氮营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机理研究

【摘要】草酸是一种植物体内普遍存在的成分,具有调节钙离子平衡、铝和重金属解毒、增强植物抗病性等功能,但它又是蔬菜等植物性食品中的一种毒素和抗营养成分,长期食用高草酸蔬菜易导致钙镁缺乏症和肾结石等疾病。因此,降低草酸含量对于提高蔬菜的营养价值具有重要意义。菠菜是一种典型的草酸积累型蔬菜,据报道不同菠菜品种的草酸含量存在显著差异,但是关于我国主栽菠菜品种草酸含量的变异程度以及选育草酸低积累品种的可行性尚不清楚。氮素营养是菠菜生产的重要农艺措施,同时又是影响其体内草酸积累的重要因素。关于氮对蔬菜草酸积累的影响已有一些研究,但是关于氮素营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机制尚少见报道。本论文在我国31个菠菜主要栽培品种中筛选典型的草酸高、低积累基因型的基础上,采用吸收动力学、草酸合成前体物和各种抑制剂饲喂试验等方法,进一步研究不同供氮水平和形态下2个菠菜基因型草酸积累的差异及其与氮素吸收、还原和同化的关系,以及氮素营养影响不同菠菜基因型草酸积累的途径及其可能机制,从而揭示氮素营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机理,为采用遗传育种和氮营养管理相结合的方法生产优质低草酸菠菜提供理论依据。取得的主要结果如下：(1)以我国生产上常用的31个菠菜主要栽培品种为材料,研究了在2、10、18mmol·L-1的硝态氮供应水平下菠菜草酸积累的基因型差异及其影响因素。结果表明,供试的我国31个菠菜主栽品种的草酸含量存在显著差异,其含量变幅为8-21mg·g-1FW,并呈正态分布特征；草酸高积累基因型(黑珍珠)叶片草酸含量比低积累基因型(威绿)高20%以上；不同叶形的菠菜品种草酸含量存在显著差异,其中尖叶品种草酸含量显著高于圆叶基因型；供氮水平对菠菜生物量、叶片SPAD值、硝酸盐含量和草酸含量的影响各不相同,不同供氮条件下菠菜的草酸含量与SPAD值呈极显著正相关,与硝酸盐含量呈极显著负相关。由此可见,供试菠菜品种的草酸含量具有较大的变异,并受叶片叶绿素含量和叶形的影响,通过品种筛选可以获得草酸低积累菠菜品种；供氮水平对不同菠菜品种草酸含量的影响可能与硝态氮的吸收和代谢特性有关。(2)以草酸高积累菠菜基因型(黑珍珠)和草酸低积累基因型(威绿)的幼苗为材料,采用吸收动力学方法,研究了2个菠菜基因型草酸积累的差异与硝态氮和铵态氮短期吸收的关系。结果表明,2个菠菜基因型叶片草酸含量和根系硝态氮吸收速率均随着硝态氮浓度的提高而增加,但叶片草酸含量不受铵态氮浓度的影响；相关性分析表明,不同菠菜基因型草酸含量与根系硝态氮吸收速率呈显著正相关,但与铵态氮吸收速率无相关性；与单独供给硝态氮相比,硝铵等比混合氮源显著降低了不同菠菜基因型根系硝态氮吸收速率和叶片草酸含量,此外,2个菠菜基因型硝态氮最大吸收速率Vmax显著降低,但硝态氮的Km值无显著变化；外源添加1.0mM的铵态氮显著降低了不同菠菜基因型叶片草酸含量和根系硝态氮吸收速率,黑珍珠和威绿硝态氮最大吸收速率Vmax分别降低了55.36%和67.15%,但外源添加铵态氮对硝态氮Km无显著影响；供给含有硝态氮的营养液时,草酸高积累基因型-黑珍珠的硝态氮吸收速率和最大吸收速率Vmax显著高于草酸低积累基因型-威绿。因此,硝铵混合氮源降低草酸含量是由于铵态氮对根系硝态氮吸收的非竞争性抑制所造成,不同菠菜基因型草酸积累的差异与其对硝态氮吸收速率的不同有关。(3)以对草酸积累有显著差异的2个菠菜基因型(黑珍珠和威绿)为材料,通过添加氮代谢抑制剂的方法,研究了不同菠菜基因型草酸积累与硝态氮吸收、还原和同化的关系。结果表明,2个菠菜基因型叶片草酸含量、根系硝态氮吸收速率、叶片硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性,均随培养时间的延长而呈先升高后降低的变化趋势,并随着供氮水平的提高而显著增加；培养后期,黑珍珠草酸含量、硝态氮吸收速率、叶片NR和GS活性均显著高于威绿；不同菠菜基因型草酸含量与根系硝态氮吸收速率、叶片NR和GS活性呈极显著正相关；添加H+-ATPase抑制剂Na3VO4显著降低了2个菠菜基因型叶片总草酸和可溶态草酸含量、根系硝态氮吸收速率、叶片NR和GS活性；硝酸还原酶抑制剂Na2WO4和谷氨酰胺合成酶抑制剂MSO有效抑制了菠菜叶片草酸的积累,同时降低了根系硝态氮吸收速率以及叶片NR和GS活性；对照处理,黑珍珠菠菜草酸含量、根系硝态氮吸收速率、叶片NR和GS活性均显著高于威绿；菠菜草酸含量随着营养液pH的提高而增加,但组织液pH和NR活性保持不变。由此可见,供氮水平对菠菜草酸含量的影响是硝态氮的吸收、还原和同化过程综合作用的结果,2个菠菜基因型草酸积累的差异是由于其硝态氮的吸收、还原和同化能力不同造成的。(4)以对草酸积累有显著差异的2个菠菜基因型为材料,通过饲喂草酸合成前体物以及草酸代谢途径抑制剂等方法,研究了供氮水平对不同菠菜基因型草酸合成途径的影响。结果表明,不同菠菜基因型总草酸、可溶态草酸、乙醛酸含量和乙醇酸氧化酶(GO)活性,均随培养时间的延长而呈先增加后降低的趋势,并随着供氮水平的提高而增加；草酸高积累基因型-黑珍珠的乙醛酸含量和GO活性显著高于草酸低积累基因型-威绿；相关性分析结果表明,2个菠菜基因型叶片草酸含量与乙醛酸含量和GO活性均呈极显著正相关；饲喂乙醇酸和乙醛酸处理显著增加了2个菠菜基因型总草酸和可溶态草酸的含量,且增加幅度随着供氮水平的提高而增加,黑珍珠叶片草酸含量增加幅度显著高于威绿；添加乙醇酸氧化酶抑制剂(HPMS和NaHSO3)显著降低了不同菠菜基因型叶片总草酸和可溶态草酸含量；不同菠菜基因型抗坏血酸含量,呈先增加后降低的趋势,且随着供氮水平的提高先增加后减少,但菠菜叶片草酸含量与抗坏血酸含量无相关性；饲喂抗坏血酸及其合成前体物有效提高了菠菜叶片草酸含量,但不同供氮处理或菠菜基因型草酸含量的增加幅度相近；添加甘氨酸氧化酶抑制剂INH和甘氨酸显著提高了2个菠菜基因型草酸含量,且高氮处理草酸含量的增加幅度显著高于低氮处理,黑珍珠草酸含量增加幅度高于威绿；饲喂三羧酸(TCA)循环中间产物异柠檬酸和琥珀酸显著增加了2个菠菜基因型草酸含量,不同供氮处理草酸含量的增加幅度差异不大,但黑珍珠草酸含量的增加幅度显著高于威绿。由此可见,光呼吸乙醇酸途径、抗坏血酸裂解途径均是菠菜生成草酸的有效途径,且草酸含量受TCA循环过程的影响；供氮水平主要是通过光呼吸乙醇酸途径影响菠菜草酸含量,光呼吸乙醇酸途径和TCA循环过程是造成不同菠菜基因型草酸积累差异的主要原因。(5)以草酸高积累菠菜基因型(黑珍珠)和低积累菠菜基因型(威绿)为材料,通过饲喂草酸合成前体物以及草酸代谢途径抑制剂等方法,研究了氮素形态对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其与氮素和草酸代谢的关系。结果表明,与供给硝态氮相比,硝铵混合氮源显著降低了不同菠菜基因型草酸和乙醛酸含量、根系硝态氮吸收速率、叶片NR和GO活性；饲喂乙醇酸和乙醛酸显著提高了不同菠菜基因型草酸含量,但草酸含量的增加幅度随着铵态氮比例的增加而降低；添加乙醇酸氧化酶抑制剂HPMS和NaHSO3显著降低了不同菠菜基因型草酸的积累；添加甘氨酸氧化酶抑制剂INH和甘氨酸均显著提高了不同菠菜基因型草酸含量,且草酸含量的增加幅度随着硝铵比的降低而减小；不同供氮形态下,饲喂抗坏血酸及其合成前体有效提高了不同菠菜基因型草酸含量,但不同供氮形态下草酸含量的增加幅度相近；添加TCA循环中间产物显著提高了菠菜草酸含量,不同供氮形态下草酸含量的增加幅度相近；添加TCA循环抑制剂(丙二酸)有效降低了2个菠菜基因型草酸的含量。由此可见,硝铵混合氮源显著降低了菠菜草酸含量,这是由于铵态氮抑制了硝态氮的吸收和还原能力；混合氮源对草酸积累的抑制作用主要是通过影响光呼吸乙醇酸途径实现的。
【作者】刘晓霞；
【导师】林咸永；
【作者基本信息】浙江大学，植物营养学，2014，博士
【关键词】基因型；硝态氮；铵态氮；草酸；硝态氮吸收速率；乙醇酸；菠菜；

【参考文献】
[1]张劲松.基于CAT的自主型学习系统的设计与实现[D].湖南大学,软件工程,2013,硕士.
[2]诸葛承祥.基于自组织理论的城市交通和土地利用动态演化机理研究[D].北京交通大学,2014.
[3]王永明.中国移动无线音乐俱乐部优化设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[4]邢鹏飞.海洋平台压缩机组甲板结构振动特性分析及改进[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2014,硕士.
[5]梅凯.苏州博习医院早期历史研究（1883-1927）[D].苏州大学,中国近现代史,2013,硕士.
[6]尹盛.卤化氧铋基复合光催化材料的制备及其降解环境污染物研究[D].江苏大学,2012.
[7]朱琳.城市快速路交通态势评估理论与方法研究[D].北京交通大学,2013.
[8]潘喜方.关于翻译《灵异第六感》剧本的报告[D].广东外语外贸大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[9]张健.新型试验枪架设计与分析[D].南京理工大学,机械工程,2013,硕士.
[10]高肖林.超声波物位计在干式煤气柜上的应用[J].冶金自动化,2002,05:64-65.
[11]刘海生.方剂辨证论治方法体系之建立[D].黑龙江中医药大学,中医临床基础,2013,硕士.
[12]刘志峰.褐牙鲆卵黄蛋白原的诱导及在环境激素检测中的应用[D].大连海洋大学,水产养殖,2014,硕士.
[13]郭维维.论中小学美术教育中对线条的再认识[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[14]卓建华.软土中管桩、沉管桩、钻孔桩承载力的分析[D].浙江大学,岩土工程,2003,硕士.
[15]罗安合.陡构造反射资料的偏移归位问题[J].石油地球物理勘探,1982,01:16-25.
[16]乔信起,宋永臣,李明华,高希彦,陈家骅,黄震.影响柴油机伞帘喷雾燃烧系统性能的几个因素[J].农业机械学报.2005(02)
[17]康磊.消费的区隔表征[D].四川外国语大学,文艺学,2013,硕士.
[18]颜丛杭,李雅琴.全循环加氢裂化沸石催化剂上金属的影响[J].石油学报(石油加工).1992(03)
[19]宋世英,高先龙.无序对准一维矢势束缚中无质量Dirac电子的影响[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2013,01:68-73.
[20]邹兰.我国竞技体育项目的地理学特征解析[D].南京师范大学,体育人文社会学,2012,硕士.
[21]高洁.道路危险货物运输企业安全评价方法及系统开发[D].长安大学,载运工具运用工程,2013,硕士.
[22]田鹏.中外检察权比较研究之反思[D].兰州大学,法制史学（专业学位）,2013,硕士.
[23]王维.南阳市普通高校大学生羽毛球消费状况调查研究[J].中国校外教育.
[24]何倩.氧化还原蛋白在功能化石墨烯界面上的直接电化学研究[D].西北师范大学,2013.
[25]丁勇.基于AUTOSAR规范的BMS控制算法软件组件开发[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[26]郭文满.石墨烯导热纳米复合材料的研究[D].华侨大学,2013.
[27]梁秋丽.血清特异性抗体检测在严重急性呼吸综合征诊断中的意义[D].广西医科大学,内科学,2004,硕士.
[28]王杰.基于RBF神经网络的亚健康状态识别研究[D].兰州理工大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[29]窦田田.山东半岛蓝色经济核心区企业技术创新能力评价研究[D].山东财经大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[30]郑波,费树岷,王雯,江风.BP神经网络模型在纺纱质量预测中的应用[J].纺织科技进展,2005,06:38-40.
[31]肖笛,程勉,高为炳.参数空间中鲁棒稳定性问题[J].自动化学报,1991,02:137-143.
[32]卢凤仙.低价态铝簇化合物的合成探索及膦杂吡唑铝配合物的合成与表征[D].山西师范大学,化学,2013,硕士.
[33]佟磊.基于模糊控制理论的型材在线定长切割系统研究[D].河北科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[34]王健.浙江省医药企业核心能力的构建研究[D].浙江工业大学,2005.
[35]陈铃.小额贷款公司法律规制研究[D].宁波大学,经济法学,2014,硕士.
[36]马广轩.基于梁理论的深孔加工动力学分析[D].中北大学,机械工程,2014,硕士.
[37]郑宗鉴.浅谈欧洲标准EN12750:2001《木工机床安全四面铣床》(Ⅰ)[J].木工机床.2004(04)
[38]李芳.升温对人胃癌紫杉醇耐药细胞株化疗敏感性的影响[D].苏州大学,外科学,2014,硕士.
[39]李豫新.达坂城区地方税务局电子政务网的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[40]严太广.处理地震深层资料的设想[J].石油地球物理勘探,1977,01:32-35.
[41]高坚越.吉林市冰雪体育旅游发展研究[D].吉林大学,体育,2013,硕士.
[42]郝翠.传输线理论在光纤陀螺寻北仪电磁屏蔽中的应用研究[D].北京交通大学,2014.
[43]王治权.XZY在线旅游公司创业商业计划书[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[44]吕安民,李成名,林宗坚.基于空间统计分析的关联规则应用研究[J].计算机科学,2002,04:53-54+47.
[45]段建祥,蔡腾跃.IP网络安全若干技术研究及其应用[J].现代电信科技.2003(11)
[46]沈文婷.中国物流低碳化发展的机理研究[D].浙江理工大学,区域经济学,2014,硕士.
[47]张朋松,袁伦渠.基于信息不对称理论的企业培训讲师行业研究[J].江淮论坛,2015,02:46-49.
[48]苏艳霞.英汉双向未登录词翻译方法研究[D].复旦大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[49]李玲.现代汉语通用量词研究[D].广西师范大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[50]毕立群.教化之道：《论语》的礼乐思想研究[D].上海大学,马克思主义哲学,2014,硕士.