控释肥对花生氮代谢相关酶活性的影响

初长江，吴正锋，孙学武，孙秀山，陈殿绪，王才斌*，万书波

(1. 烟台市农业技术推广中心，山东 烟台 264001； 2. 山东省花生研究所/国家花生工程技术研究中心，山东 青岛 266100； 3. 山东省农业科学院，山东 济南 250100)

控释肥对花生氮代谢相关酶活性的影响

初长江1，吴正锋2，孙学武2，孙秀山2，陈殿绪2，王才斌2*，万书波3*

(1. 烟台市农业技术推广中心，山东 烟台 264001； 2. 山东省花生研究所/国家花生工程技术研究中心，山东 青岛 266100； 3. 山东省农业科学院，山东 济南 250100)

大田条件下，以花育22号和花育20号为试验材料，设控释肥(T1)、控释肥减施(T2)、普通肥料(T3)和不施肥(T4)处理，研究了控释肥对花生氮代谢相关酶活性的影响。结果表明，与不施肥处理相比，施肥处理花生结荚期和成熟期根系和叶片的可溶性蛋白含量、NRase、GDH、GS、GPT等活性显著增加。各施肥处理间比较，与普通肥料相比，控释肥可有效提高花生结荚期和成熟期根、叶可溶性蛋白质含量，增加氮代谢相关酶NRase、GDH、GS、GPT等活性；控释肥减施处理花生根叶可溶性蛋白含量和相关酶活性花生生育前期低于控释肥处理和普通肥料处理，但成熟期和普通肥料处理差异不显著。总之，控释肥比普通无机肥更有利于花生生育后期氮素同化和蛋白质的合成，延缓根系和叶片衰老。

花生；控释肥；氮代谢；酶活性

氮是花生进行生命活动所必需的重要元素，是叶绿素、酶、激素的构成元素，对花生的生长发育有重大影响[1]。氮素进入植物体后的代谢包括植物对氮素的吸收、硝态氮还原为氨以及氨同化为有机氮等过程[2]。蛋白质作为氮素代谢的终极产物，其生物合成主要在硝酸还原酶(NRase)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸-丙酮酸转氨酶(GPT)等一系列酶催化作用下完成[3-4]。研究表明，作物功能叶NR、GS、谷氨酸脱氢酶(GDH) 等氮代谢酶活性、籽粒蛋白质含量受作物基因型、生态条件及栽培措施的影响[5-9]。

控释肥作为一种新型肥料，具有缓慢释放，肥效期长，可以提供作物整个生育期养分需求的特点[10-11]，缓释氮肥可以减轻无机氮肥对根瘤菌侵染的抑制作用，提高豆科作物的根瘤固氮能力[12-13]。目前关于缓/控释肥料对土壤养分吸收、花生生长发育及生理特性的影响已见报道[14-18]。氮代谢是影响花生生长发育和产量品质的重要生理过程，但有关缓/控释肥料对花生氮代谢相关酶活性的影响研究鲜有报道，本文研究了缓/控释肥料对两种不同类型花生根和叶片氮代谢硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合成酶等相关酶活性的影响，以期为花生高效施肥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验方法

试验在山东省花生研究所莱西试验基地进行。试验地土壤有机质11.9g/kg，水解氮86.5mg/kg，速效磷48.9mg/kg，速效钾91.3mg/kg。试验设4个处理：控释肥675kg/hm2，(纯N 75kg/hm2，P2O595kg/hm2，K2O 115 kg/ hm2)(T1)；控释肥减量25% 506kg/hm2，(纯N 56kg/hm2，P2O570kg/hm2，K2O 86kg/hm2)(T2)；普通肥料(纯N 75kg/hm2，P2O595kg/hm2，K2O 115 kg/ hm2)(T3)；不施肥(CK)(T4)。3次重复，随机区组设计，小区面积15m2，试验田垄距85cm，垄面宽50cm，垄上行距30cm，穴距17cm，每公顷播138420穴，每穴2粒种子，采用覆膜栽培。于5月2日播种，9月10日收获。试验普通肥料为单质肥料，氮肥用尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。施肥方法：起垄前将各种肥料均匀撒施，然后混入0-30cm土层内。

1.2 植物样品的采集及处理

从出苗开始，分别于幼苗期(5月24日)、花针期(6月26日)、结荚期(7月25日)、成熟期(9月2日)，从大田中选取生长均匀一致的植株(5穴10株)，连根取出，用清水洗净，将植株各器官(根、茎、叶、果、果针)分开，置于105℃烘箱内半小时杀青，然后降温至80℃继续烘干至恒重，分别称重。取主茎倒二和倒三展开叶、0-30cm土层根系，洗净吸干后液氮速冻，置于-60℃超低温冰箱中保存测定氮代谢相关酶等生理指标。

1.3 测定项目及方法

可溶性蛋白用考马斯亮蓝G-250法[19]，谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性测定参照Cren and Hirel(1999)的方法[20]略作改动。谷氨酸-丙酮酸转氨酶(GPT)测定采用分光光度法测定[21]。

1.4 数据分析与处理

应用Microsoft Excel 2010数据处理作图， DPS 7.05统计软件进行单因素方差分析，运用LSD检验多重比较。

2 结果与分析

2.1 控释肥对不同类型花生根、叶可溶性蛋白含量的变化

2.1.1 根系可溶性蛋白含量

由图1可以看出，随生育进程的推进，花生根系可溶性蛋白含量呈逐渐上升的趋势。施肥处理两花生品种幼苗期根系的可溶性蛋白含量和不施肥处理相差不大，但花针期之后高于不施肥处理。各施肥处理间比较，控释肥处理、控释肥减施处理可溶性蛋白含量结荚期前比普通肥料处理略低，控释肥处理两种类型花生可溶性蛋白含量成熟期明显高于普通肥料处理，花育22和花育20控释肥处理可溶性蛋白含量分别比普通肥料处理高20.74%、12.72%；而控释肥减施处理成熟期和普通肥料处理差异不显著。

2.1.2 叶片可溶性蛋白含量

随生育进程的推进，叶片可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势，结荚期含量最高。增施肥料，叶片可溶性蛋白含量显著高于不施肥处理。各施肥处理中，花育22号控释肥处理叶片可溶性蛋白含量结荚期前比普通肥料处理低，只有成熟期高于普通肥料处理，控释肥减施处理除花针期显著低于普通肥料处理外，幼苗期、结荚期与成熟期均和普通肥料处理相差不大(图2A)；花育20号控释肥处理可溶性蛋白含量在幼苗期和花针期比普通肥料处理略低，结荚期和成熟期比普通肥料处理高；控释肥减施处理整个生育阶段都比普通肥料处理低(图2B)。

图1 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)根系可溶性蛋白含量的影响 Fig.1 The effect of controlled release fertilizers on soluble protein in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

图2 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)叶片可溶性蛋白含量的影响 Fig.2 The effect of controlled release fertilizers on soluble protein in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.2 控释肥对不同类型花生根、叶硝酸还原酶活性变化的影响

2.2.1 根系硝酸还原酶活性的变化

硝酸还原酶(NRase)是植物氮代谢的关键酶，催化NO3-转化为氨基酸的第一步反应，是一种限速酶，直接影响到蛋白质的合成。图3可见，花生整个生育期呈逐步降低的趋势，花育20号根系硝酸还原酶活性高于花育22号，施肥处理的根系硝酸还原酶活性显著高于不施肥处理。两种类型花生控释肥处理根系硝酸酶活性花针期前比普通肥料处理略低，结荚期至成熟期比普通肥料处理高，其中成熟期时花育22号和花育20号控释肥处理比普通肥料处理高22.69%和20.31%。两品种控释肥减施处理在幼苗期和花针期比普通肥料处理低，结荚期和成熟期活性和普通肥料处理间差异不显著。

2.2.2 叶片硝酸还原酶活性的变化

图4可见，两种不同类型花生整个生育期叶片硝酸还原酶活性变化趋势基本一致，均在花针期下降，结荚期有所回升，成熟期时又下降。各施肥处理叶片硝酸还原酶活性均比无肥处理T4高。花育22号控释肥和控释肥减施处理叶片硝酸还原酶活性在幼苗期、花针期和结荚期比普通肥料处理低，但进入成熟期时控释肥处理活性比普通肥料高52.09%，控释肥减施处理和普通肥料处理无显著差异；花育20号控释肥和控释肥减施处理叶片硝酸还原酶活性幼苗期和花针期比普通肥料处理略低，结荚期后控释肥处理明显高于普通肥料处理，控释肥减施处理在结荚期和成熟期控释肥减施处理和普通肥料处理无显著差异。

图3 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)根系硝酸还原酶活性的影响 Fig.3 The effect of controlled release fertilizers on NRase activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

图4 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)叶片硝酸还原酶活性的影响 Fig.4 The effect of controlled release fertilizers on NRase activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.3 控释肥对不同类型花生根、叶GDH活性变化的影响

2.3.1 根系GDH活性的变化

两种类型花生根系GDH活性变化呈先升后降趋势，花针期达到最大值。幼苗期花育22号根系GDH活性施肥处理低于无肥处理，花育20号施肥处理和无肥处理相差不大，花针期、结荚期和成熟期两品种施肥处理均显著高于无肥处理。花育22号控释肥处理根系GDH活性在花针期前与普通肥料处理无明显差异，结荚期后比普通肥料处理略高，成熟期时控释肥处理活性比普通肥料处理高33.73%；控释肥减施处理根系活力在幼

图5 控释肥肥对花育22号(A)和花育20号(B)根系谷氨酸脱氢酶GDH活性的影响Fig.5 The effect of controlled release fertilizers on GDH activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

苗期和成熟期比普通肥料处理略高，花针期和结荚期比普通肥料处理低(图5A)。花育20号控释肥处理根系GDH活性在结荚期前与普通肥料处理差异不明显，成熟期普通肥料处理高出19.01%(图5B)。

2.3.2 叶片GDH活性的变化

两类型花生叶片GDH活性呈抛物线变化趋势，花针期和结荚期处于高峰。两种不同类型花生各个施肥处理叶片GDH活性均比无肥处理T4高。控释肥减施处理叶片GDH活性整个生育阶段都比普通肥料处理低，不同的是生育前期差异显著，后期差异不明显。花育22号叶片GDH活性在幼苗期和花针期控释肥处理处理比普通肥料处理略低，结荚期和成熟期控释肥处理活性比普通肥料处理高；控释肥减施处理活性幼苗期、花针期和结荚期低于普通肥料处理，成熟期和普通肥料处理差异不显著(图6A)，花育20号叶片GDH活性控释肥处理在结荚期前比普通肥料处理低，成熟期明显高于普通肥料处理(图6B)。

2.4 控释肥对不同类型花生根、叶GS活性的变化

2.4.1 根系GS活性的变化

谷氨酰胺合成酶(GS)是处于氮代谢中心的多功能酶，参与多种氮代谢的调节，其活性的高低可以反映氮素同化能力的强弱。由图7看出，两种花生品种根系GS活性变化均是先升高后降低，不同的是花育22号生育后期降低幅度大于花育20号。施肥处理花生根系GS活性在各生育期始终高于无肥处理。两种类型花生根系GS活性均是花针期前控释肥处理低于普通肥料处理，结荚期后高于普通肥料处理。花育22号在整个生育阶段控释肥减施处理活性都比普通肥料处理低，花育20号在结荚期前控释肥减施处理比普通肥料处理略低，成熟期比普通肥料处理略高，二者差异不显著。

图6 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)叶片谷氨酸脱氢酶GDH活性的影响 Fig.6 The effect of controlled release fertilizers on GDH activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

图7 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)根系谷氨酰胺合成酶GS活性的影响 Fig.7 The effect of controlled release fertilizers on GS activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.4.2 叶片GS活性的变化

图8可以看出，两种类型花生叶片GS活性整个生育期变化呈抛物线变化趋势，花育22号花针期最高，花育20号结荚期最高。各个施肥处理叶片GS活性整个生育阶段活性均高于无肥处理T4。花育22号品种控释肥处理活性在花针期前与普通肥料处理无明显差异，结荚期后比普通肥料处理高，结荚期高7.01%，成熟期高14.53%，差异呈扩大趋势；控释肥减施处理活性在结荚期前比普通肥料处理低，成熟期比普通肥料处理略高；控释肥可以有效延缓花生生育后期的GS活性下降，促进NH4+谷氨酸合成谷氨酰胺，有利于氨基酸的合成，为改善花生籽仁中的蛋白质含量奠定了生理基础。

2.5 控释肥对不同类型花生根、叶GPT活性的变化

2.5.1 根系GPT活性的变化

GPT是最重要的转氨酶之一，催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。两种不同类型花生根系GPT活性从幼苗期缓慢上升到花针期，之后逐渐下降，成熟期时降到最低。两种类型花生控释肥处理根系GPT活性在花针期前比普通肥料处理低，结荚期后高于普通肥料处理，控释肥减施处理根系GPT活性整个生育期均比普通肥料处理低，不同的是幼苗期和花针期二者活性差异较大，成熟期时差异不显著(图9)。

图9 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)根系酶GPT活性的影响 Fig.9 The effect of controlled release fertilizers on GPT activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.5.2 叶片GPT活性的变化

花育22号叶片GPT活性呈先降低后升高再降低的趋势；花育20号结荚期前活性变化幅度不大，结荚期后活性迅速降低。两种类型花生控释肥处理叶片GPT活性在幼苗期和花针期低于普通肥料处理，结荚期和成熟期高于普通肥料处理，其中成熟期花育22号控释肥处理叶片GPT活性比普通肥料处理大于花育20号。花育22号控释肥减施处理叶片GPT活性在结荚期前低于普通肥料处理，在成熟期比普通肥料处理高11.67%；花育20号控释肥减施处理叶片GPT活性整个生育阶段都比普通肥料处理低。(图10)。

图10 控释肥对花育22号(A)和花育20号(B)叶片谷氨酸—丙酮酸转氨酶GPT活性的影响Fig.10 The effect of controlled release fertilizers on GPT activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

3 讨论与结论

植物叶片可溶性蛋白质是多种酶系构成的非膜结合蛋白体系，反映了叶片酶蛋白功能的变化，其含量多少及其降解快慢是叶片生活力的高低是植物衰老的一个重要指标[22-23]。研究表明控释肥可提高玉米的可溶性蛋白含量[24]。本试验表明，与无肥处理相比，施肥可以显著增加花生根、叶可溶性蛋白含量。花生幼苗期和花针期等量控释肥处理和减量施用控释肥处理的根叶可溶性蛋白质含量低于等量普通施肥处理，但结荚期和成熟期高于普通无机肥处理，结果表明施用控释肥料可有效提高结荚期和成熟期根、叶片可溶性蛋白质含量，延迟根叶的衰老，保持植株较高的生理活性。

蛋白质作为氮素代谢的终极产物，其生物合成主要在硝酸还原酶(NRase)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸—丙酮酸转氨酶(GPT)等一系列酶催化作用下完成[3,5]。研究表明，控释氮肥能促进水稻发育中、后期叶片中的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶等氮代谢相关酶活性[25-28]，与常规施肥相比，普通尿素与缓释尿素配施可提高玉米叶片GOGAT 和GS 活性[29]。本研究表明，控释肥处理根、叶片硝酸还原酶、GS、GDH和GPT活性在幼苗期和花针期不如普通施肥处理，随着花生的生长发育，生育后期硝酸还原酶等氮代谢相关酶活性高于普通施肥处理，这表明控释肥处理有利于NO3-高效率转化，能够促进NH4+谷氨酸合成谷氨酰胺，有利于氮代谢的进行，为获得较高的粗蛋白含量奠定了生理基础。

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TheEffectofControlledReleaseFertilizersonCorrelatingEnzymeActivityofNitrogenMetabolisminPeanut

CHU Chang-jiang1, WU Zheng-feng2, SUN Xue-wu2, SUN Xiu-shan2,CHEN Dian-xu2, WANG Cai-bin2*, WAN Shu-bo3*

(1.YantaiAgriculturalTechnologyPromotionCenter,Yantai264001,China;2.ShandongPeanutResearchInstitute/NationalEngineeringResearchCenterofPeanut,Qingdao266100,China; 3.ShandongAcademyofAgriculturalSciences,Jinan250100,China)

Under field condition, field experiments were carried out to study the effects of controlled-release fertilizers on correlating enzyme activity of nitrogen metabolism in peanut varieties Huayu22 and Huayu20 with four treatments: controlled-release fertilizer (T1), 25% reduced controlled-release fertilizer application amount (T2), ordinary fertilizer (T3) and without fertilization (T4). Compared with no fertilization, fertilization significantly increased the soluble protein content and nitrogen metabolism correlating enzyme such as NRase, GDH, GS and GPT activity of root and leaf in peanut at pod filling stage and mature stage. Controlled-release fertilizer could increase the protein content in plant root and leaf after pod setting stage, and improve the activity of nitrogen metabolism correlating enzyme including NRase, GDH, GS, GPT and so on; Reducing controlled-release fertilizer application decreased the protein content and nitrogen metabolism correlating enzyme activity in contrast to chemical fertilizer treatment, but was similar to chemical fertilizer during peanut mature stage. In conclusion, controlled-release fertilizer was more benefit to nitrogen assimilation and protein synthesis, as well as delayed root and leaf senescence.

peanut; controlled release fertilizer; nitrogen metabolism; enzyme activity

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.02.005

S565.201; S145.6

A

2017-02-27

山东省2015年农业重大应用技术创新课题；山东省农科院创新工程(CXGC2016B05)；国家科技支撑计划(2014BAD11B04)；山东省农业科学院科技创新重点项目(2014CXZ11-2；2014CXZ06-2)；国家花生产业技术体系(CARS-14)

初长江(1982-)，男，山东文登人，烟台市农业技术推广中心农艺师，硕士，主要从事农业技术推广工作。

*通讯作者：王才斌(1960-)，研究员，主要从事花生栽培生理研究。E-mail: caibinw@126.com

万书波(1962-)，研究员，主要从事花生栽培生理研究。E-mail: wansb@saas.ac.cn