施氮量對(duì)不同飼用燕麥品種苗期氮代謝相關(guān)酶活性的影響

王 鑫，張玉霞，鮑青龍，陳衛(wèi)東，孫明雪，郭 園，楊世寬，駱瓔珞

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼028043；2.赤峰市草原工作站，內(nèi)蒙古 赤峰024000；3.遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧盤錦124000；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾農(nóng)牧場管理局謝爾塔拉農(nóng)牧場，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾021000）

燕麥（Avena）是禾本科燕麥屬一年生草本植物，是一種重要的糧飼兼用的經(jīng)濟(jì)作物［1]，具有抗旱、耐寒、耐瘠薄、耐鹽堿寒等生物學(xué)特性［2].“糧改飼”和“草牧業(yè)”等政策的實(shí)施，使農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速［3].飼用燕麥作為苜蓿倒茬飼用植物，在科爾沁沙地的沙化草地種植面積迅猛增加［4].土壤肥力是土壤各種基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)［5]，氮肥對(duì)沙地生境下飼用燕麥產(chǎn)量的提高或品質(zhì)改善作用效果明顯［6-7]，但氮肥利用效率低導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，與此同時(shí)給環(huán)境帶來了一定程度的污染［8]，篩選氮高效的品種是解決這一問題的重要途徑［9].前人對(duì)小麥、水稻、玉米等農(nóng)作物進(jìn)行了氮高效利用品種篩選［10-12]，李文龍等［13]研究玉米不同氮效率品種的氮代謝作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)NR、NiR、GS 和GOGAT 氮代謝關(guān)鍵酶活性越高，氮素同化的能力就越強(qiáng).目前關(guān)于不同氮效率飼用燕麥品種氮代謝方面研究尚少［14]，為此，本試驗(yàn)選用科爾沁沙地主栽的燕王、牧王、甜燕1號(hào)和牧樂思飼用燕麥品種，研究苗期追施不同水平的氮肥對(duì)氮代謝酶活性和含氮物質(zhì)含量的影響，分析不同飼用燕麥品種之間氮代謝的差異，為挖掘氮高效飼用燕麥品種資源提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況 試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)（120.2°E、42.5°N），屬于溫帶大陸性氣候.土壤以沙土為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量4.79 g·kg-1，全氮含量1.87 g·kg-1，堿解氮含量11.24 mg·kg-1，速效鉀含量95.12 mg·kg-1，速效磷含量10.59 mg·kg-1.年平均氣溫0～6 ℃，≥10 ℃積溫3000～3200 ℃，無霜期140～150 d，年平均降水量340～400 mm，蒸發(fā)量是降水量的5倍左右，年平均風(fēng)速3.0～4.5 m·s-1.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，供試材料為燕王、牧王、甜燕1 號(hào)和牧樂思等飼用燕麥品種.試驗(yàn)地設(shè)在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)，于2019 年4 月12 日采用條播方式種植，小區(qū)面積3 m×4 m=12 m2，每處理設(shè)3 個(gè)重復(fù)，共48 個(gè)小區(qū)，四周設(shè)保護(hù)行.行距15 cm，播種量150 kg·hm-2，播種深度3 cm，基肥為重過磷酸鈣（P2O546%）、氯化鉀（K2O 50%），施用量均為150 kg·hm-2，以一次性撒施方式施入土壤.于同年5月8日追施尿素（含N 46%），設(shè)置了0（CK），15，30，45 kg·hm-2氮素（純N）水平，分別用N0，N15，N30，N45表示，肥料一次性施入，施入后立即進(jìn)行噴灌.于同年5 月22 日取燕麥展開葉片測定氮代謝關(guān)鍵酶活性和物質(zhì)含量.

1.3 測定指標(biāo)及方法 硝酸還原酶（NR）采用活體法測定［15]；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測定［15]；游離氨基酸含量采用水合茚三酮比色法測定［15].谷氨酰胺合成酶（GS）酶活性參考金正勛的測定方法［16]；谷氨酸合成酶（GOGAT）參照趙鵬［17]方法測定；谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）參照吳良?xì)g［18]的方法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用DPS 15.10進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)飼用燕麥氮代謝相關(guān)酶活性的影響

2.1.1 對(duì)谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響 由表1可知，隨著施氮量的增加，不同飼用燕麥品種的GS活性增強(qiáng).其中，燕王的N45處理顯著高于其他處理（P＜0.05），牧王的N45處理顯著高于N0（P＜0.05），甜燕1號(hào)的N45處理顯著高于其他3 個(gè)處理（P＜0.05），且N15和N30處理亦顯著高于N0（P＜0.05），牧樂思在不同施氮處理下GS差異不顯著.說明牧樂思的GS活性對(duì)施氮量反應(yīng)不敏感.不同品種之間只有在N45處理下，燕王的GS活性顯著高于其他3個(gè)品種（P＜0.05）.說明燕王的GS活性對(duì)施氮量反應(yīng)最敏感.

表1 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的GS活性Tab. 1 Glutamylamine synthase（GS）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments △OD·g-1FW·h-1

2.1.2 對(duì)谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的影響 由表2 可知，隨著施氮量的增加，不同飼用燕麥品種的GOGAT 活性均呈增加趨勢，4 個(gè)品種的N45處理均顯著高于其他處理（P＜0.05），其中燕王和甜燕1 號(hào)的N30處理顯著高于N0（P＜0.05）；牧王的N30和N15處理亦顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；牧樂思的N30顯著高于N0（P＜0.05）.不同品種之間，在N15處理下，牧王的GOGAT活性顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05），在N30處理下，牧王的GOGAT顯著高于牧樂思（P＜0.05），在N45處理下，燕王和牧王的GOGAT活性顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05）.說明燕王和牧王的GOGAT活性對(duì)施氮量的敏感性強(qiáng)于甜燕1號(hào)和牧樂思.

表2 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的GOGAT活性變化Tab. 2 Glutamate synthase（GOGAT）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments μmol·g-1·min-1

2.1.3 對(duì)硝酸還原酶（NR）活性的影響 由表3 可知，隨著施氮量的增加NR 活性呈增加趨勢，燕王、牧王、甜燕1號(hào)的NR活性在不同施氮量處理之間差異顯著（P＜0.05），牧樂思則N15與對(duì)照差異不顯著，其他處理之間差異顯著（P＜0.05）.說明，燕王、牧王、甜燕1 號(hào)NR 活性增強(qiáng)的敏感性強(qiáng)于牧樂思.不同品種在不同施氮量下的NR 活性亦存在差異，在N30和N45施氮處理下，燕王顯著高于牧王、甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05），牧樂思顯著低于牧王和甜燕1 號(hào)（P＜0.05）；在N15施氮量下，燕王顯著高于其他3 個(gè)品種（P＜0.05），牧王顯著高于牧樂思（P＜0.05）；在N0時(shí)，則甜燕1號(hào)顯著低于其他3個(gè)品種（P＜0.05）.說明，燕王的NR活性對(duì)施氮量反應(yīng)強(qiáng)于牧王和甜燕1號(hào)，牧樂思相對(duì)較弱.

表3 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種NR活性變化Tab. 3 Changes of NR activity in different sand oat varieties treated with different amounts of nitrogen fertilizer μg·g-1·h-1

2.1.4 對(duì)谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）活性的影響 由表4可知，隨著施氮量的增加，不同飼用燕麥品種的GOT 活性呈增加或先增加后降低的變化趨勢.其中，燕王的GOT 在不同施氮量下差異顯著（P＜0.05）；牧王則N15和N30處理顯著高于N0和N45，N45亦顯著高于N0處理（P＜0.05）；甜燕1號(hào)則是N15、N30、N45處理顯著高于N0（P＜0.05）；牧樂思的GOT為N30顯著高于其他處理（P＜0.05），N15顯著高于N0和N45（P＜0.05）.不同品種在N0處理下，牧王顯著高于其他3 個(gè)品種（P＜0.05），牧樂思和燕王亦顯著高于甜燕1 號(hào)（P＜0.05）；在N15和N30處理下，牧王的GOT活性顯著高于其他3個(gè)品種（P＜0.05）；在N45處理下，4個(gè)品種的GOT差異顯著（P＜0.05），燕王＞牧王＞甜燕1號(hào)＞牧樂思.說明燕王和牧王的GOT對(duì)施氮量反應(yīng)敏感.

表4 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的GOT活性Tab. 4 Glutamic oxaloacetic transaminase（GOT）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments μmol·g-1·30 min

2.1.5 對(duì)谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）活性的影響 如表5 所示，隨著施氮量的增加，飼用燕麥的GPT 活性呈不斷增加或先增加后降低的變化趨勢.其中，燕王的GPT 在N45處理下活性最強(qiáng)，顯著高于N0和N15處理（P＜0.05）；牧王的GPT 在N30處理下活性最強(qiáng)，顯著高于其他施氮量處理（P＜0.05）；甜燕1 號(hào)的GPT 在N30處理下活性最強(qiáng)，顯著高于N0和N45處理（P＜0.05），與N30處理差異不顯著；牧樂思的GPT 在N30處理下活性最強(qiáng)，但僅與N0差異顯著（P＜0.05）.不同品種之間在不同施氮量處理下變化較大，在N0處理下牧王和甜燕1 號(hào)顯著高于燕王和牧樂思（P＜0.05）；在N15處理下，燕王和甜燕1 號(hào)顯著高于牧王和牧樂思（P＜0.05）；在N30處理下，牧王顯著高于其他3 個(gè)品種（P＜0.05），牧樂思顯著低于其他3 個(gè)品種（P＜0.05）；在N45處理下，則燕王和牧王顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05），甜燕1號(hào)亦顯著高于牧樂思（P＜0.05）.說明，牧樂思的GPT活性對(duì)施氮量的敏感性相對(duì)較弱.

表5 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的GPT活性Tab. 5 Glutamate pyruvate transaminase（GPT）activity of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatment μmol·g-1·30 min

2.2 追施氮肥對(duì)不同飼用燕麥品種含氮物質(zhì)含量的影響

2.2.1 對(duì)可溶性蛋白（SP）含量的影響 由表6可知，隨著施氮量的增加，4個(gè)飼用燕麥品種的SP含量均呈增加趨勢，4個(gè)品種的N45處理均顯著高于其他處理（P＜0.05），燕王的N30處理亦顯著高于N15和N0處理（P＜0.05）；甜燕1號(hào)和牧樂思的N15和N30處理顯著高于N0（P＜0.05）.不同品種在N0處理下燕王和牧王顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05），甜燕1號(hào)亦顯著高于牧樂思（P＜0.05）；在N15和N30處理下燕王和牧王顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思（P＜0.05）；在N45處理下，燕王顯著高于其他3個(gè)品種（P＜0.05），牧王和牧樂思亦顯著高于甜燕1號(hào)（P＜0.05）.說明，燕王和牧王的SP對(duì)施氮量反應(yīng)敏感，甜燕1號(hào)相對(duì)較弱.

表6 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的SP含量Tab. 6 Soluble protein（SP）content of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments mg·g-1FW

2.2.2 對(duì)游離氨基酸（AA）含量的影響 由表7可知，隨著施氮量的增加，燕王和牧王的AA含量均呈增加趨勢，其中，燕王和牧王的N30和N45處理顯著高于N0和N15處理（P＜0.05），燕王的N15處理亦顯著高于N0處理（P＜0.05）；甜燕1號(hào)和牧樂思則隨著施氮量的增加呈先增加后降低的變化趨勢，均在N30處理下AA含量最高，其中甜燕1 號(hào)的N30處理與N0和N45處理差異顯著（P＜0.05），牧樂思的N30處理與N0處理差異顯著（P＜0.05）.說明在施氮處理下燕王和牧王的AA積累較甜燕1號(hào)和牧樂思敏感.

表7 不同氮肥處理下不同飼用燕麥品種的AA含量Tab. 7 Free amino acid（AA）content of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments mg·g-1FW

3 討論與結(jié)論

3.1 討論 在氮素同化過程中，硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）酶活性影響植物氮代謝過程，同時(shí)對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)也有影響［19].本研究表明，隨著施氮量的增加，不同飼用燕麥葉片的GS、GOGAT、NR活性、SP含量活性增強(qiáng)，GOT、GPT活性和AA含量則隨著施氮量的增加呈增加或先增加后降低的變化趨勢.

在植物體氮代謝同化過程中，GS、GOGAT循環(huán)途徑是植物體內(nèi)NH4+同化的主要途徑，王小純等［20]研究表明，隨著施氮水平的提高兩類氮效率不同的小麥品種GS活性等關(guān)鍵氮代謝指標(biāo)均隨施氮水平的增加而提高；李文龍等［13]研究表明，玉米低氮高效品種氮相關(guān)酶的活性強(qiáng)，能夠促進(jìn)植物對(duì)氮素的吸收利用、同化，葉綠素的合成以及相關(guān)酶系的合成也有氮的參與.本研究表明，不同飼用燕麥品種之間則是燕王的GS活性對(duì)施氮量反應(yīng)最敏感，牧樂思的GS活性對(duì)施氮量反應(yīng)不敏感；燕王和牧王的GOGAT活性對(duì)施氮量的敏感性強(qiáng)于甜燕1號(hào)和牧樂思.

谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）是2個(gè)重要的轉(zhuǎn)氨酶［21].郭峰等［22]研究表明，麥套花生葉片中GPT在苗期活性最高，結(jié)果說明在苗期丙酮酸與谷氨酸之間轉(zhuǎn)氨作用最強(qiáng)，提供谷氨酸和丙氨酸供給其生長發(fā)育.本研究結(jié)果表明，燕王和牧王的GOT 對(duì)施氮量反應(yīng)敏感；牧樂思的GPT活性對(duì)施氮量的敏感性相對(duì)較弱.

可溶性蛋白和游離氨基酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，其含量反映出葉片氮代謝水平與葉片生活力的高低［23].本研究結(jié)果表明，燕王和牧王的SP對(duì)施氮量反應(yīng)敏感，甜燕1號(hào)相對(duì)較弱；燕王和牧王的AA積累較甜燕1號(hào)和牧樂思敏感.

3.2 結(jié)論 燕王和牧王是氮高效利用飼用燕麥品種，甜燕1號(hào)和牧樂思則是氮低效利用飼用燕麥品種.GS、GOGAT、NR等氮代謝關(guān)鍵酶，可以成為篩選氮高效利用飼用燕麥品種的生理指標(biāo).