施氮量對不同油酸含量大花生產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

楊 正，肖思遠(yuǎn)，陳思宇，劉 晶，朱文娟，徐 茜，李 林，郭 峰，蘭時樂

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；3. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100）

花生（Arachis hypogaeaL.）屬1 年生豆科草本植物，是我國重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，其營養(yǎng)豐富，富含多種氨基酸、脂肪、蛋白質(zhì)。為提高花生品質(zhì)與產(chǎn)量，前人在花生品種、栽培模式、施肥管理等方面進(jìn)行了積極探索[1?5]。氮素作為花生生長所需的大量元素之一，與花生的產(chǎn)量和品質(zhì)緊密相關(guān)，其作為合成葉綠素的重要元素影響葉片的光合作用進(jìn)而控制光合產(chǎn)物含量，同時也影響相關(guān)碳氮代謝酶的活性[6]。適宜的施氮量可以使作物增產(chǎn)提質(zhì)，過低的施氮量會造成植株矮小、黃葉等發(fā)育不良情況而減產(chǎn)，而過高的施氮量則會抑制相關(guān)酶活性，進(jìn)而不利于提高產(chǎn)量，并且還會造成土壤板結(jié)、水體富營養(yǎng)化、硝酸鹽淋溶污染地下水、農(nóng)產(chǎn)品亞硝酸鹽含量過高等生態(tài)環(huán)境與作物安全問題[7?9]。關(guān)于施氮量對花生生長的影響，國內(nèi)許多研究者進(jìn)行了有益探索[10?13]，結(jié)果表明，不同花生品種對不同氮肥施用量的響應(yīng)明顯不同。而關(guān)于北方花生品種在南方種植時對氮肥用量的響應(yīng)以及氮肥用量對其生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究較少，鑒于此，以普通油酸大花生品種花育22和高油酸大花生品種冀花16 為試驗(yàn)材料，比較不同油酸含量的2 個北方大花生品種在南方水稻土種植環(huán)境下，施氮量對其主要農(nóng)藝性狀、莢果產(chǎn)量、品質(zhì)及葉片相關(guān)氮代謝關(guān)鍵酶活性變化的影響，以期為北方優(yōu)良大花生品種在南方實(shí)現(xiàn)品質(zhì)化栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況和供試材料

試驗(yàn)地位于湖南省長沙市芙蓉區(qū)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地（27°11'N，113°4'E），海拔50 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.2 ℃，年積溫為5 457 ℃，年均降水量1 361.6 mm。試驗(yàn)土壤為第四紀(jì)紅壤發(fā)育的水稻土，土壤基本理化性質(zhì)為pH 值6.0，有機(jī)質(zhì)含量19.45 g/kg，全氮含量1.35 g/kg，全磷含量1.12 g/kg，全鉀含量29.16 g/kg，堿解氮含量130.2 mg/kg，速效磷含量65.32 mg/kg，速效鉀含量257.65 mg/kg。

供試花生品種：普通油酸大花生品種花育22（HY22，油酸含量51.73%，亞油酸含量30.25%），由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花生研究所提供；高油酸大花生品種冀花16（JH16，油酸含量79.25%，亞油酸含量3.85%），由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所提供。

供試肥料：尿素（N≥46.4%）、鈣鎂磷肥（含P2O5≥12.0%）、硫酸鉀（K2O≥52.0%、Cl≤1.5%、S≥17.5%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

對2個不同油酸含量大花生品種分別設(shè)置對照N0（不施氮）、中氮N1（120 kg/hm2）、高氮N2（240 kg/hm2）3個施氮水平，其中品種為主區(qū)，氮肥用量為副區(qū)，小區(qū)面積20 m2，重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組排列。每小區(qū)施P2O572 kg/hm2、K2O 171.6 kg/hm2。統(tǒng)一壟距80 cm，壟高12 cm，壟上花生行距25 cm，穴距11 cm，每穴1 粒種子，理論密度227 280 穴/hm2。起壟后于壟上均勻撒入肥料并翻拌入土壤0～20 cm 土層中。于2019 年4 月28 日播種，9 月2 日收獲。其他管理同花生大田生產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀及葉綠素含量 于苗期、花針期、結(jié)莢期、成熟期取樣，每小區(qū)取5株，測量主莖高、第一側(cè)枝長、分枝數(shù)和葉綠素含量，其中葉綠素含量在田間選擇主莖倒三葉采用SPAD-502PLUS測定。

1.3.2 產(chǎn)量及氮肥利用 于成熟末期每小區(qū)取20株健康植株進(jìn)行考種，曬干后考查飽果數(shù)、飽果質(zhì)量、飽仁質(zhì)量、百仁質(zhì)量等，其余植株全部收獲曬干后計算產(chǎn)量及氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力。

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)莢果產(chǎn)量-無氮區(qū)莢果產(chǎn)量）/施氮量，

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)莢果產(chǎn)量/施氮量。

1.3.3 氮代謝關(guān)鍵酶活性 于苗期、花針期、結(jié)莢期、成熟期取主莖的倒三葉，迅速裝入樣品袋并投入液氮罐中，帶回實(shí)驗(yàn)室于-80 ℃暫存。谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脫氫酶（GDH）活性采用CREN等[14]的方法測定，谷氨酸合成酶（GOGAT）活性采用鄭朝峰等[15]的方法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[16]測定。

1.3.4 籽粒品質(zhì) 選取具有代表性的完好無損的花生裝入樣品杯中，并保持待測種子樣品表面的相對平整，放入波通DA7250 型近紅外分析儀[波通瑞華科學(xué)儀器（北京）有限公司（瑞典）]，測定籽仁的粗蛋白、多種氨基酸及脂肪酸含量，每樣品重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2016 對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用IBM SPSS Statistics 25 進(jìn)行相關(guān)性分析，使用GraphPad Prism 8 進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對花生農(nóng)藝性狀及葉綠素含量的影響

表1 表明，苗期、花針期、結(jié)莢期花育22 和冀花16的主莖高均隨施氮量增加而增加，成熟期花育22和冀花16 的主莖高均以N1 處理最大；花育22 和冀花16 第一側(cè)枝長隨氮肥施用量增加均有不同程度的提高，N2處理與N0處理均存在顯著差異；不同時期花育22 的分枝數(shù)在不同處理間無明顯的變化規(guī)律，而冀花16 N1 和N2 處理的分枝數(shù)較N0 處理均有不同程度提高，苗期和成熟期N2 處理的分枝數(shù)顯著高于N0 處理；花育22 和冀花16 在苗期的葉綠素含量與施氮量呈正相關(guān)且達(dá)顯著水平，其中花育22 N1、N2 處理葉綠素含量較N0 處理分別提高30.84%、42.90%，冀花16 N1、N2 處理葉綠素含量較N0 處理分別提高11.60%、20.06%，其他生育時期各處理間葉綠素含量無顯著差異。

表1 不同施氮處理下花生的農(nóng)藝性狀及葉綠素含量Tab.1 Agronomic characters and chlorophyll contents of peanuts under different nitrogen treatments

2.2 施氮量對花生產(chǎn)量及氮肥農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力的影響

從表2 可知，花育22 在N1 處理下的飽果數(shù)、飽果質(zhì)量、飽仁質(zhì)量及百仁質(zhì)量分別較N0 處理提高5.82%、11.74%、8.09%、18.67%，而N1、N2 處理的莢果產(chǎn)量較N0處理分別提高23.26%、15.17%，N1處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著高于N2 處理；冀花16 N2處理的飽果數(shù)、飽果質(zhì)量、飽仁質(zhì)量、百仁質(zhì)量、莢果產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均最大，N1、N2處理的莢果產(chǎn)量分別較N0 處理提高了13.58%、50.89%，N2處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率明顯高于N1處理。

表2 不同施氮處理下花生的產(chǎn)量及氮肥利用情況Tab.2 Yield of peanuts and utilization of nitrogen fertilizer under different nitrogen treatments

2.3 施氮量對花生籽仁品質(zhì)的影響

表3 表明，花育22 N1 處理籽仁總氨基酸、粗蛋白含量分別較N0 和N2 處理提高6.46%、8.36%和7.25%、8.16%；冀花16 N0 處理籽仁總氨基酸、粗蛋白含量較N1和N2處理分別提高了2.44%、3.13%和1.63%、2.55%。

表3 不同施氮處理對花生籽仁粗蛋白及氨基酸含量的影響Tab.3 Effects of different nitrogen treatments on crude protein and amino acid content of peanut kernel %

表4 表明，花育22 N1 處理籽仁含油量、油酸含量及O/L較N0和N2處理低，N1和N2處理籽仁亞油酸、棕櫚酸含量均顯著高于N0 處理；冀花16 N1 和N2 處理籽仁油酸、亞油酸含量較N0 處理分別提高6.46%、49.67%和6.00%、43.46%，N0 處理籽仁O/L顯著高于N1和N2處理。

表4 不同施氮處理對花生籽仁含油量及脂肪酸含量的影響Tab.4 Effects of different nitrogen treatments on oil content and fatty acids in peanut kernel %

2.4 施氮量對花生葉片氮代謝關(guān)鍵酶活性和可溶性蛋白含量的影響

2.4.1 GS 如圖1 所示，花育22 和冀花16 葉片中GS活性隨生育時期推進(jìn)均呈先升后降的趨勢，各處理葉片GS 活性均在花針期達(dá)到最大，花育22 N1 處理較N0 和N2 處理分別提高了16.79%、11.28%，冀花16 N1 處理較N0 和N2 處理分別提高了14.31%、10.92%，且不同生育時期兩品種葉片GS 活性均表現(xiàn)為N1處理高于N0和N2處理。

2.4.2 GDH 如圖2 所示，花育22 和冀花16 葉片GDH 活性隨生育時期推進(jìn)均呈先降后升再降的變化趨勢。兩品種各處理葉片GDH 活性均在結(jié)莢期最大，花育22 N1 處理較N0 和N2 處理分別提高了17.48%、32.03%，冀花16 處理N1 較N0 和N2 分別提高了4.09%、19.15%?；ㄓ?2 N1 處理葉片GDH 活性全生育期內(nèi)均高于N0、N2 處理，冀花16 處理N2在苗期、花針期、結(jié)莢期葉片GDH 活性均顯著低于其他處理，而在成熟期與N0、N1處理無顯著差異。

2.4.3 GOGAT 如圖3 所示，花育22 葉片GOGAT活性隨生育時期的推進(jìn)呈先降后升再降的變化趨勢，苗期葉片GOGAT 活性表現(xiàn)為N0＞N2＞N1，花針期、結(jié)莢期、成熟期均表現(xiàn)為N1＞N0＞N2；冀花16 N0 處理葉片GOGAT 活性隨著生育時期推進(jìn)一直下降，N1、N2 處理則表現(xiàn)為先降后升再降的趨勢。

2.4.4 可溶性蛋白含量 如圖4 所示，花育22 和冀花16 的葉片可溶性蛋白含量隨著生育時期推進(jìn)均呈現(xiàn)先降后升的趨勢，且各個時期N2 處理可溶性蛋白含量均低于N0、N1處理，成熟期花育22和冀花16 N0、N1、N2處理葉片可溶性蛋白含量最高。

3 結(jié)論與討論

氮素是保證植株發(fā)育、葉綠素合成以及獲得高產(chǎn)高品質(zhì)的重要影響因素[17]。本研究表明，不同施氮量處理對花育22 和冀花16 各生育時期的農(nóng)藝性狀影響較大，在中氮（N1）與高氮（N2）處理下，主莖高、第一側(cè)枝長、分枝數(shù)較不施氮(N0)處理都有不同程度提高，適宜的生物量是保證高產(chǎn)的前提，可以讓花生植株有更多的果針扎入土壤。隨著生育時期的推進(jìn)，中氮與高氮處理之間的差異縮小，但各指標(biāo)均高于不施氮處理，與前人研究結(jié)果[18?19]一致。苗期兩品種N1和N2處理葉片葉綠素含量均顯著高于處理N0，葉綠素含量較高有利于積累更多的光合產(chǎn)物以保證植株發(fā)育，為提高產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。

花育22 在中氮（N1）條件下花生飽果數(shù)、飽果質(zhì)量、飽仁質(zhì)量、百仁質(zhì)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力均高于其他施氮處理，因而具有更高的莢果產(chǎn)量，花生籽仁多種氨基酸及粗蛋白含量高于其他施氮處理；冀花16 在高氮（N2）條件下花生飽果數(shù)、飽果質(zhì)量、飽仁質(zhì)量、百仁質(zhì)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均高于其他施氮處理，因此莢果產(chǎn)量大幅提高?；ㄓ?2是山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花生研究所采用60Co γ射線誘變處理與雜交相結(jié)合育成的傳統(tǒng)出口型大花生品種[20]，油酸含量為51.73%，亞油酸含量為30.25%[21]，在本試驗(yàn)地種植條件下籽仁的油酸含量與在山東省種植相比有較大提高，亞油酸含量則出現(xiàn)較大下降，不同施氮處理間無顯著差異。冀花16是河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所通過有性雜交選育的高油酸大花生品種，油酸含量為79.25%[22]，在本試驗(yàn)地種植環(huán)境下籽仁的油酸含量與在河北省種植相比有較大幅度的提高，且N1、N2處理油酸含量顯著高于N0。這可能是施肥、緯度及種植環(huán)境對2個花生品種綜合影響的結(jié)果。潘麗娟等[23]研究6個高油酸大花生品種在全國11個不同緯度種植區(qū)的適應(yīng)性，結(jié)果表明，高油酸大花生的產(chǎn)量、含油量以及蛋白質(zhì)、油酸、亞油酸含量等指標(biāo)受緯度環(huán)境因素影響明顯。

GS 和GOGAT 是具有多種功能的氮代謝酶，對進(jìn)入植物體內(nèi)的NH4+-N 循環(huán)同化具有重要的調(diào)節(jié)作用，而對GS/GOGAT 循環(huán)起輔助作用的GDH 則在植物遭受環(huán)境脅迫的抗逆過程及自然衰老過程氨的再同化中起重要作用[24?26]?；ㄉ缙贕S 活性較低 而GDH 和GOGAT 活 性 較 高，說 明GDH 與GOGAT協(xié)同發(fā)揮作用為花生吸收氮素提供保障；花針期GS 活性最高，而GDH 與GOGAT 活性降低，說明在生物量大量積累的生育中期GS 更多地參與氮代謝過程，合成谷氨酰胺；花針期以后GS 活性持續(xù)降低，而GDH 活性在結(jié)莢期最高，N1 和N2 處理GOGAT活性在結(jié)莢期又升高，說明在花生自然成熟的過程中，GDH 在氮代謝過程發(fā)揮重要作用且與GOGAT具有一定的協(xié)同關(guān)系，主要合成谷氨酸參與后續(xù)生理反應(yīng)；成熟期階段各酶活性均表現(xiàn)為下降，這是植株進(jìn)入生育末期的表現(xiàn)，此時葉片可溶性蛋白含量大幅度提高是因?yàn)榍v果的灌漿已經(jīng)完成，代謝產(chǎn)物不需過度向下轉(zhuǎn)移，而在生育中期葉片可溶性蛋白含量均處于較低水平，說明葉片中的氮代謝產(chǎn)物及光合產(chǎn)物均迅速地向其余營養(yǎng)器官和生殖器官中轉(zhuǎn)移。不同品種間葉片氮代謝相關(guān)酶對施氮水平的響應(yīng)差異較小，N1 處理花育22 葉片GS 和GDH 活性在全生育期內(nèi)均最高，生育后期GS、GDH、GOGAT 活性均表現(xiàn)為N1＞N2，表明中量施氮條件下花育22葉片氮代謝水平更高，因而具有更高的產(chǎn)量和更好的品質(zhì)，這與前人的研究一致[27?28]。冀花16 葉片GS 和GDH 活性變化與花育22大體相似，但是在生育末期N2與N1處理差異較小，表明高氮條件下葉片仍具有較高的氮同化能力，可為提高產(chǎn)量做出貢獻(xiàn)。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在南方水稻土種植條件下，普通油酸大花生品種花育22的農(nóng)藝性狀、葉綠素含量、莢果產(chǎn)量、籽仁品質(zhì)及葉片氮代謝酶等在中氮（120 kg/hm2）條件下具有更好的表現(xiàn)，生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)施用中量氮肥；而高油酸大花生品種冀花16在高氮（240 kg/hm2）條件下產(chǎn)量有大幅提高，生產(chǎn)上氮肥施用量可適當(dāng)提高。