施氮量和采收株高对油菜薹外观性状、养分积累和氨基酸组分含量的影响

林宝刚 郝鹏飞 任 韵 怀 燕 张 慧 薛波文 华水金,*

(1 浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所，浙江 杭州 310021；2 湖州市农业科技发展中心/湖州市农业科学研究院，浙江 湖州 313000；3 浙江省农业技术推广中心， 浙江 杭州 310020)

油菜薹是油蔬两用型油菜品种抽薹后通过采摘菜薹，并供人们鲜食或加工后食用的一种新型蔬菜[1-2]。油蔬两用型油菜品种的施肥管理与常规油菜品种类似，主要分为基肥、提苗肥和油菜薹采摘后追肥，因此，氮肥调控油菜薹的产量和营养品质主要在于油蔬两用型油菜品种生长前期氮肥的运筹。

目前，油菜薹产量和品质的调控研究主要集中在品种筛选[3]、采摘时期[4]、摘薹次数[5]、播种期[6]等方面，施肥调控各种类型的菜薹(如红菜薹和油菜薹)产量和品质形成的机制研究较少。前人研究表明，红菜薹的中后期叶片数目、抽薹数、前期单薹重、硝酸盐含量和光合速率随着施氮量的增加而增加，蛋白质含量则先增加后减少[7-9]。沈明星等[10]比较了水葫芦沼液与化肥氮肥对菜薹产量和品质形成的效果，结果发现水葫芦沼液更有利于促进菜薹产量和品质的形成。许真[11]研究表明，施氮量的增加促进了油菜薹矿质养分氮、磷和钾以及维生素C、游离氨基酸总量的积累。然而，以上研究均未涉及施肥对油菜薹粗度、鲜重以及氨基酸组分含量的影响及调控机制。

氨基酸是人体重要的营养因子，其中赖氨酸等9种氨基酸为人体必需氨基酸[12-13]，只能从食物中摄入，其他氨基酸在人体各种代谢中也具有重要作用。植物中氨基酸组分的含量受到施用氮肥量的影响。研究表明，茶叶中决定茶鲜爽味的茶氨酸、谷氨酸和天冬氨酸含量随着施氮量的增加先增加后减少[14]。Bulman等[15]研究发现，施氮量增加导致春大麦谷粒中赖氨酸含量降低，但其组分的含量对年份、地点和品种的影响具有不同的响应。在增施氮肥后，玉米籽粒中氨基酸组分的积累也受到基因型的影响，如增施氮肥增加了普通玉米掖单22籽粒中蛋氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的含量及高油型玉米品种高油115籽粒中亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的含量[16]。可见，氮肥对不同作物氨基酸组分积累具有不同的效应。然而，氮肥对油菜薹氨基酸组分含量的影响尚鲜见报道。鉴于此，本研究以油蔬两用型油菜薹富硒1号为材料，对不同施氮量下油菜薹农艺性状、养分积累、氮素吸收重要酶活性以及氨基酸组分含量的变化进行研究，以期为油蔬两用型油菜薹高产、优质栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与种植管理

供试材料为油蔬两用型油菜品系富硒1号，由浙江省农业科学院油菜栽培研究室提供。试验于2018年在浙江省杭州市余杭区良渚镇麟海蔬果专业合作社进行。试验区土壤为潴育型水稻土。土壤基本理化性质为pH值5.9、有机质含量23.5 g·kg-1、全N含量635.0 mg·kg-1、速效P含量74.5 mg·kg-1、速效K含量99.2 μg·kg-1。10月5日采用穴直播方式播种，每穴播种5粒种子左右。待油菜长至三叶一心时，间苗一次，5叶期进行定苗。油菜生育期内水分、病虫害管理同常规。

1.2 试验设计

试验采用裂区试验设计，主区为3个氮肥梯度：施用纯氮120、180和240 kg·hm-2；副区为4个菜薹采收株高：20、30、40和50 cm。每个小区设3个重复，小区面积为13 m2，种植密度为120 000株·hm-2。氮肥为尿素，每小区施用量按照纯氮折算后均匀施入土壤，60%作为基肥，10%作为提苗肥(5叶期)，30%作为薹肥；磷肥(过磷酸钙，870 kg·hm-2)、钾肥(氯化钾，200 kg·hm-2)和硼砂(15 kg·hm-2)作为基肥一次性施入土壤中。

油蔬两用型油菜种植前未处理的耕作层(0～20 cm)按照“S”型取混合土样，用于基础土样养分检测。每小区75%的植株达到采样株高时开始采样，每小区随机取60个油菜薹。为避免边际效应，小区边界植株不取样。采菜薹时从花蕾顶部往下切取10 cm。用于养分和氨基酸组分检测的油菜薹置于装有碎冰块的保温泡沫盒，取样后立即运回实验室，进行后续检测；用于酶活性检测的油菜薹取样后立即置于液氮冷冻后运回实验室，并于-80℃超低温冰箱保存，备用。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 油菜薹粗度和鲜重测定 将运回实验室的油菜薹立即称量并记录单个菜薹平均鲜重；用游标卡尺记录油菜薹切口处的平均粗度，以上均为每个重复中随机取5个菜薹的混合样品平均值。

1.3.2 土壤理化性质和油菜薹N、P和K含量检测 根据《土壤农化分析》[17]，土壤pH值用氯化钾溶液浸提法测定，有机质含量采用重铬酸钾-硫酸亚铁滴定法测定，土壤和菜薹中N含量采用凯氏定氮法测定，P含量采用钼蓝比色法测定，K含量采用火焰光度法进行测定。

1.3.3 油菜薹氮代谢关键酶活性检测 油菜薹硝酸还原酶(nitrogen reductase, NR)、谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)和天冬酰胺合成酶(asparagine synhtetase, AS)活性以及亚硝酸盐含量采用试剂盒检测(NR-2-W、GS-2-Y、AS-2-H和SPYXY-2-G，苏州科铭生物技术有限公司)。

1.3.4 油菜薹氨基酸组分检测 油菜薹氨基酸组分委托农业农村部农产品及加工质量安全监督检验测试中心(杭州)检测。

1.4 统计分析

试验中不同施氮量和采收株高处理下油菜薹粗度，鲜重，N、P、K浓度，亚硝酸盐含量，NR、GS、AS活性以及氨基酸组分均采用平均值计量。统计分析时以施氮量为主处理，采收株高为副处理进行方差分析(R 4.1.2)。各平均值之间的差异采用Duncan’s法分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对油菜薹粗度和鲜重的影响

由表1可知，施氮量对油菜薹粗度影响不显著，但对油菜薹鲜重具有极显著影响；采收株高对油菜薹粗度和鲜重均具有极显著影响。在3个施氮量处理下，油菜薹粗度均随着采收株高的增加而降低，且采收株高为50 cm时的油菜薹粗度均显著低于采收株高20 cm处理，仅占采收株高20 cm油菜薹粗度的58.4%、66.0%和58.8%。油菜薹鲜重在3个施氮量处理下均表现为采收株高30 cm时最高。在施氮量120 kg·hm-2处理下，各采收株高处理间的油菜薹鲜重差异不显著；在施氮量180和240 kg·hm-2处理下，采收株高40和20 cm时，油菜薹鲜重最低，分别比株高30 cm采收时显著降低了14.6%和11.0%。

表1 不同施氮量和采收株高对油菜薹粗度和鲜重的影响Table 1 Effect of nitrogen application rates and harvesting plant heights on diameter and fresh weigh of young stem of rapeseed

2.2 施氮量对油菜薹养分和亚硝酸盐含量的影响

由表2可知，除施氮量对油菜薹P浓度影响不显著外，油菜薹N浓度、K浓度和亚硝酸盐含量均受到施氮量、采收株高以及两者互作的显著或极显著影响。在施氮量120 kg·hm-2处理下，采收株高40 cm处理的油菜薹N浓度显著高于其他采收株高；在施氮量180和240 kg·hm-2处理下，油菜薹N浓度均表现为采收株高20 cm处理显著低于其他采收株高，且其他采收株高处理下油菜薹N浓度无显著差异。在3个施氮量处理下，采收株高20 cm时的油菜薹P浓度最低，且显著低于采收株高40和50 cm处理。油菜薹K浓度的变化趋势与N和P浓度相反，在采收株高20 cm时最高。在施氮量120和180 kg·hm-2处理下，油菜薹亚硝酸盐含量均表现为采收株高20、30和40 cm处理间无显著差异，但显著高于采收株高50 cm；在施氮量240 kg·hm-2处理下，采收株高20和30 cm处理间的油菜薹亚硝酸盐含量无显著差异，但均显著高于40和50 cm采收株高处理。

就施氮量而言，在施氮量180 kg·hm-2处理下菜薹中的平均N和K浓度以及亚硝酸盐含量最高，而平均P浓度则随着施氮量的增加而增加。

表2 不同施氮量和采收株高对油菜薹N、P、K浓度和亚硝酸含量的影响Table 2 Effect of nitrogen application rates and harvesting plant heights on the concentration of N, P, and K, and nitrite content in young stem of rapeseed

2.3 施氮量对油菜薹氮代谢酶活性影响

由表3可知，施氮量和采收株高极显著影响油菜薹的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和天冬酰胺合成酶(AS)活性。在3个施氮量处理下，油菜薹NR活性均随着采收株高的增加呈先降低后升高趋势；施氮量120和180 kg·hm-2处理下，NR活性在采收株高50 cm时回升，施氮量240 kg·hm-2处理下，则在采收株高40 cm时开始回升；120、180和240 kg·hm-23个施氮量下，采收株高处理下NR活性最高值分别是最低值的3.5、2.4和2.1倍。油菜薹GS活性在施氮量120和240 kg·hm-2、不同采收株高处理下的变化趋势与NR活性一致；在施氮量180 kg·hm-2处理下，GS活性在采收株高50 cm显著高于采收株高20和40 cm，但与采收株高30 cm处理无显著差异；120、180和240 kg·hm-23个施氮量下，采收株高处理下GS活性最高值分别是最低值的4.9、1.4和1.6倍。就油菜薹AS活性而言，在施氮量120 kg·hm-2处理下，不同采收株高对AS活性的影响与NR和GS活性一致；在施氮量180和240 kg·hm-2、不同采收株高处理下，油菜薹中的AS活性变化趋势一致，但在施氮量180 kg·hm-2处理下，采收株高40 cm处理油菜薹中的AS活性显著低于其他3个采收株高处理，且这3个采收株高处理间无显著差异；而在施氮量240 kg·hm-2处理下，4个采收株高之间的油菜薹AS活性均存在显著差异；120、180和240 kg·hm-23个施氮量下，采收株高处理下AS活性最高值分别是最低值的2.0、1.7和2.1倍。

表3 不同施氮量和采收株高对油菜薹NR、GS和AS活性的影响Table 3 Effect of nitrogen application rates and harvesting plant heights on the activities of NR, GS and AS in young stem of rapeseed

就施氮量而言，在施氮量180 kg·hm-2处理下菜薹中NR的平均酶活性最高，而GS和AS的平均酶活性随着施氮量的增加而降低。

2.4 施氮量对油菜薹氨基酸组分含量的影响

由表4可知，施氮量对油菜薹中各氨基酸组分含量具有显著或极显著影响，而采收株高及施氮量与采收株高的互作影响不显著。在各采收株高和施氮量处理下，16种氨基酸中谷氨酸含量最高，其次为天冬氨酸和亮氨酸，酪氨酸和异亮氨酸含量较低，蛋氨酸最低。在采收株高20 cm处理下，油菜薹所有氨基酸组分均表现为施氮量240 kg·hm-2处理显著高于其他施氮量处理。采收株高30 cm时，油菜薹中丙氨酸、蛋氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸含量在各施氮量处理下无显著差异，其余氨基酸组分含量均在施氮量240 kg·hm-2处理下最高。采收株高40 cm时，油菜薹中的缬氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸含量在各施氮量处理下无显著差异；谷氨酸含量在施氮量240 kg·hm-2处理下最高；天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、异亮氨酸和亮氨酸含量则在施氮量180 kg·hm-2处理下最高。采收株高50 cm时，谷氨酸、酪氨酸和精氨酸含量在施氮量180 kg·hm-2处理下最高，且显著高于120 kg·hm-2处理；其余氨基酸组分含量在各施氮量之间无显著差异。

3 讨论

粗度和鲜重是油菜薹重要的外观品质。提高油菜薹粗度、增加鲜重对改良油菜薹外观品质具有重要意义。本研究发现，施氮量未能显著促进油菜薹粗度，表明通过增施氮肥促进油菜薹粗度的调控方式并不理想。油菜茎秆的粗度从基部到顶部逐步明显变细，本研究中油菜薹粗度随采收株高的增加而显著降低进一步佐证了该现象。就菜薹鲜重而言，增施氮肥增加了前期油菜薹鲜重，与增施氮肥能促进红菜薹前期单个鲜重的研究结果类似[7]。

作物农艺性状的改良与养分吸收和利用密切相关[18-20]。本研究表明，在施氮量120～180 kg·hm-2范围内，油菜薹N、P和K平均浓度增加，而进一步增施氮肥则使油菜薹N和K平均浓度降低，表明过高的氮素不利于油菜薹N和K的积累，这与前人研究结果类似[21-23]。如机直播早、晚稻的施氮量分别在150和160 kg·hm-2处理下可以达到增产与氮高效协同的效果，再增加氮肥用量则不利于增产和氮素利用率的提高[20]。进一步分析油菜薹中的氮代谢酶活性，结果发现NR活性在施氮量处理下的平均变化趋势与油菜薹氮浓度变化一致。党伟等[24]利用CRISPR/CAS9基因编辑技术将烟草硝酸还原酶基因启动子中NRE2元件敲除后，导致双突变体植株硝酸还原酶活性降低，总氮含量也减少。因此，推断本研究中硝酸还原酶对维持油菜薹氮浓度也可能发挥重要的作用。GS和AS是氮同化途径中的两个重要酶类。本研究发现，GS和AS活性平均值随着施氮量的增加而降低。余佳玲等[25]发现GS活性对油菜植株氮素积累影响较小。徐寿军等[26]研究表明，小麦叶片GS活性随着施氮量的增加而增加，与本研究结果相反。表明在不同作物中GS等酶活性对植株养分的调控机制不完全相同。亚硝酸盐含量与植物氮素代谢密切相关，也是人们健康食用蔬菜的重要指标之一[27]。本研究结果表明，各采收株高下油菜薹中的亚硝酸盐含量均随着施氮量的增加表现为先增加后减少趋势，但均在安全范围(0～20 μg·g-1[28])内。因此，通过增施氮肥提高油菜薹养分积累和农艺性状是安全可行的途径。

本研究还对不同施氮量和采收高度处理下16种氨基酸组分的含量变化进行了研究。结果表明，影响氨基酸含量的主要因子是施氮量，采收株高影响不显著。随着施氮量的增加，各氨基酸组分在采收株高20和30 cm时，其含量增加为主要趋势，与前人研究结果一致[29-30]。但在采收株高40 cm时，油菜薹中约有一半的氨基酸组分含量对施氮量响应不明显，而采收株高50 cm时，对施氮量响应不明显的氨基酸组分达75%。造成该研究结果的原因可能与油菜薹在伸长过程中，茎秆中下部的氨基酸组分尚未能及时分配到顶端的菜薹中有关，从而导致不同施氮量下油菜薹中氨基酸组分含量的差异随采收株高的增加越来越不显著。

本研究还发现，油菜薹16种氨基酸中，含有8种必需氨基酸(未检测到色氨酸)，且含量高，表明油菜薹营养平衡。目前，水稻籽粒中的第一限制性必需氨基酸——赖氨酸的含量仅约为0.3%[31-32]，而本研究中油菜薹赖氨酸含量分布于0.85%～1.55%之间。在本研究中油菜薹谷氨酸含量较高。谷氨酸不仅是作物氮代谢过程中重要的中间产物，而且是食品中重要的“鲜”味呈味剂[33]。因此，油菜薹中高含量的谷氨酸可能是其品质鲜的重要原因之一。

4 结论

本研究结果表明，油菜薹粗度随着株高的增加而降低，增施氮肥促进了油菜薹鲜重的增加，各氮肥处理下，采收株高30 cm时，单个菜薹鲜重最大。随着施氮量的增加，油菜薹N和K浓度先增加后减小，但对P浓度影响不显著。油菜薹亚硝酸盐含量随着施氮量的增加表现为先增加后减小趋势，但均在食用安全范围之内。随着施氮量的增加，油菜薹NR活性呈现先增加后减小趋势，而GS和AN活性均降低。在采收株高20～30 cm处理下，氮肥增施以促进油菜薹各氨基酸组分含量为主，但随着采收株高进一步增加，施氮量对各氨基酸组分含量影响变小。此外，各氨基酸组分中，“鲜味”氨基酸即谷氨酸含量在各氮肥和采收株高处理下含量最高。综合油菜薹性状、养分和氨基酸含量变化，油蔬两用型油菜的推荐施氮量为180 kg·hm-2，采收株高为40 cm。