蔬菜硝酸鹽積累機(jī)理及其農(nóng)藝調(diào)控措施研究.pdf

1、蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾澄铮淦焚|(zhì)的優(yōu)劣對于人民的身體健康有極大影響。但是，蔬菜又是一種容易積累硝酸鹽的植物，再加上近幾十年來以高產(chǎn)為目的的盲目施肥更加劇了硝酸鹽在蔬菜體內(nèi)的積累。由于攝入硝酸鹽含量較高的蔬菜可能會增加人體患腸胃癌、高鐵血紅蛋白癥等疾病的幾率，因此蔬菜硝酸鹽積累的相關(guān)研究已經(jīng)廣泛開展。本研究試圖通過水培和盆栽等試驗，研究了影響蔬菜硝酸鹽積累的原因，以及調(diào)控硝酸鹽同化關(guān)鍵酶的機(jī)制，并以此提出減緩蔬菜硝酸鹽積累的

2、農(nóng)藝措施。主要研究結(jié)果如下： 1、植物體硝酸鹽積累機(jī)制的研究采用水培方法研究了43種基因型小白菜在不同硝銨比條件下體內(nèi)硝酸鹽含量的變化’情況。結(jié)果表明，不同基因型小白菜的硝酸鹽含量差異較大，冬妃青梗菜、上海白葉四月蔓和夏優(yōu)高抗為低硝酸鹽含量基因型小白菜，而高雄甜脆小白菜、寶大矮棋青和蘇州青為高硝酸鹽含量基因型小白菜。硝銨比50/50是最適宜篩選的氮素形態(tài)比例，葉片中的硝酸鹽含量也是最適宜的篩選指標(biāo)。 對上述6個基因型小白

3、菜進(jìn)一步分析結(jié)果表明，不同部位硝酸還原酶、根系硝態(tài)氮最大吸收速率及親和力這三個因素對小白菜各部位的硝酸鹽積累都有顯著的影響，但在不同部位，這三個因素所起的貢獻(xiàn)率不同。葉片硝酸鹽含量取決于NR活性、吸收速率和親和力三方面的影響；葉柄硝酸鹽含量與Vmax和Km相關(guān)性更大；根系硝酸鹽含量則與Vmax極顯著相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素CO2濃度的增加促進(jìn)了小白菜的吸氮能力，但也顯著降低了植株各部位的硝酸鹽含量，而且其降低百分率與NR活性的增加

4、百分率呈極顯著相關(guān)。雖然，CO2濃度增加也顯著提高各部位的生物量，但是硝酸鹽降低百分率與鮮重增加百分率相關(guān)性并不顯著。因此，可認(rèn)為CO2濃度升高引起的硝酸鹽含量的降低主要是NR活性提高導(dǎo)致的，體現(xiàn)了NR在植株硝酸鹽積累過程中的重要地位。 2、NO對植物體內(nèi)硝酸鹽還原酶活性的調(diào)控作用在低氮(1mM)水培條件下，外源NO供體SNP或NONOate處理可以顯著促進(jìn)小白菜根系的NR酶活性，但不影響根系內(nèi)的NR蛋白含量，而NO清除劑cPT

5、IO處理抑制了NR活性。有趣的是，小白菜NR純化后的酶活性也能被SNP或NO氣體促進(jìn)，并被cPTIO抑制。這些結(jié)果表明NO能在翻譯后水平調(diào)控NR活性。利用不同的電子供體和電子受體研究了NO對NR各級反應(yīng)速率的影響，結(jié)果表明NO能顯著促進(jìn)NADH:CR、Flavin:NR和MV:NR的活性，而NADH:FR活性未受影響，說明NO可能是通過NO自身與NR蛋白的直接作用激活了血紅素及鉬中心，推動了電子在這兩者間的傳遞，從而促進(jìn)了NR活性。

6、 利用番茄進(jìn)一步研究了不同氮水平條件下NO對NR的調(diào)控作用。在低氮條件下，NO供體和淬滅劑處理對NR的影響與小白菜一致；相反的是，在高氮條件下，NO供體處理卻明顯抑制了NR的活性，而cPTIO處理卻促進(jìn)了NR的活性。粗酶提取液試驗發(fā)現(xiàn)，在低濃度SNP(10-20 μM)及NO氣體(1 cm3)處理下，無論是低硝態(tài)氮還是高硝態(tài)氮培養(yǎng)的番茄根系NR均被顯著促進(jìn)。但是，隨著NO供體處理量的增加，高硝態(tài)氮培養(yǎng)的番茄根系NR卻被抑制。這些結(jié)果

7、均表明NO在翻譯后水平對植物的NR活性具有雙重調(diào)控作用。而在高氮條件下NO是如何抑制NR活性的機(jī)制尚不明確，還需進(jìn)一步研究。 由于NO是許多信號分子(如IAA)的下游信號，而IAA對NR酶活性也具有促進(jìn)作用。在本研究中，NAA(IAA類似物)能顯著提高小白菜根系NO含量及NR活性，但其促進(jìn)作用能被cPTIO消除。另一方面，NPA(IAA運(yùn)輸抑制劑)顯著抑制小白菜根系NO含量及NR活性，但被NO供體SNP活化。這些結(jié)果表明NO是I

8、AA調(diào)控NR活性的下游信號分子。此外，許多環(huán)境因子變化也能影響促進(jìn)NR活性。以擬南芥為研究材料，我們發(fā)現(xiàn)，CO2濃度增加顯著促進(jìn)了野生型擬南芥根系的NR活性，但是對NOS(一氧化氮合酶)擬南芥突變體的NR活性沒有明顯的影響；用一氧化氮合酶抑制劑處理也能抑制CO2濃度增加對NR活性的促進(jìn)作用：表明一氧化氮合酶產(chǎn)生的NO是CO2濃度增加促進(jìn)NR活性的信號分子。綜上所述，NO在調(diào)控植物NR酶活性中起到重要的樞紐作用。 3、降低蔬菜硝酸

9、鹽積累的不同農(nóng)藝措施研究作物秸稈和畜禽糞便(CRAM)堆肥發(fā)酵可以產(chǎn)生大量的CO2。采用這種策略，可以顯著增加大棚內(nèi)的CO2濃度，使5種常見蔬菜的產(chǎn)量增加1倍以上，同時也可顯著降低蔬菜中的硝酸鹽含量，增加抗壞血酸和可溶性糖含量。這表明，大棚內(nèi)推廣CRAM發(fā)酵技術(shù)不但可以促進(jìn)蔬菜產(chǎn)量的增加，也可以提高其品質(zhì)。此外，根據(jù)我們的估算，如果該技術(shù)在全國范圍內(nèi)廣泛推廣，可減少13.6-54.5％的畜禽糞便排放，并有15.5％的秸稈可被有效利用，因

10、而該技術(shù)的推廣還可以減緩農(nóng)業(yè)固廢對環(huán)境造成的污染。 以菠菜為研究材料，在空氣中施用微量NO氣體后發(fā)現(xiàn)菠菜產(chǎn)量增加1倍左右，并且可食部位的硝酸鹽含量顯著降低，抗壞血酸、谷胱甘肽、類黃酮等抗氧化化合物的含量也明顯增加。此外，施用NO氣體還增加了可溶性糖和可溶性蛋白的含量，提高了蔬菜食用的口感。同時提高CO2濃度并施用微量NO氣體能進(jìn)一步促進(jìn)蔬菜產(chǎn)量的增加以及品質(zhì)改善。因此，在大棚內(nèi)施用NO氣體也是一種提高產(chǎn)量和品質(zhì)的有效農(nóng)藝措施。