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营养液不同铵硝比对菠菜产量和品质影响的机理研究

汪建飞

   菠菜是一种非常重要的叶类蔬菜,富含V_E、Vc和矿质元素Fe、Zn等,在我国南北方都有普遍种植,也是人民群众普遍消费的主要蔬菜作物。但是菠菜既能积累高量的硝酸盐,同时又是高量草酸累积型的蔬菜。已有研究表明,在营养液栽培条件下,以硝态氮为主导适量配施铵态氮不仅可以提高作物的生物量,也能显著降低叶菜体内硝酸盐和草酸的累积量,提高叶菜的品质。然而,不同形态氮素及配比对叶菜生长及其品质影响的机理仍知之不多。 本博士论文采用营养液栽培的方法,从植物营养和植物生理生化的角度来探讨不同形态氮素及配比对菠菜生长影响的规律及适当增铵对产量影响的机理;研究了铵硝比对菠菜Vc、可溶性糖和粗蛋白含量的影响规律,探讨了等氮条件下铵硝比变化对菠菜硝酸盐及可溶性草酸累积的影响规律及机理;研究了铵硝比对菠菜吸收和累积氮磷钾等矿质养分的效应与机理;通过铵硝比对菠菜叶绿素含量、气孔导度、Rubisco活性影响的分析,探讨了铵硝比影响菠菜光合作用的机理;研究了铵硝比对菠菜体内有机酸和氨基酸含量的影响规律,结合对氮素代谢关键酶活性的影响效应,讨论了铵硝比对于菠菜吸收和同化氮素机理。另外,还设计了不同磷素水平下不同铵硝比的菠菜培养试验,研究了磷素营养对于菠菜吸收、同化NH_4~+-N和NO_3(?)的影响规律和机理。本研究取得了如下结果: 1不同铵硝比对菠菜的生长形态和生物量影响显著。在总氮浓度为12mmol L~(-1)的营养液栽培条件下,随着铵硝比的下降,菠菜的鲜重显著增加,干物重也逐渐增加,但铵硝比为25:75和0:100两个处理干物重差异不显著。 2增铵营养有利于改善菠菜的品质。单独供应硝态氮时,会显著提高菠菜体内硝酸盐和亚硝酸盐的含量,适当增施铵态氮有利于降低菠菜硝酸盐和亚硝酸盐的含量。在铵硝比为25:75时,菠菜茎叶中草酸含量最低,铵硝比为0:100时,草酸含量则显著升高。氮素形态配比对菠菜的营养品质也有一定影响。硝态氮作为惟一氮源时,菠菜Vc含量要显著低于铵硝配合或全铵处理,铵硝比为50:50的处理菠菜Vc含量最高。随着铵硝比的下降,菠菜茎叶中可溶性糖的含量显著降低。而菠菜茎叶中粗蛋白的含量则以铵硝比25:75处理最高。 3不同铵硝比的氮素营养对菠菜氮素代谢和磷钾养分吸收影响显著。随着铵硝比的降低,菠菜茎叶和根系组织中硝态氮含量直线上升,同时菠菜根部铵态氮含量急剧下降,茎叶中铵态氮含量变化不显著;铵硝比对于菠菜各部位含氮量的影响不大,随着铵硝比的下降,菠菜植株累积的氮素显著增加;适当增铵有利于磷、钾的吸收和累积;铵硝比为25:75的处理,菠菜植株中磷、钾含量和累积量均最高。 4菠菜叶片中叶绿素a、b及总量随着铵硝比的下降均呈现线性增加趋势;同时,菠菜叶片的净光合速率逐渐升高,全硝营养菠菜叶片净光合速率是全铵营养的6.18倍。随着铵硝比的降低,菠菜叶片的气孔导度是逐渐升高的,与光合速率的变化趋势是一致的;菠菜叶片Rubisco初始活性也随之直线上升,但Rubisco总活性则没有明显变化。灰色关联分析的结果表明,铵硝比对菠菜净光合速率的各种影响因素产生影响程度的大小依次为:Rubisco活化率>Rubisco初始活性>叶绿素b含量>叶绿素总量>叶绿素a含量>气孔导度>Rubisco总活性。 5随着铵硝比的下降,菠菜茎叶中丙酮酸、柠檬酸、a-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等6种有机酸的含量都呈现上升趋势;有机酸含量与营养液中硝态氮含量之间呈显著的线性正相关关系。在菠菜根系中,丙酮酸、柠檬酸、琥珀酸和苹果酸的含量随着铵硝比的下降显著增加,但铵硝比对根系中延胡索酸的含量影响不明显。随着铵硝比的下降,菠菜根系和茎叶中丙酮酸、a-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等5种有机酸含量的比值都呈现下降的趋势;柠檬酸含量的比值则随着铵硝比的下降而逐渐升高。随着铵硝比的下降,无论是菠菜的茎叶还是根系中的淀粉含量,都呈现下降的趋势。营养液中硝态氮含量和菠菜茎叶及根系中淀粉含量之间呈现均呈现为显著的负相关关系。 6随着营养液中铵硝比的降低,菠菜茎叶中游离氨基酸的总量呈现下降趋势。在铵硝比0:100时,菠菜茎叶中游离氨基酸的总量只有铵硝比为100:0处理的34.4%;与茎叶相比,菠菜根系中游离氨基酸含量受到铵硝比的影响不太显著;在全铵营养时,菠菜茎叶中游离氨基酸的主要组分是谷氨酰胺、精氨酸和谷氨酸,三者占游离氨基酸总量的百分比依次为39.8%,20.2%和8.9%;而全硝营养的菠菜茎叶中游离氨基酸以谷氨酸、天冬氨酸和为丝氨酸主,三者占游离氨基酸总量的百分比分别是为30.3%,18.6%和8.5%;随着铵硝比的降低,菠菜根系中谷氨酰胺占其中游离氨基酸总量的百分比显著降低,天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸的百分比则显著增加。 7提高营养液中的硝态氮比例,可以显著提高菠菜茎叶和根系中NR的活性;但铵硝比为25:75和0:100的两个处理NR活性差异不显著。随着铵硝比的下降,菠菜茎叶中的GS活性呈现出先升后降的典型抛物线状变化规律;根系中GS活性则是逐渐下降。与茎叶相比,菠菜根系中GS活性受到铵硝比的影响更为显著。菠菜茎叶和根系中GDH的活性则随着营养液中铵硝比的下降而显著下降。在全铵营养条件下,菠菜根系中GDH活性高于茎叶,而在全硝营养条件下则是茎叶中GDH活性低于根系。 8磷素营养对菠菜吸收同化不同形态氮素影响显著。在供磷水平相同时,菠菜的生物量随着铵硝比的降低而增加,但铵硝比为25:75与0:100两个处理之间没有显著差异;在铵硝比相同时,随着营养液中磷含量的增加,菠菜的生物量随之增加。菠菜茎叶中硝酸盐的含量随着铵硝比和磷水平的降低而升高。不同铵硝比处理,菠菜含氮量没有明显差异,随着磷水平的提高,菠菜植株含氮量有升高的趋势,但各处理之间差异不显著;受到生物量显著差异的影响,菠菜植株中氮素累积量随着铵硝比的降低和磷素水平的增加而增加。在铵硝混合营养条件下,缺磷会显著抑制菠菜对铵态氮和硝态氮的吸收,且磷素缺乏对菠菜吸收硝态氮的抑制作用要大于对铵态氮吸收的抑制作用。铵硝比相同时,随着营养液中磷素供应量的增加,菠菜茎叶中NRA显著增加;但是营养液中铵硝比较高时,会显著抑制菠菜茎叶中NRA,而铵硝比较低时,则有利于提高菠菜的NRA。缺磷会严重抑制GSA;在磷素水平相同时,随着营养液中铵比例的增加,菠菜茎叶中GSA显著增加。 综合全文研究内容表明:菠菜是典型的嗜硝酸盐蔬菜,随着营养液中硝态氮比例的增加,叶绿素含量、Rubisco初始活性趋于增加,净光合速率也随之增加,有机酸代谢增强,为蛋白质合成提供了充足的能源和碳架,菠菜的生物量也逐渐增加;不过铵硝比为25:75和0:100两个处理菠菜生物量差异不显著。以硝态氮为主要氮源,配施适量的铵态氮,可以显著降低菠菜体内硝酸盐、可溶性草酸的累积,同时可以提高其中Vc、可溶性糖和粗蛋白等营养品质指标的含量。在适宜的铵硝比,菠菜体内有机酸代谢和氨基酸代谢相互协调,促进了碳氮代谢的协同耦合。综合考虑氮素形态对于菠菜生物量和品质等各项指标的影响效应,营养液栽培菠菜配施铵态氮的比例不宜超过全氮量的25%。……   
[关键词]:菠菜;生物量;铵硝比;硝酸盐;草酸;有机酸;氨基酸
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2007年