全 文 ：　　收稿日期: 2003-02-24
　　基金项目: 长沙市蔬菜局资助项目
　　作者简介: 赵小英 ( 1973-) ,女 ,土家族 ,湖南慈利人 ,现
为湖南大学博士研究生 .
　　文章编号: 1007-1032( 2003) 03-0239-04
氮钾钼对蕹菜硝酸盐积累和硝酸
还原酶活性的影响
赵小英 1, 2 , 刘明月 1 ,肖　杰 1 ,宋　勇 1 ,刘选明2
( 1.湖南农业大学园艺园林学院 ,湖南 长沙　 410128; 2.湖南大学生物技术学院 ,湖南 长沙　 410082)
摘　要: 为寻求降低蕹菜硝酸盐含量 ,且有利于提高产量的最优施肥方案 ,采用水培法和 3因素 5水平正交旋转组
合设计 ,建立了 N, K , Mo施用量与蕹菜硝酸盐含量的数学模型 .结果表明: 适量施用 K, Mo肥可提高蕹菜硝酸还
原酶 ( NR)活性 ,从而控制因施 N肥而引起硝酸盐在植株体内的积累 .经数学模拟和综合选优 ,理论上得到水培蕹
菜 N, K, Mo施用最优组合方案: N 354. 9～ 382. 2 mg /L, K 514. 8～ 557. 7 mg / L, Mo 62. 4～ 81. 6μg /L.
关　键　词: 蕹菜 ;硝酸盐 ;硝酸还原酶 ; N , K, Mo交互效应
中图分类号: S636. 01　　　　　　文献标识码: A
Effects of Nitrogen, Kalium, Molybdenum on the Nit rate Accu-
mulation and Nitrate Reductase Activity of Water Spinach
ZHAO Xiao -ying
1, 2
,LIU Ming-yue
1
,XIAO　Jie 1 ,SONG　Yong ,LIU Xuan-ming 2
( 1. College o f Hor ticultural and Ga rdening , HN AU , Chang sha　 410128, PRC; 2. College of Bio technolog y, Hunan
Univer sity , Chang sha　 410082, PRC)
Abstract: The porpose of this study is to seek optimal ferti lization combination to decrease nit rate con-
tent of water spinach ( Ipomoea aquatica, Forsk. ) and increase yield by studying ef fects of N, K, M o
on the ni trate accumulation and ni trate reductase activity ( N R) of water spinach. By means of hydro-
ponic culture and applying three-facto r (N , K, Mo) five-level o rthogonal rotational design, reg ression
mathematical model of N, K, Mo application and nit rate content is established. The results show that
the NR activity is promoted w ith increasing of K, Mo application, thus nit rate content w ill be reduced
by improving NR activity of water spinach with K, Mo application. Th rough synthetical optimixing
the optimum combination of N, K, Mo fo r hydroponic culture of wa ter spinach is obtained , which is
N 354. 9～ 382. 2 mg /L, K 514. 8～ 557. 7 mg /L, M o 62. 4～ 81. 6μg /L.
Key words: w ater spinach; ni trate; ni trate reductase; N, K, Mo interaction
　　蔬菜在为人类提供丰富、廉价的维生素、矿物质
和纤维素的同时 ,又带来了硝酸盐的潜在致癌威胁 .
蕹菜是炎夏、初秋淡季主要的绿叶蔬菜 ,但它也是一
种易积累硝酸盐的蔬菜 ,因此 ,研究降低蕹菜硝酸盐
含量的方法与途径显得非常重要 .有研究表明 ,钾氮
平衡施肥可改善氮肥的利用率 ,降低蔬菜植株内硝
酸盐的积累量 ,提高蔬菜产量 [1 ] ;施钼也可降低蔬菜
特别是叶菜类蔬菜硝酸盐含量 [2 ] .但是 , N, K, M o
互作与蔬菜硝酸盐积累的关系的研究还未见报道 .
为此 ,笔者在前人研究的基础上 ,采用 3因素 5水平
正交旋转组合设计 [3 ] ,利用营养液栽培技术 ,研究
N, K, Mo配施对蕹菜硝酸盐积累和硝酸还原酶
( N R)活性的影响 ,进一步明确蔬菜硝酸盐积累的机
理 ,并通过数学模拟与综合选优寻求优质高产的最
佳营养液配方 ,为生产高产、无污染蕹菜提供参考
依据 .
第 29卷第 3期 湖南农业大学学报 (自然科学版 ) 　 Vol. 29 No. 3
2003年 6月 Journal o f Hunan Ag ricultural Univ ersity ( Na tural Sciences) Jun. 2003
DOI : 10. 13331 /j . cnki . jhau. 2003. 03. 017
1　材料与方法
1. 1　试验材料
于 2001年 5月至 8月在湖南农业大学食用菌
研究所楼顶上的塑料大棚内 ,以藤蕹 (长沙市郊农家
品种 )为试材 ,采用营养液盆栽试验 ,试验盆为塑料
小桶 ,上盖圆形塑料泡沫板 ,泡沫板中间钻 2个直径
约 2 cm的圆形孔 ,每盆盛装营养液 1. 7 L.先将蕹
菜扦插于珍珠岩基质中 ,待其生根 ,茎部腋芽长到约
3 cm时移植 .于每天下午加清水 ,将营养液液面调
至原来的位置 .每周更换 1次营养液 ,保持各处理
pH值在 5. 6～ 6. 5范围内 [4 ] .试验采用 3因素 5水
平正交旋转组合设计 ,共 23个处理 ,每个处理重复
6次 ,各处理随机排列 .采用的零水平为 ( N 273. 0
mg /L, K 429. 0 mg /L, Mo 48. 0μg /L) [4 ] ,各因素及
水平设置见表 1,具体实施方案见表 2.
表 1　氮钾钼 3因素 5水平编码值
Table 1　The level code of three factors (N ,K ,Mo )
P= 3　 M= 9 N
/( mg· L- 1)
K
/( mg· L- 1 )
Mo
/(μg· L- 1 )
r= 1. 682 　　 502. 6 　　 789. 75 　　 88. 32
　 1 409. 5 643. 50 72. 00
　 0 273. 0 429. 00 48. 00
- 1 136. 5 214. 50 24. 00
r= - 1. 682 43. 4 68. 25 7. 68
Δ j 136. 5 214. 50 24. 00
　　其他营养元素的浓度参照园试均衡营养液 [4 ] ,
即: Mg 48. 0 mg /L, Fe 2. 2 mg /L , Zn 260. 0μg /L,
B 330. 0μg /L, Cu 48. 0μg /L, Mn 275. 0μg /L, P
62. 0 mg /L, S 32. 0 mg /L.
表 2　不同处理蕹菜的 NR活性和产量
Table 2　The NR activity and yield of water spinach in different treatment
处理号 因 子 编 码 值
x 1 x 2 x 3
实 施 质 量 浓 度 /( mg· L- 1 )
N K Mo
N R活性
/(μg· g- 1· h- 1 )
单株产
量 /g
　　 1 　　 1 　　 1 　　 1 　　 409. 5 　　 643. 50 　　 72. 00 　　 18. 65 898. 45
2 1 1 - 1 409. 5 643. 50 24. 00 10. 76 874. 50
3 1 - 1 1 409. 5 214. 50 72. 00 9. 97 884. 58
4 1 - 1 - 1 409. 5 214. 50 24. 00 14. 44 466. 25
5 - 1 1 1 136. 5 643. 50 72. 00 19. 94 533. 20
6 - 1 1 - 1 136. 5 643. 50 24. 00 25. 76 821. 52
7 - 1 - 1 1 136. 5 214. 50 72. 00 17. 61 747. 01
8 - 1 - 1 - 1 136. 5 214. 50 24. 00 23. 39 666. 75
9 1. 682 0 0 502. 6 429. 00 48. 00 15. 09 864. 07
10 - 1. 682 0 0 43. 4 429. 00 48. 00 27. 28 469. 30
11 0 1. 682 0 273. 0 789. 75 48. 00 30. 53 847. 00
12 0 - 1. 682 0 273. 0 68. 25 48. 00 20. 33 596. 27
13 0 0 1. 682 273. 0 429. 00 88. 32 8. 98 844. 22
14 0 0 - 1. 682 273. 0 429. 00 7. 68 9. 90 586. 65
15 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 17. 67 852. 65
16 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 20. 73 816. 25
17 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 18. 00 817. 20
18 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 23. 16 850. 79
19 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 21. 35 836. 48
20 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 16. 78 839. 32
21 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 21. 28 843. 92
22 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 15. 79 806. 30
23 0 0 0 273. 0 429. 00 48. 00 18. 49 826. 61
1. 2　测定项目与方法
待蕹菜长到约 20 cm时 ,于 8: 00～ 8: 30采收 ,
齐基部 3 cm左右剪下 ,以后新的芽又从茎节长出 ,
每隔 10～ 15 d采收 1次 ,共采收 5次 ,记载每次收获
的平均单株产量 ,将 5次收获的产量相加即为单株
总产量 .另外 ,每次收获时随机取各处理植株中部的
240 湖南农业大学学报 (自然科学版 ) 2003年 6月　
叶片和茎 ,分析硝酸盐含量和 NR活性 ,每处理重复
3次 .硝酸盐含量和 NR活性的测定 ,分别采用水杨
酸硝化法和磺胺比色法 [5 ] .
2　结果与分析
2. 1　氮钾钼不同施用量对蕹菜硝酸盐积累的影响
以蕹菜硝酸盐含量为应变量 , N , K, Mo 3因素
为自变量 ,进行多元回归分析 ,建立二次多项式数学
模型 ,其表达式: y = 753. 03+ 154. 79x 1- 20. 81x2 -
27. 63x3 - 31. 01x 1x 2 - 39. 97x 1x 3 - 28. 36x2 x3 -
37. 56x1
2- 72. 24x 2
2+ 25. 26x3
2 (r= 0. 967 6) ( 1)
主效应分析 .由于试验结构矩阵满足了正交性
要求 ,消除了偏回归系数的相关性 ,对模型 ( 1)可以
通过降维法分析各因子对目标性状的影响效应 ,将
其中 2因子固定为零水平 ,寻求其中 1个因子与硝
酸盐积累的关系 ,得到以下子模型:
y 1 = 753. 03+ 154. 79x 1 - 37. 56x1 2
y 2 = 753. 03 - 20. 81x 2 - 72. 24x 22 ( 2)
y 3 = 753. 03 - 27. 63x 3+ 25. 26x 32
根据模型 ( 2)绘图 1.由图 1可以看出 ,随着 N
肥施用量的增加 ,蕹菜的硝酸盐含量几乎呈直线增
加 ,说明 N肥是蕹菜硝酸盐积累的主要因素 . Mo不
足也可导致蕹菜硝酸盐积累 .增施 Mo肥可降低硝
酸盐含量 ,但 Mo肥的施用量超过一定量 ( x3= 1)
后 ,蕹菜硝酸盐的含量随 Mo施用量的增加而增加 .
K肥与硝酸盐含量呈曲线相关 ,较低浓度 ( x2为 -
1. 682～ 0)范围内 ,增施 K肥 ,蕹菜硝酸盐含量上
升 ,这可能是因为在 K不足的情况下 ,增施 K肥 , K
首先作为硝酸盐的伴随离子而促进了根对硝酸盐的
吸收 [6 ] .较高浓度 ( x2为 0～ 1. 682)范围内 ,随施 K
量增加 ,蕹菜硝酸盐含量则下降 .
图 1　氮钾钼对蕹菜硝酸盐积累的影响
Fig . 1　The effect of N ,K ,Mo fertilization on the nitrate
accumulation of water spinach
互作效应分析 .回归模型 ( 1)中的 x1x 2 , x1x 3 ,
x 2x 3的系数均达显著水平 ,说明各试验因子对蕹菜
硝酸盐含量的影响除单独作用外 ,还有因子间的交
互作用 .由于试验设计结构矩阵中已消除了各因子
量的不同和水平的差异 ,因而可以直接进行因子间
交互效应的分析 .将一因素固定为零水平 ,对模型
( 1)进行降维处理 ,分析一因素的变化与另一因素的
关系 ,并作示意图 2.由图 2可看出 , N, K, Mo三元
素间存在显著的负交互效应 .在高 K,高 Mo水平范
围内 ,蕹菜硝酸盐含量随 K, Mo施用量的增加明显
减少 ,且最高 N肥用量 ( x1= 1. 682)时 ,下降幅度最
大 .高氮高钾、高氮高钼配施 ,蕹菜硝酸盐含量明显
降低 ,原因是钾、钼在氮代谢中起重要作用 ,高氮配
施高钾、高钼时 ,钾、钼能更好地促使硝酸盐同化 ,促
进氮素转化为氨基酸、蛋白质 .另外 ,随 K水平的提
高 ,蕹菜硝酸盐含量随施 Mo量增加而降低 ,其中最
高 K水平 ( x2= 1. 682)时下降最多 ,但当 Mo达一定
用量 (x 3= 1)时 ,增施 Mo肥 ,硝酸盐含量降低程度
减小 .可见 ,适当高氮配施高钾、高钼量 ,可较大程度
地降低蕹菜硝酸盐含量 ,从而控制因施高氮而引起
蕹菜植株内硝酸盐的积累 .
图 2　氮钾钼对蕹菜硝酸盐积累的交互作用
Fig . 2　The interactionof N , K , Mo on the nitrate accumulation of water spinach
241　第 29卷第 3期 赵小英等　氮钾钼对蕹菜硝酸盐积累和硝酸还原酶活性的影响
2. 2　氮钾钼不同施用量对蕹菜 NR活性的影响
从表 2中可看出 ,随着 N肥施用量的增加 ,蕹
菜的 NR活性受到了抑制 , N肥用量越多 ,抑制作用
越强 ,这势必导致蕹菜硝酸盐积累 .在低浓度范围
内 , N R活性随 Mo肥施用量的增加而升高 .达一定
水平 (x 3= 0)时 , N R活性最大 .继续加大施肥量 , N R
活性则降低 .随施 K量的增加 ,蕹菜 NR活性也增
加 ,因 K+是酶反应所需的阳离子 .以上分析说明 ,适
量增施 K, Mo肥均可提高蕹菜 NR活性 .
2. 3　数学模拟与综合选优
为使蕹菜达到高产、优质 ,同时满足硝酸盐含量
低的目的 ,根据所建立的数学模型 ,采用频率分析法
对蕹菜硝酸盐含量数学模型进行分析 [3 ] ,以推导最
优施肥方案 .以普通栽培条件下 ,蕹菜硝酸盐含量
850 mg /kg为上限标准 ,同时兼顾高产 (表 2)所需的
N , K, Mo区间进行选择 ,得到硝酸盐含量大于 720
mg /kg小于 850 mg /kg的施肥方案有 1 116个 ,经
分析获得本试验水培蕹菜最优 N, K, M o肥施用组
合方案为 N 0. 6～ 0. 8, K 0. 4～ 0. 6, Mo 0. 6～ 1. 4,
即 N 354. 9～ 382. 2 mg /L, K 514. 8～ 557. 7 mg /L,
Mo 62. 4～ 81. 6μg /L.
3　讨　论
NR是植物体内硝酸盐同化过程中的限速酶 ,
在植物氮代谢中处于关键位置 ,它是蔬菜硝酸盐积
累的主要内源因子 [7 ] .有研究指出 , N R是一种底物
诱导酶 ,其活性受 NO3-的诱导 ,随氮水平提高而提
高 [8 ] ,但在本试验的氮肥用量范围内 ,未发现蕹菜
NR活性随氮肥用量的增加而升高这一现象 ,可能
是因为 ,本试验中最低水平的氮肥用量 ( 43. 4 mg /
L)已达到诱导 NR形成所需的硝态氮浓度 ,在低氮
营养情况下 ,植株体内 NO3-才是 NR活性的限制因
子 ,此时营养液中加硝态氮 , N R会升高 .当硝态氮
达饱和状态时 , N R活性表现出植株内的最大值 ,继
续加大氮肥用量 , N R活性则下降 [9 ] ,这势必导致植
株体内硝酸盐积累增加 .
钾不仅能提高植物体内 NR活性 [10 ] ,还能促进
氨基酸的运输 ,加快硝酸盐的还原速度 [ 6] .因此 ,增
施钾肥有利于降低蕹菜体内的硝酸盐含量 .在所有
植物必需的微量元素中 ,钼的需要量虽然最少 [11 ] ,
但钼作为有活性 NR形成的辅助因子 [12 ] ,在植物氮
代谢中具有重要作用 .其主要作用是激活植物体内
NR活性 ,提高酶的催化效应 [13 ] .但钼过量会引起作
物 NR活性降低 [14 ] .本试验结果与此一致 ,低浓度
时 ,钼首先作为构成 NR的辅因子 ,使植株体内的
NR恢复活性 [15 ] ,随营养液中钼水平的提高 ,蕹菜
NR活性升高 ,植株体内硝酸盐积累减少 ,但钼过量
可能引起离子间的拮抗效应 ,使酶催化反应的内环
境发生变化 ,从而使酶活性降低 ,增加植株体内硝酸
盐的积累量 .因此 ,平衡施肥是降低蕹菜硝酸盐含量
的关键 ,尤其是在较高氮水平上适量增施钾钼肥 ,不
仅可在一定程度上降低蕹菜硝酸盐的积累 ,而且不
影响其产量 .
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242 湖南农业大学学报 (自然科学版 ) 2003年 6月