氨基酸態(tài)氮對油茶幼苗生長和吸收氮素的影響

王 瑞，李劉澤木，張 震，唐 煒，王湘南，何之龍，陳隆升，劉彩霞，陳永忠，李安亮

（1. 湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 國家油茶工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

油茶Camellia oleifera是原產(chǎn)于中國的木本食用油料樹種，是世界四大木本食用油料樹種之一，其主要產(chǎn)品茶油被聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦為“高級保健食用油”[1]。

氮是植物生長必不可少的營養(yǎng)元素之一，植物生長代謝過程中需要大量的氮[2]。土壤中氮的形態(tài)主要為無機(jī)氮和有機(jī)氮，氨基酸態(tài)氮是一種非常重要的有機(jī)氮，不僅為植物提供氮素養(yǎng)分，還參與能量代謝，對植物生長發(fā)育至關(guān)重要[3-11]。許多植物能直接吸收利用氨基酸態(tài)氮，但不同植物對氨基酸態(tài)氮的吸收能力不同，并且不同氨基酸對植物的效應(yīng)也不同[10]。近年來，隨著油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有關(guān)油茶的科學(xué)研究取得了突出進(jìn)展，關(guān)于油茶施肥方面有大量的研究報(bào)道[12-20]，且多集中在無機(jī)氮方面。潘曉杰等[21]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，施用N、P、K、B、Zn 這5 種肥料對油茶幼林生長有明顯的促進(jìn)作用，且N、P、K 對油茶生長的作用由強(qiáng)到弱依次為N、P、K。張慧[22]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，每株施尿素390 g、鈣鎂磷肥390 g、氯化鉀450 g并灌水29.5 g 的配比最有利于油茶產(chǎn)量的提升。陳銘等[23]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)氮素對油茶生長有顯著的影響，其中銨態(tài)氮處理的油茶生長量、根冠比以及地下部分生物量達(dá)到最大，銨硝混合處理時(shí)總鮮質(zhì)量達(dá)到最高。目前關(guān)于有機(jī)氮對油茶影響的研究報(bào)道不多。李安亮等[24]的研究結(jié)果表明，甘氨酸、賴氨酸和丙氨酸促進(jìn)油茶嫁接苗高、地徑和生物量增長的效果最好。在前期研究基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)中以1 年生油茶新品種幼苗為試材，選擇了甘氨酸態(tài)氮、賴氨酸態(tài)氮和丙氨酸態(tài)氮3種有機(jī)氮，研究不同氨基酸態(tài)氮及硝態(tài)氮對油茶幼苗生長和氮素吸收的影響，以期為提高油茶苗木對氮肥的吸收利用效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

所用材料為油茶新品種‘朝霞’芽苗砧嫁接苗。容器規(guī)格為高12 cm、上口徑8 cm。栽培基質(zhì)為黃心土、珍珠巖和泥炭的混合物（體積比3∶1∶1），pH 為5.88，銨態(tài)氮質(zhì)量濃度0.92 mg/L，硝態(tài)氮質(zhì)量濃度2.34 mg/L。2014 年5 月嫁接后栽植于容器杯中，2015 年7 月選取生長一致且無病蟲害的苗木進(jìn)行施肥試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

有機(jī)氮選擇甘氨酸態(tài)氮、賴氨酸態(tài)氮、丙氨酸態(tài)氮3 種氨基酸態(tài)氮肥，處理編號分別為Gly-N、Lys-N、Ala-N，無機(jī)氮選擇硝酸鉀（處理編號NO3-N），以無氮處理（CK）為對照。除CK 外，各處理的供氮濃度相同，均為3 mmol/L，使用霍蘭格營養(yǎng)液供應(yīng)其他必需大量元素和微量元素。自2015 年7 月，采用液體澆灌施肥的方式，每株苗每次施肥300 mL，每隔1 周施肥1 次，共8 次。每個(gè)處理30 株，3 次重復(fù)。試驗(yàn)在國家油茶工程技術(shù)研究中心溫室中進(jìn)行，溫室光照度6 000 ～8 000 lx，溫度20.0 ～25.0 ℃，濕度80%～85%。除施肥外，正常管護(hù)。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長量

當(dāng)年11 月，每處理隨機(jī)選取10 株，統(tǒng)計(jì)單株葉片數(shù)量，使用卷尺測量苗高，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量地徑，3 次重復(fù)。同時(shí)，每株苗選取3 片葉，避開葉脈，使用SPAD 502 Plus 型葉綠素儀（柯尼卡公司，日本）測定SPAD 值，每片葉讀取5 次數(shù)據(jù)，取平均值。

1.3.2 氮素吸收利用指標(biāo)

當(dāng)年11 月，每個(gè)處理隨機(jī)選取10 株，每株采集3 片葉，用液氮帶回實(shí)驗(yàn)室后，放超低溫冰箱保存，待測。谷氨酸合酶（GOGAT）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性測定參考Miflin 等[25]、杜旭華等[26-27]的方法，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的測定采用分光光度法[28-29]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析和LSD 比較處理間差異的顯著性（P＜0.05）。使用GraphPad Prism 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮源對油茶幼苗生長的影響

不同氮源處理下油茶幼苗的生長情況見表1。由表1 可知，各氮源處理間油茶苗高均不存在顯著差異，但均顯著高于對照。與無氮處理（CK）相比，施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均促進(jìn)了油茶幼苗的高生長，各處理按照苗高由高到低排序依次為賴氨酸態(tài)氮處理、甘氨酸態(tài)氮處理、丙氨酸態(tài)氮處理、硝態(tài)氮處理、無氮處理，說明氮素可以顯著促進(jìn)油茶苗的高生長，施用氨基酸態(tài)氮對油茶苗高生長的促進(jìn)效果優(yōu)于施用硝態(tài)氮，且各施用氨基酸態(tài)氮處理間不存在顯著差異。在所有處理中：施用賴氨酸態(tài)氮處理的幼苗高生長最佳，苗高為13.72 cm，比對照提高了41.88%；其次為施用甘氨酸態(tài)氮處理，苗高為13.41 cm。

表1 不同氮源處理下油茶幼苗的生長情況?Table 1 The growth of C. oleifera seedlings treated by various nitrogen

在地徑方面，各氮源處理間地徑均不存在顯著差異，均顯著高于對照。與無氮處理（CK）相比，施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均促進(jìn)了幼苗地徑的生長，各處理按照地徑由高到低排序依次為甘氨酸態(tài)氮處理、賴氨酸態(tài)氮處理、硝態(tài)氮處理、丙氨酸態(tài)氮處理、無氮處理，說明施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮可以顯著促進(jìn)幼苗地徑的生長。其中：施用甘氨酸態(tài)氮處理的苗木地徑生長最佳，為3.39 mm，比對照提高了25.09%；其次為施用賴氨酸態(tài)氮處理，地徑為3.31 cm。

在葉片數(shù)量方面，各氮源處理的葉片數(shù)量均高于對照（6.87），施用各種形態(tài)的氮素均促進(jìn)了苗木葉片數(shù)量的增加，各處理按照葉片數(shù)量由高到低排序依次為賴氨酸態(tài)氮處理、甘氨酸態(tài)氮（丙氨酸態(tài)氮）處理、硝態(tài)氮處理、無氮處理。其中，施用賴氨酸態(tài)氮處理的葉片數(shù)量最高，為10.60，顯著高于其余處理。說明施用氮素可以提高苗木的葉片數(shù)量，施用賴氨酸態(tài)氮可以顯著促進(jìn)苗木葉片數(shù)量的增加。

2.2 氮源對油茶幼苗葉片SPAD 值的影響

不同氮源處理下油茶幼苗葉片的SPAD 值如圖1 所示。由圖1 可知，施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均顯著提高了葉片的SPAD 值，各處理按照SPAD 值由大到小排序依次為賴氨酸態(tài)氮處理、丙氨酸態(tài)氮處理、甘氨酸態(tài)氮處理、硝態(tài)氮處理、無氮處理。其中，施用賴氨酸態(tài)氮處理的葉片SPAD 值最高，為67.90，比對照提高了50.99%。Evans 等[30]的研究結(jié)果表明，植物葉片葉綠素含量與氮含量關(guān)系密切，SPAD 值與葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系，可以利用葉片SPAD 值預(yù)測植物的氮營養(yǎng)狀況。說明施用賴氨酸態(tài)氮可以顯著提高葉片的葉綠素含量。

圖1 不同氮源處理下油茶幼苗葉片的SPAD 值Fig. 1 The SPAD values in leaves of C. oleifera seedlings treated by various nitrogen

2.3 氮源對油茶幼苗葉片氮代謝酶活性的影響

不同氮源處理下油茶幼苗葉片的酶活性如圖2 所示。由圖2 可知，施用氨基酸態(tài)氮、硝態(tài)氮均顯著提高了葉片中GS 的活性。在所有處理中：施用賴氨酸態(tài)氮處理的葉片GS 活性最高，為65.31 μmol/(g·h)，顯著高于其他處理，比對照提高了70.03%；施用硝態(tài)氮的處理次之，葉片GS 活性為55.15 μmol/(g·h)，顯著高于對照；無氮處理的葉片GS 活性最低，為38.41 μmol/(g·h)。說明施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均可以加速氮代謝途徑的運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化，以施用賴氨酸處理為最佳。由圖2 可知，各處理的葉片GOGAT活性間均不存在顯著差異。其中：CK 的GOGAT活性最高，為183.97 μmol/(g·h)；施用甘氨酸態(tài)氮處理的GOGAT 活性最低，為147.62 μmol/(g·h)。

圖2 不同氮源處理下油茶幼苗葉片的酶活性Fig. 2 The enzyme activity in leaves of C. oleifera seedlings treated by various nitrogen

2.4 氮源對油茶幼苗葉片氮素累積的影響

不同氮源處理下油茶幼苗葉片中氮素的含量如圖3 所示。由圖3 可知，所有處理間葉片中硝態(tài)氮含量均不存在顯著差異。其中：施用硝態(tài)氮處理的葉片中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（3.24 mg/g），比對照提高了16.55%，比施用氨基酸態(tài)氮處理提高了3.09%～19.56%；施用氨基酸態(tài)氮處理的葉片中硝態(tài)氮含量均低于施用硝態(tài)氮處理，說明施用氨基酸態(tài)氮可以抑制葉片對硝酸鹽的吸收；施用賴氨酸態(tài)氮處理的葉片中硝態(tài)氮含量最低，低于施用硝態(tài)氮處理及對照，說明賴氨酸態(tài)氮抑制吸收硝態(tài)氮的作用最明顯。由圖3 可知，施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均可以顯著提高葉片中銨態(tài)氮含量，其中施用丙氨酸態(tài)氮處理的油茶葉片中銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.27 mg/g，顯著高于其余處理，比對照（0.51 mg/g）提高了3.45 倍。

圖3 不用氮源處理下油茶幼苗葉片中氮素的含量Fig. 3 The nitrogen content in leaves of C. oleifera seedlings treated by various nitrogen

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均可以促進(jìn)油茶幼苗的生長及其對氮素的吸收，施用賴氨酸態(tài)氮可以顯著提高油茶苗的高、地徑、葉片數(shù)量、葉片SPAD 值和GS 活性，丙氨酸態(tài)氮比其他氮源更有利于提高油茶幼苗葉片銨態(tài)氮含量，氨基酸態(tài)氮對油茶幼苗吸收硝酸鹽有抑制作用。在油茶苗木繁育過程中，可以用含有賴氨酸的有機(jī)肥部分替代化肥，提高氮素利用率，減少化肥的使用。

植物對氨基酸態(tài)氮的吸收利用具有一定的普遍性。有研究結(jié)果表明，氨基酸以分子形式被吸收，其供給植物氮素養(yǎng)分的作用較小[31]。氨基酸可能為生長調(diào)控因子或者信號傳導(dǎo)物質(zhì)，植物吸收氨基酸與氨基酸的分子特征以及植物細(xì)胞膜特異性有關(guān)[32-33]，因而對于不同的氨基酸，植物吸收利用的能力也是有差異的。許玉蘭等[34]的研究結(jié)果表明，施用甘氨酸使稻苗質(zhì)量增加了23.7%，甘氨酸與亮氨酸混施處理中稻苗質(zhì)量增加最多，增幅可達(dá)41.2%。吳良?xì)g等[35]的研究結(jié)果顯示，等氮量條件下，甘氨酸單施或甘氨酸與銨態(tài)氮配施處理中水稻的干質(zhì)量均顯著大于單施銨態(tài)氮處理。Sarwar 等[36]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的L-色氨酸對玉米株高、節(jié)間距和莖稈的鮮質(zhì)量有顯著影響。本研究結(jié)果表明，賴氨酸態(tài)氮可以顯著促進(jìn)油茶苗木高、地徑、葉片數(shù)量的增加，說明賴氨酸態(tài)氮有利于促進(jìn)油茶苗木的營養(yǎng)生長，這與李安亮等[24]的研究結(jié)果一致。

對玉米、小麥、水稻等作物的研究結(jié)果表明，葉片SPAD 值與氮含量間有較好的相關(guān)性[37-41]。本研究結(jié)果表明，不同氮源處理均顯著提高了油茶葉片的SPAD 值，以賴氨酸態(tài)氮處理效果最佳，說明施用賴氨酸態(tài)氮可以顯著提高葉片的葉綠素含量，這與李安亮等[24]得出的賴氨酸處理油茶葉片中光合色素含量最高的研究結(jié)果是一致的。

氨基酸可抑制植物對硝酸鹽的吸收，使得植物體內(nèi)硝酸鹽含量降低。Muller 等[42]研究了施用氨基酸和硝酸鹽對大豆吸收硝酸鹽的抑制作用，結(jié)果表明天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、精氨酸、丙氨酸和β-丙氨酸對硝酸鹽吸收的抑制作用最強(qiáng)。Aslam 等[43]的研究結(jié)果表明：當(dāng)施用NO3－濃度為0.1 mmol/L 時(shí)，天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺以及谷氨酰胺均會(huì)抑制大麥根系對硝酸鹽的吸收，并且抑制效果相似，均達(dá)50%～60%；當(dāng)NO3－的濃度為10 mmol/L 時(shí)，氨基酸對硝酸鹽的吸收基本無影響。本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致，所有施用氨基酸態(tài)氮處理的葉片中硝態(tài)氮含量均低于施用硝態(tài)氮（KNO3）處理，并且施用賴氨酸態(tài)氮處理的葉片中硝態(tài)氮含量低于對照，說明其抑制硝酸鹽吸收的作用更明顯。這可能是由氨基酸對硝酸鹽吸收、硝酸還原酶等的影響以及植物對氨基酸的優(yōu)先吸收導(dǎo)致的，氨基酸態(tài)氮也可能是通過抑制硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的活性來降低植物對硝酸鹽的吸收利用或抑制氮素代謝酶的活性[44]。

植物僅能利用水溶性有機(jī)氮，所以無機(jī)氮只有被同化為有機(jī)氮才能被植物體吸收和利用，絕大部分氨同化是通過GS/GOGAT 循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的，GS 可以加速無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，GOGAT 反映氨同化的強(qiáng)度[45-46]。本研究結(jié)果表明：施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮后，葉片GS 活性均高于對照，說明施用氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮均可以加速氮代謝途徑的運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化，其中施用賴氨酸態(tài)氮的效果最佳；施用不同形態(tài)氮素處理的葉片中GOGAT 活性間均不存在顯著差異。

本研究結(jié)果表明，在油茶苗木繁育過程中，用少量含賴氨酸的有機(jī)肥[47]部分替代化肥，在一定程度上可以提高氮素利用率，避免因化肥過度施用帶來的環(huán)境問題。

氨基酸態(tài)氮被植物吸收利用后不只是提供氮素養(yǎng)分或合成蛋白質(zhì)的前體物質(zhì)，其在植物體內(nèi)的代謝過程十分復(fù)雜。氨基酸在植物體內(nèi)的作用主要有合成蛋白質(zhì)、作為合成植物激素的中間物質(zhì)、螯合養(yǎng)分及其他物質(zhì)、增強(qiáng)植物的抗逆性、增強(qiáng)植物的抗病能力。但是所吸收氨基酸對植物的影響是由其自身的代謝能力、環(huán)境條件以及氨基酸種類等眾多因素綜合決定的[32]。不同種類的氨基酸態(tài)氮對植物的生長及生理的促進(jìn)作用是不同的，本試驗(yàn)中僅研究了單一氨基酸態(tài)氮對油茶苗生長及氮素吸收的影響，混合氨基酸態(tài)氮的種類及濃度對油茶苗木的影響及油茶對氨基酸態(tài)氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制均有待進(jìn)一步研究。