氮素形態(tài)對半夏生長及生物堿和總有機酸累積的影響

李燦雯，王康才，吳健，唐曉清

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究所，江蘇南京210095)

半夏Pinellia ternata(Thunb．)Breit為天南星科半夏屬多年生草本植物，以其干燥塊莖入藥。半夏為廣布種，主產(chǎn)于四川、湖北、河南、貴州、安徽、江蘇、山東等省。現(xiàn)代藥理研究表明，半夏除對呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)有不同程度的影響外，還具有抗腫瘤、抗早孕、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜和催眠的作用。其中，生物堿是半夏塊莖的主要生理活性物質(zhì)，具有止嘔、鎮(zhèn)咳、祛痰、降壓、降脂，以及抗腫瘤和提高記憶之功效。生物堿是含氮化合物，氮素的利用對植物體內(nèi)生物堿的合成與積累有重要作用，在藥用植物研究中，已發(fā)現(xiàn)氮素可增加長春花、煙草、白羽扇豆、大麥、苦豆子等植物的生物堿含量［1－2］。同時氮素也是影響作物產(chǎn)量的重要因素［3］，因而施氮是調(diào)控作物生長的重要手段［4］。

目前，關(guān)于半夏的研究主要集中在化學(xué)成分、藥理及生物技術(shù)等方面，而氮素形態(tài)對半夏生長和化學(xué)成分積累的影響尚未見報道。本實驗采用無土栽培方法，研究同一氮素水平下不同銨硝比例對半夏光合特性、氮代謝及相關(guān)化學(xué)成分積累的影響，以期為半夏的合理施氮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2010年3～8月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行。供試材料為江蘇省泰州地區(qū)的泰半夏。選擇形態(tài)一致、大小相近的塊莖為繁殖材料，2010年3月22日進(jìn)行盆栽，盆高18 cm×直徑15 cm，基質(zhì)為蛭石，每盆裝基質(zhì)重865 g，每盆播種10個塊莖，播種深度6 cm，置于遮陽棚內(nèi)，管理措施一致。

1.2 測定項目和方法

半夏葉片光合特性和光合生理參數(shù)于5月16～17日測定。光合色素含量的測定采用分光光度計法［5］，于5月16日上午8：00，在各處理長勢一致的成熟植株中，隨機選擇10株，取其中間葉片進(jìn)行測定。選擇顏色正常，完全展開的三裂葉的中間葉片的中部，用 LI－6400型光合儀，在 1000 μmol/(m2·s)光照強度條件下，測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。各處理隨機選擇5株，重復(fù)3次。

半夏植株倒苗后，7月23日收獲塊莖，洗凈，105℃殺青10 min，55℃烘干至恒重，打粉過孔徑0.3 mm篩。采用酸性染料比色法［6］測定總生物堿含量，采用電位返滴定法［7］測定總有機酸含量。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，LSD法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

表1 /對半夏葉片光合色素含量的影響Table 1 Effect of /on the contents of Chlorophyll in Pinellia ternata leaves

表1 /對半夏葉片光合色素含量的影響Table 1 Effect of /on the contents of Chlorophyll in Pinellia ternata leaves

注(Note)：數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平Values followed by different letters mean significant between treatments at the 5%level．

葉綠素Chlorophyll(mg/g，F(xiàn)W)NH+4 －N/NO－3－N 葉綠素a Chl a葉綠素b Chl b葉綠素(a+b)Chl a+Chl b葉綠素a/b Chl a/Chl b類胡蘿卜素Carotenoid(mg/g，F(xiàn)W)0∶100 1.159±0.006 b 0.518±0.022 b 1.676±0.01 022 ab 2.176±0.068 a 0.260±0.016 ab 5 b 2.240±0.062 a 0.235±0.001 b 25∶75 1.378±0.104 ab 0.685±0.043 a 2.064±0.007 ab 2.030±0.007 a 0.248±0.027 ab 50∶50 1.334±0.064 ab 0.620±0.022 ab 1.954±0.085 ab 2.150±0.002 a 0.275±0.017 ab 75∶25 1.516±0.063 a 0.644±0.019 ab 2.159±0.044 a 2.359±0.066 a 0.354±0.012 a 100∶0 1.230±0.003 ab 0.566±0.024 ab 1.796±0.

表2 對半夏相關(guān)光合參數(shù)的影響Table 2 Effect of ratios on photosynthetic parameters in Pinellia ternata leaves

表2 對半夏相關(guān)光合參數(shù)的影響Table 2 Effect of ratios on photosynthetic parameters in Pinellia ternata leaves

注(Note)：Pn—Net photosynthetic rate;Gs—Stomotal conductance to H2O;Ci—Intercellular CO2concentration;Tr—Transpiration rate．?dāng)?shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平Values followed by different letters mean significant between treatments at the 5%level．

NH+4 －N/NO－3－N 凈光合速率 Pn［μmol/(m2·s)］)］0∶100 5.967±1.569 b 0.097±0.050 ab 292.658±4氣孔導(dǎo)度Gs［mol/(m2·s)］胞間CO2濃度Ci(μmol/mol)蒸騰速率Tr［mmol/(m2·s.647 ab 0.960±0.099 a 0.968 a 1.295±0.631 a 25∶75 10.086±1.808 a 0.132±0.032 a 266.168±38.067 ab 1.754±0.314 a 50∶50 6.597±1.768 b 0.063±0.039 ab 208.803±59.002 b 0.953±0.517 a 75∶25 8.329±0.788 ab 0.071±0.017 ab 219.642±24.760 ab 1.165±0.245 a 100∶0 5.399±1.514 b 0.056±0.006 b 262.280±33

表3 /對半夏葉片NR活性和－N 含量的影響Table 3 Effect of /on the activities of NR and the contents of nitrate nitrogen in Pinellia ternata leaves

表3 /對半夏葉片NR活性和－N 含量的影響Table 3 Effect of /on the activities of NR and the contents of nitrate nitrogen in Pinellia ternata leaves

注(Note)：數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平Values followed by different letters mean significant between treatments at the 5%level．

NH+4－N/NO－3－N NR活性Activity of NR［μg/(g·h)，F(xiàn)W］NO－3－N 含量NO－3－N contents(mg/g，F(xiàn)W)0∶100 50.335±0.472 a 1.426±0.055 c 25∶75 42.020±0.182 b 1.590±0.063 b 50∶50 23.221±0.587 c 2.038±0.053 a 75∶25 16.179±0.112 d 1.699±0.061 b 100∶0 17.211±0.355 d 1.587±0.120 b

表4 對半夏塊莖總生物堿和總有機酸含量的影響(%)Table 4 Effect of on the content of total alkaloidand organic acid in Pinellia ternata tuber

注(Note)：數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平Values followed by different letters mean significant between treatments at the 5%level．

NH+4－N/NO－3－N總生物堿含量Amount of alkaloid總有機酸Amount of organic acid 0∶100 0.0433±0.0003 a 0.451±0.001 b 25∶75 0.0334±0.0003 b 0.349±0.005 b 50∶50 0.0346±0.0002 b 0.601±0.001 a 75∶25 0.0321±0.0016 b 0.656±0.003 a 100∶0 0.0257±0.0012 c 0.648±0.001 a

3 討論

氮素被植物吸收利用主要有銨態(tài)氮和硝態(tài)氮兩種形態(tài)。在可選擇的條件下，不同植物或同一植物的不同生育階段，對氮素的吸收量則有明顯差異。單純供應(yīng)－N往往會抑制K+和Ca2+的吸收，并帶來氨毒害，抑制作物的生長［8－10］; 而單純供應(yīng)－N，容易引起根際pH升高，這對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收和利用是不利的，如對鐵的吸收［11］。近年研究結(jié)果表明，多數(shù)植物在同時供應(yīng)－N 和－N 時，其生長量均高于單獨供應(yīng)－N 和－N 的生長量［11］。

3.1 氮素形態(tài)與半夏光合特性的關(guān)系

葉綠素含量通常是氮素脅迫、光合能力和植物發(fā)育階段(特別是衰老階段)的指示器。曹翠玲等［12］發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)液中－N 和－N 配比相等時，小麥葉片的葉綠素含量達(dá)到最大，兩種氮素形態(tài)單獨施用時最低。郭培國等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在烤煙生長前、中期，增施銨態(tài)氮施用比例，烤煙的葉綠素含量增加，但達(dá)100%銨態(tài)氮時，葉綠素含量反而下降，低于施用50%和75%銨態(tài)氮的處理;在烤煙生長后期，功能葉片葉綠素含量基本上與施用銨態(tài)氮比例高低一致，以全銨態(tài)氮處理的葉綠素含量最高。李存東等［14］試驗結(jié)果表明，混合態(tài)氮素營養(yǎng)與單一－N營養(yǎng)相比，能夠有效提高棉花苗期葉片中葉綠素含量和葉片凈光合速率，適當(dāng)?shù)?比例，有利于促進(jìn)棉苗生長。本實驗結(jié)果表明，半夏葉片光合色素含量隨－N/－N增大呈先升后降趨勢，－N/－N 為 75∶25 時，葉綠素 a和類胡蘿卜素含量最高;25∶75時，葉綠素b含量最高;半夏凈光合速率和氣孔導(dǎo)度在25∶75為最大。－N/－N 為25∶75 和 75∶25，凈光合速率均高于其他處理，說明不同氮素形態(tài)配施有利于半夏光合效率的提高。

3.2 氮素形態(tài)與半夏葉片中NR活性及－N積累的關(guān)系

硝酸還原酶(NR)存在于植物莖葉和根系中，是植物氮素代謝中的限速酶［15］。NR是一種誘導(dǎo)酶吸收減少，將導(dǎo)致體內(nèi)NR活性降低，葉片NR活性很大程度上決定于木質(zhì)部運送至葉片的流量，而與葉片中原有的－N含量關(guān)系不密切［16］。汪建飛等［17］研究發(fā)現(xiàn)，提高營養(yǎng)液中硝態(tài)氮的比例，可以顯著提高菠菜莖葉中的NR活性。李慶余等［18］試驗結(jié)果表明，全硝態(tài)氮及銨硝配比處理下果實NR活性顯著高于全銨態(tài)氮處理。本研究結(jié)果也表現(xiàn)與之同樣的規(guī)律，隨著N比例的增加，半夏葉片中NR活性呈上升趨勢。葉片中累積的－N含量呈先升后降的趨勢，－N/－N 為50∶50 時，葉片中－N 含量最高。

3.3 氮素形態(tài)與半夏塊莖總生物堿和總有機酸含量的關(guān)系

氮素的利用對植物體內(nèi)生物堿的合成和積累具有重要的意義。孫世芹等［19］對沙培喜樹幼苗進(jìn)行不同形態(tài)氮配比處理，認(rèn)為喜樹堿含量與氮素形態(tài)關(guān)系明顯，銨硝比為25∶75時有利于喜樹堿在幼葉中的合成和積累。范巧佳等［20］研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮比例較高有利于川芎總生物堿含量的積累。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，隨－N比例的增加，半夏塊莖總生物堿呈現(xiàn)上升趨勢，全硝處理下總生物堿含量最高，全銨處理下含量最小。

綜上所述，氮素及不同形態(tài)氮配比對半夏光合作用，氮代謝及主要化學(xué)成分均有不同程度的影響。氮素配比施用較單一形態(tài)氮素有利于半夏植株的生長，較高比例的硝態(tài)氮有利于生物堿的積累，較高比例的銨態(tài)氮有利于有機酸的累積。

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