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不同氨基酸及赖氨酸与硝态氮不同配比对白菜生长及品质的影响

王峻 马庆旭 刘梦娇 周静杰 胡兆平 吴良欢

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不同氨基酸及赖氨酸与硝态氮不同配比对白菜生长及品质的影响

    作者简介: 王峻Email:180683@zju.edu.cn;
    通讯作者: 吴良欢, E-mail:lhwu@zju.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31872180,31572194);浙江省重点研发计划(编号2015C03011)。

Effects of different amino acids and the different ratios of lysine and nitrate on the growth and quality of Chinese cabbage (Brassica pekinensisL.)

    Corresponding author: Wu Liang-huan, E-mail:lhwu@zju.edu.cn
  • 摘要: 【目的】探究7种不同氨基酸对白菜生长及品质的影响,选择影响较显著的氨基酸与硝态氮的进行适宜配比,以期为提高白菜产量及品质提供理论依据。【方法】试验于2017年在浙江大学紫金港校区人工气候实验室内进行,供试品种为‘浙白6号’(Brassica pekinensis L.),培育方法为局部无菌水培。试验1,在含有1 mmol/L (NH4)2SO4和1 mmol/LNaNO3的营养液中分别添加7种氨基酸,浓度为0.2 mmol/L,7日龄小白菜在该溶液中培养26天后,取样测定白菜生物量及品质。试验2,通过试验1结果选择对白菜生长品质影响较明显的赖氨酸,在硝态氮浓度为0.5、1和3 mmol/L (分别表示为A1、A2、A3) 的营养液中,分别加入赖氨酸0.2、0.5和1 mmol/L (分别表示为B1、B2、B3),小白菜培养21天后,取样测定白菜生物量及品质。【结果】赖氨酸处理白菜生物量、可溶性蛋白质含量和硝酸盐含量均为最大值,且与部分处理差异显著。丝氨酸处理白菜根系活力和叶绿素含量均为最大值,且与部分处理差异显著。7种氨基酸对根系鲜重、根冠比、维生素C (VC) 含量和可溶性糖含量均无显著影响。用赖氨酸与硝态氮不同配比营养液培养白菜,结果表明同浓度硝态氮处理时,赖氨酸浓度升高,地上部和根系鲜重 (除A2处理外) 均降低,部分处理间差异显著。A1B1、A3B1和A3B2处理的白菜鲜重显著高于其它处理。不同配比对白菜的可溶性蛋白质含量、VC含量和叶片硝酸盐含量均无显著影响。【结论】赖氨酸对于白菜生长品质的影响较显著,且高浓度赖氨酸会抑制白菜生长。硝态氮浓度较低时,白菜吸收的赖氨酸可能起到补充氮素养分或调解代谢的作用以维持白菜正常生长。
  • 图 1  不同种类氨基酸处理对白菜鲜重的影响

    Figure 1.  The effects of different types of amino acids on the fresh biomass of Chinese cabbage

    图 2  不同配比处理对白菜鲜重的影响

    Figure 2.  The effects of different ratio on fresh biomass of Chinese cabbage

    表 1  不同种类氨基酸对白菜生长的影响

    Table 1.  Effects of different amino acids on the Chinese cabbage growth

    氨基酸
    Amino acid
    根重 (g/plant,FW)
    Root biomass
    根冠比
    Ratio of root to shoot
    根系活力 [mg/(g·h)]
    Root activity
    叶绿素含量
    SPAD value
    赖氨酸Lys0.51 ± 0.04 a0.23 ± 0.02 a 9 ± 1 c45.4 ± 0.2 b
    丙氨酸Ala0.45 ± 0.02 a0.22 ± 0.00 a 20 ± 2 ab 44.7 ± 0.5 bc
    精氨酸Arg0.44 ± 0.03 a0.21 ± 0.02 a 22 ± 0 ab44.2 ± 0.4 c
    谷氨酰胺Gln0.42 ± 0.00 a0.21 ± 0.00 a 16 ± 0 bc 45.3 ± 0.4 bc
    甘氨酸Gly0.48 ± 0.02 a0.22 ± 0.01 a 15 ± 4 bc 45.3 ± 0.6 bc
    丝氨酸Ser0.44 ± 0.02 a0.22 ± 0.01 a25 ± 5 a47.0 ± 0.2 a
    谷氨酸Glu0.46 ± 0.01 a0.22 ± 0.02 a 23 ± 1 ab44.1 ± 0.1 c
    注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);同列数据后不同字母表示处理间差异显著 Data followed with different small letters within a column are significantly different (P < 0.05).
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    表 2  不同种类氨基酸处理对白菜品质的影响

    Table 2.  The effects of different types of amino acids on quality of Chinese cabbage

    氨基酸
    Amino acid
    可溶性蛋白质 (mg/kg)
    Soluble protein
    可溶性糖 (mg/kg)
    Soluble sugar
    VC
    (mg/100 g)
    硝酸盐 (mg/kg)
    Nitrate
    赖氨酸Lys9.4 ± 0.6 a14.2 ± 2.3 a19.3 ± 0.8 a756 ± 14 a
    丙氨酸Ala 7.3 ± 0.2 bc 9.8 ± 2.0 a20.0 ± 0.2 a 667 ± 19 ab
    精氨酸Arg 9.0 ± 1.0 ab15.1 ± 1.7 a20.2 ± 0.7 a723 ± 13 a
    谷氨酰胺Gln 8.9 ± 0.0 ab16.0 ± 0.8 a20.2 ± 1.0 a 650 ± 18 ab
    甘氨酸Gly 7.3 ± 0.9 bc11.9 ± 1.2 a20.6 ± 1.0 a589 ± 19 b
    丝氨酸Ser5.8 ± 0.0 c18.1 ± 2.6 a20.2 ± 0.7 a609 ± 12 b
    谷氨酸Glu5.9 ± 0.0 c16.4 ± 4.3 a19.9 ± 0.3 a619 ± 19 b
    注(Note):表中数据为平均数 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Data followed with different small letters within a column are significantly different (P < 0.05).
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    表 3  赖氨酸与硝态氮不同配比处理对白菜生长的影响

    Table 3.  The effects of different ratio of lysine and nitrate on the Chinese cabbage growth

    处理
    Treatment
    根系鲜重 (g/plant,FW)
    Root biomass
    根冠比
    Ratio of root to shoot
    根系活力 [mg/(g·h)]
    Root activity
    叶绿素含量
    SPAD Value
    A1B10.33 ± 0.00 c0.15 ± 0.00 c0.7 ± 0.2 a34 ± 1 f
    A1B20.29 ± 0.01 d0.14 ± 0.00 c0.5 ± 0.3 a41 ± 0 a
    A1B30.26 ± 0.00 e0.14 ± 0.00 c0.8 ± 0.2 a 37 ± 0 de
    A2B10.25 ± 0.01 e0.12 ± 0.00 d0.8 ± 0.2 a 39 ± 0 bc
    A2B2 0.27 ± 0.00 de0.14 ± 0.01 c0.6 ± 0.2 a 38 ± 0 cd
    A2B30.26 ± 0.01 e 0.13 ± 0.00 cd0.7 ± 0.1 a36 ± 0 e
    A3B10.41 ± 0.01 a0.18 ± 0.01 a0.3 ± 0.1 a 38 ± 1 cd
    A3B20.38 ± 0.01 b 0.17 ± 0.00 ab0.8 ± 0.1 a40 ± 0 b
    A3B30.37 ± 0.01 b0.18 ± 0.01 a0.9 ± 0.3 a43 ± 0 a
    注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);处理中 A1、A2、A3 分别代表营养液中硝态氮浓度 0.5、1 和 3 mmol/L, B1、B2、B3 分别代表赖氨酸浓度 0.2、0.5 和 1 mmol/L;数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05). In treatments,A1,A2 and A3 represent the concentration of NO3N 0.5,1 and 3 mmol/L,and B1,B2 and B3 represent that of Lys concentration 0.2,0.5 and 1 mmol/L;different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
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    表 4  不同配比处理对白菜品质的影响 (P > 0.05)

    Table 4.  The effects of different ratio on quality of Chinese cabbage

    处理Treatment可溶性蛋白Soluble protein (mg/kg)VC (mg/100 g)硝酸盐Nitrate (mg/kg)
    A1B14.7 ± 0.918.2 ± 1.9560 ± 26
    A1B24.8 ± 1.817.4 ± 1.5612 ± 39
    A1B35.0 ± 0.721.4 ± 1.8580 ± 41
    A2B14.7 ± 1.017.0 ± 0.8471 ± 29
    A2B23.9 ± 0.219.3 ± 1.2527 ± 38
    A2B36.5 ± 1.819.0 ± 1.9561 ± 26
    A3B11.8 ± 1.215.6 ± 0.4582 ± 43
    A3B25.4 ± 1.118.0 ± 0.4620 ± 33
    A3B38.2 ± 2.021.4 ± 0.3508 ± 22
    注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);处理中 A1、A2、A3 分别代表营养液中硝态氮浓度 0.5、1 和 3 mmol/L, B1、B2、B3 分别代表赖氨酸浓度 0.2、0.5 和 1 mmol/L;数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05). In treatments,A1,A2 and A3 represent the concentration of NO3-N 0.5、1 and 3 mmol/L,and B1,B2 and B3 represent that of Lys concentration 0.2,0.5 and 1 mmol/L;Different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
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  • [1] Franklin O, Gambui C A, Gruffman L, et al. The carbon bonus of organic nitrogen enhances nitrogen use efficiency of plants[J]. PlantCell &Environment, 2017, 40(1): 25–35.
    [2] Chen C R, Xu Z H, Zhang S L, et al. Soluble organic nitrogen pools in forest soils of subtropical Australia[J]. Plant & Soil., 2005, 277(1/2): 285–297.
    [3] Näsholm T and Persson J. Plant acquisition of organic nitrogen in boreal forests[J]. Physiologia Plantarum, 2010, 111(4): 419–426.
    [4] WarrenCR. Organic N molecules in the soil solution: what is known, what is unknown and the path forwards[J]. Plant & Soil, 2014, 375(1–2): 1–19.
    [5] 曹小闯, 吴良欢, 马庆旭, 等. 高等植物对氨基酸态氮吸收与利用研究进展[J]. 应用生态学报, 2015, 26(3): 919–929. CaoXC, Wu L H, Ma Q X, et al. Advances in studies of absorption and utilization of amino acids by plants: A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(3): 919–929.
    [6] Moran-Zuloaga D, Dippold M, Glaser B, et al. Organic nitrogen uptake by plants: reevaluation by position-specific labeling of amino acids[J]. Biogeochemistry, 2015, 125(3): 359–374. doi:  10.1007/s10533-015-0130-3
    [7] Ge T, Song S, Roberts P, et al. Amino acids as a nitrogen source for tomato seedling: The use of dual-labeled (13C,15N) glycine to test for direct uptake by tomato seedlings[J]. Environmental & Experimental Botany, 2009, 66(3): 357–361.
    [8] RentschD, SchmidtS, Tegeder M. Transporters for uptake and allocation of organic nitrogen compounds in plants[J]. Febs Letters, 2007, 581(12): 2281–2289. doi:  10.1016/j.febslet.2007.04.013
    [9] Moreira A, MoraesLAC. Yield, nutritional status and soil fertility cultivated with common bean in response to amino-acids foliar application[J]. Journal of Plant Nutrition, 2017, 40(3): 344–351. doi:  10.1080/01904167.2016.1240194
    [10] Liu X Q, Ko KY, Kim S H, et al. Effect of amino acid fertilization on nitrate assimilation of leafy radish and soil chemical properties in high nitrate soil[J]. Communications in Soil Science & Plant Analysis., 2008, 39(1–2): 269–281.
    [11] Guo JH, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968): 1008–1010. doi:  10.1126/science.1182570
    [12] Alison T. Too much of a good thing[J]. British Medical Journal, 2007, 334(7601): 978–980. doi:  10.1136/bmj.39198.510347.AD
    [13] Chen GL, Gao X R, Zhang X B. Effect of partial replacement of nitrate by amino acid and urea on nitrate content of non-heading Chinese cabbage and Lettuce in hydroponic condition[J]. Agricultural Sciences in China, 2002, 1(4): 444–449.
    [14] Gunes A, Post W N K, Kirkby E A, et al. Influence of partial replacement of nitrate by amino acid nitrogen or urea in the nutrient medium on nitrate accumulation in NFT grown winter lettuce[J]. Journal of Plant Nutrition, 1994, 17(11): 1929–1938. doi:  10.1080/01904169409364855
    [15] 王华静, 吴良欢, 陶勤南. 夏季秋季喷施氨基酸对小白菜硝酸盐积累及营养品质的影响[J]. 农业环境科学学报, 2004, 23(2): 224–227. Wang H J, Wu L H, Tao Q N. Nitrate accumulation and variation of nutritional quality in Pakchoi after applacation of several amino acids in summer and autumn[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2004, 23(2): 224–227. doi:  10.3321/j.issn:1672-2043.2004.02.005
    [16] 陈艳丽, 高新生, 李绍鹏, 等. 不同形态氮素替代部分硝态氮对水培小白菜的生长和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2010, 26(15): 306–309. Chen Y L, Gao X S, Li S P, et al. Effects of partial replacement of nitrate in solution by nitrogen forms on the development and quality of hydroponic pakchoi cabbage[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(15): 306–309.
    [17] 曹小闯, 吴良欢, 陈贤友, 等. 氨基酸部分替代硝态氮对小白菜产量、品质及根际分泌物的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(3): 699–705. Cao X C, Wu L H, Chen X Y, et al. )[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3): 699–705. doi:  10.11674/zwyf.2012.11366
    [18] 王华静, 吴良欢, 陶勤南. 氨基酸部分取代硝态氮对小白菜硝酸盐累积的影响[J]. 中国环境科学, 2004, 24(1): 19–23. Wang H J, Wu L H, Tao Q N. Influence of partial replacement of nitrate by amino acids on nitrate accumulation of pakchoi (Brassica chinensis L.)[J]. China Environmental Science, 2004, 24(1): 19–23. doi:  10.3321/j.issn:1000-6923.2004.01.005
    [19] Owen AG, Jones DL. Competition for amino acids between wheat roots and rhizosphere microorganisms and the role of amino acids in plant N acquisition[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2001, 33(4): 651–657.
    [20] 朱唯琴, 吴良欢, 陶勤南. 水稻有机营养研究中完全及局部无菌培养方法探讨[J]. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(5): 516–521. Zhu W Q, Wu L H, Tao Q N. Studies on totally and partially enclosed sterile culture methods used in the research of rice organic nutrition[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(5): 516–521. doi:  10.3321/j.issn:1008-505X.2004.05.013
    [21] 王学奎. 植物生理生化实验原理和技术 (第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

    Wang X K. The experiment principle and technique on plant physiology and biochemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006.
    [22] 陈展宇, 陈天鹏, 李慧杰, 等. 植物吸收运转氨基酸的分子机制进展[J]. 分子植物育种, 2017, 15(12): 5166–5171. Chen Z Y, Chen T P, Li H J, et al. Research progress in molecular mechanism of amino acids absorption and transport by plants[J]. Molecular Plant Breeding, 2017, 15(12): 5166–5171.
    [23] Wang H J, Wu L H, Zhu Y H, et al. Growth, nitrate accumulation, and macronutrient concentration of pakchoi as affected by external nitrate-N: amino acid-N ratio[J]. Journal of Plant Nutrition, 2008, 31(10): 1789–1799. doi:  10.1080/01904160802325248
    [24] AzevedoRA, LancienM, LeaP J. The aspartic acid metabolic pathway, an exciting and essential pathway in plants[J]. Amino Acids, 2006, 30(2): 143–162. doi:  10.1007/s00726-005-0245-2
    [25] Yang H Y and Ludewig U. Lysine catabolism, amino acid transport, and systemic acquired resistance: what is the link?[J]. Plant Signaling &Behavior, 2014, 9(7): e28933.
    [26] Galili G. New insights into the regulation and functional significance of lysine metabolism in plants[J]. Annual Review of Plant Biology, 2002, 53(1): 27–43. doi:  10.1146/annurev.arplant.53.091401.110929
    [27] Kastovska E, SantruckovaH. Comparison of uptake of different N forms by soil microorganisms and two wet-grassland plants: A pot study[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2011, 43(6): 1285–1291.
  • [1] 许猛袁亮李伟李燕婷赵秉强 . 脱盐味精尾液对Na2CO3胁迫下小白菜种子萌发和幼苗生长的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.18281
    [2] 史雅静史雅娟王玉荣王慧敏秦礼凯 . 无机硒肥对土壤有效氮含量及菠菜品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.18347
    [3] 马金昭张民刘之广周彬邹朋漆奕辉何帅 . 含氨基酸铜基叶面肥对芹菜产量、品质和防病效果的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.19346
    [4] 袁婷王正银谷守宽王菲杨东陈益 . 低钾配施纳米氢氧化镁对白菜的营养效应研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.16081
    [5] 沈欣李燕婷袁亮赵秉强林治安杨相东李娟 . 氨基酸与锌配合喷施提高小白菜生物量、品质及锌利用效率. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.16090
    [6] 丁双双李燕婷袁亮赵秉强林治安杨相东李娟张建君 . 糖醇和氨基酸对小白菜钙营养及生长、 品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.15093
    [7] 王丽霞汤举红肖斌杨亚军柳洁 . 氟对茶树生长、叶片营养元素含量、儿茶素类物质和香气成分的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0220
    [8] 于俊红彭智平*黄继川杨少海徐培智 . 三种氨基酸对菜心产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0429
    [9] 李贺刘世琦*陈祥伟王越冯磊刘景凯 . 钙对水培青蒜苗生长、光合特性及品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2013.0511
    [10] 孔灵君徐坤王磊何平张永征 . 氮硫互作对越冬大葱生长及品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2013.0529
    [11] 马茹茹卜玉山史晓凯 . 施肥和外源砷对小白菜生长和抗性生理的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11058
    [12] 戢林李廷轩*张锡洲余海英 . 水稻氮高效基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特征. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.12036
    [13] 曹小闯吴良欢陈贤友韩科峰 . 氨基酸部分替代硝态氮对小白菜产量、品质及根际分泌物的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11366
    [14] . 不同价态外源硒对小白菜生长及养分吸收的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.0251
    [15] 唐茜赵先明杜晓吴永胜梁琪惠王春梅 . 氟对茶树生长、叶片生理生化指标与茶叶品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.0126
    [16] 陈昆刘世琦张自坤张涛孟凡鲁 . 钾素营养对大蒜生长、光合特性及品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.0188
    [17] 石桃雄王少思石磊孟金陵徐芳森 . 不同氮、磷水平对“双高”油菜品种宁油7号和“双低”油菜品种Tapidor生长和品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0427
    [18] 陈瑛李廷强杨肖娥 . 镉对不同基因型小白菜根系生长特性的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2009.0125
    [19] 张俊英王敬国许永利 . 大豆根系分泌物中氨基酸对根腐病菌生长的影响 . 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2008.0216
    [20] 莫良玉吴良欢陶勤南 . 高温胁迫下水稻氨基酸态氮与铵态氮营养效应研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2002.0205
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-27
  • 网络出版日期:  2020-03-24

不同氨基酸及赖氨酸与硝态氮不同配比对白菜生长及品质的影响

    作者简介:王峻Email:180683@zju.edu.cn
    通讯作者: 吴良欢, lhwu@zju.edu.cn
  • 1. 浙江大学环境与资源学院/浙江省农业资源与环境重点实验室,杭州 310058
  • 2. 金正大生态工程集团股份有限公司/养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室,山东临沂 276000
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31872180,31572194);浙江省重点研发计划(编号2015C03011)。
  • 摘要: 【目的】探究7种不同氨基酸对白菜生长及品质的影响,选择影响较显著的氨基酸与硝态氮的进行适宜配比,以期为提高白菜产量及品质提供理论依据。【方法】试验于2017年在浙江大学紫金港校区人工气候实验室内进行,供试品种为‘浙白6号’(Brassica pekinensis L.),培育方法为局部无菌水培。试验1,在含有1 mmol/L (NH4)2SO4和1 mmol/LNaNO3的营养液中分别添加7种氨基酸,浓度为0.2 mmol/L,7日龄小白菜在该溶液中培养26天后,取样测定白菜生物量及品质。试验2,通过试验1结果选择对白菜生长品质影响较明显的赖氨酸,在硝态氮浓度为0.5、1和3 mmol/L (分别表示为A1、A2、A3) 的营养液中,分别加入赖氨酸0.2、0.5和1 mmol/L (分别表示为B1、B2、B3),小白菜培养21天后,取样测定白菜生物量及品质。【结果】赖氨酸处理白菜生物量、可溶性蛋白质含量和硝酸盐含量均为最大值,且与部分处理差异显著。丝氨酸处理白菜根系活力和叶绿素含量均为最大值,且与部分处理差异显著。7种氨基酸对根系鲜重、根冠比、维生素C (VC) 含量和可溶性糖含量均无显著影响。用赖氨酸与硝态氮不同配比营养液培养白菜,结果表明同浓度硝态氮处理时,赖氨酸浓度升高,地上部和根系鲜重 (除A2处理外) 均降低,部分处理间差异显著。A1B1、A3B1和A3B2处理的白菜鲜重显著高于其它处理。不同配比对白菜的可溶性蛋白质含量、VC含量和叶片硝酸盐含量均无显著影响。【结论】赖氨酸对于白菜生长品质的影响较显著,且高浓度赖氨酸会抑制白菜生长。硝态氮浓度较低时,白菜吸收的赖氨酸可能起到补充氮素养分或调解代谢的作用以维持白菜正常生长。

    English Abstract

    • 传统研究认为陆地生态系统的植物对无机氮具有绝对依赖性,有机态氮必须经过矿化作用转化成无机态氮才能被植物吸收利用[1],其忽略了分子态有机氮在植物生长过程中的作用。目前的研究表明土壤中可溶性有机氮占土壤中可溶性总氮的比例可以达到40%~90%,是陆地生态系统中植物生长重要的潜在氮源[2]。在氮素矿化作用很弱的地区,例如北极苔原地区,土壤中的有机氮是植物可利用的重要氮源[2-3]。植物具有获取有机氮的能力且更易吸收小分子态有机氮,如氨基酸是土壤可溶性有机氮中含量最高的小分子单体物质[4],通常土壤中的甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸浓度较高,部分土壤中也有较高浓度的精氨酸、赖氨酸、丙氨酸、谷氨酸和亮氨酸,且氨基酸的种类和含量因土壤类型不同而有较大差异[5]。有研究者在试验中利用碳氮双标记法证明了植物具有吸收完整氨基酸分子的能力[6-7]。无菌根的白毛羊胡子草 (Erophorumvaginatum) 吸收的氨基酸态氮至少可以占总氮的60%,并且以氨基酸为氮源时,白毛羊胡子草的氮吸收量和生物量均比以无机氮为氮源时高。在北极苔原、北方寒冷森林和高山生态系统中普遍存在像白毛羊胡子草一样的嗜氨基酸植物,并且在无菌条件下植物甚至可以以氨基酸作为唯一氮源完成整个生命周期[4]。为了进一步了解植物吸收代谢氨基酸的内在机理,人们从分子水平研究氨基酸载体或转运子,截止目前至少5种氨基酸转运基因已被分离和鉴定出来,并且这些转运子表现出不同的底物选择性和亲和力[8],从分子水平证明植物具有转运氨基酸的能力。

      值得注意的是,氨基酸对植物并非只有提供氮素养分或合成蛋白质的前体物质的作用。其在植物体内的一系列代谢过程更为多样和复杂。目前的推测是,氨基酸在植物体内有以下5个重要作用:1) 合成蛋白质;2) 作为合成植物激素的中间物质;3) 螯合养分和其它物质;4) 增强植物对干旱和高温胁迫的抵抗力;5) 增强植物抗病能力。但是氨基酸被植物吸收后究竟产生何种影响是由自身的代谢能力、环境条件以及氨基酸种类等众多因素综合决定的[9]。比如色氨酸是高等植物体中生长素的合成前体,对玉米的生长具有促进作用;有些氨基酸还可以影响氮素代谢的过程,如影响硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性等[10],而且因为氨基酸作为一种有机氮,分子中同时存在碳和氮,从中获得的氮的同化通常会降低同化的代谢成本,因而可能对植物碳氮代谢有重要的影响[1]

      白菜是一种南北方广泛种植的蔬菜,在种植过程中为了追求产量而大量施用无机氮,施肥过量易造成资源浪费,导致土壤酸化、水体污染等环境问题[11],也会造成白菜叶片中硝酸盐含量过高,食用后严重损害人体健康[12]。已有研究表明,氨基酸与硝态氮配合施用可以改善生菜 (LactucasativaL.)、大白菜[Brassica campestrisssp. chinensis (L.) Makino]、小白菜 (Brassica chinensis L.) 等叶菜类作物品质[13-15],降低叶片中的硝酸盐含量,增加总氮含量,提高其产量[16]。但是二者不同的配比对白菜生长及品质的影响存在明显差异[17],而且这种影响与氨基酸的种类也有一定的关系[18]。目前仍然缺乏关于多种常见氨基酸与硝态氮不同配比对白菜生长及品质影响的研究。

      环境中存在大量的微生物与植物强烈竞争吸收氨基酸,且微生物利用氨基酸的能力远远强于植物根系[19]。因此探究不同种类氨基酸对于白菜生长发育的影响要排除微生物的干扰,在无菌水培条件下进行[20]。本试验通过对比7种不同种类的氨基酸对白菜 (Brassica pekinensisL.) 生长及品质的影响,进而选择对其影响较为明显的氨基酸与硝态氮不同配比处理,探究该氨基酸与硝态氮的适宜比例,以期为提高白菜产量及品质,减少化肥施用提供理论依据。

      • 试验于2017年在浙江大学紫金港校区人工气候实验室内进行,供试品种为‘浙白6号 (Brassica pekinensis L.)’。

        试验1选取7种氨基酸分别是赖氨酸 (Lys)、丙氨酸 (Ala)、精氨酸 (Arg)、谷氨酰胺 (Gln)、甘氨酸 (Gly)、丝氨酸 (Ser)、谷氨酸 (Glu),7个处理3次重复,每2棵白菜为一组重复。白菜种子萌发、幼苗培养采用曹小闯等[17]的方法,培养于装有已灭菌琼脂的离心管24小时后,将幼苗转移到营养液中培养。营养液中添加 (NH4)2SO4溶液和NaNO3溶液作为氮源,二者浓度分别是1 mmol/L和2 mmol/L,除氮外其他配方参照霍格兰培养基无机盐营养稍作改动[17],每3天更换一次营养液。7天后,挑选生长一致的白菜进行分组处理,将营养液中的氮改为1 mmol/L (NH4)2SO4和1 mmol/L NaNO3,再添加不同种类氨基酸溶液,其浓度均是0.2 mmol/L,每3天更换一次营养液,培养26天进行采样,测定白菜生长及品质等相关指标。

        根据试验1的结果,选取对白菜生长品质影响较明显的赖氨酸进行试验2。营养液中NaNO3溶液浓度是0.5、1和3 mmol/L (分别表示为A1、A2、A3),Lys溶液浓度是0.2、0.5和1 mmol/L (分别表示为B1、B2、B3)。除氮外其它成分不变。设置试验处理分别是A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3。9个处理3次重复,每2棵为一组重复,培养方法与试验1相同,培养21天进行采样,测定白菜生长及品质等相关指标。

      • 白菜收获后用天平称鲜重;功能叶片叶绿素含量用SPAD-502叶绿素计测定,以顶端第3、4片叶的叶绿素计读数 (SPAD) 平均值表示;功能叶片可溶性糖含量用蒽酮比色法测定;VC含量用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定法测定;可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝染色法测定;硝酸盐含量用硫酸—水杨酸法测定[21]

      • 数据处理采用IBM SPSS STATISTICS19软件进行统计分析,处理间显著性检验采用Duncan’s新复极差法 (P < 0.05)。

      • 图1所示,不同氨基酸对白菜鲜重影响有差异。其中,赖氨酸处理的白菜总鲜重是最大值,显著高于丙氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸和谷氨酸处理,与甘氨酸处理差异不明显。说明在此条件下,赖氨酸促进白菜生长的作用更显著。

        图  1  不同种类氨基酸处理对白菜鲜重的影响

        Figure 1.  The effects of different types of amino acids on the fresh biomass of Chinese cabbage

        表1可以看出,不同种类氨基酸处理的白菜根系鲜重和根冠比无明显差异,根系活力和叶绿素含量差异显著。丝氨酸处理的白菜叶片中叶绿素含量显著高于其它处理。

        表 1  不同种类氨基酸对白菜生长的影响

        Table 1.  Effects of different amino acids on the Chinese cabbage growth

        氨基酸
        Amino acid
        根重 (g/plant,FW)
        Root biomass
        根冠比
        Ratio of root to shoot
        根系活力 [mg/(g·h)]
        Root activity
        叶绿素含量
        SPAD value
        赖氨酸Lys0.51 ± 0.04 a0.23 ± 0.02 a 9 ± 1 c45.4 ± 0.2 b
        丙氨酸Ala0.45 ± 0.02 a0.22 ± 0.00 a 20 ± 2 ab 44.7 ± 0.5 bc
        精氨酸Arg0.44 ± 0.03 a0.21 ± 0.02 a 22 ± 0 ab44.2 ± 0.4 c
        谷氨酰胺Gln0.42 ± 0.00 a0.21 ± 0.00 a 16 ± 0 bc 45.3 ± 0.4 bc
        甘氨酸Gly0.48 ± 0.02 a0.22 ± 0.01 a 15 ± 4 bc 45.3 ± 0.6 bc
        丝氨酸Ser0.44 ± 0.02 a0.22 ± 0.01 a25 ± 5 a47.0 ± 0.2 a
        谷氨酸Glu0.46 ± 0.01 a0.22 ± 0.02 a 23 ± 1 ab44.1 ± 0.1 c
        注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);同列数据后不同字母表示处理间差异显著 Data followed with different small letters within a column are significantly different (P < 0.05).

        不同氨基酸处理时白菜叶片中可溶性糖和Vc含量没有显著差异,部分处理之间可溶性蛋白质和硝酸盐含量差异显著。赖氨酸处理的白菜叶片中可溶性蛋白质含量达到最大值,与丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸和谷氨酸处理有明显差异,与精氨酸和谷氨酰胺处理差异不显著。赖氨酸处理的白菜叶片中硝酸盐含量明显高于甘氨酸、丝氨酸和谷氨酸,与其它处理无显著差异 (表2)。

        表 2  不同种类氨基酸处理对白菜品质的影响

        Table 2.  The effects of different types of amino acids on quality of Chinese cabbage

        氨基酸
        Amino acid
        可溶性蛋白质 (mg/kg)
        Soluble protein
        可溶性糖 (mg/kg)
        Soluble sugar
        VC
        (mg/100 g)
        硝酸盐 (mg/kg)
        Nitrate
        赖氨酸Lys9.4 ± 0.6 a14.2 ± 2.3 a19.3 ± 0.8 a756 ± 14 a
        丙氨酸Ala 7.3 ± 0.2 bc 9.8 ± 2.0 a20.0 ± 0.2 a 667 ± 19 ab
        精氨酸Arg 9.0 ± 1.0 ab15.1 ± 1.7 a20.2 ± 0.7 a723 ± 13 a
        谷氨酰胺Gln 8.9 ± 0.0 ab16.0 ± 0.8 a20.2 ± 1.0 a 650 ± 18 ab
        甘氨酸Gly 7.3 ± 0.9 bc11.9 ± 1.2 a20.6 ± 1.0 a589 ± 19 b
        丝氨酸Ser5.8 ± 0.0 c18.1 ± 2.6 a20.2 ± 0.7 a609 ± 12 b
        谷氨酸Glu5.9 ± 0.0 c16.4 ± 4.3 a19.9 ± 0.3 a619 ± 19 b
        注(Note):表中数据为平均数 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Data followed with different small letters within a column are significantly different (P < 0.05).
      • 图2所示,硝态氮浓度一定时,鲜重大小顺序是A1B1 > A1B2 > A1B3,A2B1 > A2B2、A2B3,A3B1、A3B2 > A3B3,A2B2、A2B3处理以及A3B1、A3B2处理之间均无显著差异。表明同浓度硝态氮处理条件下,随着赖氨酸浓度的升高,白菜鲜重降低。在氨基酸浓度相同时,鲜重大小顺序是A1B1、A3B1 > A2B1,A3B2 > A1B2 > A2B2,A3B3 > A1B3、A2B3,A1B1、A3B1处理和A1B3、A2B3处理之间无显著差异。除A1B1外,A3处理的白菜鲜重均显著高于A1、A2处理。

        图  2  不同配比处理对白菜鲜重的影响

        Figure 2.  The effects of different ratio on fresh biomass of Chinese cabbage

        表3所示,赖氨酸与硝态氮不同配比明显影响白菜地上部鲜重、根系鲜重、根冠比和叶片叶绿素含量。A3B1、A3B2和A3B3处理时白菜根冠比明显高于其它处理,即硝酸盐浓度较高时,根系生物量所占总生物量的比例升高。

        表 3  赖氨酸与硝态氮不同配比处理对白菜生长的影响

        Table 3.  The effects of different ratio of lysine and nitrate on the Chinese cabbage growth

        处理
        Treatment
        根系鲜重 (g/plant,FW)
        Root biomass
        根冠比
        Ratio of root to shoot
        根系活力 [mg/(g·h)]
        Root activity
        叶绿素含量
        SPAD Value
        A1B10.33 ± 0.00 c0.15 ± 0.00 c0.7 ± 0.2 a34 ± 1 f
        A1B20.29 ± 0.01 d0.14 ± 0.00 c0.5 ± 0.3 a41 ± 0 a
        A1B30.26 ± 0.00 e0.14 ± 0.00 c0.8 ± 0.2 a 37 ± 0 de
        A2B10.25 ± 0.01 e0.12 ± 0.00 d0.8 ± 0.2 a 39 ± 0 bc
        A2B2 0.27 ± 0.00 de0.14 ± 0.01 c0.6 ± 0.2 a 38 ± 0 cd
        A2B30.26 ± 0.01 e 0.13 ± 0.00 cd0.7 ± 0.1 a36 ± 0 e
        A3B10.41 ± 0.01 a0.18 ± 0.01 a0.3 ± 0.1 a 38 ± 1 cd
        A3B20.38 ± 0.01 b 0.17 ± 0.00 ab0.8 ± 0.1 a40 ± 0 b
        A3B30.37 ± 0.01 b0.18 ± 0.01 a0.9 ± 0.3 a43 ± 0 a
        注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);处理中 A1、A2、A3 分别代表营养液中硝态氮浓度 0.5、1 和 3 mmol/L, B1、B2、B3 分别代表赖氨酸浓度 0.2、0.5 和 1 mmol/L;数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05). In treatments,A1,A2 and A3 represent the concentration of NO3N 0.5,1 and 3 mmol/L,and B1,B2 and B3 represent that of Lys concentration 0.2,0.5 and 1 mmol/L;different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).

        表4所示,硝态氮与氨基酸不同配比对白菜可溶性蛋白、VC和硝酸盐含量这三种品质未产生明显影响。

        表 4  不同配比处理对白菜品质的影响 (P > 0.05)

        Table 4.  The effects of different ratio on quality of Chinese cabbage

        处理Treatment可溶性蛋白Soluble protein (mg/kg)VC (mg/100 g)硝酸盐Nitrate (mg/kg)
        A1B14.7 ± 0.918.2 ± 1.9560 ± 26
        A1B24.8 ± 1.817.4 ± 1.5612 ± 39
        A1B35.0 ± 0.721.4 ± 1.8580 ± 41
        A2B14.7 ± 1.017.0 ± 0.8471 ± 29
        A2B23.9 ± 0.219.3 ± 1.2527 ± 38
        A2B36.5 ± 1.819.0 ± 1.9561 ± 26
        A3B11.8 ± 1.215.6 ± 0.4582 ± 43
        A3B25.4 ± 1.118.0 ± 0.4620 ± 33
        A3B38.2 ± 2.021.4 ± 0.3508 ± 22
        注(Note):表中数据为平均值 ± 标准偏差 Data in the table represent means ± SE (n = 3);处理中 A1、A2、A3 分别代表营养液中硝态氮浓度 0.5、1 和 3 mmol/L, B1、B2、B3 分别代表赖氨酸浓度 0.2、0.5 和 1 mmol/L;数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05). In treatments,A1,A2 and A3 represent the concentration of NO3-N 0.5、1 and 3 mmol/L,and B1,B2 and B3 represent that of Lys concentration 0.2,0.5 and 1 mmol/L;Different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
      • 试验1中,7种氨基酸对白菜生长和品质的影响有差异。有研究表明试验条件下,氨基酸以分子态形式被吸收,此时氨基酸作为供给植物氮素养分的作用较小[6],猜测此时氨基酸可能作为生长调控因子或者信号传导物质,而且与植物吸收氨基酸与氨基酸的分子特征以及植物细胞膜特异性有关[9, 22],因而对于不同的氨基酸,植物吸收利用的能力也是有差异的,不同种类的氨基酸对白菜生长及品质影响具有显著差异。其中赖氨酸处理的白菜鲜重、可溶性蛋白含量和硝酸盐含量 (低于安全值3000 mg/kg)[23]均为最大值,且与部分处理差异显著。证明在此试验条件下,赖氨酸对白菜生长及品质的影响可能大于其它处理。有研究表明赖氨酸是AK-ASADH途径 (Asparagine kinase-aspartate semialdehyde dehydrogenase) 的氨基酸产物之一[24],在拟南芥中发现转运赖氨酸的转运蛋白如CAT1(Cationic amino acid transporter1)[25],说明植物有转运代谢赖氨酸的能力。AK-ASADH途径存在负反馈调节机制,因而当植物中赖氨酸浓度升高时,不仅会影响AK-ASADH途径的正常进行,还会影响与该途径有关的其它一系列代谢过程,所以植物体中赖氨酸只占氨基酸总量的极小部分 (≤ 1%)[25]。结合本试验结果,猜测外源添加赖氨酸后,根系将吸收的完整的赖氨酸快速转化为其它物质,因而没有影响植物体正常的代谢反应,不过根系中赖氨酸的快速代谢过程和涉及到的信号传导过程仍然需要进一步研究。可以推测白菜体内的赖氨酸被快速代谢的产物可能参与了地上部蛋白质的合成过程,如GS-GOGAT(Glutaminesynthetase-glutamate synthase) 途径等,因而导致叶片中可溶性蛋白含量较高[26]。也可能作为一种信号分子影响白菜对无机氮的吸收和利用。

        在试验2中,硝态氮浓度相同时,随氨基酸浓度升高白菜生物量下降,证明赖氨酸浓度升高可能会对白菜生长产生抑制效应。也有研究表明,植物体内氨基酸代谢过程存在反馈调节机制,氨基酸部分替代硝态氮的比例升高会导致白菜生物量下降[23],推测赖氨酸浓度升高时可能通过抑制硝酸转运载体的活性以降低白菜对硝酸盐的吸收和利用或抑制氮素代谢酶的活性。但是在A1B1处理时的白菜生物量与A3B1、A3B2处理没有显著差异,我们推测此时硝态氮浓度没有满足白菜生长的需要,而白菜体内可能存在某种反馈调节机制,当无机氮供应不足时,可以利用其它氮源以弥补无机氮养分的不足,维持自身正常生长。比如矿化作用很弱的地区,无机氮含量较低,此时氨基酸是植物可获取的一种重要的氮素来源[27]。且之前的研究也表明,低浓度氨基酸可以增加氮素利用效率,比如通过影响硝酸还原酶的活性来调控氮素代谢过程[10]

        本试验结果说明,在白菜实际种植过程中,可以用少量含赖氨酸有机肥[27]部分替代化肥,在一定程度上可以增加产量,提高作物品质,避免化肥过度施用带来的环境问题,获得更高的经济效益。

      • 赖氨酸对于白菜生长及品质的影响较显著,且高浓度赖氨酸会抑制白菜生长。硝态氮浓度较低时,白菜吸收的赖氨酸可能起到补充氮素养分或调解代谢的作用以维持白菜正常生长。在实际种植过程中,可以用含有赖氨酸的有机肥部分替代化肥来种植白菜,可减少化肥施用,提高蔬菜品质。

    参考文献 (27)
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