绿色环保肥料增效剂聚天冬氨酸对杨树幼苗生长的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.05.009

摘要/Abstract

摘要：

聚天冬氨酸（PASP）是一种环境友好型高分子氨基酸聚合物，具有肥料增效剂和缓释剂的作用。本研究通过对水培“南林895杨”幼苗设置不同浓度氮和PASP共12个梯度处理，探讨PASP在木本植物杨树中的增效作用和机制。研究发现，在氮供应不足时，营养液中添加一定的PASP促进了杨树幼苗株高、叶片数、地上部分鲜重和氮的利用效率的增加，降低了杨树幼苗根冠比和硝态氮含量。而在高氮条件下施加PASP效果不显著甚至会加重高氮胁迫，抑制植物生长。这些研究结果表明，PASP可以用作杨树的肥料增效剂，添加适量PASP有望在实际生产中促进低氮条件生长的杨树生物量的增加。

关键词: 南林895杨, 聚天冬氨酸, 硝酸还原酶, 天冬氨酸转氨酶, 氮利用效率

Abstract:

Polyaspartic acid（PASP） is an environment-friendly polymeric substance that has been frequently used as fertilizer synergist and sustained release agent in agriculture. In order to investigate the effects of PASP on nitrogen uptake and utilization in poplar seedlings， 12 gradient treatments of different concentrations of nitrogen and PASP were set in the hydroponic-grown poplar hybrid ‘Nanlin 895’ seedlings. The results showed that the addition of PASP in nutrient solution had an obvious promoting effect on poplar growth and development when nitrogen supply was inadequate， and it improved the plant height， number of leaves and shoot biomass and the utilization efficiency of nitrogen， whereas the root to shoot ratio and nitrate concentration in seedlings was decreased. However， the exogenous supplement of PASP aggravated the stress of high nitrogen under the condition of high nitrogen. The results demonstrated that PASP could be used as fertilizer synergist for poplar， and the appropriate addition of PASP under insufficient nitrogen conditions would promote growth performance of poplar seedlings.

Key words: poplar hybrid ‘Nanlin 895’, polyaspartic acid, nitrate reductase, aspartate aminotransferase, nitrogen use efficiency

中图分类号:

S792.11

曹丹, 王世震, 韩梅. 绿色环保肥料增效剂聚天冬氨酸对杨树幼苗生长的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 712-720.

Dan CAO, Shi-Zhen WANG, Mei HAN. Effect of the Environment-friendly Nutrient Synergist Polyaspartic Acid on the Growth of Poplar Seedlings[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(5): 712-720.

图/表 8

表 1

表2

表3

图1

表4

图2

图3

表5

参考文献 33

1	Oldroyd G E D，Leyser O.A plant’s diet，surviving in a variable nutrient environment［J］.Science，2020，368（6486）：eaba0196.
2	Pregitzer K S，Deforest J L，Burton A J，et al.Fine root architecture of nine North American trees［J］.Ecological Monographs，2002，72（2）：293-309.
3	Euring D，Löfke C，Teichmann T，et al.Nitrogen fertilization has differential effects on N allocation and lignin in two Populus species with contrasting ecology［J］.Trees，2012，26（6）：1933-1942.
4	Luo J，Zhou J，Li H，et al.Global poplar root and leaf transcriptomes reveal links between growth and stress responses under nitrogen starvation and excess［J］.Tree Physiology，2015，35（12）：1283-1302.
5	刘奇峰，李卓蓉，吴江婷，等.不同氮素供给水平对84K杨幼苗碳氮代谢的影响［J］.林业科学研究，2019，32（6）：63-72.
	Liu Q F，Li Z R，Wu J T，et al.Effects of nitrogen supply levels on carbon and nitrogen metabolism of Populus alba×P.glandulosa seedlings［J］.Forest Research，2019，32（6）：63-72.
6	Lü S Y，Feng C，Gao C M，et al.Multifunctional environmental smart fertilizer based on L-aspartic acid for sustained nutrient release［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2016，64（24）：4965-4974.
7	Han M，Okamoto M，Beatty P H，et al.The genetics of nitrogen use efficiency in crop plants［J］.Annual Review of Genetics，2015，49：269-289.
8	莫良玉.高等植物氨基酸态氮营养效应研究［D］.杭州：浙江大学，2001.
	Mo L Y.Study on nutritional effects of amino acid Nitrogen in higher plants［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2001.
9	Yang J H，Liu T，Liu H B，et al.Biodegradable PASP can effectively inhibit nitrification，moderate NH₃ emission，and promote crop yield［J］.Archives of Agronomy and Soil Science，2019，65（9）：1273-1286.
10	杨晋辉，刘泰，陈艳雪，等.聚天门冬氨酸/盐的合成、改性及应用研究进展［J］.材料导报，2018，32（11）：1852-1862.
	Yang J H，Liu T，Chen Y X，et al.Synthesis，modification and application of polyaspartic acid/salt：the state-of-art technological advances［J］.Materials Review，2018，32（11）：1852-1862.
11	Kumar A.Polyaspartic acid-a versatile green chemical［J］.Chemical Science Review and Letters，2012，1（3）：162-167.
12	侯晓娜.黄腐酸和聚天冬氨酸对蔬菜氮素吸收及肥料氮转化的影响［D］.北京：中国农业科学院，2013.
	Hou X N.Effects of fulvic acid and polyaspartic acid on nitrogen uptake of vegetables and transformation of fertilizer nitrogen［D］.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2013.
13	梅庆慧.环保型聚合物PASP在农业上的应用研究［D］.上海：华东理工大学，2005.
	Mei Q H.Study on the application of environmental friendly polymer PASP in agriculture［D］.Shanghai：East China University of Science and Technology，2005.
14	金亚波，田兆福，韦建玉，等.一种烟草专用聚天冬氨酸增效复合肥料及其制备方法：CN，104628476A［P］.2015-05-20.
	Jin Y B，Tian Z F，Wei J Y，et al.Polyaspartic acid synergistic compound fertilizer special for tobacco and preparation method thereof：CN，104628476A［P］.2015-05-20.
15	曹本福，陆引罡，刘丽，等.减施氮肥下聚天冬氨酸对烤烟生理特性及氮肥去向的影响［J］.水土保持学报，2019，33（5）：223-229.
	Cao B F，Lu Y G，Liu L，et al.Effects of polyaspartic acid on physiological characteristics and fate of nitrogen fertilizer in flue-cured tobacco with nitrogen fertilizer reduction［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2019，33（5）：223-229.
16	王耀强，朱文龙，郑凯，等.聚天冬氨酸对植物营养液增效的研究［J］.中国农学通报，2017，33（15）：62-70.
	Wang Y Q ，Zhu W L，Zheng K，et al.Synergy of polyaspartic acid in plant nutrient solution［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2017，33（15）：62-70.
17	张洪生，井涛，赵美爱，等.聚天冬氨酸和保水剂对干旱条件下玉米幼苗生长的影响［J］.中国农学通报，2013，29（6）：59-62.
	Zhang H S，Jing T，Zhao M A，et al.Effects of polyaspartic acid （PASP） and water-retention agent on the growth in maize （Zea mays L.） at seedling stage under water deficit condition［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2013，29（6）：59-62.
18	郭斌.缓控释氮肥在玉米增产增效中的应用研究进展［J］.南方农业，2020，14（26）：220-221.
	Guo B.Research progress on application of slow and controlled release nitrogen fertilizer to increase yield and efficiency of maize［J］.South China Agriculture，2020，14（26）：220-221.
19	唐会会，许艳丽，王庆燕，等.聚天门冬氨酸螯合氮肥减量基施对东北春玉米的增效机制［J］.作物学报，2019，45（3）：431-442.
	Tang H H，Xu Y L，Wang Q Y，et al.Increasing spring maize yield by basic application of PASP chelating nitrogen fertilizer in northeast China［J］.Acta Agronomica Sinica，2019，45（3）：431-442.
20	Deng F，Wang L，Ren W J，et al.Optimized nitrogen managements and polyaspartic acid urea improved dry matter production and yield of indica hybrid rice［J］.Soil and Tillage Research，2015，145：1-9.
21	Deng F，Wang L，Mei X F，et al.Polyaspartic acid（PASP）-urea and optimised nitrogen management increase the grain nitrogen concentration of rice［J］.Scientific Reports，2019，9：313.
22	朱凌宇，徐荣，张家宏，等.聚天冬氨酸增效复合肥在小麦上的应用效果［J］.江苏农业科学，2016，44（6）：132-134.
	Zhu L Y，Xu R，Zhang J H，et al.Application effect of PASP effective compound fertilizers on wheat［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2016，44（6）：132-134.
23	魏军.聚天冬氨酸水凝胶的合成及其应用［D］.北京：北京化工大学，2016.
	Wei J.The synthesis and application of polyaspartic acid hydrogrl［D］.Beijing：Beijing University of Chemical Technology，2016.
24	Ehlting B，Dluzniewska P，Dietrich H，et al.Interaction of nitrogen nutrition and salinity in Grey poplar（Populus tremula × alba）［J］.Plant，Cell & Environment，2007，30（7）：796-811.
25	邹琦.植物生理学实验指导［M］.北京：中国农业出版社，2000：56-59，125-126.
	Zou Q.Experimental instruction in plant physiology［M］.Beijing：China Agriculture Press，2000：56-59，125-126.
26	Lin C C，Kao C H.Disturbed ammonium assimilation is associated with growth inhibition of roots in rice seedlings caused by NaCl［J］.Plant Growth Regulation，1996，18（3）：233-238.
27	Gan H H，Jiao Y，Jia J B，et al.Phosphorus and nitrogen physiology of two contrasting poplar genotypes when exposed to phosphorus and/or nitrogen starvation［J］.Tree Physiology，2016，36（1）：22-38.
28	Wang Q Y，Tang H H，Li G Y，et al.Polyaspartic acid improves maize（Zea mays L.） seedling nitrogen assimilation mainly by enhancing nitrate reductase activity［J］.Agronomy，2018，8（9）：188.
29	Patterson K，Cakmak T，Cooper A，et al.Distinct signalling pathways and transcriptome response signatures differentiate ammonium-and nitrate-supplied plants［J］.Plant，Cell & Environment，2010，33（9）：1486-1501.
30	应贤强.茚三酮比色法测定水中微量氨含量［J］.化肥工业，2011，38（3）：27-30.
	Ying X Q.Determination of trace ammonia content in water by ninhydr in colorimetry［J］.Journal of the Chemical Fertilizer Industry，2011，38（3）：27-30.
31	Good A G，Shrawat A K，Muench D G.Can less yield more？ Is reducing nutrient input into the environment compatible with maintaining crop production？［J］.Trends in Plant Science，2004，9（12）：597-605.
32	Finzi A C，Norby R J，Calfapietra C，et al.Increases in nitrogen uptake rather than nitrogen-use efficiency support higher rates of temperate forest productivity under elevated CO₂［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2007，104（35）：14014-14019.
33	于晓英.聚天冬氨酸的开环改性及其缓蚀性能研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.
	Yu X Y.The study on modified pasp and its corrosion inhibition performance［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2006.

	氮浓度 Nitrogen concentration （mmol·L^-1）	PASP浓度 PASP concentration （mg·L^-1）	供氮量 Nitrogen supply （g/each plant）
1	0	0	0
2	0	100	0
3	0	200	0
4	0.2	0	0.007
5	0.2	100	0.007
6	0.2	200	0.007
7	2	0	0.07
8	2	100	0.07
9	2	200	0.07
10	10	0	0.35
11	10	100	0.35
12	10	200	0.35

氮浓度 Nitrogen concentration （mmol·L^-1）	PASP浓度 PASP concentration （mg·L^-1）	地上部分鲜重 Shoot fresh weight （g）	根鲜重 Root fresh weight （g）	根冠比 Root shoot ratio	株高 Height（cm）	根长 Root length（cm）	叶片数 blade quantity	叶面积 Leaf area（mm^2）
0	0	0.415±0.067d	0.326±0.029b	0.8±0.161a	13.4±0.656d	14.833±1.95ab	6.667±1.528d	797.467±174.363d
0	100	0.897±0.086cd	0.398±0.112b	0.45±0.147bc	16.733±0.874bcd	16.5±4.451a	7.667±1.155cd	1 605±363.736ab
0	200	1.351±0.394c	0.488±0.096b	0.278±0.115de	17.267±2.369bc	15.467±4.1ab	10±0bc	1 384.733±523.014abc
0.2	0	0.949±0.117cd	0.473±0.074b	0.503±0.089b	18.567±1.332ab	15.6±0.755ab	8±1.732cd	1 134.333±75.368bcd
0.2	100	1.459±0.381bc	0.515±0.094b	0.358±0.029bcde	19.667±2.021ab	14.3±3.315abc	10.333±2.517abc	1 650.333±261.041ab
0.2	200	1.364±0.117c	0.424±0.056b	0.311±0.042cde	18.367±2.139ab	15.633±1.656ab	11.667±1.528ab	1 472.667±419.769abc
2	0	1.496±0.236bc	0.424±0.058b	0.284±0.01de	19.2±0.917ab	14.867±2.203ab	11±1ab	1 728.333±219.719a
2	100	2.119±0.709ab	0.569±0.18ab	0.269±0.005e	21.367±4.455a	14.633±0.071ab	13±2.121a	1 440.25±245.704abc
2	200	1.187±0.015abc	0.381±0.071b	0.321±0.056cde	17.35±0.212ab	13.9±0.566ab	11.5±0.707ab	1 428.667±359.78abc
10	0	2.217±0.548a	0.785±0.326a	0.345±0.054cde	18.9±1.345ab	11.167±1.756bcd	12.333±0.577ab	923.433±229.832cd
10	100	0.865±0.261cd	0.362±0.064b	0.433±0.077bcd	14.067±1.242cd	9.167±0.85d	9.667±2.309bc	1 255.333±167.166abc
10	200	1.039±0.362cd	0.351±0.092b	0.344±0.033cde	14±2.358cd	9.933±1.15cd	9.667±1.155bc	1 362.333±300.507abcd

氮浓度 Nitrogen concentration （mmol·L^-1）	PASP浓度 PASP concentration （mg·L^-1）	NUtE （g·g^-1）
0.2	0	28.47±3.51b
0.2	100	43.78±11.421a
0.2	200	40.91±3.504a
2	0	4.488±0.708c
2	100	6.357±1.976c
2	200	4.672±1.927c
10	0	1.33±0.329c
10	100	0.519±0.157c
10	200	0.624±0.217c

[1]	赵晓菊, 张丽霞, 满秀玲. NO对盐胁迫下长春花种子萌发和幼苗生理代谢的影响[J]. 植物研究, 2018, 38(5): 669-674.
[2]	张旭强, 赵敏, 陈璐, 安炎黄, 杨鹏军, 王新霞, 杨宁. 干旱胁迫下拟南芥磷脂酶Dδ与一氧化氮在种子萌发中的信号关系[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 526-534.
[3]	张　杰;彭胜民;周　波;战晴晴;张荣沭;马凤鸣*. RT-PCR克隆甜菜硝酸还原酶cDNA全长序列及分析[J]. 植物研究, 2008, 28(4): 412-416.
[4]	张杰, 邹学忠, 杨传平, 王宏, 汪春蕾, 张桂琴. 硝酸还原酶和可溶性蛋白对蒙古栎种源生长的影响[J]. 植物研究, 2005, 25(3): 317-321.
[5]	吴晓玲, 谢亚军, 巫鹏举, 邓光存. 植物生长调节剂对银柴胡细胞生长特性的影响[J]. 植物研究, 2005, 25(2): 173-176.
[6]	金则新, 柯世省, 钟章成. 大血藤叶的生长及光合生理生态特性研究[J]. 植物研究, 2002, 22(2): 184-189.
[7]	冯玉龙, 姜淑梅, 敖红, 王文章. 长白落叶松氮素营养及与生长的关系[J]. 植物研究, 1999, 19(4): 428-434.