施氮量對(duì)當(dāng)歸氮代謝的影響

楊海林，繆志偉，邱黛玉*

（1.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州730070；3.甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070）

當(dāng)歸（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）為傘形科多年生草本藥用植物[1]，在其生產(chǎn)中存在過量施肥現(xiàn)象，尤其氮肥過量較為普遍，對(duì)土壤環(huán)境及藥材品質(zhì)均產(chǎn)生負(fù)面影響。氮代謝是當(dāng)歸對(duì)氮素吸收、同化和利用的基本途徑之一[2]，為當(dāng)歸的生長(zhǎng)發(fā)育及碳代謝過程提供光合色素和酶蛋白[3]，直接影響著當(dāng)歸的產(chǎn)量和品質(zhì)。硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酰胺脫氫酶（GDH）作為參與植物氮素同化的3個(gè)關(guān)鍵酶，在植物氮代謝中具有十分重要的作用[4]。其中NR活性的高低關(guān)系到無機(jī)氮的利用率，GS和GDH是氮代謝中氨同化的關(guān)鍵酶[5]。植物葉片中可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸反映著葉片酶蛋白功能的變化，其含量代表葉片氮代謝水平的高低，同時(shí)也是反映葉片衰老的指標(biāo)之一[6]。據(jù)現(xiàn)有研究推測(cè)，這3種酶在一定活性范圍內(nèi)還可能具有緩解植物的銨毒害效用[7]。本試驗(yàn)研究在不同栽培模式下施氮量對(duì)當(dāng)歸氮代謝的影響以及氮代謝關(guān)鍵酶活性的變化，以期為當(dāng)歸種植的高效施氮提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在甘肅省漳縣金鐘鎮(zhèn)。該地區(qū)屬高寒陰濕二陰區(qū)，海拔2557m，多年平均降水量550～600mm，年平均氣溫5.0～5.5℃，無霜期110～135d，≥0℃年積溫2309℃，≥10℃年積溫1523℃。土質(zhì)為黑麻土，前茬作物青稞。試驗(yàn)地pH值7.6，全氮1.48g/kg、全磷0.75g/kg、NH4-N7.43mg/kg、速效磷15.31mg/kg、速效鉀205.9mg/kg。

1.2 供試材料

試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)厮庌r(nóng)自育一年生種苗。地膜為甘肅天寶塑業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的黑色塑料地膜。供試肥料養(yǎng)分含量：尿素含N46%，磷酸二銨含P2O546%、N18%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)栽培方式和施氮量2個(gè)因素。栽培方式設(shè)3種：全膜雙壟壟栽（C1）、全膜雙壟溝栽（C2）、全膜單壟壟栽（C3）。施氮量設(shè)4個(gè)水平：N1：0kg/hm2、N2：96kg/hm2、N3：192kg/hm2、N4：288kg/hm2。試驗(yàn)共12個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共36個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積13.5m2（3m×4.5m），小區(qū)間距0.5m，周圍設(shè)置1m保護(hù)行。各處理施磷量以P2O5計(jì)，均為138kg/hm2，所有肥料均在移栽前結(jié)合耕地一次性以基肥施入，中期不再追肥。試驗(yàn)于2018年4月1日進(jìn)行移栽，田間管理同大田，10月19日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

分別于6月29日、8月25日和10月19日進(jìn)行氮代謝關(guān)鍵酶的測(cè)定，取樣方法為每小區(qū)隨機(jī)取樣5株，摘取頂端幼嫩葉片，液氮罐帶回，備用。

NR采用活體法測(cè)定[8]；GS參考黃學(xué)奎（2015）的方法測(cè)定[9]；GDH參考LinCC（1996）的方法測(cè)定[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0和Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 當(dāng)歸葉片硝酸還原酶的活性變化動(dòng)態(tài)

由表1可知，硝酸還原酶在當(dāng)歸生長(zhǎng)期基本呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。從栽培方式、施氮水平來看，施氮可不同程度提高硝酸還原酶的活性，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期（6月29日），全膜雙壟溝栽C2較全膜雙壟壟栽C1提高了8.82%～27.79%；在當(dāng)歸根部膨大期（8月25日），C2較C1提高了8.40%～11.54%；在收獲期（10月19日），C2較C1提高了15.75%～46.76%，全膜雙壟溝栽模式優(yōu)勢(shì)明顯。從施氮水平上看，N3水平促進(jìn)硝酸還原酶活性效應(yīng)顯著，在根部膨大期，N3較N1提高了16.26%～23.60%；在收獲期，N3較N1提高了36.73%～77.21%，過量施氮（N4）硝酸還原酶活性不再增加。因此，全膜雙壟溝栽及施氮192kg/hm2處理（C2N3）有利于當(dāng)歸葉片硝酸還原酶活性的提升。

表1 不同處理對(duì)當(dāng)歸硝酸還原酶活性的影響

2.2 當(dāng)歸葉片谷氨酰胺合成酶的活性變化動(dòng)態(tài)

表2 不同處理對(duì)當(dāng)歸谷氨酰胺合成酶活性的影響

在當(dāng)歸生長(zhǎng)期內(nèi)，谷氨酰胺合成酶呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。從栽培方式上看，各施氮處理下，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，C2較C1相比提高了9.26%～15.49%。在當(dāng)歸根部膨大期，C2較C1相比提高了9.07%～22.51%；在收獲期，C2較C1提高了24.49%～32.89%。全膜雙壟溝栽模式具有顯著優(yōu)勢(shì)。從施氮水平上看，N3水平顯著促進(jìn)谷氨酰胺合成酶的活性，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，N3較N1相比提高了10.44%～23.03%；在根部膨大期，N3較N1相比提高了35.33%～56.22%；在當(dāng)歸收獲期，N3較N1相比提高了53.94%～71.18%（見表2）。因此，全膜雙壟溝栽及施氮192kg/hm2處理（C2N3）有利于當(dāng)歸葉片谷氨酰胺合成酶活性的提高。

2.3 當(dāng)歸葉片谷氨酰胺脫氫酶的活性變化動(dòng)態(tài)

隨著當(dāng)歸生育期的不斷推進(jìn)，谷氨酰胺脫氫酶呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)，在根部膨大期達(dá)到峰值，隨后開始降低。各施氮水平下，全膜雙壟溝栽模式下當(dāng)歸葉片谷氨酰胺脫氫酶活性較其他模式顯著提高。從施氮水平上看，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，不同覆膜壟作模式下，N4較N1相比提高了55.56%～70.0%；在當(dāng)歸根部膨大期，N3較N1相比提高了35.71%～48.28%；在當(dāng)歸收獲期，N3較N1相比提高了33.33%～75.00%（見表3）。因此，全膜雙壟溝栽及施氮192kg/hm2處理（C2N3）有利于當(dāng)歸葉片谷氨酰胺脫氫酶活性的提升。

表3 不同處理對(duì)當(dāng)歸谷氨酰胺脫氫酶活性的影響

2.4 栽培方式與施氮對(duì)當(dāng)歸葉片游離氨基酸含量的影響

從當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期到根部膨大期，氨基酸呈現(xiàn)出緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，到收獲期則大幅下降。從栽培方式上看（見表4），在不同施氮處理下，當(dāng)歸的地上生長(zhǎng)旺盛期和根部膨大期都表現(xiàn)出C2＞C3＞C1。在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，在不同施氮量水平下，C2較C1相比提高了3.59%～23.97%；在當(dāng)歸根部膨大期，C2較C1相比提高了5.64%～15.86%；在收獲期，C2較C1相比提高了11.90%～14.00%。全膜雙壟溝栽可顯著促進(jìn)當(dāng)歸葉片游離氨基酸的積累。從施氮水平上看，N3水平促進(jìn)游離氨基酸含量效應(yīng)顯著，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，不同覆膜栽培模式下，N3較N1相比提高了14.74%～37.31%；在當(dāng)歸根部膨大期，N3較N1相比提高了31.20%～43.88%；在當(dāng)歸收獲期，N3較N1相比提高了18.53%～30.56%。過量施氮反而抑制游離氨基酸的積累。因此，全膜雙壟溝栽及施氮192kg/hm2處理（C2N3）有利于當(dāng)歸葉片游離氨基酸含量的提升。

表4 不同處理對(duì)當(dāng)歸葉片氨基酸含量的影響

2.5 栽培方式與施氮對(duì)當(dāng)歸葉片可溶性蛋白質(zhì)的影響

在當(dāng)歸生長(zhǎng)期內(nèi)，可溶性蛋白質(zhì)的含量總體呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化。從栽培方式看（見表5），各施氮量水平下，施氮可不同程度提高可溶性蛋白質(zhì)的含量，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，C3較C1相比提高了9.33%～26.28%；在根部膨大期，C3較C1相比提高了8.06%～14.02%；在收獲期，C3較C2相比提高了6.60%～15.63%，全膜單壟壟栽模式優(yōu)勢(shì)明顯。從施氮水平上看，N4水平可顯著促進(jìn)可溶性蛋白質(zhì)的含量，在當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期，相應(yīng)的覆膜壟作模式下，N4較N1相比提高了18.90%～38.17%；在根部膨大期，N4較N1相比提高了27.77%～40.47%；在收獲期，N4較N1相比提高了76.91%～91.91%。因此，全膜單壟壟栽及施氮288kg/hm2處理（C3N4）有利于當(dāng)歸葉片可溶性蛋白質(zhì)大量積累。

表5 不同處理對(duì)當(dāng)歸葉片可溶性蛋白質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，自當(dāng)歸地上部分生長(zhǎng)旺盛期開始，一直到收獲期結(jié)束，NR活性不斷降低，GS和GDH活性波動(dòng)降低，說明NR在地上部分生長(zhǎng)旺盛期的氮代謝中起主導(dǎo)作用，當(dāng)歸主要進(jìn)行硝酸鹽同化。在根部膨大期，NR活性衰減，GS和GDH活性升高，說明在根部膨大期當(dāng)歸主要進(jìn)行氨同化過程，在3種栽培模式中，全膜雙壟溝栽與其他2種方式相比更有利于提升NR、GS、GDH活性[11]，未施氮水平下顯著小于施氮水平，說明增施氮肥對(duì)當(dāng)歸提升氮代謝強(qiáng)度有顯著影響，但過量增施氮肥其提升效應(yīng)不再增加。氨基酸與可溶性蛋白質(zhì)在當(dāng)歸生長(zhǎng)全時(shí)期的變化趨勢(shì)相同，與GS、GDH活性趨勢(shì)大致相同，說明在根部膨大期GS活性增強(qiáng)，氮代謝中氨同化過程加強(qiáng)，生成氮代謝產(chǎn)物氨基酸與可溶性蛋白質(zhì)增多，根部膨大期后，氨同化過程強(qiáng)度開始衰減，生成的氮代謝產(chǎn)物也開始降低，且施氮量顯著影響氨基酸含量，其中C3N3處理最有利于提高氨基酸含量，過量施氮同樣抑制氨基酸含量的增長(zhǎng)，而可溶性蛋白質(zhì)則是隨著施氮量的增加而增加。綜合考慮，全膜雙壟溝栽在施氮量192kg/hm2下最有利于提高當(dāng)歸氮代謝能力，促進(jìn)當(dāng)歸的生長(zhǎng)發(fā)育。