梁志雄，彭智平，涂玉婷，吳雪娜，楊林香，林志軍，黃繼川

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510640）

0 引言

氨基酸作為一種小分子有機(jī)氮化物，廣泛存在于土壤中，其含量約占土壤全氮15%～60%，是植物有機(jī)氮源的主要部分[1]。此外，作為植物和土壤微生物的重要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，同時(shí)也是植物根系和土壤微生物的次生代謝產(chǎn)物，氨基酸在土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)中具備重要作用[2]。大量研究表明，氨基酸能被高等植物通過(guò)根系或葉面直接吸收同化，其吸收量隨使用量的增加而提高[3]。其次，氨基酸作為優(yōu)質(zhì)氮源，對(duì)土壤微生物活性有激發(fā)作用，可明顯緩解土壤連作障礙和調(diào)節(jié)植物生理代謝[2,4]。有研究表明，外源葉面噴施甘氨酸能有效降低菜心硝酸鹽和草酸含量[1]。使用螯合態(tài)的氨基酸微肥不僅能優(yōu)化水稻的生物性狀，還能顯著提高其蛋白質(zhì)和淀粉含量[5]。肥料中配施色氨酸、亮氨酸、組氨酸能促進(jìn)作物的物質(zhì)積累，提高植株對(duì)氮、磷、鉀的吸收[1]。吳良?xì)g等[5]研究發(fā)現(xiàn)甘氨酸對(duì)水稻的營(yíng)養(yǎng)效果優(yōu)于谷氨酸。進(jìn)一步的研究指出，甘氨酸的施用濃度與作物產(chǎn)量、品質(zhì)以及養(yǎng)分積累量為二次曲線相關(guān)，當(dāng)噴施濃度為120～250 mg/kg時(shí)，甘氨酸具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高養(yǎng)分利用的作用[6]。沈欣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，250～400 mg/L甘氨酸或100～250 mg/L蘇氨酸配施鋅肥均能明顯促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)，并能顯著提高小白菜對(duì)鋅的吸收利用[7]。總體而言，外源添施氨基酸影響作物的物質(zhì)積累、品質(zhì)以及養(yǎng)分利用。雖然目前的研究揭示了部分氨基酸與肥料配施的具體生理效益以及適用濃度范圍，但仍有多種氨基酸尚未被研究開(kāi)發(fā)。因此，驗(yàn)證更多具有配施增效作用的氨基酸并探尋合適的施用方法，對(duì)作物生產(chǎn)以及新型肥效助劑的研發(fā)均具有重要的意義。本文以谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸為研究對(duì)象，利用油麥菜盆栽試驗(yàn)，在施用同等液體肥的基礎(chǔ)上配合淋施不同濃度的氨基酸溶液，研究所選氨基酸與養(yǎng)分配施對(duì)作物生長(zhǎng)的應(yīng)用效果以及其適宜的使用濃度，為新型肥料增效劑的研制提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所網(wǎng)室進(jìn)行。供試油麥菜品種為‘板針香油麥’，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。供試土壤為椰糠基質(zhì)土，有機(jī)質(zhì)含量70.6%，堿解氮352.5 mg/kg，有效磷44.1 mg/kg，有效鉀1528.4 mg/kg，pH 5.2。試驗(yàn)共設(shè)置11個(gè)處理：

以淋施清水為對(duì)照，谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸各設(shè)置3個(gè)淋施濃度，分別為5、10、20 mmol/L。每個(gè)處理3盆，每盆定植油麥菜4棵，裝椰糠5.0 kg。每盆施液體肥料（含N 200 g/L、P2O5100 g/L、K2O 200 g/L）共20 mL，分4次等量施用，每次施肥時(shí)間間隔7天。氨基酸淋施伴隨第2、3、4次施肥進(jìn)行，合共淋施3次，每盆每次淋施33.3 mL氨基酸溶液。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

收獲時(shí)測(cè)定地上部鮮重即產(chǎn)量，干物量根據(jù)產(chǎn)量和干物率進(jìn)行折算。

鮮重測(cè)定結(jié)束后每個(gè)處理取長(zhǎng)勢(shì)均勻植株10棵，洗凈擦干，一半切碎混勻研磨，用于品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。另一半殺青烘干用于測(cè)定干物率和氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。品質(zhì)測(cè)定中可溶糖含量采用蒽酮比色法；總蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定；硝酸鹽含量采用紫外差減法測(cè)定[8]。烘干植株樣采用濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮法測(cè)定全氮、全磷、全鉀[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作圖使用Microsoft Excel 2007。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氨基酸處理對(duì)油麥菜產(chǎn)量和干物量的影響

3種氨基酸對(duì)油麥菜產(chǎn)量和干物量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 不同處理對(duì)油麥菜產(chǎn)量和干物量的影響

不同濃度谷氨酸處理油麥菜產(chǎn)量約為746.93～750.79 g/盆，干物量則為36.37～38.88 g/盆，谷氨酸處理的油麥菜產(chǎn)量和干物量與對(duì)照比較稍有增加，增加幅度分別為0.93%～2.18%和4.56%～6.89%，但處理與對(duì)照的產(chǎn)量和干物量均無(wú)顯著差異。隨著丙氨酸處理淋施濃度的增加，油麥菜產(chǎn)量和干物量也隨之提高，其中20 mmol/L丙氨酸處理油麥菜產(chǎn)量和干物量最高，且顯著高于對(duì)照，產(chǎn)量和干物量的增幅分別為9.40%和12.94%。隨著天冬氨酸處理淋施濃度的提高，油麥菜產(chǎn)量和干物量反而降低，其中5 mmol/L天冬氨酸處理產(chǎn)量和干物量最高，其次為淋施10 mmol/L處理，與對(duì)照相比，兩者的產(chǎn)量增幅分別為5.68%和1.82%，而干物量增幅則為5.13%和-0.46%。

綜合3種氨基酸各濃度處理油麥菜產(chǎn)量和干物量結(jié)果，丙氨酸淋施對(duì)油麥菜產(chǎn)量和干物量增加有一定促進(jìn)作用，隨著淋施濃度的提高，產(chǎn)量和干物量增幅越明顯；低濃度天冬氨酸雖然有一定增產(chǎn)效果，但作用并不顯著，并且隨著淋施濃度增加，產(chǎn)量反而有所下降。

2.2 不同氨基酸處理對(duì)油麥菜品質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是反映植物生理功能及衰老的可靠性指標(biāo)之一。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果（表1），谷氨酸處理油麥菜總蛋白含量隨淋施濃度增加而提高，其中20 mmol/L谷氨酸處理總蛋白含量最高，達(dá)到了9.90 mg/g，顯著高于同種氨基酸其他濃度處理，較對(duì)照增加了9.39%。丙氨酸處理油麥菜總蛋白含量卻隨淋施濃度的增加而降低，其中5、10 mmol/L丙氨酸處理總蛋白含量顯著高于對(duì)照，增幅分別為14.80%和6.96%，但20 mmol/L丙氨酸處理總蛋白含量卻顯著低于對(duì)照。與谷氨酸處理的總蛋白含量變化規(guī)律類似，天冬氨酸處理油麥菜總蛋白含量隨淋施濃度增加而提高，其中5 mmol/L天冬氨酸處理油麥菜含量雖然高于對(duì)照，但二者并無(wú)顯著差異，而10、20 mmol/L天冬氨酸處理總蛋白含量卻顯著高于對(duì)照，分別較對(duì)照增加了13.04%和18.78%。

表1 不同處理對(duì)油麥菜品質(zhì)的影響

谷氨酸處理中，10 mmol/L處理油麥菜硝酸鹽含量顯著低于對(duì)照和同組其他濃度處理，其硝酸鹽含量較對(duì)照下降了31.86%。不同濃度丙氨酸處理中，5和10 mmol/L處理油麥菜硝酸鹽含量顯著低于對(duì)照，兩者油麥菜硝酸鹽含量分別較對(duì)照下降了14.36%和23.50%。對(duì)比谷氨酸和丙氨酸處理，天冬氨酸處理油麥菜硝酸鹽含量較對(duì)照降低幅度最大，淋施5、10、20 mmol/L天冬氨酸處理硝酸鹽含量分別較對(duì)照下降了64.50%、79.91%和42.57%。

谷氨酸和天冬氨酸處理的油麥菜可溶性糖含量均隨淋施濃度增加而提高，不同淋施濃度的丙氨酸處理中，淋施濃度為10 mmol/L的處理可溶性糖含量最高，但整體而言，淋施氨基酸對(duì)油麥菜可溶性糖含量并沒(méi)顯著影響。

2.3 不同氨基酸處理對(duì)油麥菜氮磷鉀積累量的影響

植株的氮、磷、鉀積累量能夠反映出試驗(yàn)油麥菜的營(yíng)養(yǎng)水平，也是油麥菜產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)建的關(guān)鍵因素之一。與對(duì)照相比，不同濃度谷氨酸處理均能顯著提高油麥菜的氮素積累量，平均增幅約為12.87%，其中10 mmol/L處理氮積累量最高，達(dá)到了1.68 g/盆，但不同淋施濃度處理間氮積累量并無(wú)顯著差異。隨著丙氨酸淋施濃度的增加，丙氨酸處理油麥菜氮積累量依次增加，其中10、20 mmol/L丙氨酸處理的氮積累量顯著高于對(duì)照，而20 mmol/L丙氨酸處理也顯著高于同組其他濃度處理。隨著天冬氨酸淋施濃度增加，油麥菜氮積累量反而降低，不同濃度天冬氨酸處理油麥菜氮積累量與對(duì)照比較并無(wú)顯著差異，但5 mmol/L天冬氨酸處理的氮積累量卻顯著高于淋施濃度為10、20 mmol/L的處理（圖2）。

圖2 不同處理對(duì)油麥菜氮磷鉀積累量的影響

不同濃度谷氨酸處理的油麥菜磷積累量變化規(guī)律與其氮積累量變化規(guī)律較為相似，淋施谷氨酸后各處理的磷積累量都較對(duì)照有所增加，不同濃度處理磷積累量增幅依次為9.42%，22.35%和11.29%。淋施5、10 mmol/L丙氨酸處理油麥菜磷積累量雖然較對(duì)照略有增加，但差異并不顯著，當(dāng)淋施濃度增加到20 mmol/L，磷積累量顯著高于對(duì)照。在淋施不同濃度天冬氨酸處理中，5 mmol/L天冬氨酸處理的磷積累量顯著高于對(duì)照，比對(duì)照提高了9.43%，隨著淋施濃度的增加，各處理磷積累量有所下降，但與對(duì)照比較并無(wú)顯著差異；

隨著淋施濃度的增加，谷氨酸處理的鉀積累量逐漸下降，其中5、10 mmol/L谷氨酸處理鉀積累量顯著高于對(duì)照，增幅分別為8.48%和6.58%。不同濃度丙氨酸處理的鉀積累量均顯著高于對(duì)照，其中20 mmol/L處理鉀積累量最高，達(dá)到了3.92 g/盆，比對(duì)照提高了11.46%。天冬氨酸處理的鉀積累量變化規(guī)律與谷氨酸處理類似，5 mmol/L天冬氨酸處理的鉀積累量最高，顯著高于對(duì)照（增幅為5.35%）和同組其他濃度處理，而10、20 mmol/L處理的鉀積累量與對(duì)照比較并無(wú)顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同處理對(duì)油麥菜產(chǎn)量的影響

有研究表明，與其他氮源相比，氨基酸氮更易被植物吸收同化，從而降低植物進(jìn)行生理代謝時(shí)所消耗的能量，促進(jìn)增產(chǎn)[3]。此外，氨基酸等小分子有機(jī)物可同時(shí)為脂類、蛋白質(zhì)和核酸的合成提供碳骨架，如氨基酸作為酶和蛋白質(zhì)的合成前體，可以為核苷酸、葉綠素和生長(zhǎng)激素合成提供原料氮，從而提高作物產(chǎn)量[5]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸氮雖然能改善作物品質(zhì)，卻不能提高作物的產(chǎn)量，曹小闖在局部無(wú)菌水培的條件下，發(fā)現(xiàn)利用不同氨基酸替代20%硝態(tài)氮均顯著降低了喜硝作物小白菜的鮮重與干重[10]?？傮w而言，不同氨基酸對(duì)作物產(chǎn)量的影響，與所采用的作物以及氨基酸類型、濃度甚至栽培環(huán)境等相關(guān)。本試驗(yàn)所選用的3種氨基酸雖然均表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果，但只有20 mmol/L丙氨酸處理產(chǎn)量顯著高于對(duì)照。丙氨酸處理增產(chǎn)效果整體更優(yōu)于其他兩種氨基酸，究其原因，一方面可能是因?yàn)楸彼嵯鄬?duì)分子質(zhì)量最小，只有89.09，更易于被作物根系吸收；另一方面可能是不同氨基酸被油麥菜吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)榇x中間產(chǎn)物難易的生理作用不同引起。此外，不同氨基酸增產(chǎn)效果隨濃度變化不一，其中天冬氨酸處理油麥菜產(chǎn)量甚至隨淋施濃度增加而下降，推測(cè)不同氨基酸最適施用濃度與氨基酸分子量有一定關(guān)系。另外，已有無(wú)菌培養(yǎng)試驗(yàn)表明，低濃度氨基酸供應(yīng)可能更適合植物的需要[11]。

3.2 不同處理對(duì)油麥菜質(zhì)量的影響

植物葉片和根系可以直接吸收多種氨基酸，為植物體內(nèi)氮代謝過(guò)程提供能量，而且有些氨基酸在植物體內(nèi)可以通過(guò)蘋(píng)果酸穿梭作用向硝酸還原酶提供NADH促進(jìn)硝酸根的還原，從而降低硝酸鹽含量[12]。曹小闖等[10]和Inal等[13]甚至發(fā)現(xiàn)氨基酸營(yíng)養(yǎng)部分替代硝態(tài)氮可以明顯降低小白菜體內(nèi)硝酸鹽的含量。本試驗(yàn)的3種氨基酸均能在一定程度上降低植株體內(nèi)的硝酸鹽含量，其中不同濃度天冬氨酸淋施處理更是大幅度降低了油麥菜硝酸鹽含量。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氨基酸濃度為1 mmol/L時(shí)，天冬氨酸能夠抑制硝酸根吸收[14]，與本研究天冬氨酸降低硝酸鹽效果最好的結(jié)果一致，說(shuō)明天冬氨酸有降低硝酸鹽含量，改善蔬菜品質(zhì)的作用。氨基酸是蛋白質(zhì)合成的前體，施用外源氨基酸等小分子有機(jī)物增加了植物體內(nèi)游離氨基酸的含量，使植物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量顯著提高[15]。試驗(yàn)中3種氨基酸淋施均能提高油麥菜葉片蛋白質(zhì)含量，氨基酸氮進(jìn)入植株內(nèi)，能促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和脫氫酶活性，通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用形成其他氨基酸，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成[1]。試驗(yàn)中不同氨基酸對(duì)油麥菜蛋白質(zhì)含量變化影響存在一定差異，可能是因?yàn)椴煌被釋?duì)相關(guān)酶活性影響不同所導(dǎo)致。

3.3 不同處理對(duì)油麥菜養(yǎng)分積累量的影響

土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平與作物根際環(huán)境條件對(duì)作物養(yǎng)分吸收具有重要意義。另外，根系的生理代謝狀況對(duì)地上部的生長(zhǎng)及其品質(zhì)有直接影響[16-17]。據(jù)相關(guān)研究，施用小分子有機(jī)物還可促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，這主要是因?yàn)椋阂环矫姘被岜旧砀缓肌⒌榷喾N元素，可以直接為作物生長(zhǎng)的新陳代謝提供碳源和氮源；另一方面，小分子有機(jī)物可直接或間接參與作物生長(zhǎng)代謝，增強(qiáng)根系活力以及增加作物側(cè)根和不定根數(shù)，從而促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用[5-6]。Shaheen等[18]研究表明，噴施氨基酸、糖及氨基酸和糖混合物均能明顯提高洋蔥產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)N、P、K、Fe、Mn、Zn和Cu養(yǎng)分的吸收。在相同施氮水平下，與尿素和硫基復(fù)合肥相比，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥對(duì)提高甜高粱和多花黑麥草的氮肥吸收利用效率、氮素積累量和氮肥偏生產(chǎn)力效果更好[19]。本研究結(jié)果與前人相似，但試驗(yàn)中淋施谷氨酸處理更能促進(jìn)油麥菜氮、磷、鉀積累量的增加。淋施谷氨酸能夠大幅度提高油麥菜植株的磷含量和磷積累量，可能與其為酸性氨基酸有關(guān)，作為含有羧基功能團(tuán)的有機(jī)酸，谷氨酸能夠通過(guò)絡(luò)合作用結(jié)合養(yǎng)分離子形成具有生物活性物小分子，從而增加磷肥有效性，最終提高作物含磷量和磷積累量[20]，本試驗(yàn)中，與谷氨酸同為酸性氨基酸的天冬氨酸處理油麥菜磷積累量也有類似表現(xiàn)。

盡管3種供試氨基酸與肥料配施時(shí)均能不同程度對(duì)油麥菜生長(zhǎng)、品質(zhì)以及養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響，但不同種類的氨基酸，乃至同種氨基酸的不同濃度處理所表現(xiàn)出的效果也存在一定差別。同時(shí)，本研究也只是在一個(gè)局部濃度范圍內(nèi)探討不同氨基酸與肥料配施對(duì)作物的應(yīng)用效應(yīng)，考慮到不同氨基酸分子雖然結(jié)構(gòu)相似，但其物理、化學(xué)性質(zhì)以及在植物新陳代謝中的作用存在一定差異。因此，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)目的系統(tǒng)分析不同氨基酸對(duì)作物生長(zhǎng)和生理的影響，以明確適宜采用的氨基酸種類和使用濃度。

3.4 結(jié)論

適宜濃度的谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸與肥料配施均能不同程度提高油麥菜的產(chǎn)量，改善其品質(zhì)，同時(shí)促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收積累。但不同氨基酸的作用效果，適用濃度存在明顯差異。其中，丙氨酸處理增產(chǎn)效果整體最優(yōu)，20 mmol/L丙氨酸處理油麥菜產(chǎn)量較對(duì)照提高了9.40%。另外，較之于淋施谷氨酸和丙氨酸，不同濃度天冬氨酸淋施處理均能大幅度降低油麥菜硝酸鹽含量，降幅為42.57%～79.91%。最后，淋施谷氨酸能顯著增加油麥菜植株的養(yǎng)分積累，處理植株的氮、磷、鉀積累量分別較對(duì)照平均增加了12.87%、14.49%和8.87%。