不同小白菜品种硝酸盐积累差异及光照、温度和湿度调控机理研究

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蔬菜是人类日常生活中的主要副食品,但同时蔬菜也是喜硝态氮且极易富集硝酸盐的作物。据统计,人们摄取的硝酸盐有70%~80%来自蔬菜。现已证明,硝酸盐在人体内可被还原成对人体有毒的亚硝酸盐,引起高铁血红蛋白症;亚硝酸盐还可以与人胃肠中的含氮化合物结合成致癌的亚硝胺,诱导消化系统癌变。小白菜(Brassica chinensis L.)是我国最重要的绿色叶类蔬菜之一。在农业生产中,为了提高蔬菜产量,化肥特别是氮肥被大量施用,导致蔬菜体内硝酸盐积累增加。随着人们生活水平的提高,蔬菜硝酸盐对人体健康的潜在危害日益受到人们的普遍关注。如何减少蔬菜尤其是叶类蔬菜中硝酸盐的积累是我国蔬菜产业发展亟待解决的问题之一,也是当前植物营养学研究的一个热点问题。本研究采用水培和土培试验,系统探讨了不同硝铵比、光照、温度、湿度对小白菜生长发育、硝酸盐积累的影响,研究了光合特性、植株和土壤氮代谢酶以及土壤硝态氮含量与小白菜硝酸盐积累的相关性,初步探讨了小白菜硝酸盐积累的基因型差异及分子机理,以其为蔬菜生产中的品种选择以及合理施肥和科学管理提供理论依据。本研究主要内容包括:  ㈠水培试验中:⑴硝铵比对小白菜生物量有显著的影响。除品种1、2和6号,各小白菜生物量随硝铵比的增加而增加,与硝铵比为50∶50相比,当硝铵比增至75∶25和100∶0时,各小白菜生物量增加的幅度分别为0.8%~82.2%和7.8%~103.3%,而品种1、2和6随着硝铵比的增加,生物量呈先上升后下降趋势,相较于硝铵比为50∶50时,当硝铵比增至75∶25时的生物量分别增加了30%、7.5%和15.1%,当硝铵比增至100∶0时的生物量分别下降了9.9%、3.1%和5.1%。⑵硝铵比对小白菜各组织器官中的硝酸盐含量有显著的影响。各品种小白菜硝酸含量总是叶柄>叶>根。除品种1和7,各供试小白菜品种叶片中硝酸盐含量随硝铵比的增加而增大,相较于硝铵比为50∶50处理,硝铵比在75∶25和100∶0处理下各小白菜叶片硝酸盐含量增加了1.0%~65.7%和7.9%~78.0%;除品种1、4、5和6,各小白菜叶柄中硝酸盐含量随着硝铵比的增加呈先增加后下降趋势,硝铵比为75∶25和100∶0处理下的各小白菜叶柄硝酸盐含量较50∶50处理增加分别增加了3.0%~20.4%、0.3%~17.1%;除品种1、3、4和5,各小白菜根中硝酸盐含量随硝铵比的增加而增大,各品种根中硝酸盐含量在硝铵比为75∶25和100∶0时比50∶50处理分别增加了9.8%~59.9%、42.3%~196.9%。⑶光合作用对小白菜叶片中硝酸盐的含量有显著的影响,表现在随着净光合速率(Pn)和胞间二氧化碳(Ci)的增加而下降,随蒸腾作用(Tr)的增强而增加。⑷硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)和谷氨酰胺酶(GS)显著影响小白菜叶片中硝酸盐积累,叶片中硝酸盐的含量与NR呈显著的负相关关系,而与NiR和GS呈显著的正相关关系。⑸硝酸盐转运蛋白基因NRT1在9号和10号品种叶片中的表达水平不同。NRT1在两个小白菜品种中均显著表达,但高富集硝酸盐品种10号的表达量显著高于低富集硝酸盐品种9号的表达量。并且NRT1是一个定位于细胞膜上的低亲和硝酸盐转运蛋白基因。  ㈡土培试验中:⑴光照、温度和空气湿度对两种供试小白菜生物量有显著影响。增加光照强度和空气湿度能显著增加两种供试小白菜的生物量,小白菜生长的最适光照强度和空气湿度为12000lx和90%。随着温度的增加,小白菜生物量呈先增加后下降趋势,且差异达到显著水平,小白菜的最适生长温度为15℃,且无论在何种情况下,10号品种小白菜的生物量总是高于9号品种的生物量。⑵光照、温度和空气湿度对2个供试品种小白菜的叶片硝酸盐含量以及光照对小白菜叶柄硝酸盐含量有显著的影响。随着光照强度的增加,2个供试小白菜品种叶片硝酸盐含量显著降低,相较于3000lx处理,当光照强度增至6000lx和12000lx时,9号和10号小白菜叶片中的硝酸盐含量分别降低了22.3%和36.7%、20.3%和43.3%,9号和10号小白菜叶柄中的硝酸盐含量分别降低了8.4%和22.3%、8.2%和31.4%。随着温度的增加,2个供试小白菜叶片中的硝酸盐含量显著增加,相对于5℃条件的叶片硝酸含量,9号和10号品种在15℃和25℃时的硝酸盐含量分别增加了15.0%和18.3%、6.7%和16.7%。随着空气湿度的增加,叶片硝酸盐含量呈先增加后下降趋势,相对于空气湿度为50%时,当空气湿度增至70%时,9号和10号叶片中的硝酸盐含量增加了9.6%和5.9%,当空气湿度增至90%时,硝酸盐含量分别下降了4.5%和2.3%。无论在何种条件下,9号小白菜叶片和叶柄中的硝酸盐含量总是高于10号品种。⑶能显著影响小白菜叶片中硝酸盐含量的光合指标是Pn,叶片硝酸盐含量与Pn呈显著的负相关关系。增加光照强度能显著能显著提高叶片的Pn。⑷硝酸还原酶(NR)对两种供试小白菜叶片硝酸盐含量有显著的影响,二者呈显著的负相关关系。增加光照强度能显著能显著提高叶片的NR活性。⑸土壤中的硝态氮含量与小白菜可食部分硝酸盐含量呈显著正相关关系。土壤中的硝态氮受到土壤硝酸还原酶的显著影响,随土壤硝酸还原酶活性的增强而下降。
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