钼源及其掺入尿素颗粒的方法对15N-肥料回收率、光合相关参数和甘蔗生长的影响

《Plant and Soil》：Molybdenum sources and incorporation methods into urea granules: impacts on 15N-fertilizer recovery, photosynthesis-related parameters, and sugarcane growth

　　

背景与目标 维持和扩大甘蔗（*Saccharum* spp.）系统依赖于降低生产成本和环境影响，提高氮（N）利用效率（NUE）已成为核心挑战。在此背景下，钼（Mo）是硝酸还原酶（nitrate reductase）和固氮酶（nitrogenase）的辅因子，可能在增强植物氮代谢中发挥战略作用。因此，研究人员假设向尿素中添加Mo可能上调植物对肥料N的回收并改善NUE。研究人员的目的是评估Mo添加方法和来源对¹⁵N-尿素颗粒中¹⁵N回收率、光合相关参数和植物氮循环酶的影响。方法 在受控条件下进行了2×2+1因子实验，持续140天。处理包括Mo添加到尿素颗粒的方法（包膜和掺入）以及Mo来源（钼酸铵（ammonium molybdate）和纳米三氧化钼（nanoparticulated Mo trioxide））。还设置了一个未施Mo的处理，添加常规尿素。肥料在实验室中用圆盘造粒机造粒。测定了甘蔗植株的¹⁵N回收率、N和Mo积累、叶片气体交换和叶绿素a荧光，以及酶活测定（硝酸还原酶（nitrate reductase）、谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase）和脲酶（urease））。结果 向尿素中添加Mo并未改变甘蔗的¹⁵N回收率和净光合速率。然而，Mo供应在温度升高的情况下改变了气孔导度，并影响了植物生长过程中酶的活性。结论 富Mo尿素能有效地向甘蔗提供这一微量营养素；然而，在本研究评估的受控条件下，它并未改善N的获取或代谢。

**论文解读**

研究背景：巴西是全球最大的甘蔗生产国，但氮肥利用率（NUE）偏低（约30%），导致氮损失和温室气体排放。尿素是主要氮源，但田间损失可达68%。钼（Mo）作为硝酸还原酶（nitrate reductase）和固氮酶的辅因子，可能通过促进氮代谢来提高氮利用效率。然而，Mo与尿素结合的方式（包膜或掺入）以及不同Mo源（钼酸铵与纳米三氧化钼）对肥料氮回收、光合作用和氮循环酶的影响尚不明确。因此，研究人员开展了这项研究。

研究人员开展了2×2+1因子实验，于受控温室中持续140天，评估两种Mo源（钼酸铵、纳米三氧化钼）和两种添加方法（包膜、掺入）对甘蔗吸收¹⁵N标记尿素的影响，并设置未施Mo对照。结果发现，Mo添加未改变¹⁵N回收率和净光合速率，但影响了气孔导度（gs）及氮代谢酶活性。研究表明，富Mo尿素虽能有效供应Mo，但在本实验条件下未能改善甘蔗的氮获取或代谢。该研究为钼与尿素结合的技术选择提供了依据，论文发表在《Plant and Soil》。

关键技术方法：研究采用2×2+1因子设计，以圆盘造粒机制备富含¹⁵N和Mo的尿素颗粒（包膜或掺入）。土壤取自巴西Piracicaba商业甘蔗田（砂质Entisol），甘蔗品种为CTC4。在140天内，使用同位素质谱法测定¹⁵N回收率；利用红外气体分析仪（LI-6400XT）测量净光合速率（A）和气孔导度（gs）；通过叶绿素荧光测定有效量子产率（Φ_PSII）及能量耗散参数；测定叶片硝酸还原酶（nitrate reductase, NR）、谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, GS）和脲酶（urease, US）活性；用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析Mo浓度。

研究结果：
**光合速率、叶绿素a荧光和酶活性**：净光合速率（A）在各处理间无显著差异。气孔导度（gs）在140天时受Mo添加影响增加，尤其以钼酸铵（ammonium molybdate）包膜处理显著高于三氧化钼（Mo trioxide）。叶绿素a荧光参数（有效量子产率Φ_PSII、调节性能量耗散Φ_NPQ、非调节性能量耗散Φ_NO及表观电子传递速率ETR）均未受Mo处理影响。酶活性方面：谷氨酰胺合成酶（GS）在80和110天时以钼酸铵包膜处理活性最高（较对照高37%和27%），而在140天时掺入的Mo三氧化钼处理活性更高；硝酸还原酶（NR）仅在140天时因Mo供应而降低12%；脲酶（US）活性受Mo添加方法影响，80和140天时钼酸铵包膜处理高于掺入处理。

**¹⁵N回收、氮含量和生物量**：分蘖+叶片和根系的生物量无处理差异，但茎秆生物量在Mo三氧化钼处理下比钼酸铵高12%。根系的¹⁵N来源于肥料比例（Ndff%）在Mo添加处理下比对照高4.8%。总¹⁵N回收率不受处理影响，平均为63%，未回收的¹⁵N占6.8%。Mo掺入处理稍提高茎秆和整株氮积累，但与Mo添加总体均值相比未超对照。

**Mo浓度和积累**：叶片Mo浓度在80天时Mo添加处理约为对照的9倍，最高达13.9 mg kg^-1，140天仍显著高于对照（5.92 vs 0.83 mg kg^-1）。整株Mo积累量在掺入Mo三氧化钼处理下最高。Mo吸收效率（MoUE）在所有Mo添加处理中均显著高于对照。

总结讨论：研究人员在讨论中指出，高温条件下Mo供应维持了气孔导度（gs），这可能与Mo参与脱落酸（ABA）合成有关。但净光合速率（A）未受影响，可能与处理间氮积累无差异有关。酶活响应因Mo源和添加方法而异：钼酸铵包膜提前激活谷氨酰胺合成酶（GS）和脲酶（US），而掺入Mo三氧化钼在后期激活GS，显示Mo源溶解度影响酶活时间模式。硝酸还原酶（NR）活性在后期下降，可能与叶片Mo浓度降低同步。尽管Mo吸收增加，但生物量未显著改善，表明甘蔗对Mo的反应受品种和环境限制。研究结论认为，富Mo尿素有效供应Mo，但未改善本实验条件下的氮利用效率；Mo源和添加方法的选择应更多基于经济技术考量，而非氮利用效率差异。结论原文翻译：富Mo尿素，无论其来源（钼酸铵或纳米三氧化钼）和添加方法（包膜或掺入），在140天的种植期内均未改变生物量或肥料来源氮的比例，表明在本实验条件下，Mo供应并未限制甘蔗的氮利用效率。尽管如此，所有富Mo尿素配方均同样有效地增加了植物组织中的Mo积累，表明包膜和掺入都是将Mo与N一起施用的可行策略。叶片Mo浓度达到14 mg kg^-1时未出现可见毒性症状，且氮相关酶活性维持，表明甘蔗对该微量营养素具有广泛的生理耐受性，支持了目前采用的临界水平可能偏保守的观点。研究结果表明，用Mo强化尿素可以同步Mo供应与氮肥施用，简化微量元素管理。因此，Mo源和添加方法的选择可能主要基于经济和技术考虑，而非随时间变化的氮利用效率差异。