施氮量对当归氮代谢的影响

杨海林，缪志伟，邱黛玉*

（1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州730070；2.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州730070；3.甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室，甘肃兰州730070）

当归（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）为伞形科多年生草本药用植物[1]，在其生产中存在过量施肥现象，尤其氮肥过量较为普遍，对土壤环境及药材品质均产生负面影响。氮代谢是当归对氮素吸收、同化和利用的基本途径之一[2]，为当归的生长发育及碳代谢过程提供光合色素和酶蛋白[3]，直接影响着当归的产量和品质。硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酰胺脱氢酶（GDH）作为参与植物氮素同化的3个关键酶，在植物氮代谢中具有十分重要的作用[4]。其中NR活性的高低关系到无机氮的利用率，GS和GDH是氮代谢中氨同化的关键酶[5]。植物叶片中可溶性蛋白质和游离氨基酸反映着叶片酶蛋白功能的变化，其含量代表叶片氮代谢水平的高低，同时也是反映叶片衰老的指标之一[6]。据现有研究推测，这3种酶在一定活性范围内还可能具有缓解植物的铵毒害效用[7]。本试验研究在不同栽培模式下施氮量对当归氮代谢的影响以及氮代谢关键酶活性的变化，以期为当归种植的高效施氮提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在甘肃省漳县金钟镇。该地区属高寒阴湿二阴区，海拔2557m，多年平均降水量550～600mm，年平均气温5.0～5.5℃，无霜期110～135d，≥0℃年积温2309℃，≥10℃年积温1523℃。土质为黑麻土，前茬作物青稞。试验地pH值7.6，全氮1.48g/kg、全磷0.75g/kg、NH4-N7.43mg/kg、速效磷15.31mg/kg、速效钾205.9mg/kg。

1.2 供试材料

试验采用当地药农自育一年生种苗。地膜为甘肃天宝塑业有限责任公司生产的黑色塑料地膜。供试肥料养分含量：尿素含N46%，磷酸二铵含P2O546%、N18%。

1.3 试验设计

试验采用双因素随机区组设计，设栽培方式和施氮量2个因素。栽培方式设3种：全膜双垄垄栽（C1）、全膜双垄沟栽（C2）、全膜单垄垄栽（C3）。施氮量设4个水平：N1：0kg/hm2、N2：96kg/hm2、N3：192kg/hm2、N4：288kg/hm2。试验共12个处理，每个处理重复3次，共36个小区，小区面积13.5m2（3m×4.5m），小区间距0.5m，周围设置1m保护行。各处理施磷量以P2O5计，均为138kg/hm2，所有肥料均在移栽前结合耕地一次性以基肥施入，中期不再追肥。试验于2018年4月1日进行移栽，田间管理同大田，10月19日收获。

1.4 测定指标及方法

分别于6月29日、8月25日和10月19日进行氮代谢关键酶的测定，取样方法为每小区随机取样5株，摘取顶端幼嫩叶片，液氮罐带回，备用。

NR采用活体法测定[8]；GS参考黄学奎（2015）的方法测定[9]；GDH参考LinCC（1996）的方法测定[10]。

1.5 数据处理

采用SPSS20.0和Excel2010进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 当归叶片硝酸还原酶的活性变化动态

由表1可知，硝酸还原酶在当归生长期基本呈现逐渐降低的趋势。从栽培方式、施氮水平来看，施氮可不同程度提高硝酸还原酶的活性，在当归地上部分生长旺盛期（6月29日），全膜双垄沟栽C2较全膜双垄垄栽C1提高了8.82%～27.79%；在当归根部膨大期（8月25日），C2较C1提高了8.40%～11.54%；在收获期（10月19日），C2较C1提高了15.75%～46.76%，全膜双垄沟栽模式优势明显。从施氮水平上看，N3水平促进硝酸还原酶活性效应显著，在根部膨大期，N3较N1提高了16.26%～23.60%；在收获期，N3较N1提高了36.73%～77.21%，过量施氮（N4）硝酸还原酶活性不再增加。因此，全膜双垄沟栽及施氮192kg/hm2处理（C2N3）有利于当归叶片硝酸还原酶活性的提升。

表1 不同处理对当归硝酸还原酶活性的影响

2.2 当归叶片谷氨酰胺合成酶的活性变化动态

表2 不同处理对当归谷氨酰胺合成酶活性的影响

在当归生长期内，谷氨酰胺合成酶呈现先增长后降低的趋势。从栽培方式上看，各施氮处理下，在当归地上部分生长旺盛期，C2较C1相比提高了9.26%～15.49%。在当归根部膨大期，C2较C1相比提高了9.07%～22.51%；在收获期，C2较C1提高了24.49%～32.89%。全膜双垄沟栽模式具有显著优势。从施氮水平上看，N3水平显著促进谷氨酰胺合成酶的活性，在当归地上部分生长旺盛期，N3较N1相比提高了10.44%～23.03%；在根部膨大期，N3较N1相比提高了35.33%～56.22%；在当归收获期，N3较N1相比提高了53.94%～71.18%（见表2）。因此，全膜双垄沟栽及施氮192kg/hm2处理（C2N3）有利于当归叶片谷氨酰胺合成酶活性的提高。

2.3 当归叶片谷氨酰胺脱氢酶的活性变化动态

随着当归生育期的不断推进，谷氨酰胺脱氢酶呈现出波动下降的趋势，在根部膨大期达到峰值，随后开始降低。各施氮水平下，全膜双垄沟栽模式下当归叶片谷氨酰胺脱氢酶活性较其他模式显著提高。从施氮水平上看，在当归地上部分生长旺盛期，不同覆膜垄作模式下，N4较N1相比提高了55.56%～70.0%；在当归根部膨大期，N3较N1相比提高了35.71%～48.28%；在当归收获期，N3较N1相比提高了33.33%～75.00%（见表3）。因此，全膜双垄沟栽及施氮192kg/hm2处理（C2N3）有利于当归叶片谷氨酰胺脱氢酶活性的提升。

表3 不同处理对当归谷氨酰胺脱氢酶活性的影响

2.4 栽培方式与施氮对当归叶片游离氨基酸含量的影响

从当归地上部分生长旺盛期到根部膨大期，氨基酸呈现出缓慢增长的趋势，到收获期则大幅下降。从栽培方式上看（见表4），在不同施氮处理下，当归的地上生长旺盛期和根部膨大期都表现出C2＞C3＞C1。在当归地上部分生长旺盛期，在不同施氮量水平下，C2较C1相比提高了3.59%～23.97%；在当归根部膨大期，C2较C1相比提高了5.64%～15.86%；在收获期，C2较C1相比提高了11.90%～14.00%。全膜双垄沟栽可显著促进当归叶片游离氨基酸的积累。从施氮水平上看，N3水平促进游离氨基酸含量效应显著，在当归地上部分生长旺盛期，不同覆膜栽培模式下，N3较N1相比提高了14.74%～37.31%；在当归根部膨大期，N3较N1相比提高了31.20%～43.88%；在当归收获期，N3较N1相比提高了18.53%～30.56%。过量施氮反而抑制游离氨基酸的积累。因此，全膜双垄沟栽及施氮192kg/hm2处理（C2N3）有利于当归叶片游离氨基酸含量的提升。

表4 不同处理对当归叶片氨基酸含量的影响

2.5 栽培方式与施氮对当归叶片可溶性蛋白质的影响

在当归生长期内，可溶性蛋白质的含量总体呈现先增长后降低的变化。从栽培方式看（见表5），各施氮量水平下，施氮可不同程度提高可溶性蛋白质的含量，在当归地上部分生长旺盛期，C3较C1相比提高了9.33%～26.28%；在根部膨大期，C3较C1相比提高了8.06%～14.02%；在收获期，C3较C2相比提高了6.60%～15.63%，全膜单垄垄栽模式优势明显。从施氮水平上看，N4水平可显著促进可溶性蛋白质的含量，在当归地上部分生长旺盛期，相应的覆膜垄作模式下，N4较N1相比提高了18.90%～38.17%；在根部膨大期，N4较N1相比提高了27.77%～40.47%；在收获期，N4较N1相比提高了76.91%～91.91%。因此，全膜单垄垄栽及施氮288kg/hm2处理（C3N4）有利于当归叶片可溶性蛋白质大量积累。

表5 不同处理对当归叶片可溶性蛋白质的影响

3 结论与讨论

本研究发现，自当归地上部分生长旺盛期开始，一直到收获期结束，NR活性不断降低，GS和GDH活性波动降低，说明NR在地上部分生长旺盛期的氮代谢中起主导作用，当归主要进行硝酸盐同化。在根部膨大期，NR活性衰减，GS和GDH活性升高，说明在根部膨大期当归主要进行氨同化过程，在3种栽培模式中，全膜双垄沟栽与其他2种方式相比更有利于提升NR、GS、GDH活性[11]，未施氮水平下显著小于施氮水平，说明增施氮肥对当归提升氮代谢强度有显著影响，但过量增施氮肥其提升效应不再增加。氨基酸与可溶性蛋白质在当归生长全时期的变化趋势相同，与GS、GDH活性趋势大致相同，说明在根部膨大期GS活性增强，氮代谢中氨同化过程加强，生成氮代谢产物氨基酸与可溶性蛋白质增多，根部膨大期后，氨同化过程强度开始衰减，生成的氮代谢产物也开始降低，且施氮量显著影响氨基酸含量，其中C3N3处理最有利于提高氨基酸含量，过量施氮同样抑制氨基酸含量的增长，而可溶性蛋白质则是随着施氮量的增加而增加。综合考虑，全膜双垄沟栽在施氮量192kg/hm2下最有利于提高当归氮代谢能力，促进当归的生长发育。