氨基酸態(tài)氮部分代替無機(jī)氮對辣椒生長和品質(zhì)的影響

摘要：為了探究氨基酸態(tài)氮替代部分有機(jī)態(tài)氮對辣椒不同生育期生長和品質(zhì)的影響，篩選出有機(jī)氮替代無機(jī)氮的適宜比例，以遵辣9號為研究對象，用天冬氨酸態(tài)氮、谷氨酸態(tài)氮分別按照0、10%、20%、30%、40%、50%的氨基酸態(tài)氮替代無機(jī)氮，取樣測定辣椒生物量級品質(zhì)。結(jié)果顯示，當(dāng)天冬氨酸、谷氨酸以30%的比例替代無機(jī)氮時，有利于增加辣椒根系的總根長、根表面積、根體積，促進(jìn)根部生長；與純無機(jī)氮處理相比，20%天冬氨酸、谷氨酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮，辣椒的單株產(chǎn)量增幅分別為33.60%、23.45%，辣椒可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量增加，硝酸鹽含量顯著降低。天冬氨酸、谷氨酸不同比例替代無機(jī)氮可以優(yōu)化辣椒的總根長、根表面積、根體積、株高、莖粗、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。根系形態(tài)指標(biāo)隨著天冬氨酸、谷氨酸替代無機(jī)氮比例的增加整體呈先增后減的趨勢；在天冬氨酸、谷氨酸20%替代無機(jī)氮處理條件下，辣椒的總根長、根表面積、根體積、株高、莖粗、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量、產(chǎn)量均達(dá)到較高水平。說明在適宜比例下氨基酸態(tài)氮替代部分無機(jī)氮的施肥方式，可以增加辣椒的產(chǎn)量并改善品質(zhì)，有助于提高辣椒對氮素的吸收利用效率。

關(guān)鍵詞：辣椒；氨基酸態(tài)氮；無機(jī)氮；生長；品質(zhì)

中圖分類號：S641.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）12-0168-08

辣椒是貴州省最具代表性的傳統(tǒng)特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，種植面積常年穩(wěn)定在33.33萬hm2左右，占全國的1/6、世界的1/10，逐漸成為助農(nóng)增收、促農(nóng)增效的大產(chǎn)業(yè)，也是脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興的新引擎。氮是植物必需的營養(yǎng)元素，植物為滿足自身對氮素營養(yǎng)的需求，不僅能吸收土壤中的無機(jī)氮，還能吸收有機(jī)氮；而氨基酸態(tài)氮作為一種有機(jī)氮源，不僅能為植株提供氮素營養(yǎng)，還能參與能量代謝，對促進(jìn)植物生長有積極作用［1］。氮是氨基酸的重要組分，而氨基酸是植物體內(nèi)氮代謝和儲存的關(guān)鍵成分；氨基酸的代謝、循環(huán)、積累，與碳水化合物、蛋白質(zhì)的合成、銨的同化（硝酸鹽的吸收和同化）、次級代謝產(chǎn)物的合成密切相關(guān)［2］ 。氨基酸還可作為信號分子或激素結(jié)合物，調(diào)控植物生長［3］。植物吸收分子態(tài)的氨基酸，不僅能為植物提供氮素，還能作為碳架參與體內(nèi)的能量代謝［4］，對植物生長發(fā)育有重要作用。有機(jī)氮能為植物增加碳營養(yǎng)，與單施無機(jī)氮處理相比，精氨酸、谷氨酰胺替代部分無機(jī)氮后，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的碳成本低于無機(jī)氮，可促進(jìn)楊樹、擬南芥的根系生長，氮素利用率提高20%［5］。氨基酸還能提高植物代謝的生理活性，如提高根系活力，促進(jìn)光合色素的形成，增加植物的游離氨基酸含量。葛體達(dá)等的研究表明，甘氨酸不僅能夠提高番茄葉片的葉綠素含量，還能夠提高根系的全碳、全氮含量［6］。谷氨酸態(tài)氮處理有利于烤煙根系生長和側(cè)根發(fā)生，增加根系鮮重；谷氨酸和無機(jī)氮配施可緩解單一無機(jī)氮對根系的不利影響，提高葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量［7］。谷氨酸是葉綠素的合成底物，能促進(jìn)植物光合色素的形成，從而增強烤煙的光合能力。當(dāng)20%的谷氨酰胺替代無機(jī)氮時，可提高玉米幼苗地上部的生物量和葉片的SPAD值，玉米地上部的谷氨酸、天冬酰胺、總游離氨基酸、可溶性蛋白含量也有所增加［8］。氨基酸的種類、濃度不同，對不同種類植物產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。在園藝栽培系統(tǒng)特別是有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中存在著大量有機(jī)氮源，有機(jī)氮源與無機(jī)氮源一起影響作物的生長發(fā)育過程。以往研究多關(guān)注無機(jī)氮源的影響，如NO-3、NH+4對辣椒生長、品質(zhì)的影響；而關(guān)于有機(jī)氮源與無機(jī)氮源混合供應(yīng)對辣椒生長發(fā)育及品質(zhì)的影響較少報道。本研究分析氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒生長的影響，以探明最優(yōu)氨基酸態(tài)氮替代比例，旨在為提高辣椒產(chǎn)量及品質(zhì)并減少化肥施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試供辣椒品種：遵辣9號。

試供試劑：標(biāo)記的有機(jī)氮源為天冬氨酸（Aspartic acid，C4H7NO4，相對分子量為133.10，15N-Asp，豐度為98%）、谷氨酸（Glutamic acid，分析純，C5H9NO4，相對分子量為147.13，15N-Glu，豐度為98%），均購于上海研究院同位素工程研究中心；未標(biāo)記的有機(jī)氮源為天冬氨酸、谷氨酸；無機(jī)氮源為硫酸銨［（NH4）2SO4，相對分子量為132］、硝酸鈣［Ca（NO3）2·4H2O，相對分子量為236.15］、氯化鈣（CaCl2，相對分子量為111），用于彌補低氮導(dǎo)致的鈣不足。

沙培試驗為完全隨機(jī)設(shè)計，試驗共設(shè)12個處理，具體見表1。其中無機(jī)氮源中的NH+4 ∶NO-3=1 ∶1，以無N處理為對照（CK），各處理氮濃度均為10 mmol/L。除氮源不同外，其他元素濃度同全量霍格蘭營養(yǎng)液，每個處理重復(fù)21次，共計252盆。

辣椒苗采用漂浮育苗法培育，選取6葉1心、健壯且長勢均一的幼苗，將辣椒根分別用自來水、蒸餾水輕輕沖洗干凈，定植于裝有10.5 kg沙子（粒徑0.1～2.0 mm）的花盆（盆高23.5 cm，直徑29.5 cm）內(nèi)，株行距40 cm×50 cm，每盆均定植2株長勢基本一致的幼苗。定植后澆清水，緩苗1周后，開始人工澆灌營養(yǎng)液。使用1 mol/L H2SO4或 NaOH 將營養(yǎng)液的pH值調(diào)至6.2±0.2。苗期每3 d澆1次營養(yǎng)液，每次澆0.5 L/盆；花期、盛果期每3 d澆1次營養(yǎng)液，每次1 L/盆。其余管理措施按照田間優(yōu)質(zhì)辣椒的管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在辣椒各生育期取樣，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 根系形態(tài)指標(biāo)

在辣椒定植后30、60、90、120、150 d，使用Win RHIZO 5.0計算辣椒根系總長、根總表面積、根系總體積、平均根徑。

1.2.2 株高和莖粗

辣椒定植后30、60、90、120、150 d，進(jìn)行株高、莖粗的測定。株高用卷尺測量植株莖基到生長頂點的高度；莖粗使用游標(biāo)卡尺，測量莖基以上2 cm處直徑。

1.2.3 辣椒植株干物質(zhì)積累量

在辣椒定植后30、60、90、120、150 d，每個處理隨機(jī)選取5株長勢一致的代表性植株，在105 ℃條件下殺青30 min，在75 ℃烘干至恒重后，測定植株干重。

1.3.3 產(chǎn)量與品質(zhì)

在辣椒成熟期，各處理隨機(jī)選取10株長勢一致的代表性辣椒測定重量，然后統(tǒng)計產(chǎn)量?？扇苄蕴呛渴褂幂焱壬y定，可溶性蛋白含量使用考馬斯亮藍(lán)染色法測定，維生素C含量使用2，6-二氯靛酚法測定，硝酸鹽含量使用水楊酸－硫酸比色法測定 ［9］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 19.0（IBM Corporation，USA）軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan＇s 法進(jìn)行多重比較（α=0.05），所有數(shù)據(jù)測定結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒根系形態(tài)指標(biāo)的影響

根系發(fā)達(dá)是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)之一。由表2可知，定植后30、60 d，與CK相比，各處理的總根長、根表面積、平均根徑、根體積均顯著提高。定植后120 d，與T0相比，T2和T3處理的總根長、根表面積、平均根徑、根體積分別顯著提高41.84%和35.09%、73.28%和52.14%、37.80%和29.67%、73.33%和54.75%（Plt;0.05）。定植后150 d，各個處理的總根長差異顯著。由表3可知，在整個生長周期，G3處理的總根長、根表面積、平均根徑、根體積基本為最高值。定植后120 d，與T0相比，G2和G3處理的總根長、根表面積、平均根徑、根體積分別顯著提高22.07%和44.15%、33.47%和58.33%、30.43%和26.09%、50.04%和50.30%。

2.2 氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒株高、莖粗的影響

2.2.1 氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒株高的影響

由圖1、圖2可知，整個生育期內(nèi)辣椒的株高隨氨基酸態(tài)氮替代比例的增加呈先升后降的趨勢。定植后60 d，T1、T2處理的辣椒株高與T0相比提高80.46%、77.75%；G1、G2、G3處理的辣椒株高與T0相比提高19.5%、23.8%、18.55%。定植后90、120 d，T2處理的株高較T0提高10.25%、13.88%；G2處理的株高較T0提高7.87%、5.19%。定植后150 d，2種氨基酸50%的替代比例與T0無顯著差異，其他替代比例均顯著高于T0。從不同氨基酸種類來看，谷氨酸處理和天冬氨酸處理的辣椒株高相差不大。總體來看，天冬氨酸處理以T1（10%天冬氨酸）、T2（20%天冬氨酸）處理較高，谷氨酸處理以G2（20%谷氨酸）處理最高。

2.2.2 氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒莖粗的影響

由圖3、圖4可知，定植后60 d，辣椒的莖粗增長速率最快。辣椒的莖粗隨著氨基酸態(tài)氮含量的增加整體呈先升后降的趨勢。定植后30 d，T1、G2莖粗最大，分別為3.75、3.66 mm。定植后60、90 d，T2處理的莖粗較T0提高7.94%、4.94%。定植后120、150 d，2種氨基酸態(tài)氮處理的莖粗與T0相比，整體無顯著差異；表明隨著生育期的推進(jìn)，氨基酸態(tài)氮處理和純無機(jī)氮處理在莖粗方面表現(xiàn)出相近的效果，差異不大。

2.3 氨基酸態(tài)氮部分替代無機(jī)氮對辣椒干物質(zhì)積累量的影響

辣椒植株干物質(zhì)積累量主要是指根、莖、葉等營養(yǎng)器官干物質(zhì)的積累。辣椒在掛果前，營養(yǎng)器官是辣椒果實發(fā)育的源，源是光合產(chǎn)物的生產(chǎn)和供應(yīng)者，是庫的基礎(chǔ)。由圖5-A可知，辣椒定植后 30 d，除T5處理外，其余處理的干物質(zhì)積累量較T0增加5.90%～43.60%，T5處理的干物質(zhì)積累量較T0處理降低5.90%。定植后60 d，T4、T5處理的干物質(zhì)積累量較T0降低4.72%、9.69%，其他處理較T0增加8.35%～23.24%。由圖5-B可知，定植后30、60 d，與T0處理相比，G1、G2、G3處理的干物質(zhì)量分別增加9.27%、16.19%、22.29%，G4、G5處理的干物質(zhì)量降低1.93%～16.57%。定植后90 d，干物質(zhì)積累速率達(dá)到峰值。天冬氨酸處理組中，T2處理的干物質(zhì)積累速率最高，達(dá)2.02 g/（株·d）；谷氨酸處理組中，G2處理的干物質(zhì)積累速率最高，達(dá)1.42 g/（株·d）。定植后120、150 d，2種氨基酸部分替代無機(jī)氮干物質(zhì)積累速率逐漸下降，各個處理干物質(zhì)積累量增加。天冬氨酸部分替代無機(jī)氮干物質(zhì)積累量較T0處理在2個時期分別增加15.37%～23.09%、3.55%～27.05%，谷氨酸部分替代無機(jī)氮干物質(zhì)積累量較T0處理在2個時期增幅為2.11%～22.83%、1.72%～28.88%，均以20%的替代比例增幅最大（T2、G2處理）?？芍?，20%的氨基酸替代化肥較單施處理對辣椒植株干物質(zhì)積累量的增加幅度最大。

2.4 不同處理對辣椒產(chǎn)量的影響

由圖6可知，天冬氨酸態(tài)氮部分替代處理的辣椒產(chǎn)量均顯著高于CK、T0（Plt;0.05），表現(xiàn)為T2gt;T3gt;T1gt;T5gt;T4；T2處理產(chǎn)量為211.97 g/株，較無機(jī)氮處理（T0）顯著提高33.60%。谷氨酸態(tài)氮部分替代處理的辣椒產(chǎn)量均高于CK、T0；G1、G2、G3處理的產(chǎn)量分別比T0高出23.73%、23.45%、22.93%。T0與G4、G5處理之間無顯著差異。由此可見，辣椒產(chǎn)量隨著氨基酸態(tài)氮替代化肥氮素養(yǎng)分比例的增加，總體呈先升后降的趨勢。

2.5 不同處理對辣椒營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的影響

由表4、 表5可知， 在天冬氨酸處理中，T2、T3、T4處理的可溶性糖含量較高，分別比T0處理提高24.10%、21.56%、22.51%；T2處理的可溶性蛋白含量也顯著比T0處理提高12.58%。在谷氨酸處理中，除G5處理的可溶性糖含量顯著降低外，其他處理與T0處理之間沒有顯著差異；在可溶性蛋白含量方面，G1、G2處理的值較高，比T0處理分別提高8.99%、11.24%。

T3、G3處理的維生素C含量較T0處理提高了4.03、15.79 mg/100 mg。在硝酸鹽含量方面，2種氨基酸不同比例替代各處理間差異顯著；T1至T5處理比T0處理降低4.75～72.81 mg/kg，G1至G5處理比T0處理降低19.64～76.76 mg/kg。

3 討論

氨基酸態(tài)氮和無機(jī)氮配施可以優(yōu)化辣椒的營養(yǎng)供應(yīng)，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提供全面的氮源供應(yīng)。無機(jī)氮提供快速有效的氮源，促進(jìn)植物快速生長，而氨基酸態(tài)氮則為植物提供有機(jī)氮，提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的持水能力和保持養(yǎng)分的穩(wěn)定性。氨基酸態(tài)氮在土壤中相對穩(wěn)定，不容易淋失或揮發(fā)，可以提高氮肥的利用率。此外，氨基酸還可以與土壤中的微生物共生，促進(jìn)土壤的生物活性和養(yǎng)分循環(huán)［10］。

辣椒的根系形態(tài)特征是影響生長發(fā)育的重要因素之一，需要合理管理和調(diào)控，才能促進(jìn)植株健康生長和高產(chǎn)高質(zhì)［11］。本研究表明，與無機(jī)氮處理相比，隨著氨基酸態(tài)氮替代比例的增加，以20%的天冬氨酸、30%谷氨酸替代無機(jī)氮處理的辣椒根系的總根長、根表面積、根體積較大，濃度過高對植物產(chǎn)生抑制。曹小闖等對小白菜的研究表明，20%谷氨酸替代無機(jī)氮處理能促進(jìn)根毛生長、根系活力增加，小白菜根系的總根長、根體積、根系活力較無機(jī)氮處理分別增加28.2%、19.0%、44.9%，而對根系平均直徑影響不大［12］。本研究結(jié)果顯示，30%的谷氨酸替代無機(jī)氮處理下，辣椒的的總根長、根表面積、平均根徑、根體積分別顯著提高44.15%、58.33%、26.09%、50.30%。氨基酸態(tài)氮部分替代處理相比于無機(jī)氮處理有利于根系發(fā)育，可能是因為辣椒吸收氨基酸態(tài)氮后，其內(nèi)源氨基酸含量增高，根部吸收的外源氨基酸還可以轉(zhuǎn)化為其他氨基酸，為辣椒生長提供豐富的碳資源和氮資源，刺激根系生長［13］。苯丙氨酸部分替代無機(jī)氮，楊樹的根系游離氨基酸含量增多，根系的根長、根表面積增加［14］。而本研究中，隨著氨基酸態(tài)氮濃度升高，辣椒根系的總根長、根表面積、根體積下降，說明低濃度的氨基酸態(tài)氮有利于辣椒根系的發(fā)育，高濃度對植物根系造成抑制。韓瑞鋒等研究發(fā)現(xiàn)，甘氨酸與無機(jī)氮配合處理下，小白菜的根長、根體積降低，高濃度顯著抑制小白菜根系生長，低濃度在抑制的同時促進(jìn)根毛生長［15］。

辣椒產(chǎn)量是確定辣椒經(jīng)濟(jì)效益的一項重要指標(biāo)，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量等是檢測辣椒果實品質(zhì)的重要指標(biāo)，也是辣椒營養(yǎng)品質(zhì)的主要指標(biāo)，硝酸鹽含量是反應(yīng)辣椒食用安全性的重要指標(biāo)［16-18］。已有研究表明，營養(yǎng)液中等氮含量條件下，氨基酸態(tài)氮與無機(jī)氮配施，低濃度的氨基酸態(tài)氮有利于番茄可溶性糖含量的提高，高濃度的氨基酸態(tài)氮卻降低了維生素C含量，氨基酸態(tài)氮作為番茄氮源時，不宜超過總氮的50%［19］。本研究中，天冬氨酸或谷氨酸態(tài)氮不同比例替代無機(jī)氮后，在一定程度上提高了辣椒可溶性糖含量和可溶性蛋白含量，降低了硝酸鹽含量；而維生素C含量隨氨基酸態(tài)氮比例的增加呈先升后降的趨勢。天冬氨酸態(tài)氮以20%、30%、40%的替代比例較好，T2、T3、T4處理的可溶性糖含量較T0處理提高了24.10%、21.56%、22.51%，可溶性蛋白含量T2處理較T0提高了12.58%。谷氨酸態(tài)氮以20%的替代比例好，G1、G2處理可溶性蛋白含量較T0處理分別提高了8.99%、11.24%，可能是因為氨基酸提高了GOT、GPT的活性，酶活性的提高有利于辣椒將吸收的氨基酸態(tài)氮經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用后形成更多的氨基酸，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而提高可溶性蛋白含量。此外，有機(jī)酸可為多種碳氮代謝提高碳架，氨基酸在轉(zhuǎn)氨作用下形成更多的有機(jī)酸，從而提高可溶性糖和維生素C的含量［20］。本研究中，隨著氨基酸態(tài)氮替代比例的增加，硝酸鹽含量逐漸下降，說明硝酸鹽的含量與外源無機(jī)氮有關(guān)。氨基酸作為硝態(tài)氮的還原產(chǎn)物，對植株的氮代謝具有反饋調(diào)節(jié)的作用，當(dāng)植株本身存在足夠的還原態(tài)氮時，植株不會吸收或吸收少量的硝態(tài)氮，以減少硝態(tài)氮吸收、還原及最終氨基酸合成所用的能量［21］。因此在混合氮源下，辣椒會優(yōu)先吸收天冬氨酸或谷氨酸，抑制根系對硝態(tài)氮的利用，從而降低辣椒植株體內(nèi)的硝酸鹽含量。

4 結(jié)論

與無配施氨基酸態(tài)氮相比，適宜比例的氨基酸態(tài)氮替代無機(jī)氮有利于辣椒根系發(fā)育，增加株高和莖粗。20%天冬氨酸替代無機(jī)氮的處理能明顯提高辣椒的株高，促進(jìn)地上部的發(fā)育，30%谷氨酸替代處理有利于辣椒總根長、根表面積、根體積的增加，能促進(jìn)辣椒根系發(fā)育、增強養(yǎng)分吸收，并促進(jìn)植物生長。

20%天冬氨酸、20%谷氨酸態(tài)氮替代無機(jī)氮處理，可提高辣椒的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量，降低硝酸鹽含量。適宜的氨基酸態(tài)氮替代比例有利于辣椒產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善。

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收稿日期：2024-04-29

基金項目：貴州省科技廳項目（編號：黔科合成果［2020］1Z002號）。

作者簡介：宋曉慧（1988—），女，河南林州人，碩士，講師，主要研究方向為植物營養(yǎng)生理與遺傳。E-mail：595791135@qq.com。

通信作者：陸引罡，博士，教授，主要研究方向為植物營養(yǎng)生理與遺傳。E-mail：Agr.yglu@gzu，edu.cn。