施氮量对不同油酸含量大花生产量及品质的影响

杨 正，肖思远，陈思宇，刘 晶，朱文娟，徐 茜，李 林，郭 峰，兰时乐

（1. 湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128；3. 山东省农业科学院 生物技术研究中心/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100）

花生（Arachis hypogaeaL.）属1 年生豆科草本植物，是我国重要的油料作物和经济作物，其营养丰富，富含多种氨基酸、脂肪、蛋白质。为提高花生品质与产量，前人在花生品种、栽培模式、施肥管理等方面进行了积极探索[1⁃5]。氮素作为花生生长所需的大量元素之一，与花生的产量和品质紧密相关，其作为合成叶绿素的重要元素影响叶片的光合作用进而控制光合产物含量，同时也影响相关碳氮代谢酶的活性[6]。适宜的施氮量可以使作物增产提质，过低的施氮量会造成植株矮小、黄叶等发育不良情况而减产，而过高的施氮量则会抑制相关酶活性，进而不利于提高产量，并且还会造成土壤板结、水体富营养化、硝酸盐淋溶污染地下水、农产品亚硝酸盐含量过高等生态环境与作物安全问题[7⁃9]。关于施氮量对花生生长的影响，国内许多研究者进行了有益探索[10⁃13]，结果表明，不同花生品种对不同氮肥施用量的响应明显不同。而关于北方花生品种在南方种植时对氮肥用量的响应以及氮肥用量对其生长发育、产量及品质的影响研究较少，鉴于此，以普通油酸大花生品种花育22和高油酸大花生品种冀花16 为试验材料，比较不同油酸含量的2 个北方大花生品种在南方水稻土种植环境下，施氮量对其主要农艺性状、荚果产量、品质及叶片相关氮代谢关键酶活性变化的影响，以期为北方优良大花生品种在南方实现品质化栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况和供试材料

试验地位于湖南省长沙市芙蓉区湖南农业大学耘园基地（27°11'N，113°4'E），海拔50 m，属亚热带季风气候，年平均气温17.2 ℃，年积温为5 457 ℃，年均降水量1 361.6 mm。试验土壤为第四纪红壤发育的水稻土，土壤基本理化性质为pH 值6.0，有机质含量19.45 g/kg，全氮含量1.35 g/kg，全磷含量1.12 g/kg，全钾含量29.16 g/kg，碱解氮含量130.2 mg/kg，速效磷含量65.32 mg/kg，速效钾含量257.65 mg/kg。

供试花生品种：普通油酸大花生品种花育22（HY22，油酸含量51.73%，亚油酸含量30.25%），由山东省农业科学院花生研究所提供；高油酸大花生品种冀花16（JH16，油酸含量79.25%，亚油酸含量3.85%），由河北省农林科学院粮油作物研究所提供。

供试肥料：尿素（N≥46.4%）、钙镁磷肥（含P2O5≥12.0%）、硫酸钾（K2O≥52.0%、Cl≤1.5%、S≥17.5%）。

1.2 试验设计

对2个不同油酸含量大花生品种分别设置对照N0（不施氮）、中氮N1（120 kg/hm2）、高氮N2（240 kg/hm2）3个施氮水平，其中品种为主区，氮肥用量为副区，小区面积20 m2，重复3 次，随机区组排列。每小区施P2O572 kg/hm2、K2O 171.6 kg/hm2。统一垄距80 cm，垄高12 cm，垄上花生行距25 cm，穴距11 cm，每穴1 粒种子，理论密度227 280 穴/hm2。起垄后于垄上均匀撒入肥料并翻拌入土壤0～20 cm 土层中。于2019 年4 月28 日播种，9 月2 日收获。其他管理同花生大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状及叶绿素含量 于苗期、花针期、结荚期、成熟期取样，每小区取5株，测量主茎高、第一侧枝长、分枝数和叶绿素含量，其中叶绿素含量在田间选择主茎倒三叶采用SPAD-502PLUS测定。

1.3.2 产量及氮肥利用 于成熟末期每小区取20株健康植株进行考种，晒干后考查饱果数、饱果质量、饱仁质量、百仁质量等，其余植株全部收获晒干后计算产量及氮肥农学利用率、氮肥偏生产力。

氮肥农学利用率=（施氮区荚果产量-无氮区荚果产量）/施氮量，

氮肥偏生产力=施氮区荚果产量/施氮量。

1.3.3 氮代谢关键酶活性 于苗期、花针期、结荚期、成熟期取主茎的倒三叶，迅速装入样品袋并投入液氮罐中，带回实验室于-80 ℃暂存。谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性采用CREN等[14]的方法测定，谷氨酸合成酶（GOGAT）活性采用郑朝峰等[15]的方法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]测定。

1.3.4 籽粒品质 选取具有代表性的完好无损的花生装入样品杯中，并保持待测种子样品表面的相对平整，放入波通DA7250 型近红外分析仪[波通瑞华科学仪器（北京）有限公司（瑞典）]，测定籽仁的粗蛋白、多种氨基酸及脂肪酸含量，每样品重复3次。

1.4 数据处理与分析

使用Excel 2016 对数据进行整理，使用IBM SPSS Statistics 25 进行相关性分析，使用GraphPad Prism 8 进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 施氮量对花生农艺性状及叶绿素含量的影响

表1 表明，苗期、花针期、结荚期花育22 和冀花16的主茎高均随施氮量增加而增加，成熟期花育22和冀花16 的主茎高均以N1 处理最大；花育22 和冀花16 第一侧枝长随氮肥施用量增加均有不同程度的提高，N2处理与N0处理均存在显著差异；不同时期花育22 的分枝数在不同处理间无明显的变化规律，而冀花16 N1 和N2 处理的分枝数较N0 处理均有不同程度提高，苗期和成熟期N2 处理的分枝数显著高于N0 处理；花育22 和冀花16 在苗期的叶绿素含量与施氮量呈正相关且达显著水平，其中花育22 N1、N2 处理叶绿素含量较N0 处理分别提高30.84%、42.90%，冀花16 N1、N2 处理叶绿素含量较N0 处理分别提高11.60%、20.06%，其他生育时期各处理间叶绿素含量无显著差异。

表1 不同施氮处理下花生的农艺性状及叶绿素含量Tab.1 Agronomic characters and chlorophyll contents of peanuts under different nitrogen treatments

2.2 施氮量对花生产量及氮肥农学利用率、偏生产力的影响

从表2 可知，花育22 在N1 处理下的饱果数、饱果质量、饱仁质量及百仁质量分别较N0 处理提高5.82%、11.74%、8.09%、18.67%，而N1、N2 处理的荚果产量较N0处理分别提高23.26%、15.17%，N1处理氮肥偏生产力、氮肥农学利用率显著高于N2 处理；冀花16 N2处理的饱果数、饱果质量、饱仁质量、百仁质量、荚果产量和氮肥农学利用率均最大，N1、N2处理的荚果产量分别较N0 处理提高了13.58%、50.89%，N2处理氮肥农学利用率明显高于N1处理。

表2 不同施氮处理下花生的产量及氮肥利用情况Tab.2 Yield of peanuts and utilization of nitrogen fertilizer under different nitrogen treatments

2.3 施氮量对花生籽仁品质的影响

表3 表明，花育22 N1 处理籽仁总氨基酸、粗蛋白含量分别较N0 和N2 处理提高6.46%、8.36%和7.25%、8.16%；冀花16 N0 处理籽仁总氨基酸、粗蛋白含量较N1和N2处理分别提高了2.44%、3.13%和1.63%、2.55%。

表3 不同施氮处理对花生籽仁粗蛋白及氨基酸含量的影响Tab.3 Effects of different nitrogen treatments on crude protein and amino acid content of peanut kernel %

表4 表明，花育22 N1 处理籽仁含油量、油酸含量及O/L较N0和N2处理低，N1和N2处理籽仁亚油酸、棕榈酸含量均显著高于N0 处理；冀花16 N1 和N2 处理籽仁油酸、亚油酸含量较N0 处理分别提高6.46%、49.67%和6.00%、43.46%，N0 处理籽仁O/L显著高于N1和N2处理。

表4 不同施氮处理对花生籽仁含油量及脂肪酸含量的影响Tab.4 Effects of different nitrogen treatments on oil content and fatty acids in peanut kernel %

2.4 施氮量对花生叶片氮代谢关键酶活性和可溶性蛋白含量的影响

2.4.1 GS 如图1 所示，花育22 和冀花16 叶片中GS活性随生育时期推进均呈先升后降的趋势，各处理叶片GS 活性均在花针期达到最大，花育22 N1 处理较N0 和N2 处理分别提高了16.79%、11.28%，冀花16 N1 处理较N0 和N2 处理分别提高了14.31%、10.92%，且不同生育时期两品种叶片GS 活性均表现为N1处理高于N0和N2处理。

2.4.2 GDH 如图2 所示，花育22 和冀花16 叶片GDH 活性随生育时期推进均呈先降后升再降的变化趋势。两品种各处理叶片GDH 活性均在结荚期最大，花育22 N1 处理较N0 和N2 处理分别提高了17.48%、32.03%，冀花16 处理N1 较N0 和N2 分别提高了4.09%、19.15%。花育22 N1 处理叶片GDH 活性全生育期内均高于N0、N2 处理，冀花16 处理N2在苗期、花针期、结荚期叶片GDH 活性均显著低于其他处理，而在成熟期与N0、N1处理无显著差异。

2.4.3 GOGAT 如图3 所示，花育22 叶片GOGAT活性随生育时期的推进呈先降后升再降的变化趋势，苗期叶片GOGAT 活性表现为N0＞N2＞N1，花针期、结荚期、成熟期均表现为N1＞N0＞N2；冀花16 N0 处理叶片GOGAT 活性随着生育时期推进一直下降，N1、N2 处理则表现为先降后升再降的趋势。

2.4.4 可溶性蛋白含量 如图4 所示，花育22 和冀花16 的叶片可溶性蛋白含量随着生育时期推进均呈现先降后升的趋势，且各个时期N2 处理可溶性蛋白含量均低于N0、N1处理，成熟期花育22和冀花16 N0、N1、N2处理叶片可溶性蛋白含量最高。

3 结论与讨论

氮素是保证植株发育、叶绿素合成以及获得高产高品质的重要影响因素[17]。本研究表明，不同施氮量处理对花育22 和冀花16 各生育时期的农艺性状影响较大，在中氮（N1）与高氮（N2）处理下，主茎高、第一侧枝长、分枝数较不施氮(N0)处理都有不同程度提高，适宜的生物量是保证高产的前提，可以让花生植株有更多的果针扎入土壤。随着生育时期的推进，中氮与高氮处理之间的差异缩小，但各指标均高于不施氮处理，与前人研究结果[18⁃19]一致。苗期两品种N1和N2处理叶片叶绿素含量均显著高于处理N0，叶绿素含量较高有利于积累更多的光合产物以保证植株发育，为提高产量奠定基础。

花育22 在中氮（N1）条件下花生饱果数、饱果质量、饱仁质量、百仁质量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力均高于其他施氮处理，因而具有更高的荚果产量，花生籽仁多种氨基酸及粗蛋白含量高于其他施氮处理；冀花16 在高氮（N2）条件下花生饱果数、饱果质量、饱仁质量、百仁质量、氮肥农学利用率均高于其他施氮处理，因此荚果产量大幅提高。花育22是山东省农业科学院花生研究所采用60Co γ射线诱变处理与杂交相结合育成的传统出口型大花生品种[20]，油酸含量为51.73%，亚油酸含量为30.25%[21]，在本试验地种植条件下籽仁的油酸含量与在山东省种植相比有较大提高，亚油酸含量则出现较大下降，不同施氮处理间无显著差异。冀花16是河北省农林科学院粮油作物研究所通过有性杂交选育的高油酸大花生品种，油酸含量为79.25%[22]，在本试验地种植环境下籽仁的油酸含量与在河北省种植相比有较大幅度的提高，且N1、N2处理油酸含量显著高于N0。这可能是施肥、纬度及种植环境对2个花生品种综合影响的结果。潘丽娟等[23]研究6个高油酸大花生品种在全国11个不同纬度种植区的适应性，结果表明，高油酸大花生的产量、含油量以及蛋白质、油酸、亚油酸含量等指标受纬度环境因素影响明显。

GS 和GOGAT 是具有多种功能的氮代谢酶，对进入植物体内的NH4+-N 循环同化具有重要的调节作用，而对GS/GOGAT 循环起辅助作用的GDH 则在植物遭受环境胁迫的抗逆过程及自然衰老过程氨的再同化中起重要作用[24⁃26]。花生苗期GS 活性较低 而GDH 和GOGAT 活 性 较 高，说 明GDH 与GOGAT协同发挥作用为花生吸收氮素提供保障；花针期GS 活性最高，而GDH 与GOGAT 活性降低，说明在生物量大量积累的生育中期GS 更多地参与氮代谢过程，合成谷氨酰胺；花针期以后GS 活性持续降低，而GDH 活性在结荚期最高，N1 和N2 处理GOGAT活性在结荚期又升高，说明在花生自然成熟的过程中，GDH 在氮代谢过程发挥重要作用且与GOGAT具有一定的协同关系，主要合成谷氨酸参与后续生理反应；成熟期阶段各酶活性均表现为下降，这是植株进入生育末期的表现，此时叶片可溶性蛋白含量大幅度提高是因为荚果的灌浆已经完成，代谢产物不需过度向下转移，而在生育中期叶片可溶性蛋白含量均处于较低水平，说明叶片中的氮代谢产物及光合产物均迅速地向其余营养器官和生殖器官中转移。不同品种间叶片氮代谢相关酶对施氮水平的响应差异较小，N1 处理花育22 叶片GS 和GDH 活性在全生育期内均最高，生育后期GS、GDH、GOGAT 活性均表现为N1＞N2，表明中量施氮条件下花育22叶片氮代谢水平更高，因而具有更高的产量和更好的品质，这与前人的研究一致[27⁃28]。冀花16 叶片GS 和GDH 活性变化与花育22大体相似，但是在生育末期N2与N1处理差异较小，表明高氮条件下叶片仍具有较高的氮同化能力，可为提高产量做出贡献。

本试验结果表明，在南方水稻土种植条件下，普通油酸大花生品种花育22的农艺性状、叶绿素含量、荚果产量、籽仁品质及叶片氮代谢酶等在中氮（120 kg/hm2）条件下具有更好的表现，生产实践中应当施用中量氮肥；而高油酸大花生品种冀花16在高氮（240 kg/hm2）条件下产量有大幅提高，生产上氮肥施用量可适当提高。