黃芪綠肥對玉米品質和產量的影響

張晏梓，梁建萍，孫明婕，馮曉軍

（山西農業(yè)大學生命科學學院，山西太谷030801）

黃芪綠肥對玉米品質和產量的影響

張晏梓，梁建萍，孫明婕，馮曉軍

（山西農業(yè)大學生命科學學院，山西太谷030801）

為了探討黃芪莖葉作為綠肥的應用前景，以玉米作為試驗材料，在玉米不同生長期施用黃芪綠肥、有機肥和復合肥，并采用完全隨機區(qū)組設計和葉片定點監(jiān)測的方法測定玉米葉片中谷氨酰胺合成酶含量、玉米產量構成因素和相關玉米品質的成分含量，研究黃芪綠肥對玉米品質和產量的影響。結果表明，黃芪綠肥、有機肥和復合肥單獨使用均可提高玉米功能葉谷氨酰胺合成酶（GS）活性、玉米籽粒中色氨酸及賴氨酸含量以及清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白的含量，同時可以改善玉米產量結構，提高玉米產量；施用黃芪綠肥后，各指標含量均明顯提高，尤其以黃芪綠肥+復合肥混合使用效果最佳，且隨著綠肥濃度的升高而增加。

黃芪綠肥；玉米品質；玉米產量

玉米是我國的主要糧食作物之一，僅次于小麥和水稻，糧、飼、經多用，在糧食、飼料、化工、醫(yī)藥、輕工和經貿等行業(yè)中都是重要的產品和原料，并且消費量在持續(xù)增加。因此，在保證玉米產量的同時也要提高品質，尤其是提高營養(yǎng)品質，從而增強其市場競爭力[1]。氮肥對玉米品質的影響最大，隨著施肥量的增加，玉米中營養(yǎng)物質含量增加，玉米的品質提高[2]。同時，氮素對提高玉米產量的作用明顯。

谷氨酰胺合成酶（GS）是植物氮代謝的關鍵酶，植物中的所有氮都必須經過GS催化反應途徑才能轉化為蛋白質。有研究表明，適量氮素能夠提高玉米發(fā)育中GS的活性，從而增加氨基酸含量和蛋白質組分[3]。

綠肥是一種可再生資源，是指可以作為土壤肥料的綠色植物[4]。綠肥是一種含有豐富營養(yǎng)成分的優(yōu)質肥料，并且生長周期短、適應性廣、可以快速有效分解。其不僅能為玉米生長提供豐富的氮肥、調節(jié)谷氨酰胺合成酶活性，而且對玉米品質和產量表現(xiàn)出明顯的效果。綠肥按植物學特性可分為非豆科和豆科2類[5]。黃芪是一種豆科黃芪屬多年生草本藥用植物[6]，其根是藥用部位，但在生產上莖葉部分被廢棄，不能夠被充分利用。

本研究將黃芪莖葉作為綠肥，促使黃芪資源得到全方位利用，旨在探明黃芪莖葉作為綠肥在玉米生產上的作用效果及機制。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

玉米種植試驗地位于山西省太谷縣。該地年均氣溫9.9℃，降雨量462.2 mm，無霜期176 d，屬于溫帶季風氣候。前茬作物為玉米。

1.2 試驗材料

黃芪品種為3年生蒙古黃芪，取材于山西省渾源縣官兒鄉(xiāng)的麗珠黃芪基地；玉米品種為協(xié)玉早2號F1，種植時間為2014年5月初，其田間管理措施與當?shù)叵嗤?/p>

1.3 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，7個處理，3次重復。首先將玉米試驗田分為21個大小7.5 m2（1.5 m×5.0 m）的小塊田，將黃芪地上莖葉部分制成綠肥，施用到玉米試驗田中。試驗組共分為7個組，分別為空白、黃芪綠肥、復合肥、有機肥、復合肥+黃芪綠肥（低）、復合肥+黃芪綠肥（中）和復合肥+黃芪綠肥（高），每組肥料隨機選擇3塊田。其中，黃芪綠肥、復合肥、有機肥的肥效相當于施用了73.89 g氮素，復合肥+黃芪綠肥（低）、復合肥+黃芪綠肥（中）和復合肥+黃芪綠肥（高）這3個組合是在原含量73.89 g氮的復合肥基礎上混合了不同濃度的黃芪綠肥，其氮素含量分別為36.94，73.89，147.78 g。每塊小田玉米種植窩距為23 cm，行距為85 cm，并在生長過程中進行合理的管理。

1.4 黃芪地上部分、玉米葉和玉米粒采集

于2014年5月初，在山西省渾源縣官兒鄉(xiāng)的麗珠黃芪基地采集黃芪地上部分，并處理為綠肥。在玉米不同的生育期（苗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期）定點采集玉米葉片。在玉米成熟期采集玉米粒。

1.5 測定指標及方法

1.5.1 谷氨酰胺合成酶活性的測定

1.5.1.1 GS粗酶液的提取稱取植物材料0.2 g于研缽中，加2 mL提取緩沖液，在冰浴上研磨勻漿；然后轉移到2mL離心管中，在4℃下12 000 r/min離心30 min，上清液即為GS粗酶液。

1.5.1.2 GS吸光度值的測定取0.8 mL反應混合液B，加入0.35 mL粗酶液和0.35 mL ATP溶液，混勻，在37℃下保溫0.5 h，加入顯色劑1 mL后混勻，靜置一段時間，在4 000 r/min下離心10 min，取上清液在分光光度計540 nm波長下測定其吸光值，以加入0.8 mL反應混合液A作對照。

1.5.1.3 GS粗酶液中蛋白質濃度的測定先取粗酶液0.1 mL和0.9 mL蒸餾水于10 mL試管中，再取5mL考馬斯亮藍試劑加入試管，振蕩混勻，同時以加入1 mL蒸餾水且不加粗酶液的試管作為對照。放置2 min后在595 nm波長處比色測定可溶性蛋白質含量。

1.5.1.4 GS活力的測定GS活力按公式（1）進行計算。

式中，OD540為540 nm處的吸光值；P為粗酶液中可溶性蛋白含量（mg/mL）；V為反應體系中加入的粗酶液體積（mL）；T為反應時間（h）。

1.5.2 玉米產量和產量構成因素的測定玉米成熟后，對各小區(qū)進行產量測定。分區(qū)取樣10株對穗長、禿頂長、穗質量、穗行數(shù)、行粒數(shù)、粒質量（風干后測量）進行測量統(tǒng)計，并計算產量。

1.5.3 玉米籽粒中氨基酸的測定

1.5.3.1 樣品液的制備稱取過篩后的玉米粉0.3 g放入試管中，加入20 mL蒸餾水后搖勻。讀取樣品懸浮液的總體積，放在80℃恒溫水浴中提取20 min。取出冷卻后，將提取液進行過濾，濾液為待測樣品液。

1.5.3.2 賴氨酸的測定量取2.0mL樣品液于25mL容量瓶中，再加入1 mL醋酸鹽緩沖液和1 mL茚三酮試劑，混勻后沸水浴15 min；取出后冷卻10 min，加水定容至刻度線，在波長為570 nm處進行比色。取賴氨酸標準溶液稀釋成不同濃度的工作液，制定標準曲線。

1.5.3.3 色氨酸的測定量取1.0mL樣品液于10mL容量瓶中，加入對二甲氨基苯甲醛4 mL，在沸水中加熱處理5 min，再加入亞硝酸鈉溶液1 mL，繼續(xù)加熱3 min，靜置20 min，加水定容至刻度線，于波長為595 nm處進行比色。取色氨酸標準液稀釋成不同濃度的工作液，制定標準曲線。

1.5.4 玉米籽粒中蛋白組分的測定稱取樣品0.5 g于研缽中，用來提取所需要測定的各種蛋白質。用蒸餾水來提取清蛋白，氯化鈉提取球蛋白，無水乙醇提取醇蛋白，氫氧化鈉提取谷蛋白。分別制定好各蛋白組分的待測液之后，加入考馬斯亮藍溶液，在分光光度計上進行比色。

2 結果與分析

2.1 黃芪綠肥對玉米中谷氨酰胺合成酶活性的影響

從圖1可以看出，玉米功能葉中谷氨酰胺合成酶的活性表現(xiàn)為上升→下降→上升→下降。其中，在玉米灌漿期GS活性達到最大值。黃芪綠肥的處理中，玉米整個生長期功能葉GS活性均比空白對照和其他肥料的單獨使用高；黃芪綠肥與復合肥的混合施用效果更好，并且功能葉GS活性隨黃芪綠肥濃度的增加而提高。

2.2 黃芪綠肥對玉米品質的影響

2.2.1 黃芪綠肥對玉米中氨基酸含量的影響玉米中賴氨酸和色氨酸的含量可以用來評價玉米籽粒的品質。從表1可以看出，不同處理均能提高成熟玉米籽粒中賴氨酸和色氨酸的含量；在復合肥、有機肥、黃芪綠肥的單獨施用中，黃芪綠肥對賴氨酸含量的影響作用大于其他2種肥料，而在提高色氨酸含量的作用中，有機肥的影響效果略優(yōu)于黃芪綠肥；黃芪綠肥和復合肥的混合施用與復合肥、有機肥、黃芪綠肥的單獨施用相比，其對提高成熟玉米籽粒中賴氨酸和色氨酸含量的效果明顯，隨著黃芪綠肥濃度的增加效果明顯。

表1 黃芪綠肥對玉米成熟期籽粒中氨基酸含量的影響

2.2.2 黃芪綠肥對玉米蛋白組分的影響從表2可以看出，不同種類的肥料均能提高成熟期玉米籽粒中蛋白組分的含量；在復合肥、有機肥、黃芪綠肥的單獨使用中，對提高玉米成熟籽粒中清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的表現(xiàn)為：黃芪綠肥＞有機肥＞復合肥；對提高球蛋白含量的影響也表現(xiàn)為黃芪綠肥的影響效果最大。黃芪綠肥和復合肥的混合施用效果優(yōu)于復合肥、有機肥、黃芪綠肥的單獨施用，隨著黃芪綠肥濃度的增加效果越顯著；并且對醇溶蛋白和谷蛋白的提高程度明顯大于清蛋白和球蛋白?？梢钥闯?，黃芪綠肥對提高玉米籽粒中蛋白組分有明顯的效果，能夠有效提供并促進玉米作物對氮的吸收積累，進而提高蛋白質組分含量，改善玉米品質。

2.3 黃芪綠肥對玉米產量和產量構成的影響

黃芪綠肥對玉米果穗性狀的影響如表3所示。

表3 黃芪綠肥對玉米成熟期產量與產量構成的影響

由表3可知，黃芪綠肥、有機肥、復合肥3個處理較空白對照穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質量增加，禿頂長減少，且穗粗、行粒數(shù)、百粒數(shù)的變化最明顯；黃芪綠肥與復合肥的混合處理效果更明顯，隨著黃芪綠肥濃度的增加效果更顯著；各處理對玉米產量影響的順序從小到大為復合肥＜有機肥＜黃芪綠肥＜復＋綠（低）＜復＋綠（中）＜復＋綠（高），且差異顯著。表明不管是3種肥料的單施還是黃芪綠肥與復合肥的配施，都能大幅度提高玉米產量。其中，黃芪綠肥與復合肥的配施分別較單施復合肥、單施有機肥、單施黃芪綠肥增產62.67%～86.70%，53.63%～76.33%和38.25%～58.68%；單施黃芪綠肥的產量次之，較單施復合肥、單施有機肥分別增產17.66%，11.13%。說明黃芪綠肥的增產效果優(yōu)于復合肥和有機肥，黃芪綠肥與復合肥的配施效果更好。

3 結論與討論

黃芪綠肥是一種優(yōu)質綠肥。綠肥是一種養(yǎng)分齊全的生物來源，含有氮、磷、鉀等農作物所需要的養(yǎng)分和有機質。有研究表明，施用綠肥能提高土壤養(yǎng)分特別是氮、磷、鉀含量，進而提高作物的產量和品質[7-8]。董繪陽等[9]通過研究葉苕子、箭舌婉豆、紫花苜蓿和黑麥4種綠肥翻壓對煙草品質的影響，結果表明，綠肥可以提高煙草品質。蛋白質是生命的物質基礎之一，它的含量是農產品品質的重要衡量指標，常常在育種、飼料和食品等工作中需要測定蛋白質的含量。吳光磊[10]研究表明，有機肥可以提高玉米籽粒中蛋白質含量；梁平[11]通過研究不同來源有機肥對玉米品質的影響，結果表明，秸稈等植物殘體可以提高蛋白質含量，改善玉米的品質。本試驗研究結果與前人研究較為一致，利用黃芪地上部分作為綠肥施用，對提高玉米的品質產生了一定的影響。結果表明，黃芪綠肥能夠提高玉米籽粒中賴氨酸和色氨酸以及蛋白質組分含量，改善玉米品質。黃芪綠肥與復合肥的混合施用與黃芪綠肥單獨施用相比，效果更顯著，隨著黃芪綠肥濃度的增加效果明顯。

氮素的同化對植物的生長和發(fā)育而言，是一個十分重要的生理過程。其中，無機氮轉化為谷氨酰胺等有機物才能被植物體所吸收和利用。谷氨酰胺合成酶（GS）是參與這一同化過程的關鍵酶。本試驗結果表明，各個肥料處理都可以提高GS活性，不同生育期變化趨勢也一致；黃芪綠肥較復合肥和有機肥提高GS活性的效果更顯著，且黃芪綠肥與復合肥的配施效果最好，隨黃芪濃度的增加而增加。陳煜等[12]研究表明，不同氮源均能提高玉米中谷氨酰胺合成酶（GS）活性；楊亮等[13]研究表明，不同氮素用量均能提高玉米功能葉中谷氨酰胺合成酶（GS）活性。同時，有研究表明，玉米籽粒產量與GS酶活性呈正相關，位于玉米1，4，5號染色體的4個GS基因和影響灌漿期的酶活性相關，參與灌漿過程中氮的再活化和運輸[14]。本研究結果與前人研究結果基本一致。

本試驗結果表明，黃芪綠肥可以提高玉米產量。梁秀蘭等[15]研究表明，綠肥主要通過增加穗長和行粒數(shù)來提高產量；盛良學[16]通過研究稻草還田對玉米生長發(fā)育與產量的影響，結果表明，稻草還田可以提高玉米產量；葛發(fā)琴[17]研究表明，不同綠肥品種均可提高玉米產量；周開芳等[18]研究表明，豆科冬綠肥翻壓可以提高玉米產量。陳如強等[19]研究表明，綠肥可以提高玉米產量。本研究結果與前人研究基本一致，結果顯示，黃芪綠肥不論是單施還是與復合肥配施均能大幅度提高玉米產量，單施黃芪綠肥的效果優(yōu)于單施復合肥和單施有機肥，以黃芪綠肥與復合肥配施效果最好，隨著黃芪綠肥濃度的增加玉米產量增加，且產量差異均達到極顯著水平。究其原因，復合肥的施用及時為玉米生長提供了營養(yǎng)物質，玉米根系分泌物和根系生物量增加，同時復合肥為微生物提供了大量礦質元素，促進了微生物的生長，微生物的增加保證了黃芪綠肥的迅速分解，釋放出有機酸、氨基酸及無機養(yǎng)分等大量可溶性有機物，這些有機物為植株生長和土壤中微生物的繁殖提供了大量營養(yǎng)物質，從而提高了土壤肥力，促進了植物的生長發(fā)育，提高了玉米產量。這個試驗結果與王秀領等[20]研究結果一致，也與陳正剛等[21]研究結果一致。

綜上所述，黃芪綠肥能夠提高功能葉谷氨酰胺合成酶（GS）活性、玉米品質及產量。并且黃芪綠肥和復合肥的配施效果更加明顯，隨著黃芪綠肥用量的增加效果顯著。黃芪綠肥用于生產實踐，不僅可以使黃芪得到全方位利用，也可以提高玉米經濟效益；既創(chuàng)造了生態(tài)價值，也增加了經濟價值。

［1］石德權，郭慶法，汪黎明，等.我國玉米品質現(xiàn)狀、問題及發(fā)展優(yōu)質食用玉米對策[J].玉米科學，2001，9（2）：3-7.

［2］李洪影.氮磷鉀肥對青貯玉米不同形式碳水化合物積累的影響[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2010.

［3］楊亮.氮素用量對玉米谷氨酰胺合成酶活性及蛋白組分的影響[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2006.

［4］孫聰姝，王宏燕，王兆榮，等.長期培肥定位試驗耗竭階段各培肥物質對土壤有機質持續(xù)效應的研究[J].東北農業(yè)大學學報，1998，29（1）：1-13.

［5］鄒正.綠肥翻壓對煙草生長、產量和養(yǎng)分吸收利用的影響[D].雅安：四川農業(yè)大學，2013.

［6］楊永恒，畢研文，陳寶芳，等.黃淮海地區(qū)綠肥種質資源的篩選與評價[J].華北農學報，2010，25（增刊）：75-79.

［7］王建紅，曹凱，張賢，等.綠肥還田對水稻生長期土壤有機質動態(tài)變化的影響[J].浙江農業(yè)科學，2010（3）：614-616.

［8］劉國順，羅貞寶，王巖，等.綠肥翻壓對煙田土壤理化性狀及土壤微生物量的影響[J].水土保持學報，2006，20（1）：95-98.

［9］董繪陽，張家韜，董鵬飛，等.綠肥對煙草品質及煙田土壤性質的影響[J].陜西農業(yè)科學，2014，60（1）：10-12.

［10］吳光磊.有機無機肥配施對玉米產量和品質的影響及生理基礎[D].泰安：山東農業(yè)大學，2008.

［11］梁平.不同來源有機肥對玉米品質及重金屬吸收的調控研究[D].長春：吉林農業(yè)大學，2008.

［12］陳煜，朱保葛，張敬，等.不同氮源對大豆硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性及蛋白質含量的影響[J].大豆科學，2004，23（2）：143-145.

［13］楊亮，趙宏偉，劉錦紅.氮素用量對春玉米功能葉片谷氨酞胺合成酶活性及產量的影響[J].東北農業(yè)大學學報，2007，38（3）：320-324.

［14］黃冰艷，高偉，苗利娟，等.谷氨酰胺合成酶基因研究進展及其在植物氮代謝調控中的應用[J].中國農學通報，2010，26（23）：53-57.

［15］梁秀蘭，朱芳華.不同性質肥料配施對春玉米產量的效應[J].作物研究，1998（2）：28-30.

［16］盛良學，黃道友，汪立剛，等.稻草還田對春玉米生長發(fā)育與產量的影響[J].廣西農業(yè)生物科學，2006，25（1）：56-59.

［17］葛發(fā)琴.不同綠肥品種對玉米產量的影響[J].耕作與栽培，2015（1）：28-29.

［18］周開芳，何炎.豆科冬綠肥翻壓對土壤肥力和雜交玉米產量及品質的影響[J].貴州農業(yè)科學，2003，31（增刊）：42.

［19］陳如強，蔡葉.綠肥對土壤養(yǎng)分含量和玉米產量影響試驗初探[J].吉林農業(yè)，2011（3）：85.

［20］王秀領，閆旭東，徐玉鵬，等.大豆綠肥腐解規(guī)律及其對玉米產量的影響[J].河北農業(yè)科學，2011，15（4）：39-41.

［21］陳正剛，蔣太明，彭永紅，等.綠肥與化肥配合施用對玉米產量的影響[J].貴州農業(yè)科學，1999，27（增刊）：28-29.

Effects of Astragalus Membranaceus Green Manure on Corn Quality and Yield

ZHANG Yan-zi，LIANG Jian-ping，SUN Ming-jie，F(xiàn)ENG Xiao-jun
（College of Life Sciences，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To explore the application prospect of astragalus membranaceus stem and leaf as green manure,this experiment applied fertilizer to corns with astragalus membranaceus green manure,organic fertilizer and compound fertilizer respectively in different growth periods,measuring the concentration of glutamine synthetase in corn leaves,corn yield components and component content of the related corn quality with method of randomized complete block design and fixed-point monitoring.The results showed that astragalus membranaceus green manure,organic fertilizer and compound fertilizer used separately could improve the activity of glutamine synthetase（GS）in the functional leaves,the tryptophan and lysine content and albumin,globulin and glutelin and gliadin protein components content in corn seeds,as well as improving the structure of the corn crop yield.Contents of each index were significantly improved with the astragalus membranaceus green manure,especially mixing it with compound fertilizer works best,with increasing concentration of green manure,the index contents increased obviously.

astragalus membranaceus green manure;corn quality;corn output

S142＋.1

A

1002-2481（2016）01-0040-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.01.12

2015-10-28

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2011BAI07B01）；山西省科技攻關計劃項目（振東項目）（2014ZD0501-1）；2014年山西省高等學校教學改革項目；山西農業(yè)大學2013年教學改革項目；山西農業(yè)大學博士基金項目（XB2008022）；山西農業(yè)大學第十三批科技創(chuàng)新項目（2015088）

張晏梓（1993-），男，山西汾陽人，在校學生，研究方向：中藥資源與開發(fā)。梁建萍為通信作者。