施氮量對當歸氮代謝的影響

楊海林，繆志偉，邱黛玉*

（1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅蘭州730070；2.甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州730070；3.甘肅省中藥材規范化生產技術創新重點實驗室，甘肅蘭州730070）

當歸（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）為傘形科多年生草本藥用植物[1]，在其生產中存在過量施肥現象，尤其氮肥過量較為普遍，對土壤環境及藥材品質均產生負面影響。氮代謝是當歸對氮素吸收、同化和利用的基本途徑之一[2]，為當歸的生長發育及碳代謝過程提供光合色素和酶蛋白[3]，直接影響著當歸的產量和品質。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個關鍵酶，在植物氮代謝中具有十分重要的作用[4]。其中NR活性的高低關系到無機氮的利用率，GS和GDH是氮代謝中氨同化的關鍵酶[5]。植物葉片中可溶性蛋白質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，同時也是反映葉片衰老的指標之一[6]。據現有研究推測，這3種酶在一定活性范圍內還可能具有緩解植物的銨毒害效用[7]。本試驗研究在不同栽培模式下施氮量對當歸氮代謝的影響以及氮代謝關鍵酶活性的變化，以期為當歸種植的高效施氮提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在甘肅省漳縣金鐘鎮。該地區屬高寒陰濕二陰區，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℃。土質為黑麻土，前茬作物青稞。試驗地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

試驗采用當地藥農自育一年生種苗。地膜為甘肅天寶塑業有限責任公司生產的黑色塑料地膜。供試肥料養分含量：尿素含N46%，磷酸二銨含P2O546%、N18%。

1.3 試驗設計

試驗采用雙因素隨機區組設計，設栽培方式和施氮量2個因素。栽培方式設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4個水平：N1：0kg/hm2、N2：96kg/hm2、N3：192kg/hm2、N4：288kg/hm2。試驗共12個處理，每個處理重復3次，共36個小區，小區面積13.5m2（3m×4.5m），小區間距0.5m，周圍設置1m保護行。各處理施磷量以P2O5計，均為138kg/hm2，所有肥料均在移栽前結合耕地一次性以基肥施入，中期不再追肥。試驗于2018年4月1日進行移栽，田間管理同大田，10月19日收獲。

1.4 測定指標及方法

分別于6月29日、8月25日和10月19日進行氮代謝關鍵酶的測定，取樣方法為每小區隨機取樣5株，摘取頂端幼嫩葉片，液氮罐帶回，備用。

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

1.5 數據處理

采用SPSS20.0和Excel2010進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 當歸葉片硝酸還原酶的活性變化動態

由表1可知，硝酸還原酶在當歸生長期基本呈現逐漸降低的趨勢。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，在當歸地上部分生長旺盛期（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勢明顯。從施氮水平上看，N3水平促進硝酸還原酶活性效應顯著，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）有利于當歸葉片硝酸還原酶活性的提升。

表1 不同處理對當歸硝酸還原酶活性的影響

2.2 當歸葉片谷氨酰胺合成酶的活性變化動態

表2 不同處理對當歸谷氨酰胺合成酶活性的影響

在當歸生長期內，谷氨酰胺合成酶呈現先增長后降低的趨勢。從栽培方式上看，各施氮處理下，在當歸地上部分生長旺盛期，C2較C1相比提高了9.26%～15.49%。在當歸根部膨大期，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勢。從施氮水平上看，N3水平顯著促進谷氨酰胺合成酶的活性，在當歸地上部分生長旺盛期，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）有利于當歸葉片谷氨酰胺合成酶活性的提高。

2.3 當歸葉片谷氨酰胺脫氫酶的活性變化動態

隨著當歸生育期的不斷推進，谷氨酰胺脫氫酶呈現出波動下降的趨勢，在根部膨大期達到峰值，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，在當歸地上部分生長旺盛期，不同覆膜壟作模式下，N4較N1相比提高了55.56%～70.0%；在當歸根部膨大期，N3較N1相比提高了35.71%～48.28%；在當歸收獲期，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）有利于當歸葉片谷氨酰胺脫氫酶活性的提升。

表3 不同處理對當歸谷氨酰胺脫氫酶活性的影響

2.4 栽培方式與施氮對當歸葉片游離氨基酸含量的影響

從當歸地上部分生長旺盛期到根部膨大期，氨基酸呈現出緩慢增長的趨勢，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，當歸的地上生長旺盛期和根部膨大期都表現出C2＞C3＞C1。在當歸地上部分生長旺盛期，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當歸葉片游離氨基酸的積累。從施氮水平上看，N3水平促進游離氨基酸含量效應顯著，在當歸地上部分生長旺盛期，不同覆膜栽培模式下，N3較N1相比提高了14.74%～37.31%；在當歸根部膨大期，N3較N1相比提高了31.20%～43.88%；在當歸收獲期，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）有利于當歸葉片游離氨基酸含量的提升。

表4 不同處理對當歸葉片氨基酸含量的影響

2.5 栽培方式與施氮對當歸葉片可溶性蛋白質的影響

在當歸生長期內，可溶性蛋白質的含量總體呈現先增長后降低的變化。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的含量，在當歸地上部分生長旺盛期，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勢明顯。從施氮水平上看，N4水平可顯著促進可溶性蛋白質的含量，在當歸地上部分生長旺盛期，相應的覆膜壟作模式下，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）有利于當歸葉片可溶性蛋白質大量積累。

表5 不同處理對當歸葉片可溶性蛋白質的影響

3 結論與討論

本研究發現，自當歸地上部分生長旺盛期開始，一直到收獲期結束，NR活性不斷降低，GS和GDH活性波動降低，說明NR在地上部分生長旺盛期的氮代謝中起主導作用，當歸主要進行硝酸鹽同化。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歸主要進行氨同化過程，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，說明增施氮肥對當歸提升氮代謝強度有顯著影響，但過量增施氮肥其提升效應不再增加。氨基酸與可溶性蛋白質在當歸生長全時期的變化趨勢相同，與GS、GDH活性趨勢大致相同，說明在根部膨大期GS活性增強，氮代謝中氨同化過程加強，生成氮代謝產物氨基酸與可溶性蛋白質增多，根部膨大期后，氨同化過程強度開始衰減，生成的氮代謝產物也開始降低，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，而可溶性蛋白質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下最有利于提高當歸氮代謝能力，促進當歸的生長發育。