chlorophyll content，leaf nitrogen contentand enzymes related to nitrogen metabolism of female and male buffalograss ramets in a glasshouse sand cultureexperiment.It was found that growth traits，biomass of different parts，aboveground biomass and total biomass offemale buffalograss were significantly lower under the N2treatment than under N1and CK，with the result for N3being intermediate between N1and N2treatment，indicating that treatment with NH4+-N alone may inhibit the growthDOI：10.11686/cyxb2022035http：/收稿日期：2022-01-18；改回日期：2022-04-09基金项目：北京市农林科学院科技创新能力建设专项（KJCX20210431），北京市农林科学院博士后科研基金（2020-ZZ-007）和北京市农林科学院基金项目（CZZJ202210）资助。作者简介：郭丽珠（1988-），女，福建龙岩人，博士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：wujuyinggrass-Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）of female buffalograss.Meanwhile，there was no significant difference between the N1treatment and CK in spacerlength and diameter of male buffolagrass plants，but values for the N1treatment were significantly greater than thoseunder N2and N3treatments.Additionally，stolon node number，stolon length，root biomass，aboveground biomassand total biomass of male buffalograss were significantly greater under N1than other treatments.Chlorophyll Acontent and total chlorophyll content of female and male buffolagrass were greater under the NO3-N treatment thanCK.However，there was no significant difference between the three N-form treatments for female buffalograss，butmale buffalograss under the N1treatment differed significantly from N2and N3treatments.In the NH4NO3treatment，leaf nitrogen content and three nitrogen metabolism related enzymes activities of female buffalograss were thehighest，however，those of male buffalograss were highest under the N1treatment.These results indicate that bothfemale and male buffalograss plants prefer nitrate nitrogen；female buffalograss plants were found to be extremelysensitive to NH4+-N as the sole nitrogen source and their growth was inhibited，but mixed supply with ammoniumand nitrate nitrogen alleviated or even improved the physiological function of N metabolism of female buffalograss；this response was not observed in male buffalograss.In summary，significant differences in the response of femaleand male buffalograss plants to different forms of nitrogen were found.This information could form a theoreticalfoundation for development of a differential nitrogen management of female and male buffolagrass.Key words：Buchloe dactyloides；female and male；nitrogen form；biomass allocation；enzymes related to nitrogenmetabolism由于长期的适应性进化和雌雄性别的分株表达，雌雄异株植物在生长特性、生理生化特征、资源分配、生殖格局和基因表达特性等方面具有一定的性别差异1-3。这些差异往往造成雌雄异株植物不同性别的植株对环境适应性不同，且使雌雄植株能在环境中分别获取各自最需要的资源进行营养生长与生殖活动，进而提高种群整体的繁殖率及种群对环境的适应性4-6。野牛草（Buchloe dactyloides）原产于北美中部温带和亚热带半干旱地区，是一种少有的雌雄异株草坪植物，其抗寒抗旱能力强、繁殖迅速、维护需求低，在我国引进后广泛应用于水土保持和园林绿化7。野牛草具有雌株、雄株及雌雄同株 3种性别，不同性别植株的区分只有在进入生殖生长阶段才能进行分辨8。野牛草雌、雄株在匍匐茎生长能力9、对锈病的抗性10及不同生长阶段的保水能力11都存在显著的性别差异，这种差异势必影响不同性别野牛草植株的坪用性状有所不同。由于不同性别的植物具有不同的经济价值，因此研究雌雄异株植物在环境条件变化下的响应差异具有重要的生产实践意义，为有目的地选择具有经济、观赏等价值的雌雄异株植物的性别提供理论参考。施肥是保障草坪草正常生长、维持和提高草坪质量的重要措施12-13。硝态氮（NO3-N）和铵态氮（NH4+-N）是植物可以直接从土壤中吸收和利用的两种主要无机氮素形态14-15，不同氮素形态不仅影响植物的形态建设、光合作用、根系生长16-18，对植物氮素代谢途径中关键酶活性及相关基因表达也会产生影响19。植物对氮素的吸收主要是通过根系完成的，植物根细胞吸收 NO3-N 后，首先在根系中被硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）和亚硝酸还原酶（nitrite reductase，NiR）同化为 NH4+，进而被同化为氨基酸和蛋白质。与吸收 NO3-N 不同，植物吸收NH4+-N 后，直接在谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）/谷氨酸合成酶（glutamate synthase，GOGAT）循环反应的催化下形成谷氨酰胺。不同植物种类对氮素营养环境的长期适应形成对不同氮源的偏向选择性，并形成了不同的氮素利用分配策略。研究表明，硝态氮作为唯一氮源能够增加谷类作物的分蘖数20，山核桃幼苗（Carya illinoinensis）在生长过程中表现出对铵态氮的优先吸收17，而黄瓜（Cucumis sativas）在以铵态氮或高比例的铵态氮作为氮源时会受到明显的生长抑制21，当氮肥中硝态氮的比例较高时则会促进甜椒（Capsicumannuum）、韭菜（Allium tuberosum）、芹菜（Apium graveolens）等作物的生长22-24。大量研究表明农作物对氮素形态吸收具偏向选择性，然而氮素形态影响草坪植物的研究十分有限25-26，因此亟须弥补不同形态氮肥在草坪植物野牛草施用研究上的空白。前人研究表明野牛草草坪综合质量随氮素用量的增加而提高27-29，但已有研究尚未从氮素形态角度出发探究野牛草对氮素的响应，且很少有研究区分野牛草雌雄株的表现差异，进而从性别差异的66第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年角度出发探究野牛草不同性别植株草坪建植中的氮肥管理差异。本研究以不同性别野牛草植株为试验材料，研究不同形态氮素对野牛草雌、雄株在生长、生物量、叶绿素含量、叶片氮含量及氮代谢相关酶的影响，揭示野牛草不同性别植株对不同形态氮素的偏好，为人工建植野牛草单性植株草坪合理施氮、提高野牛草对氮的吸收和利用具有十分重要的理论和现实意义。1材料与方法1.1试验材料从野外选取长势良好的野牛草雌、雄单株，通过分株克隆繁殖，获得了大量遗传背景一致、基因型相同的单性别无性系群体。试验时选取生长状态一致的距植株生长顶端第 4个克隆分株（一般为 8片叶子，图 1）进行扦插。1.2试验设计于 2021 年 3 月在北京市农林科学院智能温室中进行盆栽试验，盆栽试验的盆钵上口直径 21 cm、底部直径 15 cm、高 27 cm。每盆栽植野牛草雌株或雄株匍匐茎上的无性分株 1株，以没有营养成分的黄砂作为培养基质，每盆黄砂重 3.5 kg。试验设计 4个氮素配比处理：1）不加氮处理（CK）；2）单一添加硝态氮 N1（NO3-N）；3）单一添加铵态氮 N2（NH4+-N）；4）混合态氮 N3（NO3-N NH4+-N=1 1），不同形态氮素的添加主要通过营养液的方式实现，营养液组成如表 1所示。为防止试验过程中硝化作用，在 N2、N3处理的营养液中添加了硝化抑制剂双氰胺（dicyandiamide，DCD），并通过盐酸和氢氧化钠将营养液的 pH 调至 6.0左右。盆栽幼苗每 57 d用 500 mL 营养液浇灌一次，每次浇灌营养液时随机移动花盆位置，保证所有植株光照情况相同，直到试验结束。每个处理 12盆，每盆 1株，不同性别野牛草植株共计 96盆。植物生长 3个月后试验结束，收获完整植株。首先采集部分叶片鲜样，测定鲜重后用液氮冷冻保存于-80 冰箱中用于测定后续生理指标；其次将剩余各部位用蒸馏水进行冲洗，擦干后进行杀青，后置于 65 烘箱中烘干至恒重。1.3试验方法1.3.1生长性状指标测定植株收获后每个处理选取 12株测量生长性状指标。匍匐茎长度（cm）：用直尺测量匍匐茎尖端到植株底部拉直长度；匍匐茎直径（mm）：用游标卡尺测量从枝条底端开始第 1、2、3段间隔子直径，取平均值；匍匐茎节数：从枝条尖端到底端全部间隔子的数量；间隔子长度（cm）：从枝条底端开始第 1、2、3段间隔子长度的平均值。1.3.2生物量指标测定将野牛草雌株或雄株全株分为根、母株、匍匐茎（分株、间隔子），烘干后分别测量各部位生物量干重，并计算地下部分（根）和地上部分生物量（母株、分株、间隔子）以及各部位的生物量分配比例。根生物量分配比例（%）=根生物量/（根生物量+母株生物量+分株生物量+间隔子生物量）100母株生物量分配比例（%）=母株生物量/（根生物量+母株生物量+分株生物量+间隔子生物量）100分株生物量分配比例（%）=分株生物量/（根生物量+母株生物量+分株生物量+间隔子生物量）100间隔子生物量分配比例（%）=间隔子生物量/（根生物量+母株生物量+分株生物量+间隔子生物量）1001.3.3叶绿素含量的测定称取野牛草新鲜叶片 0.1 g，剪碎后于 10 mL 乙醇/丙酮（体积比 1 1）混合液内避光浸泡提取 18 h，之后使用酶标仪（Multiskan FC，美国）测定在 665和 649 nm波长下的吸光值。叶绿素 a含量（mg g-1）=（13.95A665-6.88A649）0.01/0.1叶绿素 b含量（mg g-1）=（24.96A649-7.32A665）0.01/0.1总叶绿素含量（mg g-1）=（6.63A665+18.08A649）0.01/0.11.3.4叶片氮含量的测定采用碳氢元素分析仪（Elementar vario MACRO cube，德国）测定分株叶片的全氮图 1实验对象选取示意图Fig.1Schematic diagram of experiment object selection67Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）（total nitrogen，TN）含量。1.3.5氮 代 谢 相 关 酶 活 性 测 定采 用 北 京 索 莱 宝（Solarbio）科 技 有 限 公 司 试 剂 盒 测 定 硝 酸 还 原 酶（nitratereductase，NR）、谷 氨 酰 胺 合 成 酶（glutamine synthetase，GS）和 谷 氨 酸 合 成 酶（glutamate synthase，GOGAT）活性，用酶标仪（Multiskan FC，美国）在 340，540和 340 nm波长下测量吸光值并计算酶活性。NR（U g-1）=5.359A340W（A340为反应 30 min前后两个吸光值的差值，W 为样品重量 g）GS（U g-1）=38A540W（A540为测定管与对照管的吸光值差值，W 为样品重量 g）GOGAT（U g-1）=321.5A340W（A340为反应 5 min前后两个吸光值的差值，W 为样品重量 g）1.4数据处理利用 Microsoft Excel 2010对原始数据进行记录整理。采用 SPSS 21.0对数据进行分析，对不同形态氮素处理下野牛草雌雄株生长性状、生物量及生物量分配、叶绿素含量、叶片氮含量及氮代谢相关酶活性的影响进行单因素方差分析（One-way ANOVA）并使用 LSD法进行多重比较。使用 Origin 2018作图。2结果与分析2.1不同形态氮素对野牛草雌雄株生长性状的影响不同形态氮素处理对野牛草雌、雄株的生长性状影响不同（图 2）。野牛草雌、雄株的间隔子长度都在 N2、N3处理下显著短于 N1和 CK，特别是在 N2处理时野牛草雌、雄株的间隔子长度都是最短，分别为 5.79和 2.86 cm，而CK 与 N1之间没有显著差异。野牛草雌、雄株的间隔子直径与间隔子长度表现相近。野牛草雌株的匍匐茎节数在 N2和 N3处理时，同样显著少于 CK 和 N1，然而雄株匍匐茎节数在 N1处理时显著大于其他 3种处理。野牛草雌株的匍匐茎长度在 N2处理时最短（44.67 cm），而雄株匍匐茎长度在 N1处理时显著高于其他 3种处理。2.2不同形态氮素对野牛草雌雄株不同部位生物量及生物量分配的影响由图 3可知，野牛草雌株子株、根的生物量在 N1处理下显著大于其他处理，而 N1处理下母株和间隔子的生物量与 CK 没有显著差异但显著大于其他形态氮素处理。雄株各部位生物量表现与雌株并不一致。雄株的母株生物量在 N3处理下最小，子株、间隔子、根生物量在 N1处理下最大，其中子株和间隔子的生物量在 N1处理和 N3处理表 1不同形态氮素处理的营养液配方Table 1Nutrient solution composition of nitrogen form treatments（mmolL-1）项目Item氯化钾 KCl六水氯化钙 CaCl26H2O七水硫酸镁 MgSO47H2O磷酸二氢钾 KH2（PO4）硝酸钾 KNO3四水硝酸钙 Ca（NO3）24H2O磷酸二氢铵 NH4H2PO4氯化铵 NH4Cl硼酸 H3BO3四水氯化锰 MnCl24H2O七水硫酸锌 ZnSO47H2O钼酸钠 Na2MoO4五水硫酸铜 CuSO45H2O七水硫酸亚铁 FeSO47H2O乙二酸四乙胺二钠 Na2EDTA对照N-free（CK）1.251.250.50.25-0.01160.00460.000190.000120.000080.01250.0125硝态氮NO3-N（N1）-0.50.251.251.25-0.01160.00460.000190.000120.000080.01250.0125铵态氮NH4+-N（N2）1.51.250.5-0.253.50.01160.00460.000190.000120.000080.01250.0125混合态氮NO3-N NH4+-N=1 1（N3）0.25-0.5-1.251.250.253.50.01160.00460.000190.000120.000080.01250.012568第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年图 2不同氮素形态对野牛草雌雄株生长性状的影响Fig.2Effects of nitrogen forms on growth traits of female and male buffalograss不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。下同。Different letters indicate significant differences at 0.05 level.The same below.图 3不同氮素形态对雌雄异株野牛草不同部位生物量的影响Fig.3Effects of nitrogen forms on biomass in different parts of female and male buffalograss69Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）间无显著差异而根的生物量在 N1处理时显著大于 N3处理。此外，野牛草雌株和雄株的地上生物量、地下生物量及总生物量均在 N1处理时最大。其中雌株总生物量在 CK 时显著大于 N2和 N3处理，但地上生物量和地下生物量在 N2处理时显著小于 CK和 N3处理；雄株总生物量在 N2处理时显著大于 CK，但雄株地上、地下生物量在 CK、N2、N3处理之间无显著差异。野牛草雌、雄株均将生物量主要分配于子株。雌株的间隔子生物量分配在 N3处理时显著大于 N1和 CK 处理，根生物量分配在 N1时显著大于 N2；雄株的母株生物量分配在 N1、N2处理时显著大于 N3，子株生物量分配在 N3处理时显著大于 N2。2.3不同形态氮素对野牛草雌雄株叶绿素、N含量的影响从表 2可以看出，不同形态氮素处理对雌株、雄株叶片氮含量的影响不同，雌株叶片氮含量在 N3处理时显著大于其他处理，而雄株在 N1处理时最大。此外，不同形态氮素处理主要对野牛草叶片的叶绿素 a含量及叶绿素总量的影响显著。雌株、雄株的叶绿素 a含量均在 N1处理时显著大于其他处理，雄株叶绿素 a含量在 CK 时最低，雌株叶绿素 a含量在 CK、N2、N3之间无显著差异。雌、雄株的总叶绿素含量在 N1处理时均最高，但雄株在 N1时显著大于 N3，而雌株在 N1和 N3处理之间无显著差异。总的来说，无论差异显著与否，野牛草雌、雄株的叶绿素含量均在 N1处理时高于其他处理。2.4不同形态氮素对野牛草雌雄株氮代谢相关酶活性的影响如图 4所示，野牛草雌株的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶及谷氨酸合成酶的活性均在 N3处理时显著大于其他处理，其中雌株的 NR、GOGAT 活性在 N1处理时与 CK 无显著差异、N2与 CK 有显著差异而 GS活性在 CK、N1、N2处理之间无显著差异。野牛草雄株 NR 活性在 N1处理时显著大于 N2和 CK 处理，但与 N3处理无显著差异，GOGAT活性在 N3处理时显著大于 CK但与 N1和 N2无显著差异，GS活性在 N1处理时显著大于其他处理。表 2不同形态氮素对野牛草雌雄株叶绿素含量、N含量的影响Table 2Effects of nitrogen forms on chlorophyll and nitrogen content of female and male buffalograss（meanSD）处理TreatmentsCKN1N2N3雌株 Female全氮Total nitrogen（%）1.5200.10c1.6810.18bc1.8320.15b2.0210.10a叶绿素 aChla（mg g-1）0.6200.08b0.7950.12a0.7630.14ab0.7230.09ab叶绿素 bChlb（mg g-1）0.1030.020.1280.020.1170.030.1160.01叶绿素总量Chl（mg g-1）0.7230.09b0.9240.14a0.8800.16ab0.8380.10ab雄株 Male全氮Total nitrogen（%）0.7990.07c1.5420.09a1.3910.06b1.4480.09ab叶绿素 aChla（mg g-1）0.4110.06c0.6100.11a0.5460.09b0.4770.07bc叶绿素 bChlb（mg g-1）0.2020.020.2760.110.2550.090.2290.02叶绿素总量Chl（mg g-1）0.6130.08b0.8860.10a0.8010.08ab0.7050.09b注：不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。Note：Different letters indicate significant differences at 0.05 level.Chla：Chlorophyll a；Chlb：Chlorophyll b；Chl：Total chlorophyll.图 4不同形态氮素对野牛草雌雄株氮代谢相关酶活性的影响Fig.4Effects of different nitrogen forms on activities of nitrogen metabolizing enzymes in female and male buffalograss70第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年3讨论自 Darwin30首次认识到雌雄异株植物的生殖差异将导致性别特化和对资源的不同需求以来，植物界中雌雄植株间的各种差异逐步引起人们的注意。野牛草是禾本科植物中少有的雌雄异株植物，性别分化使野牛草单性别植株草坪的建植成为可能。通常，野牛草进入花期后，雄株的花轴高于株丛，花粉成熟后草坪呈现明显的黄色，因此雌株逐渐成了坪用型野牛草。此外，有研究表明野牛草雌株匍匐茎的生长能力要强于雄株9、对锈病的抗性更强10，因此建植野牛草纯雌株草坪可能比现存混合性别草坪更具性价比。然而，早期学者更多地关注野牛草性别分化比例、性别形态学差异及性别决定等研究10，31，对野牛草响应不同环境条件的性别差异研究并不多。氮肥是草坪草需要量最大的营养元素，在草坪植物的生长质量和产量形成中扮演着关键角色。前人研究结果表明，野牛草草坪综合质量随氮素用量的增加而提高27-29，而本研究发现，在野牛草克隆分株培养过程中 N 的施加效果并未像其他研究那么明显。这主要是因为：与其他草坪草相比，野牛草是一种低养护、管理粗放的草坪草，其植株生长可能对 N 养分的丰缺在生长前期并不十分敏感；其次，本试验中施用 N 素浓度并不高，进而导致 N素的施加与对照对野牛草植株生长的影响差别不明显。通常，氮肥对维持和改善草坪质量的作用效果除与施用量有关外32-33，还受氮素形态的影响26。大量研究表明，植物对不同形态氮素的偏好性首先表现为生物量积累的差异34，这可能是因为植物对不同形态氮素的偏好性与植物的光合能力对不同形态氮素响应差异有关。本研究发现野牛草雌株或雄株均在硝态氮处理（N1）时其总生物量、地上生物量、地下生物量都显著最大，表明野牛草雌、雄株的生长均偏喜硝态氮。尽管如此，野牛草雌、雄株在响应铵态氮作为唯一氮源时的表现却不一致，雌株的地上、地下生物量在铵态氮处理时均显著小于铵硝混合氮处理及对照，而雄株反应不明显，这表明野牛草雌株在以铵盐为唯一氮源的情况下可能产生铵盐毒害症状。通常，NH4+-N 抑制植物生长主要与供应 NH4+-N 导致养分（如 K+、Ca2+、Mg2+等阳离子）的吸收减少有关，进而打破植物细胞内的离子平衡35-36。此外，本研究还发现氮素形态对野牛草生长性状的影响与其生物量结果表现相近。植物生长代谢、光合作用和同化物质的基础之一是叶绿素，在一定程度上，叶绿素含量与光合作用的强度关联密切。氮素形态几乎影响了光合作用的各个环节，包括通过影响叶片叶绿素含量、光合速率、暗反应主要酶活性以及光呼吸等，直接或间接影响光合作用。相比对照处理，施氮可提高野牛草雌、雄植株叶绿素含量，其中叶绿素 a含量变化比叶绿素 b更加明显。硝态氮处理（N1）时野牛草雌、雄株的叶绿素 a含量都显著大于 CK，说明硝态氮处理显著提高了野牛草的光合作用，有利于光合产物的积累，从而促进其生物量的积累；而铵态氮或铵硝混合态氮处理对叶绿素 a含量的影响效果相较 CK 并不显著。铵态氮营养对叶绿素的增加影响小的原因可能是铵离子在体内积累，产生毒害作用，从而破坏类囊体结构，导致质子形成受阻，且易形成氧化磷酸化，破坏碳水化合物的形成，降低植物的光合特性37。此外，氮素是叶绿素分子结构的构成要素，供应充分才能保证叶绿体形成和累积，提高叶绿素含量。野牛草雌株叶氮含量在铵硝混合态氮（N3）处理时显著大于单一氮形态处理，表明在铵态氮中加入硝态氮可以缓解铵态氮对野牛草雌株生长的抑制作用，而混合态氮对雄株的影响没有雌株明显。氮代谢是植物生命活动和生长发育必不可少的代谢活动之一，而硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）是植物体内从无机氮变为有机氮过程中最重要的氮代谢相关酶19。NR 活性大小表示氮代谢能力的强弱，故它在整个植物氮代谢的过程中起到关键调控作用。影响 NR 活性的因素有很多，一方面该酶活性高低会随底物浓度的升高而增加，即 NR 活性受硝酸盐的正向调节；另一方面也有研究认为作物在铵硝混合施用时的 NR 活性比单一 NO3-N 营养高，氮素代谢强38。本研究结果显示野牛草雄株的 NR 活性在硝态氮处理时最大，而雌株却在混合态氮处理时最大，表明影响野牛草雌、雄株 NR 活性的因素并不一致。此外，GS 是植物氮素同化中的另一个重要酶类，和 GOGAT 共同完成氨的初始同化。在 GS作用下，NH4+和谷氨酸反应形成谷氨酰胺，然后由 GOGAT 催化谷氨酰胺与-酮戊二酸作用形成两分子的谷氨酸，其中一分子的谷氨酸作为 GS的底物继续同化 NH4+，另一分子谷氨酸可用于合成蛋白质、核酸等含氮化合物39。GS对 NH4+有高度亲和性，可以使植物避免铵积累所造成的毒害40。野牛草雌株在混合态氮（N3）处理时其 GS活性最大，这可能是由 GS 催化形成的产物谷氨酰胺能够反馈抑制 GS活性，由于雌株对铵敏感、NH4+处理对雌株 GS的活性可能产生了下调作用。71Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）然而，并非所有植物 GS基因都是由 NH4+诱导的，NO3-亦能诱导 GS基因的表达41。野牛草雄株 GS活性在硝态氮处理时达最大，这与其植株体内可能存在不受铵态氮调控的 GS相关基因表达有关。GOGAT也是谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶循环途径中起催化作用的关键酶，野牛草雌株在混合氮处理时其 GOGAT活性显著大于单一硝态氮或铵态氮处理，说明混合氮处理可以减轻铵态氮对雌株的铵毒作用；而雄株 GOGAT 活性在 3种形态氮处理下无显著差异，表明雄株在硝态氮处理下仍可以保持与铵态氮或混合氮处理时相近的 GOGAT活性，确保外源NO3-被植物根系吸收后通过木质部运到叶中还原为 NH4+而被 GS/GOGAT 循环同化。总的来说，雌株的氮代谢相关酶在 N3处理时均最高，而雄株则是在 N1处理时最大，该结果与叶片 N含量的结果一致。4结论综上，野牛草雌、雄株的生长均偏喜硝态氮，雌株对铵态氮作为唯一氮源异常敏感而雄株反应不明显。野牛草雌雄株对不同形态氮素的响应存在明显差异，可为人工建植野牛草单性植株草坪合理施氮、提高野牛草对氮的吸收和利用提供科学依据。参考文献 References：1 Slate M L，Rosenstiel T N，Eppley S M.Sex-specific morphological and physiological differences in the moss Ceratodonpurpureus（Dicranales）.Annals of Botany，2017，120（5）：845-854.2 Li N，Meng Z W，Tao M J，et al.Comparative transcriptome analysis of male and female flowers in Spinacia oleracea L.BMCGenomics，2020，21（1）：850.3 Barrett S C H，Hough J.Sexual dimorphism in flowering plants.Journal of Experimental Botany，2013，63（2）：695-709.4 Retuerto R，Vilas J S，Varga S.Sexual dimorphism in response to stress.Environmental and Experimental Botany，2018，146：1-4.5 Juvany M，Munn-Bosch S.Sex-related differences in stress tolerance in dioecious plants：A critical appraisal in a physiologicalcontext.Journal of Experimental Botany，2015，66（20）：6083-6092.6 Xia Z C，He Y，Zhou B，et al.Sex-related responses in rhizosphere processes of dioecious Populus cathayana exposed to droughtand low phosphorus stress.Environmental and Experimental Botany，2020，175：104049.7 Qian Y Q，Sun Z Y，Han L，et al.Photosynthate integration and regulation within clones of buffalograss under heterogeneouswater supply.Acta Ecologica Sinica，2010，30（15）：3966-3973.钱永强，孙振元，韩蕾，等.异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控.生态学报，2010，30（15）：3966-3973.8