不同供氮水平对夏芝麻氮代谢、产量及品质的影

分类：论文范文 发表时间：2021-08-17 10:12

　　摘要：为明确夏芝麻适宜的氮肥用量，提高其籽粒产量并改善品质，采用大田随机区组设计，以白芝麻品种郑芝98N09为试验材料，设置0（CK）、60、120、180kg/hm24个供氮水平，分析不同供氮水平对芝麻氮代谢特征及产量和品质的影响。结果表明，施用氮肥可增强芝麻叶片氮代谢关键酶活性，提高叶片游离氨基酸、可溶性蛋白、全氮含量和产量，改善芝麻品质。其中，氮素水平120kg/hm2效果最好，硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性显著高于其他处理，现蕾期和盛花期NR活性较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2分别提高60.1%、32.7%、21.8%和76.9%、33.8%、26.4%，GS活性分别提高24.9%、11.6%、7.0%和60.8%、31.8%、17.4%。2015年和2016年氮素水平120kg/hm2的芝麻籽粒产量分别为1456.6kg/hm2和1499.2kg/hm2，较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2分别提高117.7%、75.5%、12.2%和105.0%、70.7%、11.0%，其中单株蒴数分别提高120.4%、38.6%、12.5%和105.0%、34.7%、10.9%，单蒴粒数分别提高30.6%、19.2%、7.2%和31.7%、18.4%、8.8%，千粒质量分别提高12.5%、5.5%、1.8%和11.5%、3.1%、3.8%。2015年和2016年氮素水平120kg/hm2的籽粒蛋白质含量分别为24.58%和25.20%，较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2分别提高28.6%、13.1%、10.3%和31.0%、15.0%、11.5%；粗脂肪含量分别为52.80%和52.94%，较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2分别提高7.4%、1.4%、1.9%和7.4%、0.8%、1.6%。相关分析表明，芝麻叶片氮代谢指标与产量、籽粒蛋白质含量和粗脂肪含量总体上呈显著或极显著正相关。可见，氮素水平120kg/hm2通过对芝麻叶片氮代谢和单株蒴数、单蒴粒数及千粒质量的调控，显著提高产量、籽粒蛋白质和粗脂肪含量，改善芝麻品质。

　　关键词：芝麻；供氮水平；氮代谢；产量；品质

　　芝麻(SesameindicumL.)是我国传统的特色油料作物，营养丰富，享有―油料皇后‖美誉[1-2]。我国芝麻因皮薄籽大、口感好、品质优而享誉国内外，但由于消费量的增加和加工业的快速发展，自2004年以来我国已成为世界第一大芝麻进口国，且进口量逐年增加，对外依存度增大[2]。因此，稳定芝麻种植面积，实现芝麻高产稳产仍是促进我国芝麻产业发展和解决内需的关键所在。

　　1材料和方法

　　1.1试验材料

　　试验于2015—2016年在河南省农业科学院芝麻研究中心平舆试验基地（32°97′74.38′′N，14°70′99.58′′E）进行。供试土壤含全氮682mg/kg、速效氮75.42mg/kg、速效磷25.63mg/kg、速效钾128.57mg/kg。前茬作物为小麦，供试芝麻品种为郑芝98N09。试验采取单因素随机区组设计，设置0、60、120、180kg/hm2等4个氮素水平（纯氮），磷钾复合肥（P2O5:K2O=10:12）用过磷酸钙（含P2O512%）和氯化钾（含K2O60%）配制而成，按1000kg/hm2施用，供试氮肥为尿素（含N46%）。磷钾肥全部基施，氮肥50%基施，50%于现蕾期结合灌溉追施。3次重复，6行区，行长5m，行距0.4m，小区面积12m2，四周起垄，垄宽30cm。处理间设0.5m走道，四周设保护行。2015年试验于6月8日播种，9月16日收获，全生育期101d；2016年试验于6月13日播种，9月19日收获，全生育期99d。种植密度为15万株/hm2，其他管理同一般高产田。

　　1.2测定项目及方法

　　1.2.1氮代谢关键酶活性分别在芝麻苗期、现蕾期、初花期、盛花期和终花期于晴天9：00—10：00选择长势一致的植株，取第2片（自上而下）完全展开的功能叶片，测定硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）活性。NR活性采用活体磺胺比色法测定[18]。在测定NR活性的同时，称取去掉中脉的叶片鲜样，在冰浴条件下研磨，并于13000r/min离心得到粗酶提取液，测定GS活性[10]，一个GS活性单位定义为每分钟于30°C产生1μmol的γ-谷氨酰基羟肟酸（γ-glutamylhydroxamate）所需要的酶量。GOGAT活性测定中，粗酶液的提取同GS。反应混合液包括20mmol/LL谷氨酰胺0.4mL、20mmol/Lα-酮戊二酸0.5mL、10mmol/LKCl0.1mL、3mmol/LNADH（还原型辅酶I）0.2mL和酶液0.3mL，总体积3.0mL，不足部分用25mmol/LTris-HCl缓冲液（pH值7.6）补足（1.5mL）。反应启动后，用紫外可见分光光度计于340nm处每30s测定1个消光值，连续测定11次，取光密度稳定减小的一段来衡量酶活性。对应NADH标准曲线查GOGAT活性[12]。1.2.2氮代谢指标对1.2.1取得的叶片样品，采用水合茚三酮比色法测定游离氨基酸含量；采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量；并将部分样品在105°C下杀青20min，于80°C下烘干，粉碎，采用半微量凯氏定氮法测定叶片全氮含量[21]。

　　2结果与分析

　　2.1不同供氮水平对芝麻氮代谢指标的影响

　　表1显示，施用氮肥总体上显著提高芝麻各生育时期叶片NR、GS和GOGAT的活性，并显著提高芝麻各生育时期叶片游离氨基酸、可溶性蛋白质和全氮含量。各氮素水平下，芝麻叶片NR和GS活性均随生育时期推进呈先升高后降低的趋势，NR活性以现蕾期最强，GS活性在初花期最强，二者均在终花期活性最弱。在各生育时期，芝麻叶片NR和GS活性均随供氮水平增加呈先升后降趋势，以氮素水平120kg/hm2最强，总体显著高于其他处理，现蕾期和盛花期，氮素水平120kg/hm2的NR活性较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2分别极显著提高60.1%、32.7%、21.8%和76.9%、33.8%、26.4%；GS活性分别极显著提高24.9%、11.6%、7.0%和60.8%、31.8%、17.4%。芝麻叶片GOGAT活性随生育时期推进呈先升后降趋势，多个处理以盛花期活性最高，苗期活性最低；苗期和现蕾期，芝麻叶片GOGAT活性以氮素水平180kg/hm2最高；初花期、盛花期和终花期，GOGAT活性以氮素水平120kg/hm2最高，显著高于其他处理。芝麻叶片游离氨基酸、可溶性蛋白和全氮含量均随生育时期推进呈先升高后降低的趋势，其中，游离氨基酸含量以现蕾期最高，可溶性蛋白和全氮含量均在初花期最高，三者含量总体以终花期最低。在各生育时期，芝麻叶片游离氨基酸含量随供氮水平增加呈先升后降趋势，以氮素水平120kg/hm2最高，均显著高于氮素水平0（CK）、60kg/hm2。芝麻叶片可溶性蛋白含量在苗期、盛花期和终花期以氮素水平120kg/hm2最高，现蕾期和初花期以氮素水平180kg/hm2最高。氮素水平120kg/hm2的可溶性蛋白含量均显著高于CK和氮素水平60kg/hm2（终花期除外），与氮素水平180kg/hm2差异不显著。芝麻叶片全氮含量随供氮水平增加而增大，各生育时期均以氮素水平180kg/hm2最高，与CK相比，施用氮肥能显著提高芝麻叶片全氮含量；各供氮水平之间相比，苗期和初花期氮素水平120、180kg/hm2的叶片全氮含量均显著高于氮素水平60kg/hm2，现蕾期和盛花期供氮水平间差异不显著，终花期氮素水平180kg/hm2的叶片全氮含量极显著高于氮素水平60、120kg/hm2。

　　2.2不同供氮水平对芝麻产量和品质的影响

　　从表2可以看出，2015、2016年，不同供氮水平对芝麻产量和品质的影响基本一致。与CK相比，施用氮肥能显著提高单株蒴数、单蒴粒数、千粒质量、产量、籽粒蛋白质和粗脂肪含量，且以氮素水平120kg/hm2最大。与氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2相比，2015年和2016年氮素水平120kg/hm2的单株蒴数分别极显著提高120.4%、38.6%、12.5%和105.0%、34.7%、10.9%，单蒴粒数分别提高30.6%、19.2%、7.2%和31.7%、18.4%、8.8%，千粒质量分别提高12.5%、5.5%、1.8%和11.5%、3.1%、3.8%，籽粒产量分别为1456.6kg/hm2和1499.2kg/hm2，分别极显著增加117.7%、75.5%、12.2%和105.0%、70.7%、11.0%。2015年和2016年氮素水平120kg/hm2的芝麻籽粒蛋白质含量分别为24.58%和25.20%，分别较氮素水平0（CK）、60、180kg/hm2极显著提高28.6%、13.1%、10.3%和31.0%、15.0%、11.5%，且明显高于GB/T11761—2006中一等制油用芝麻蛋白质含量≥19.00%的标准；籽粒粗脂肪含量分别为52.80%和52.94%，分别提高7.4%、1.4%、1.9%和7.4%、0.8%、1.6%，均高于GB/T11761—2006中一等制油用芝麻粗脂肪含量≥51.00%的标准。

　　3结论与讨论

　　氮代谢是植物机体内重要的生理代谢之一[22]。NR作为氮代谢过程的第一个关键酶，其活力大小直接影响氮代谢能力的高低，对植物生长发育、产量和品质形成都有重要影响[24-26]。本研究结果显示，不同氮素水平下，芝麻叶片NR活性随生育时期推进呈先升后降趋势，均以现蕾期活性最强，终花期最弱。与CK相比，施用氮肥极显著提高芝麻叶片NR活性，氮素水平之间相比，NR活性均以氮素水平120kg/hm2最高，且随施氮量增加呈单峰曲线变化，这与牛巧龙等[27]对玉米和从夕汉等[28]对水稻的研究结果相一致。

　　高等植物体内95%以上的NH4+通过GS/GOGAT循环同化形成氨基酸，氨基酸是植物体内氮化物的主要存在方式和运输形式[29]，最终在籽粒中合成蛋白质。GS参与调节多种氮代谢过程，是多功能酶[9,30]。本研究表明，施用氮肥总体上极显著提高芝麻叶片GS活性，且以氮素水平120kg/hm2最强，除终花期外，其他生育时期均显著高于其他处理；氮素水平120kg/hm22a的籽粒蛋白质含量较CK均极显著增加，说明GS活性提高促进了谷氨酰胺的合成与转化，有利于蛋白质的合成[31]。

　　GOGAT作为氮素同化中同样重要的酶，与GS共同起作用，是GS/GOGAT循环中的限速酶[32]。本试验结果显示，苗期和现蕾期，GOGAT活性随供氮水平增加而增强，特别是现蕾期，氮素水平180kg/hm2极显著高于其他处理；初花期、盛花期和终花期，GOGAT活性则随供氮水平增加呈先升后降趋势，以氮素水平120kg/hm2最强。GS和GOGAT活性极大值出现时期较NR有所后延，这可能因为GS和GOGAT活性是由NR活性诱导产生的[23]。

　　游离氨基酸和可溶性蛋白质是重要的渗透调节物质和营养物质，其含量反映植株氮素代谢的强弱[33]。本研究结果表明，施用氮肥能显著提高芝麻叶片中游离氨基酸、可溶性蛋白及全氮含量，游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量多以氮素水平120kg/hm2最高，全氮含量以氮素水平180kg/hm2最高。上述3个氮代谢指标在氮素水平120、180kg/hm2间差异总体不显著（终花期全氮含量除外）。

　　综上所述，氮素水平120kg/hm2增强了芝麻氮代谢关键酶活性，能更好地促进对氮素的吸收、同化，提高叶片中游离氨基酸、可溶性蛋白及全氮含量，极显著提高芝麻籽粒产量和蛋白质含量，提高籽粒粗脂肪含量，提升芝麻品质。因此，适量施用氮素（120kg/hm2）能促进芝麻产量、籽粒蛋白质和粗脂肪含量提高，改善芝麻品质。

　　参考文献:

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　　李春明1,2,3,裴新涌4,张海洋1,2,3,高桐梅1,2,3,李丰1,2,3,王龙1,2,3,卫双玲1,2,3

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