小白菜低硝酸鹽積累品種篩選及其生理特征研究.pdf

1、隨著人們對食品安全重視程度的增加，蔬菜作為日常生活中大量消費(fèi)的食物種類之一，其品質(zhì)安全也得到廣泛關(guān)注。蔬菜尤其是葉菜類蔬菜是一種容易積累硝酸鹽的作物，加上近幾十年來為追求高產(chǎn)大量施用氮肥更加劇了葉菜類蔬菜中硝酸鹽的積累。硝酸鹽本身對人體無害，但過量攝入的硝酸鹽可在細(xì)菌作用下反應(yīng)生成對人體有毒害的物質(zhì)，增加人體患甲狀腺和腸胃系統(tǒng)疾病的可能。小白菜是武漢地區(qū)種植密度高，食用量大的葉菜類蔬菜，且品種繁多，從中篩選硝酸鹽高、低積累品種，并對品種

2、間硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、同化差異，硝酸鹽吸收代謝的時(shí)間動態(tài)變化以及氮、鉬響應(yīng)差異進(jìn)行了研究，現(xiàn)主要研究結(jié)果如下:
　　1.武漢地區(qū)小白菜硝酸鹽積累現(xiàn)狀及品種篩選
　　對武漢地區(qū)廣泛種植的168個(gè)小白菜品種硝酸鹽含量和生物量進(jìn)行研究，不同批次種植的小白菜硝酸鹽含量和產(chǎn)量存在差異，第二批和第三批的硝酸鹽含量和單株產(chǎn)量最高。以我國提出的蔬菜硝酸鹽限定標(biāo)準(zhǔn)3100mg/kg為限，三批篩選中分別有24.4％、97.6％和100％的品種超標(biāo)

3、。結(jié)合硝酸鹽含量和產(chǎn)量，得到高硝高產(chǎn)品種7個(gè)，高硝低產(chǎn)品種9個(gè)，低硝高產(chǎn)品種7個(gè)，低硝低產(chǎn)品種2個(gè)。小白菜不同部位間硝酸鹽含量差異較大，葉柄硝酸鹽含量是葉片的1.69-2倍。由于品種間葉片硝酸鹽含量差異較葉柄大，且葉片硝酸鹽含量對外界環(huán)境較為敏感，選擇葉片為最適宜的采樣部位，確定品種96號為葉片硝酸鹽高積累品種，品種18號為葉片硝酸鹽低積累品種。
　　2.小白菜品種間硝酸鹽積累的差異機(jī)制
　　以田間篩選獲得的葉片硝酸鹽高積累

4、品種96號（Highnitrateaccumulator,H96）和低積累品種18號（Lownitrateaccumulator,L18）為試驗(yàn)材料，在水培條件下研究兩個(gè)品種硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化過程的差異。H96較L18具有較高的硝酸鹽吸收能力，根系形態(tài)參數(shù)—根長、根表面積和根體積分別比L18高18.0％、31.6％和46.5％。根系NRT1.1、NRT2.1相對表達(dá)量分別比L18高41.6％和269.6％。硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，兩個(gè)品種

5、葉片NRT1.1、NRT2.1相對表達(dá)量結(jié)果與根中相反，表現(xiàn)為L18較H96高279.2％、80.0％。此外，L18葉片硝酸鹽同化能力顯著高于H96。L18葉片硝酸鹽代謝相關(guān)酶-NR和GS活性，及其基因-NIA、Gln1、Gln2表達(dá)量分別比H96高234.0％、43.9％、105.4％、331.5％和124.8％。同時(shí)，L18葉片具有較高的葉綠素含量和較強(qiáng)的光合同化能力，葉片中硝酸鹽代謝產(chǎn)物含量，包括氨基酸組分和可溶性蛋白，均顯著高于

6、H96。以上結(jié)果說明，品種L18葉片硝酸鹽含量顯著低于H96，受到硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化三個(gè)部分共同影響，比較這三個(gè)過程對硝酸鹽積累影響的貢獻(xiàn)，轉(zhuǎn)運(yùn)和同化過程對硝酸鹽含量的影響起決定性作用。
　　3.兩個(gè)小白菜品種對氮素供應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)差異
　　在營養(yǎng)液栽培條件下對兩個(gè)小白菜品種L18和H96硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、同化過程的時(shí)間動態(tài)變化進(jìn)行研究，根系對硝酸鹽的供應(yīng)響應(yīng)最迅速，NRT1.1和NRT2.1表達(dá)量急劇增加，15N累積速率

7、最快，含量也顯著高于地上部。其中，H96根系表現(xiàn)出對硝酸鹽供應(yīng)的快速響應(yīng)，NRT1.1和NRT2.1表達(dá)量顯著高于L18，各處理時(shí)間內(nèi)15N含量也均顯著高于L18。同時(shí)H96表現(xiàn)出較強(qiáng)的向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，地上部15N含量顯著高于L18。但葉片中L18NRT1.1和NRT2.1表達(dá)量分別在12h和24h達(dá)到峰值，顯著高于H96。在硝酸鹽同化過程，兩個(gè)小白菜品種NR活性及其基因表達(dá)受到硝酸鹽的強(qiáng)烈誘導(dǎo)，根系和葉片中除12h外，L18NR活

8、性和NIA表達(dá)量均顯著高于H96，說明L18葉片NR更易受到硝酸鹽誘導(dǎo)，具有較強(qiáng)的硝酸鹽同化能力。因此，H96具有較強(qiáng)的根系硝酸鹽吸收和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)能力，但L18葉片內(nèi)硝酸鹽再利用以及同化能力相對較強(qiáng)，因而導(dǎo)致了品種間硝酸鹽積累的差異。
　　4.兩個(gè)小白菜品種對氮水平響應(yīng)差異
　　氮缺乏顯著降低兩個(gè)小白菜品種葉片和葉柄中硝酸鹽積累并縮小品種和部位間的差異。高氮處理中，L18和H96葉柄硝酸鹽含量是葉片的5.3和2.3倍，H9

9、6葉片硝酸鹽含量較L18高92.5％，缺氮時(shí)部位間和品種間差異均不顯著。在不同氮水平下，兩個(gè)小白菜品種硝酸鹽的吸收存在差異。高氮時(shí)，H96吸收速率和吸收量顯著高于L18，而低氮時(shí)，結(jié)果相反。同樣的結(jié)果出現(xiàn)在根系硝酸根轉(zhuǎn)運(yùn)子表達(dá)量上。高氮時(shí)，H96根系NRT1.1和NRT2.1表達(dá)量較L18高41.7％和264.7％，而低氮時(shí)，L18NRT2.1較H96高117.8％，NRT1.1品種間無顯著差異。說明品種間硝酸鹽吸收差異的反轉(zhuǎn)是由根系轉(zhuǎn)

10、運(yùn)子，尤其是NRT2.1對氮素的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。在高氮水平時(shí)，L18葉片具有較強(qiáng)硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)能力，NRT1.1和NRT2.1表達(dá)量是H96的3.8倍和1.8倍，而在低氮水平時(shí)，H96NRT2.1表達(dá)量是L18的3倍，因而能將更多的硝酸鹽運(yùn)輸進(jìn)入葉片中進(jìn)行同化。氮缺乏降低兩個(gè)品種NR和GS活性，但對品種間差異影響不大。缺氮條件下，盡管L18葉片具有較高的NR活性，但GS活性低于H96，且在硝酸鹽代謝產(chǎn)物-可溶性蛋白含量上，H96顯著高于L18

11、，說明低氮條件下H96具有較強(qiáng)的硝酸鹽同化能力。
　　5.兩個(gè)小白菜品種對鉬水平響應(yīng)差異
　　鉬缺乏顯著提高兩個(gè)小白菜品種根系對硝酸鹽的吸收，降低葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)以及同化能力，顯著提高硝酸鹽含量，但不同品種對于鉬水平的響應(yīng)并不一致。硝酸鹽高積累品種H96對鉬缺乏較低積累品種L18敏感，表現(xiàn)為硝酸鹽吸收、根系NRT1.1、NRT2.1表達(dá)量在缺鉬時(shí)增加幅度（195.9％、44.2％和52.1％）較L18(146.9％、5.0％和10

12、.3％)高;硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)過程，葉片NRT1.1、NRT2.1表達(dá)量變化幅度(1252.0％、4181.3％)較L18(702.0％、4024.5％)高;NR和GS活性在鉬存在條件下提高47.1倍和64.6％，遠(yuǎn)高于L18（11.0倍和36.3％）。但L18葉片硝酸鹽含量顯著低于H96。此外，H96全氮含量也顯著高于L18，這與硝酸鹽吸收的結(jié)果一致。在生物量上，H96受到Mo水平影響較大，缺鉬時(shí)地上部生物量顯著下降，而L18并無明顯變化。比

13、較鉬缺乏條件下硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化對于兩個(gè)品種硝酸鹽積累的貢獻(xiàn)，硝酸鹽的同化過程，尤其是硝酸還原酶的差異，決定了硝酸鹽積累水平的高低。L18因其具有較強(qiáng)的Mo吸收和利用能力，缺Mo對硝酸鹽積累造成的影響較小。
　　綜上所述，根系吸收與地上部同化的不一致性是造成小白菜葉片硝酸鹽的大量積累的重要原因。其中，H96根系較強(qiáng)的硝酸鹽吸收能力是葉片中硝酸鹽大量積累的根本原因，L18較強(qiáng)的硝酸鹽地上部轉(zhuǎn)運(yùn)和同化能力是葉片低積累的關(guān)鍵原因。在