缺氮對葉用甘薯生長及生理的影響

何亮珍，蔣元利

（1. 道縣農(nóng)業(yè)委員會，湖南 道縣 425300；2. 湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

缺氮對葉用甘薯生長及生理的影響

何亮珍1，蔣元利2

（1. 道縣農(nóng)業(yè)委員會，湖南 道縣 425300；2. 湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

以葉用型甘薯品種臺農(nóng) 71 和莆薯 53 為試驗(yàn)材料，研究了在水培條件下正常供氮、缺氮以及缺氮后恢復(fù)供氮 3 種處理對不同葉用甘薯生長和生理代謝的影響。結(jié)果表明：缺氮條件下，2個品種的藤蔓生長量下降，根系生長增加，葉綠素含量、葉片凈光合作用、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著下降，葉和根的硝酸還原酶活性下降，而谷氨酰胺酶活性上升，大多數(shù)的必需氨基酸和非必需氨基酸含量均顯著下降，且臺農(nóng)71品種的變化程度大于莆薯 53 品種；缺氮后恢復(fù)供氮，相應(yīng)的指標(biāo)均呈恢復(fù)趨勢，其中各指標(biāo)在莆薯 53 品種中均恢復(fù)到正常供氮水平，表明 2個葉用型甘薯對氮素的敏感性不同，品種臺農(nóng) 71 對氮素的反應(yīng)比品種莆薯 53 更敏感。

缺氮；葉用型甘薯；生長；氨基酸

隨著人們生活水平的提高，優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)、無公害的食品越來越受到人們青睞。葉菜型甘薯由于口味好，營養(yǎng)價值高，具有健身、抗癌、延緩衰老等多種功能，作為新型的保健食品受到廣泛的關(guān)注[1]；另外，由于其具有生長旺盛、栽培簡單，產(chǎn)品容易達(dá)到有機(jī)食品標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外市場廣受歡迎，已為越來越多的普通家庭所接受[2-4]。

缺氮往往導(dǎo)致植物光合器官與產(chǎn)品器官生長失調(diào)，從而使產(chǎn)量和品質(zhì)下降。然而，隨著種植面積的擴(kuò)大，生產(chǎn)中肥料的不恰當(dāng)施用，尤其是氮肥的過量施用不僅使投入成本提高，而且使環(huán)境負(fù)擔(dān)增加。目前我國葉菜用甘薯的研究多集中在品種選育以及栽培技術(shù)方面[5-6]，對葉菜用甘薯尤其是施氮條件下光合特性和氨基酸生理代謝的研究報(bào)道還較少見。筆者在水培條件下研究氮素的施用對葉菜型甘薯光合特性及氨基酸含量的影響，以期為葉菜型甘薯的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為葉菜型甘薯品種臺農(nóng) 71 和莆薯 53，由徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2015 年在道縣營江大棚內(nèi)進(jìn)行。于 2015年 5 月 15 日剪取生長一致、長約 20 cm 且?guī)?2 個節(jié)的薯藤，將其插植于采用蛭石作為基質(zhì)，高 20 cm 和上、下直徑分別為 18 和 12 cm 的塑料盆內(nèi)，每盆插植3株。然后將塑料盆放置于裝有霍格蘭營養(yǎng)液的大塑料盆中培養(yǎng)。培養(yǎng)液中含 1.44 mmol/L 硝酸銨，0.3 mmol/L 磷酸二氫鈉，0.5 mmol/L 硫酸鉀，1.0 mmol/L氯化鈣，1.6 mmol/L 硫酸鎂，0.17 mmol/L 硅酸鈉，0.06 μmol/L 鉬酸銨，15 μmol/L 硼酸，8 μmol/L 氯化錳，0.12 μmol/L 硫酸銅，0.12 μmol/L 硫酸鋅，29 μmol/L 氯化鐵，pH 值 6.0[7]。在 30/25 °C（白天 /晚上），70%～80% 相對濕度和 800 μmol/m2·s 光照強(qiáng)度條件培養(yǎng) 10 d。

試驗(yàn)設(shè)置3個處理，既正常供氮、缺氮（培養(yǎng)液中不含硝酸銨）和缺氮后重新供氮（缺氮 10 d 再添加硝酸銨），設(shè)置 4 次重復(fù)。試驗(yàn)在缺氮處理 10 d 后重新供氮，重新供氮后 10 d 取樣測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

取從莖尖數(shù)倒數(shù)第3片葉進(jìn)行光合作用、葉綠素素、酶活性和氨基酸含量的測定。光合作用采用 Licor 6400 光合儀測定 ；葉綠素和類胡蘿卜素含量采用二甲基亞砜提取，用分光光度計(jì)測定；硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性采用分光光度計(jì)測定；氨基酸含量采用高效液相色譜-質(zhì)譜法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用DPS和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮處理對蔓和根系 生長的影響

由表1可知，缺氮及缺氮后重新供氮對2個葉用甘薯品種的藤蔓和根系的生長具有顯著影響。在缺氮條件下，2個品種的藤蔓生長量與對照相比均顯著降低，其中臺農(nóng)71降低程度更大，但缺氮促進(jìn)了根系的生長，從而提高了根/冠比。與缺氮相比，缺氮后重新供氮顯著促進(jìn)了2個葉用甘薯藤蔓的生長，但仍低于正常供氮處理；缺氮后重新供氮處理下根系長度顯著高于正常供氮，但仍低于缺氮處理。

表1 氮處理對葉用甘薯蔓和根系生長的影響

2.2 氮處理對葉菜型甘薯葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用中能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量是衡量葉片衰老和光合功能的一個重要參數(shù)。由圖1可知，缺氮后2個葉用型甘薯的葉綠含量顯著降低，尤其是臺農(nóng) 71 ；缺氮后重新供氮，臺農(nóng) 71 和莆薯 53的葉綠素含量均比缺氮處理下顯著升高，但臺農(nóng)71的葉綠素含量仍低于正常供氮，而莆薯53的葉綠素含量則與正常供氮處理無顯著差異。

圖1 氮處理對不同葉菜型甘薯品種葉綠素含量的影響

2.3 氮處理對葉菜型甘薯光合作用的影響

從表2可以看出，缺氮對2個葉用型甘薯的光合作用有顯著影響。與正常供氮相比，缺氮處理下2個甘薯品種的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著降低，其中在臺農(nóng)71中下降更大；缺氮后恢復(fù)供氮，2個品種的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率與缺氮相比均有所升高，其中在莆薯53中跟正常供氮無顯著差異，而在臺農(nóng)71中則仍顯著低于正常供氮。

表2 氮處理對不同葉菜型甘薯品種光合特性的影響

2.4 氮處理對葉菜型甘薯氮代謝相關(guān)酶活性的影響

硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶在植物體內(nèi)氮代謝中起著重要的作用，其活性的大小與氮素的代謝和利用密切相關(guān)。由表3可知，在缺氮處理下，2個葉用型甘薯的根和葉中的硝酸還原酶活性與正常供氮相比均顯著下降，在臺農(nóng)71品種中，其根和葉的硝酸還原酶活性下降至正常供氮水平的 34% 和 27% ；而在莆薯 53品種中，其根和葉的硝酸還原酶活性僅下降至正常供氮水平的 74% 和 87% ；恢復(fù)供氮后，臺農(nóng)71 和莆薯 53 這 2 個品種的根和葉的硝酸還原酶活性與缺氮相比顯著升高，其中莆薯53品種與正常供氮無顯著差異，而臺農(nóng)71根和葉的硝酸還原酶活性仍顯著低于正常供氮水平。在缺氮處理下，兩個葉用型甘薯的根和葉中的谷氨酰胺合成酶活性與正常供氮相比均顯著升高，在臺農(nóng) 71品種中，其根和葉的谷氨酰胺合成酶活性比正常供氮水平高 46% 和 60% ；而在莆薯53品種中，其葉的谷氨酰胺合成酶活性比正常供氮水平高了 48%，而根則無顯著差異 ；恢復(fù)供氮后，莆薯53品種根和葉的谷氨酰胺合成酶活性與正常供氮相比無顯著差異，而在臺農(nóng) 71品種中，則仍顯著高于正常供氮水平。

表3 氮處理對不同葉菜型甘薯葉片硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性的影響

2.5 氮處理對葉菜型甘薯葉片氨基酸含量的影響

氮素是植物體內(nèi)合成氨基酸和蛋白質(zhì)的重要組成部分，而氨基酸的種類和含量又是食物營養(yǎng)成份和品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。由表4可以看出，在缺氮處理下，必需氨基酸中除蛋氨酸和蘇氨酸外，非必需氨基酸除丙氨酸和酪氨酸外，其他的必需氨基酸如賴氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸等和非必需氨基酸如甘氨酸、組氨酸、絲氨酸等在2個葉用甘薯品種中與正常供氮相比均顯著下降；恢復(fù)供氮后，檢測到的所有必需氨基酸和非必需氨基酸含量與正常供氮處理相比在2個品種中均顯著升高，且在莆薯53品種中與正常供氮處理相比無顯著性差異，而在臺農(nóng)71品種中仍顯著低于正常供氮水平。

表4 氮處理對不同葉菜型甘薯葉片氨基酸含量的影響 （mg/kg）

3 討論與結(jié)論

葉用甘薯是保健型長壽蔬菜，在我國南方和北方均有食用葉用甘薯的習(xí)慣。但是，隨著人們對葉用甘薯的青睞和需求量的增加，葉用甘薯在栽培過程肥料的施用量，尤其是氮肥增大，對生產(chǎn)綠色高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)葉用甘薯提出挑戰(zhàn)[2-5]。

氮素不僅是植物葉綠素的一個重要組成部分，而且對植物光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的一系列酶的活性有重要影響[6,8-9]。研究結(jié)果表明，缺氮條件下，2個葉用甘薯的藤蔓生長量均顯著下量，光合作用受到抑制，氮代謝相關(guān)酶的活性發(fā)生變化，與品質(zhì)直接相關(guān)的氨基酸含量降低，表明氮素的葉用甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的重要影響因子 ；而臺農(nóng) 71 和莆薯 53 這 2 個品種對缺氮后的反應(yīng)不同，其中臺農(nóng)71反應(yīng)更大，表明其對氮素更為敏感。因此，在生產(chǎn)中宜根據(jù)不同品種對氮素的利用和敏感性不同來采取合適的施肥量。在恢復(fù)供氮后，2個品種的生長和生理指標(biāo)均不同程度的恢復(fù)，表明在生產(chǎn)中一旦缺肥，宜盡快補(bǔ)充，并且宜根據(jù)不同品種來確定施肥時間和施肥量。

總之，適量氮肥有利于葉菜型甘薯光合作用和生物產(chǎn)量的形成，而過量的氮肥出現(xiàn)負(fù)作用，甚至出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。因此，葉菜型甘薯栽培管理宜根據(jù)不同品種對氮素的利用和敏感性來控制氮肥用量。

[1]傅玉凡，曾令江，楊春賢，等 . 葉菜型甘薯蔓尖黃酮類化合物含量在不同品種、部位和采收期的變化 [J]. 中國中藥雜志，2010，（9）：1104-1107.

[2]歐行奇，任秀娟，周 巖 . 葉菜型甘薯莖尖的氨基酸含量及組成分析 [J]. 中國食品學(xué)報(bào)，2007，（4）：120-125.

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[5]王 鳳，王 洋，張 海，等 . 不同栽植方式對葉用甘薯品質(zhì)及產(chǎn)量的影響試驗(yàn) [J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2015，（11）：79-81.

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[7]Lin X Y，Liu X X，Zhang Y P，et al. Short-term alteration of nitrogen supply prior to harvest affects quality in hydroponic-cultivated spinach（Spinacia oleracea）[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2014，94（5）：1020-1025.

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[9]任麗花，余 華，羅土炎，等 . 不同供氮水平對葉菜型甘薯生理指標(biāo)及葉綠體結(jié)構(gòu)的影響 [J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，（3）：360-364.

（責(zé)任編輯：肖彥資）

Effects of Nitrogen Deficiency on the Growth and Physiology of Leaf-vegetable Sweet Potato

HE Liang-zhen1，JIANG Yuan-li2
（1. Dao County Agriculture Bureau, Yongzhou 425300, PRC; 2. Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic, Changsha 410128, PRC）

Took the leaf-vegetable sweet potato Tainong 71 and Pushu 53 as experimental materials, the effects of normal nitrogen supply, nitrogen defi ciency and nitrogen recovery on the growth and physiological metabolism of different sweet potato under hydroponic conditions were studied. The results showed that under the condition of nitrogen defi ciency, 2 varieties of vine growth decreased, root growth increased, leaf chlorophyll content, net photosynthesis, stomatal conductance and transpiration rate decreased significantly, decreased the nitrate reductase activity in roots and leaves, and the transglutaminase activity increased, most of the non-essential amino acid and essential amino acid content decreased signifi cantly, and the change degree of Tainong 71 more than Pushu 53. After the recovery from nitrogen defi ciency, the corresponding index showed a recovery trend, the index in Pushu 53 varieties were restored to normal level. It was showed that the sensitivity of two leaf-vegetable sweet potatoes were different, Tainong 71 was more sensitive than variety Pushu 53 to nitrogen.

nitrogen defi ciency; leaf-vegetable sweet potato; growth; amino acid

S531

A

1006-060X（2017）03-0020-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.007

2017-01-03

湖南省教育廳科研項(xiàng)目（16C0948）

何亮珍（1974-），女，湖南道縣人，農(nóng)藝師，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測工作。

蔣元利