初長江，吳正鋒，孫學(xué)武，孫秀山，陳殿緒，王才斌*，萬書波

(1. 煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺 264001； 2. 山東省花生研究所/國家花生工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266100； 3. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

控釋肥對花生氮代謝相關(guān)酶活性的影響

初長江1，吳正鋒2，孫學(xué)武2，孫秀山2，陳殿緒2，王才斌2*，萬書波3*

(1. 煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺 264001； 2. 山東省花生研究所/國家花生工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266100； 3. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

大田條件下，以花育22號和花育20號為試驗(yàn)材料，設(shè)控釋肥(T1)、控釋肥減施(T2)、普通肥料(T3)和不施肥(T4)處理，研究了控釋肥對花生氮代謝相關(guān)酶活性的影響。結(jié)果表明，與不施肥處理相比，施肥處理花生結(jié)莢期和成熟期根系和葉片的可溶性蛋白含量、NRase、GDH、GS、GPT等活性顯著增加。各施肥處理間比較，與普通肥料相比，控釋肥可有效提高花生結(jié)莢期和成熟期根、葉可溶性蛋白質(zhì)含量，增加氮代謝相關(guān)酶NRase、GDH、GS、GPT等活性；控釋肥減施處理花生根葉可溶性蛋白含量和相關(guān)酶活性花生生育前期低于控釋肥處理和普通肥料處理，但成熟期和普通肥料處理差異不顯著?？傊?，控釋肥比普通無機(jī)肥更有利于花生生育后期氮素同化和蛋白質(zhì)的合成，延緩根系和葉片衰老。

花生；控釋肥；氮代謝；酶活性

氮是花生進(jìn)行生命活動所必需的重要元素，是葉綠素、酶、激素的構(gòu)成元素，對花生的生長發(fā)育有重大影響[1]。氮素進(jìn)入植物體后的代謝包括植物對氮素的吸收、硝態(tài)氮還原為氨以及氨同化為有機(jī)氮等過程[2]。蛋白質(zhì)作為氮素代謝的終極產(chǎn)物，其生物合成主要在硝酸還原酶(NRase)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脫氫酶(GDH)、谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)等一系列酶催化作用下完成[3-4]。研究表明，作物功能葉NR、GS、谷氨酸脫氫酶(GDH) 等氮代謝酶活性、籽粒蛋白質(zhì)含量受作物基因型、生態(tài)條件及栽培措施的影響[5-9]。

控釋肥作為一種新型肥料，具有緩慢釋放，肥效期長，可以提供作物整個生育期養(yǎng)分需求的特點(diǎn)[10-11]，緩釋氮肥可以減輕無機(jī)氮肥對根瘤菌侵染的抑制作用，提高豆科作物的根瘤固氮能力[12-13]。目前關(guān)于緩/控釋肥料對土壤養(yǎng)分吸收、花生生長發(fā)育及生理特性的影響已見報道[14-18]。氮代謝是影響花生生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的重要生理過程，但有關(guān)緩/控釋肥料對花生氮代謝相關(guān)酶活性的影響研究鮮有報道，本文研究了緩/控釋肥料對兩種不同類型花生根和葉片氮代謝硝酸還原酶、谷氨酸脫氫酶、谷氨酰胺合成酶等相關(guān)酶活性的影響，以期為花生高效施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在山東省花生研究所萊西試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)11.9g/kg，水解氮86.5mg/kg，速效磷48.9mg/kg，速效鉀91.3mg/kg。試驗(yàn)設(shè)4個處理：控釋肥675kg/hm2，(純N 75kg/hm2，P2O595kg/hm2，K2O 115 kg/ hm2)(T1)；控釋肥減量25% 506kg/hm2，(純N 56kg/hm2，P2O570kg/hm2，K2O 86kg/hm2)(T2)；普通肥料(純N 75kg/hm2，P2O595kg/hm2，K2O 115 kg/ hm2)(T3)；不施肥(CK)(T4)。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積15m2，試驗(yàn)田壟距85cm，壟面寬50cm，壟上行距30cm，穴距17cm，每公頃播138420穴，每穴2粒種子，采用覆膜栽培。于5月2日播種，9月10日收獲。試驗(yàn)普通肥料為單質(zhì)肥料，氮肥用尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。施肥方法：起壟前將各種肥料均勻撒施，然后混入0-30cm土層內(nèi)。

1.2 植物樣品的采集及處理

從出苗開始，分別于幼苗期(5月24日)、花針期(6月26日)、結(jié)莢期(7月25日)、成熟期(9月2日)，從大田中選取生長均勻一致的植株(5穴10株)，連根取出，用清水洗凈，將植株各器官(根、莖、葉、果、果針)分開，置于105℃烘箱內(nèi)半小時殺青，然后降溫至80℃繼續(xù)烘干至恒重，分別稱重。取主莖倒二和倒三展開葉、0-30cm土層根系，洗凈吸干后液氮速凍，置于-60℃超低溫冰箱中保存測定氮代謝相關(guān)酶等生理指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

可溶性蛋白用考馬斯亮藍(lán)G-250法[19]，谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脫氫酶(GDH)活性測定參照Cren and Hirel(1999)的方法[20]略作改動。谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)測定采用分光光度法測定[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2010數(shù)據(jù)處理作圖， DPS 7.05統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析，運(yùn)用LSD檢驗(yàn)多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋肥對不同類型花生根、葉可溶性蛋白含量的變化

2.1.1 根系可溶性蛋白含量

由圖1可以看出，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，花生根系可溶性蛋白含量呈逐漸上升的趨勢。施肥處理兩花生品種幼苗期根系的可溶性蛋白含量和不施肥處理相差不大，但花針期之后高于不施肥處理。各施肥處理間比較，控釋肥處理、控釋肥減施處理可溶性蛋白含量結(jié)莢期前比普通肥料處理略低，控釋肥處理兩種類型花生可溶性蛋白含量成熟期明顯高于普通肥料處理，花育22和花育20控釋肥處理可溶性蛋白含量分別比普通肥料處理高20.74%、12.72%；而控釋肥減施處理成熟期和普通肥料處理差異不顯著。

2.1.2 葉片可溶性蛋白含量

隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，葉片可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趨勢，結(jié)莢期含量最高。增施肥料，葉片可溶性蛋白含量顯著高于不施肥處理。各施肥處理中，花育22號控釋肥處理葉片可溶性蛋白含量結(jié)莢期前比普通肥料處理低，只有成熟期高于普通肥料處理，控釋肥減施處理除花針期顯著低于普通肥料處理外，幼苗期、結(jié)莢期與成熟期均和普通肥料處理相差不大(圖2A)；花育20號控釋肥處理可溶性蛋白含量在幼苗期和花針期比普通肥料處理略低，結(jié)莢期和成熟期比普通肥料處理高；控釋肥減施處理整個生育階段都比普通肥料處理低(圖2B)。

圖1 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)根系可溶性蛋白含量的影響 Fig.1 The effect of controlled release fertilizers on soluble protein in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

圖2 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)葉片可溶性蛋白含量的影響 Fig.2 The effect of controlled release fertilizers on soluble protein in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.2 控釋肥對不同類型花生根、葉硝酸還原酶活性變化的影響

2.2.1 根系硝酸還原酶活性的變化

硝酸還原酶(NRase)是植物氮代謝的關(guān)鍵酶，催化NO3-轉(zhuǎn)化為氨基酸的第一步反應(yīng)，是一種限速酶，直接影響到蛋白質(zhì)的合成。圖3可見，花生整個生育期呈逐步降低的趨勢，花育20號根系硝酸還原酶活性高于花育22號，施肥處理的根系硝酸還原酶活性顯著高于不施肥處理。兩種類型花生控釋肥處理根系硝酸酶活性花針期前比普通肥料處理略低，結(jié)莢期至成熟期比普通肥料處理高，其中成熟期時花育22號和花育20號控釋肥處理比普通肥料處理高22.69%和20.31%。兩品種控釋肥減施處理在幼苗期和花針期比普通肥料處理低，結(jié)莢期和成熟期活性和普通肥料處理間差異不顯著。

2.2.2 葉片硝酸還原酶活性的變化

圖4可見，兩種不同類型花生整個生育期葉片硝酸還原酶活性變化趨勢基本一致，均在花針期下降，結(jié)莢期有所回升，成熟期時又下降。各施肥處理葉片硝酸還原酶活性均比無肥處理T4高?；ㄓ?2號控釋肥和控釋肥減施處理葉片硝酸還原酶活性在幼苗期、花針期和結(jié)莢期比普通肥料處理低，但進(jìn)入成熟期時控釋肥處理活性比普通肥料高52.09%，控釋肥減施處理和普通肥料處理無顯著差異；花育20號控釋肥和控釋肥減施處理葉片硝酸還原酶活性幼苗期和花針期比普通肥料處理略低，結(jié)莢期后控釋肥處理明顯高于普通肥料處理，控釋肥減施處理在結(jié)莢期和成熟期控釋肥減施處理和普通肥料處理無顯著差異。

圖3 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)根系硝酸還原酶活性的影響 Fig.3 The effect of controlled release fertilizers on NRase activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

圖4 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)葉片硝酸還原酶活性的影響 Fig.4 The effect of controlled release fertilizers on NRase activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.3 控釋肥對不同類型花生根、葉GDH活性變化的影響

2.3.1 根系GDH活性的變化

兩種類型花生根系GDH活性變化呈先升后降趨勢，花針期達(dá)到最大值。幼苗期花育22號根系GDH活性施肥處理低于無肥處理，花育20號施肥處理和無肥處理相差不大，花針期、結(jié)莢期和成熟期兩品種施肥處理均顯著高于無肥處理。花育22號控釋肥處理根系GDH活性在花針期前與普通肥料處理無明顯差異，結(jié)莢期后比普通肥料處理略高，成熟期時控釋肥處理活性比普通肥料處理高33.73%；控釋肥減施處理根系活力在幼

圖5 控釋肥肥對花育22號(A)和花育20號(B)根系谷氨酸脫氫酶GDH活性的影響Fig.5 The effect of controlled release fertilizers on GDH activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

苗期和成熟期比普通肥料處理略高，花針期和結(jié)莢期比普通肥料處理低(圖5A)?；ㄓ?0號控釋肥處理根系GDH活性在結(jié)莢期前與普通肥料處理差異不明顯，成熟期普通肥料處理高出19.01%(圖5B)。

2.3.2 葉片GDH活性的變化

兩類型花生葉片GDH活性呈拋物線變化趨勢，花針期和結(jié)莢期處于高峰。兩種不同類型花生各個施肥處理葉片GDH活性均比無肥處理T4高?？蒯尫蕼p施處理葉片GDH活性整個生育階段都比普通肥料處理低，不同的是生育前期差異顯著，后期差異不明顯。花育22號葉片GDH活性在幼苗期和花針期控釋肥處理處理比普通肥料處理略低，結(jié)莢期和成熟期控釋肥處理活性比普通肥料處理高；控釋肥減施處理活性幼苗期、花針期和結(jié)莢期低于普通肥料處理，成熟期和普通肥料處理差異不顯著(圖6A)，花育20號葉片GDH活性控釋肥處理在結(jié)莢期前比普通肥料處理低，成熟期明顯高于普通肥料處理(圖6B)。

2.4 控釋肥對不同類型花生根、葉GS活性的變化

2.4.1 根系GS活性的變化

谷氨酰胺合成酶(GS)是處于氮代謝中心的多功能酶，參與多種氮代謝的調(diào)節(jié)，其活性的高低可以反映氮素同化能力的強(qiáng)弱。由圖7看出，兩種花生品種根系GS活性變化均是先升高后降低，不同的是花育22號生育后期降低幅度大于花育20號。施肥處理花生根系GS活性在各生育期始終高于無肥處理。兩種類型花生根系GS活性均是花針期前控釋肥處理低于普通肥料處理，結(jié)莢期后高于普通肥料處理?；ㄓ?2號在整個生育階段控釋肥減施處理活性都比普通肥料處理低，花育20號在結(jié)莢期前控釋肥減施處理比普通肥料處理略低，成熟期比普通肥料處理略高，二者差異不顯著。

圖6 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)葉片谷氨酸脫氫酶GDH活性的影響 Fig.6 The effect of controlled release fertilizers on GDH activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

圖7 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)根系谷氨酰胺合成酶GS活性的影響 Fig.7 The effect of controlled release fertilizers on GS activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.4.2 葉片GS活性的變化

圖8可以看出，兩種類型花生葉片GS活性整個生育期變化呈拋物線變化趨勢，花育22號花針期最高，花育20號結(jié)莢期最高。各個施肥處理葉片GS活性整個生育階段活性均高于無肥處理T4。花育22號品種控釋肥處理活性在花針期前與普通肥料處理無明顯差異，結(jié)莢期后比普通肥料處理高，結(jié)莢期高7.01%，成熟期高14.53%，差異呈擴(kuò)大趨勢；控釋肥減施處理活性在結(jié)莢期前比普通肥料處理低，成熟期比普通肥料處理略高；控釋肥可以有效延緩花生生育后期的GS活性下降，促進(jìn)NH4+谷氨酸合成谷氨酰胺，有利于氨基酸的合成，為改善花生籽仁中的蛋白質(zhì)含量奠定了生理基礎(chǔ)。

2.5 控釋肥對不同類型花生根、葉GPT活性的變化

2.5.1 根系GPT活性的變化

GPT是最重要的轉(zhuǎn)氨酶之一，催化谷氨酸與丙酮酸之間的轉(zhuǎn)氨作用。兩種不同類型花生根系GPT活性從幼苗期緩慢上升到花針期，之后逐漸下降，成熟期時降到最低。兩種類型花生控釋肥處理根系GPT活性在花針期前比普通肥料處理低，結(jié)莢期后高于普通肥料處理，控釋肥減施處理根系GPT活性整個生育期均比普通肥料處理低，不同的是幼苗期和花針期二者活性差異較大，成熟期時差異不顯著(圖9)。

圖9 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)根系酶GPT活性的影響 Fig.9 The effect of controlled release fertilizers on GPT activity in root of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

2.5.2 葉片GPT活性的變化

花育22號葉片GPT活性呈先降低后升高再降低的趨勢；花育20號結(jié)莢期前活性變化幅度不大，結(jié)莢期后活性迅速降低。兩種類型花生控釋肥處理葉片GPT活性在幼苗期和花針期低于普通肥料處理，結(jié)莢期和成熟期高于普通肥料處理，其中成熟期花育22號控釋肥處理葉片GPT活性比普通肥料處理大于花育20號。花育22號控釋肥減施處理葉片GPT活性在結(jié)莢期前低于普通肥料處理，在成熟期比普通肥料處理高11.67%；花育20號控釋肥減施處理葉片GPT活性整個生育階段都比普通肥料處理低。(圖10)。

圖10 控釋肥對花育22號(A)和花育20號(B)葉片谷氨酸—丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶GPT活性的影響Fig.10 The effect of controlled release fertilizers on GPT activity in leave of Huayu22 (A) and Huayu20 (B)

3 討論與結(jié)論

植物葉片可溶性蛋白質(zhì)是多種酶系構(gòu)成的非膜結(jié)合蛋白體系，反映了葉片酶蛋白功能的變化，其含量多少及其降解快慢是葉片生活力的高低是植物衰老的一個重要指標(biāo)[22-23]。研究表明控釋肥可提高玉米的可溶性蛋白含量[24]。本試驗(yàn)表明，與無肥處理相比，施肥可以顯著增加花生根、葉可溶性蛋白含量?；ㄉ酌缙诤突ㄡ樒诘攘靠蒯尫侍幚砗蜏p量施用控釋肥處理的根葉可溶性蛋白質(zhì)含量低于等量普通施肥處理，但結(jié)莢期和成熟期高于普通無機(jī)肥處理，結(jié)果表明施用控釋肥料可有效提高結(jié)莢期和成熟期根、葉片可溶性蛋白質(zhì)含量，延遲根葉的衰老，保持植株較高的生理活性。

蛋白質(zhì)作為氮素代謝的終極產(chǎn)物，其生物合成主要在硝酸還原酶(NRase)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脫氫酶(GDH)、谷氨酸—丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)等一系列酶催化作用下完成[3,5]。研究表明，控釋氮肥能促進(jìn)水稻發(fā)育中、后期葉片中的硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶等氮代謝相關(guān)酶活性[25-28]，與常規(guī)施肥相比，普通尿素與緩釋尿素配施可提高玉米葉片GOGAT 和GS 活性[29]。本研究表明，控釋肥處理根、葉片硝酸還原酶、GS、GDH和GPT活性在幼苗期和花針期不如普通施肥處理，隨著花生的生長發(fā)育，生育后期硝酸還原酶等氮代謝相關(guān)酶活性高于普通施肥處理，這表明控釋肥處理有利于NO3-高效率轉(zhuǎn)化，能夠促進(jìn)NH4+谷氨酸合成谷氨酰胺，有利于氮代謝的進(jìn)行，為獲得較高的粗蛋白含量奠定了生理基礎(chǔ)。

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TheEffectofControlledReleaseFertilizersonCorrelatingEnzymeActivityofNitrogenMetabolisminPeanut

CHU Chang-jiang1, WU Zheng-feng2, SUN Xue-wu2, SUN Xiu-shan2,CHEN Dian-xu2, WANG Cai-bin2*, WAN Shu-bo3*

(1.YantaiAgriculturalTechnologyPromotionCenter,Yantai264001,China;2.ShandongPeanutResearchInstitute/NationalEngineeringResearchCenterofPeanut,Qingdao266100,China; 3.ShandongAcademyofAgriculturalSciences,Jinan250100,China)

Under field condition, field experiments were carried out to study the effects of controlled-release fertilizers on correlating enzyme activity of nitrogen metabolism in peanut varieties Huayu22 and Huayu20 with four treatments: controlled-release fertilizer (T1), 25% reduced controlled-release fertilizer application amount (T2), ordinary fertilizer (T3) and without fertilization (T4). Compared with no fertilization, fertilization significantly increased the soluble protein content and nitrogen metabolism correlating enzyme such as NRase, GDH, GS and GPT activity of root and leaf in peanut at pod filling stage and mature stage. Controlled-release fertilizer could increase the protein content in plant root and leaf after pod setting stage, and improve the activity of nitrogen metabolism correlating enzyme including NRase, GDH, GS, GPT and so on; Reducing controlled-release fertilizer application decreased the protein content and nitrogen metabolism correlating enzyme activity in contrast to chemical fertilizer treatment, but was similar to chemical fertilizer during peanut mature stage. In conclusion, controlled-release fertilizer was more benefit to nitrogen assimilation and protein synthesis, as well as delayed root and leaf senescence.

peanut; controlled release fertilizer; nitrogen metabolism; enzyme activity

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.02.005

S565.201; S145.6

A

2017-02-27

山東省2015年農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題；山東省農(nóng)科院創(chuàng)新工程(CXGC2016B05)；國家科技支撐計劃(2014BAD11B04)；山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目(2014CXZ11-2；2014CXZ06-2)；國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-14)

初長江(1982-)，男，山東文登人，煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心農(nóng)藝師，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

*通訊作者：王才斌(1960-)，研究員，主要從事花生栽培生理研究。E-mail: caibinw@126.com

萬書波(1962-)，研究員，主要從事花生栽培生理研究。E-mail: wansb@saas.ac.cn