施氮量对不同饲用燕麦品种苗期氮代谢相关酶活性的影响

王 鑫，张玉霞，鲍青龙，陈卫东，孙明雪，郭 园，杨世宽，骆璎珞

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽028043；2.赤峰市草原工作站，内蒙古 赤峰024000；3.辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁盘锦124000；4.内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔农牧场管理局谢尔塔拉农牧场，内蒙古 呼伦贝尔021000）

燕麦（Avena）是禾本科燕麦属一年生草本植物，是一种重要的粮饲兼用的经济作物［1]，具有抗旱、耐寒、耐瘠薄、耐盐碱寒等生物学特性［2].“粮改饲”和“草牧业”等政策的实施，使农业种植结构不断优化，燕麦产业发展迅速［3].饲用燕麦作为苜蓿倒茬饲用植物，在科尔沁沙地的沙化草地种植面积迅猛增加［4].土壤肥力是土壤各种基本性质的综合表现［5]，氮肥对沙地生境下饲用燕麦产量的提高或品质改善作用效果明显［6-7]，但氮肥利用效率低导致生产成本增加，与此同时给环境带来了一定程度的污染［8]，筛选氮高效的品种是解决这一问题的重要途径［9].前人对小麦、水稻、玉米等农作物进行了氮高效利用品种筛选［10-12]，李文龙等［13]研究玉米不同氮效率品种的氮代谢作用机理，发现NR、NiR、GS 和GOGAT 氮代谢关键酶活性越高，氮素同化的能力就越强.目前关于不同氮效率饲用燕麦品种氮代谢方面研究尚少［14]，为此，本试验选用科尔沁沙地主栽的燕王、牧王、甜燕1号和牧乐思饲用燕麦品种，研究苗期追施不同水平的氮肥对氮代谢酶活性和含氮物质含量的影响，分析不同饲用燕麦品种之间氮代谢的差异，为挖掘氮高效饲用燕麦品种资源提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况 试验地位于内蒙古民族大学农牧业科技园区（120.2°E、42.5°N），属于温带大陆性气候.土壤以沙土为主，土壤有机质含量4.79 g·kg-1，全氮含量1.87 g·kg-1，碱解氮含量11.24 mg·kg-1，速效钾含量95.12 mg·kg-1，速效磷含量10.59 mg·kg-1.年平均气温0～6 ℃，≥10 ℃积温3000～3200 ℃，无霜期140～150 d，年平均降水量340～400 mm，蒸发量是降水量的5倍左右，年平均风速3.0～4.5 m·s-1.

1.2 试验设计 试验采用随机区组试验设计，供试材料为燕王、牧王、甜燕1 号和牧乐思等饲用燕麦品种.试验地设在内蒙古民族大学农牧业科技园区，于2019 年4 月12 日采用条播方式种植，小区面积3 m×4 m=12 m2，每处理设3 个重复，共48 个小区，四周设保护行.行距15 cm，播种量150 kg·hm-2，播种深度3 cm，基肥为重过磷酸钙（P2O546%）、氯化钾（K2O 50%），施用量均为150 kg·hm-2，以一次性撒施方式施入土壤.于同年5月8日追施尿素（含N 46%），设置了0（CK），15，30，45 kg·hm-2氮素（纯N）水平，分别用N0，N15，N30，N45表示，肥料一次性施入，施入后立即进行喷灌.于同年5 月22 日取燕麦展开叶片测定氮代谢关键酶活性和物质含量.

1.3 测定指标及方法 硝酸还原酶（NR）采用活体法测定［15]；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250比色法测定［15]；游离氨基酸含量采用水合茚三酮比色法测定［15].谷氨酰胺合成酶（GS）酶活性参考金正勋的测定方法［16]；谷氨酸合成酶（GOGAT）参照赵鹏［17]方法测定；谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）参照吴良欢［18]的方法测定.

1.4 数据处理 采用Excel 2003进行数据处理，用DPS 15.10进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 施氮量对饲用燕麦氮代谢相关酶活性的影响

2.1.1 对谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影响 由表1可知，随着施氮量的增加，不同饲用燕麦品种的GS活性增强.其中，燕王的N45处理显著高于其他处理（P＜0.05），牧王的N45处理显著高于N0（P＜0.05），甜燕1号的N45处理显著高于其他3 个处理（P＜0.05），且N15和N30处理亦显著高于N0（P＜0.05），牧乐思在不同施氮处理下GS差异不显著.说明牧乐思的GS活性对施氮量反应不敏感.不同品种之间只有在N45处理下，燕王的GS活性显著高于其他3个品种（P＜0.05）.说明燕王的GS活性对施氮量反应最敏感.

表1 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的GS活性Tab. 1 Glutamylamine synthase（GS）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments △OD·g-1FW·h-1

2.1.2 对谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的影响 由表2 可知，随着施氮量的增加，不同饲用燕麦品种的GOGAT 活性均呈增加趋势，4 个品种的N45处理均显著高于其他处理（P＜0.05），其中燕王和甜燕1 号的N30处理显著高于N0（P＜0.05）；牧王的N30和N15处理亦显著高于对照（P＜0.05）；牧乐思的N30显著高于N0（P＜0.05）.不同品种之间，在N15处理下，牧王的GOGAT活性显著高于甜燕1号和牧乐思（P＜0.05），在N30处理下，牧王的GOGAT显著高于牧乐思（P＜0.05），在N45处理下，燕王和牧王的GOGAT活性显著高于甜燕1号和牧乐思（P＜0.05）.说明燕王和牧王的GOGAT活性对施氮量的敏感性强于甜燕1号和牧乐思.

表2 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的GOGAT活性变化Tab. 2 Glutamate synthase（GOGAT）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments μmol·g-1·min-1

2.1.3 对硝酸还原酶（NR）活性的影响 由表3 可知，随着施氮量的增加NR 活性呈增加趋势，燕王、牧王、甜燕1号的NR活性在不同施氮量处理之间差异显著（P＜0.05），牧乐思则N15与对照差异不显著，其他处理之间差异显著（P＜0.05）.说明，燕王、牧王、甜燕1 号NR 活性增强的敏感性强于牧乐思.不同品种在不同施氮量下的NR 活性亦存在差异，在N30和N45施氮处理下，燕王显著高于牧王、甜燕1号和牧乐思（P＜0.05），牧乐思显著低于牧王和甜燕1 号（P＜0.05）；在N15施氮量下，燕王显著高于其他3 个品种（P＜0.05），牧王显著高于牧乐思（P＜0.05）；在N0时，则甜燕1号显著低于其他3个品种（P＜0.05）.说明，燕王的NR活性对施氮量反应强于牧王和甜燕1号，牧乐思相对较弱.

表3 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种NR活性变化Tab. 3 Changes of NR activity in different sand oat varieties treated with different amounts of nitrogen fertilizer μg·g-1·h-1

2.1.4 对谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）活性的影响 由表4可知，随着施氮量的增加，不同饲用燕麦品种的GOT 活性呈增加或先增加后降低的变化趋势.其中，燕王的GOT 在不同施氮量下差异显著（P＜0.05）；牧王则N15和N30处理显著高于N0和N45，N45亦显著高于N0处理（P＜0.05）；甜燕1号则是N15、N30、N45处理显著高于N0（P＜0.05）；牧乐思的GOT为N30显著高于其他处理（P＜0.05），N15显著高于N0和N45（P＜0.05）.不同品种在N0处理下，牧王显著高于其他3 个品种（P＜0.05），牧乐思和燕王亦显著高于甜燕1 号（P＜0.05）；在N15和N30处理下，牧王的GOT活性显著高于其他3个品种（P＜0.05）；在N45处理下，4个品种的GOT差异显著（P＜0.05），燕王＞牧王＞甜燕1号＞牧乐思.说明燕王和牧王的GOT对施氮量反应敏感.

表4 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的GOT活性Tab. 4 Glutamic oxaloacetic transaminase（GOT）activity of different feed oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments μmol·g-1·30 min

2.1.5 对谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）活性的影响 如表5 所示，随着施氮量的增加，饲用燕麦的GPT 活性呈不断增加或先增加后降低的变化趋势.其中，燕王的GPT 在N45处理下活性最强，显著高于N0和N15处理（P＜0.05）；牧王的GPT 在N30处理下活性最强，显著高于其他施氮量处理（P＜0.05）；甜燕1 号的GPT 在N30处理下活性最强，显著高于N0和N45处理（P＜0.05），与N30处理差异不显著；牧乐思的GPT 在N30处理下活性最强，但仅与N0差异显著（P＜0.05）.不同品种之间在不同施氮量处理下变化较大，在N0处理下牧王和甜燕1 号显著高于燕王和牧乐思（P＜0.05）；在N15处理下，燕王和甜燕1 号显著高于牧王和牧乐思（P＜0.05）；在N30处理下，牧王显著高于其他3 个品种（P＜0.05），牧乐思显著低于其他3 个品种（P＜0.05）；在N45处理下，则燕王和牧王显著高于甜燕1号和牧乐思（P＜0.05），甜燕1号亦显著高于牧乐思（P＜0.05）.说明，牧乐思的GPT活性对施氮量的敏感性相对较弱.

表5 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的GPT活性Tab. 5 Glutamate pyruvate transaminase（GPT）activity of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatment μmol·g-1·30 min

2.2 追施氮肥对不同饲用燕麦品种含氮物质含量的影响

2.2.1 对可溶性蛋白（SP）含量的影响 由表6可知，随着施氮量的增加，4个饲用燕麦品种的SP含量均呈增加趋势，4个品种的N45处理均显著高于其他处理（P＜0.05），燕王的N30处理亦显著高于N15和N0处理（P＜0.05）；甜燕1号和牧乐思的N15和N30处理显著高于N0（P＜0.05）.不同品种在N0处理下燕王和牧王显著高于甜燕1号和牧乐思（P＜0.05），甜燕1号亦显著高于牧乐思（P＜0.05）；在N15和N30处理下燕王和牧王显著高于甜燕1号和牧乐思（P＜0.05）；在N45处理下，燕王显著高于其他3个品种（P＜0.05），牧王和牧乐思亦显著高于甜燕1号（P＜0.05）.说明，燕王和牧王的SP对施氮量反应敏感，甜燕1号相对较弱.

表6 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的SP含量Tab. 6 Soluble protein（SP）content of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments mg·g-1FW

2.2.2 对游离氨基酸（AA）含量的影响 由表7可知，随着施氮量的增加，燕王和牧王的AA含量均呈增加趋势，其中，燕王和牧王的N30和N45处理显著高于N0和N15处理（P＜0.05），燕王的N15处理亦显著高于N0处理（P＜0.05）；甜燕1号和牧乐思则随着施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势，均在N30处理下AA含量最高，其中甜燕1 号的N30处理与N0和N45处理差异显著（P＜0.05），牧乐思的N30处理与N0处理差异显著（P＜0.05）.说明在施氮处理下燕王和牧王的AA积累较甜燕1号和牧乐思敏感.

表7 不同氮肥处理下不同饲用燕麦品种的AA含量Tab. 7 Free amino acid（AA）content of oat varieties under different nitrogen fertilizer treatments mg·g-1FW

3 讨论与结论

3.1 讨论 在氮素同化过程中，硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）酶活性影响植物氮代谢过程，同时对作物产量和品质也有影响［19].本研究表明，随着施氮量的增加，不同饲用燕麦叶片的GS、GOGAT、NR活性、SP含量活性增强，GOT、GPT活性和AA含量则随着施氮量的增加呈增加或先增加后降低的变化趋势.

在植物体氮代谢同化过程中，GS、GOGAT循环途径是植物体内NH4+同化的主要途径，王小纯等［20]研究表明，随着施氮水平的提高两类氮效率不同的小麦品种GS活性等关键氮代谢指标均随施氮水平的增加而提高；李文龙等［13]研究表明，玉米低氮高效品种氮相关酶的活性强，能够促进植物对氮素的吸收利用、同化，叶绿素的合成以及相关酶系的合成也有氮的参与.本研究表明，不同饲用燕麦品种之间则是燕王的GS活性对施氮量反应最敏感，牧乐思的GS活性对施氮量反应不敏感；燕王和牧王的GOGAT活性对施氮量的敏感性强于甜燕1号和牧乐思.

谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）是2个重要的转氨酶［21].郭峰等［22]研究表明，麦套花生叶片中GPT在苗期活性最高，结果说明在苗期丙酮酸与谷氨酸之间转氨作用最强，提供谷氨酸和丙氨酸供给其生长发育.本研究结果表明，燕王和牧王的GOT 对施氮量反应敏感；牧乐思的GPT活性对施氮量的敏感性相对较弱.

可溶性蛋白和游离氨基酸是重要的渗透调节物质和营养物质，其含量反映出叶片氮代谢水平与叶片生活力的高低［23].本研究结果表明，燕王和牧王的SP对施氮量反应敏感，甜燕1号相对较弱；燕王和牧王的AA积累较甜燕1号和牧乐思敏感.

3.2 结论 燕王和牧王是氮高效利用饲用燕麦品种，甜燕1号和牧乐思则是氮低效利用饲用燕麦品种.GS、GOGAT、NR等氮代谢关键酶，可以成为筛选氮高效利用饲用燕麦品种的生理指标.