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Effect of N and S supply on growth and organo-sulfur compounds of
Zhangqiu spring onion

氮、硫供应对章丘大葱生长和含硫有机物含量的影响



全 文 :收稿日期:!""#"%&! 接受日期:!""#&&"%
基金项目:农业部“’(#”葱姜蒜项目(!"")*&%);公益性行业科研专项(!""#"+"+")及北京市自然科学基金重点项目()"%&""&)资助。 作者简介:刘松忠(&’,#—),男,山东安丘人,博士,主要从事果树水肥耦合方面的研究。-./012:34215&’,#6&)+7 89/ ! 通讯作者 :;2:"&")!,++#!!,-./012:<8=;>6805? ;@5? 8>
氮、硫供应对章丘大葱生长和含硫有机物
含量的影响
刘松忠&,!,何洪巨+,冯 固&,陈 清&!
(&中国农业大学资源与环境学院,北京 &""&’+;! 北京市农林科学院林业果树研究所,北京 &"""’+;
+国家蔬菜工程技术中心,北京 &"""’,)
摘要:以章丘大葱为材料,并以珍珠岩为栽培基质,采用盆栽试验研究了不同氮、硫供应水平对大葱营养生长前期
的干物质累积及含硫有机物含量的影响。结果表明,氮、硫供应及其交互作用显著影响大葱生长和含硫有机物含
量。在硫不足(AB! ( "7"& //92 C D)和硫充足(AB! ( (7"" //92 C D)供应条件下,随氮供应水平提高,大葱植株干物重明
显增加,当供氮水平为 E )7" //92 C D时,植株干物重及吸硫量达到最大;增加硫素供应可显著提高植株的硫含量和
总硫量。然而,硫供应不足时,随着供氮水平提高,植株含硫有机物含量逐渐下降;反之,充足供硫条件下,随着氮
供应水平的提高,大葱含硫有机物含量出现先增加后降低。当供氮水平为 E &!7" //92 C D时,含硫有机物含量最
高,达到 ,7!+!/92 C F,GH。过量氮供应(E !(7" //92 C D)则抑制植株生长,降低含硫有机物含量。因此,充足供硫条
件下,氮素调控水平对保证大葱高产和高含硫有机物含量至关重要。
关键词:章丘大葱;氮;硫;生长;含硫有机物
中图分类号:A)++7&7") 文献标识码:I 文章编号:&""#%"%J(!""’)"("##(") !""#% &" ’ ()* + ,-../0 &) %1# 23&4%1 ()* &32()&5,-/"-3 &6.&-)*, &" 71()289- ,.39)2 &)9&) DKL A9>F.4=9>F&,!,M- M9>F.N5+,G-E* *5&,OM-E P1>F&! (! "#%&% #’ (%)#*+,%) -./ 0.12+#.3%.4- 5,2%.,%),"62.- 7&+2,*4*+- 8.21%+)249,:%2;2.& !<,"62.-;
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大葱(72*3 ’2)4*$#)*3 D? X0U ? F1F0>R;5/ \0[1>9) 具有其独特的风味和保健作用,因此受到消费者的 欢迎而广泛用于食用和药用,主要是由于大葱含有 对人体具有保健作用的物质—含硫有机物。含硫有 植物营养与肥料学报 !""’,&%(():##($##’ """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ]20>R E5RU1R19> 0>@ G;UR1214;U A81;>8; 机物具有抗癌、抗菌、抗氧化、保护心血管、降血压、 提高人体免疫和防止衰老等功能[!]。研究表明,当 大葱细胞受到外力的作用破碎后,位于细胞质中的 含硫有机物前体(半胱氨酸亚砜)与位于液泡中的蒜 酶相接触,分解生成了一类含硫的有机物质,统称为 含硫有机物["]。含硫有机物包括挥发性和非挥发性 含硫有机物质两类。直接测定大葱含硫有机物的含 量比较困难,但由于含硫有机物前体在分解生成一 个单位含硫有机物的同时,也生成两个单位的丙酮 酸(#$%&’()*+ ,-./0+1/ ,&-02*+ (+*/,#34),而丙酮酸 易于直接测定,因此,目前国际上通用的方法是用丙 酮酸的生成量来间接表示含硫有机物的含量[5]。 研究表明,含硫有机物含量与大葱的品种、栽培 管理有很大的关系[678]。在所有的养分管理措施 中,氮硫养分的调控一直是葱属植物的研究重点。 然而由于大葱在我国生产的独特性,目前国内外对 其研究甚少。近年来,我国大葱栽培面积和大葱出 口规模逐年增加,为了进一步提高大葱商品产量和 生产效益,农户大量施用氮肥的现状十分普遍[9]。 但是过量的氮素供应影响植株对硫的吸收[:],从而 可能会降低含硫有机物的含量,并且降低其可食性 和保健效果。为此,本研究以我国章丘大葱为试验 材料,研究氮、硫供应对大葱生长及其含硫有机物的 影响,以期为优质、高产的大葱生产提供理论依据。 ! 材料与方法 !"! 试验设计 试验于 ";;:年 5 月至 < 月在北京国家蔬菜工 程中心进行。供试材料为章丘大葱。种子于 5月 5 日播种于砂壤土中,土壤基础养分:有机质 !5=; > ? @>,全氮 ;=: > ? @>,ABC1$D3 96=8 ’> ? @>,交换性钾 !;!=8 ’> ? @>,有效硫 !="5 ’> ? @>。育苗期间及时浇 去离子水以满足大葱幼苗生长的需要。待幼苗出现 8片叶子时,于 :月 "日移栽,将其定植于直径 "6; ’’,高 "9; ’’的塑料盆中,塑料盆装入预先洗净并 用稀酸漂洗的珍珠岩 " E,每盆栽植 9株大葱,移栽 后第一周浇 ! ? 6浓度的营养液,之后按照各处理供 给不同处理水平的营养液至收获。 试验分别设供硫不足(FA" 76 ;=;! ’’.B ? E)和供 硫充足(FA" 76 6=;; ’’.B ? E)" 个硫水平和 G !=8、 5=;、9=;、!"=;、"6=; ’’.B ? E 8 个氮素水平。采用硫 酸钾、硫酸镁、氯化镁、氯化钾、硫酸和氢氧化钠来调 节不同的硫水平,用硝酸铵调节氮水平。其他营养 成分配方如下:H"I3A6 !=; ’’.B ? E、J(JB" !=8 ’’.B ? E、I5KA5 9L!’.B ? E、J0FA6 !=;!’.B ? E、M$FA6 !=" !’.B ? E、N$FA6 !=6 !’’.B ? E、G(N.A6 ;=!5 !’.B ? E、O1D#PQR 9; !’.B ? E(根 据 I(S@*$C ($/ T1.->1[<]的方法修改)。除氮、硫水平不同外,营养 液其他营养成分水平一致。调节营养液的 ,I值为 9=;,每隔一天浇一次营养液,并且每周用去离子水 洗盐一次,以防止盐分累积。大葱在生长期间采用 自然光照,生长期间昼夜温度平均为 "LU和 !LU, 于 ";;:年 <月 !<日收获。 !"# 样品采集及测定方法 将各盆中的大葱全部分别收获。先用自来水, 再用去离子水清洗植株,用吸水纸擦干后,测定每株 大葱的株高、地上部长度(量至最长的功能叶)、假茎 长度(即根基部到叶鞘之间的部位);用游标卡尺测 定假茎直径。将其地上部与根系分开,分别称量每 盆(重复)大葱的地上部和根系鲜重。 将大葱植株地上部切成 ! +’长的葱段,新鲜样 品(植株收获后 " V内)用于丙酮酸测定,依据 W($D /B1[L]和 F+VS*’’1-[5]的方法并略有修改:称取 !; > 鲜样,加 "; ’E水匀浆并放置 "; ’*$,然后称取 8 ’E 浆液,加 8 ’E 8X三氯乙酸反应 ! V,过滤到 ";; ’E 容量瓶并定容;取 ! ’E 待测液,加 ! ’E ;=;!"8X PR3I(",67二硝基苯肼)和 ! ’E水,5:U水浴加热 !; ’*$后加 8 ’E ;=9 ’.B ? E G(AI,冷却后于 6";$’ 比色;同时取 !; >鲜样,微波炉加热 " ’*$灭活后, 按照同样方法测定丙酮酸背景值,并用丙酮酸钠作 为试剂制作标准曲线。 另称取一部分地上部新鲜样品,连同根系一起 置于 :;U烘箱烘干至恒重(6< V),测定样品干重,并 将地上部样品磨碎并过 ;=8 ’’筛后,用凯氏定氮 仪[!;]测定植株地上部全氮含量,用硝酸镁氧化 法[!!]测定植株地上部全硫和有机硫含量。 试验数据用 FRF分析软件(Y1-C*.$ <=";FRF Z$D C)*)0)1,J(-&,GJ)进行二因素统计分析,比较各处理 差异显著性。 # 结果与分析 #"! 氮硫交互作用对植株生长的影响 随氮供应水平增加,植株地上部生物量先增大 后减小,但在 ;=;! 和 6=;; ’’.B ? E FA" 76 水平上,植 株地上部获得最大生长量的氮供应水平不一致,分 别在 G 9=; 和 !"=; ’’.B ? E水平,当供氮量为 G "6 ’’.B ? E时,生物量显著降低;根系生物量和根冠比 也呈现相似的变化趋势。硫的供应水平(FA" 76 ;=;! 8<<6期 刘松忠,等:氮、硫供应对章丘大葱生长和含硫有机物含量的影响 和 !"## %& ’ ()对大葱的生长无明显影响(表 ))。
供氮水平也显著影响大葱的地上部长度、假茎
长度和假茎直径,但硫供应水平对之影响不显著(表
*)。随氮供应水平提高,大葱的假茎长度和假茎直
径有着相同的变化趋势,除 + ,"# %& ’ ( 和 -.* /! #"#) %& ’ (时假茎长度相对较小外,氮供应水平为
+ )* %& ’ (时假茎长度最大。另外,低氮供应下假 茎直径显著高于高氮供应水平下的直径,而假茎长 度低于高氮供应水平。 表 ! 不同氮、硫供应水平对章丘大葱干重的影响 "#$%& ! ’((&)*+ ,( - #./ 0 +122%3 ,. /43 5&678* ,( 98#.7:61 +246.7 ,.6,. 硫水平 - &010& (-.* /! %& ’ ()
氮水平
+ &010&
($$%& ’ ()
地上部干重
-2%%3 456 708923
(9 ’ :&;<3)
根系干重
-2%%3 456 708923
(9 ’ :&;<3)
冠根比
-2%%3 3% 5%%3
5;38%
#"#) )"= *"* > #"* #")? > #"#* ))"= > )"@
A"# *"A > #"* #")B > #"#A )A", > *",
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显著性分析(C+.DC)C<;&6E8E %F 1;58%GE
硫 - +- +- !
氮 + !!! +- !!
硫 H氮 - H + +- +- +-
注(+%30):+-—差异不显著 +% E89<8F8I;I;表 ; 不同氮硫供应水平对章丘大葱地上部长度、假茎长度和假茎直径的影响
"#%& ; ’((&)*+ ,( - #./ 0 +122%3 ,. +8,,* #./ 2+&1/,+*&< %&.7*8 #./ +8&#*8 /6#<&*&4 ,( 98#.7:61 +246.7 ,.6,. 硫水平 - &010& (-.* /! %& ’ () 氮水平 + &010& (%& ’ () 地上部长度 -2%%3 &0<932 (I ’ :&;<3)
假茎长度
PE0G4%E30 &0<932 (I ’ :&;<3)
假茎直径
PE0G4%E30 48;0305
(I) #"#) )"= =A"# > #"A )B"B > #"* #"?# > #") A"# =B"# > #"A )?", > #") #"?# > #") ,"# ,="A > #"! **"? > #"* #"?* > # )*"# ,!"! > #"= **") > #"* #"B? > # *!"# ,)"! > #"A *#"! > #"* #"B* > #") !"## )"= !?"= > #"= )@"? > #"* #"BA > #") A"# =B"* > #"* *#"# > #") #"?# > #") ,"# ,@") > #"= **"= > #"* #"?* > #") )*"# @#"= > )"# *A"A > #"A #"?B > #") *!"# ,#", > #"A *#"= > #"* #"B! > #") 显著性分析(C+.DC)C<;&6E8E %F 1;58%GE 硫 - +- +- +- 氮 + !!! !!! ! 硫 H氮 - H + !! +- +- ,BB 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 )=卷 !"! 氮、硫供应对大葱植株地上部氮、硫营养状况 的影响 表 !表明,供氮应水平对大葱植株地上部含氮 量的影响显著。" #% &&’( ) *供应时,地上部氮含
量低于 #++ &, ) ,,-.,随着氮水平升高,氮含量也 显著增加,当供氮水平为 " /0+ &&’( ) *时,氮含量
均高于 !%+ &, ) ,,-.。同样,植株地上部的总吸氮 量也有相似的变化规律。总吸氮量的变化范围在 #12!34/ &, ) 5(678,而且在一定程度上受植株地 上部生物量的影响;但硫供应水平对植株地上部氮 含量和总吸氮量均没有显著影响。 氮供应水平对大葱地上部的硫含量、吸硫量及 有机硫含量也有显著影响(表 !)。硫供应不足时, 氮对植株地上部硫含量影响不显著;但充足供硫, 地上部硫含量随氮水平增加(" #% ! /0+ &&’( ) *),植株地上部硫含量显著提高。低硫供应下, 总吸硫量与硫含量有相同的变化趋势;而充足供硫 时则随氮供应水平增加而先增大后减小。在 " #/+
&&’( ) *时,总吸硫量最大,达 #!3 &, ) 5(678。相对而 言,氮供应水平对地上部有机硫含量影响较小。 表 !还看出,硫供应水平也显著提高植株地上 部硫含量、总硫量和有机硫含量。硫供应不足时,大 葱地上部硫含量为 !/ &, ) ,,-.;而在硫供应充足
时,则为 03 &, ) ,,-.,这说明低硫对大葱的地上部 硫含量无明显影响,而充足的硫供应则显著提高植 株地上部吸硫量。 表 # 不同氮硫供应水平对章丘大葱氮、硫营养状况的影响 %&’( # )**(+,- .* / %01 2 -344’5 .0 / %01 2 +.0+(0,6%,7.0 %01 34,%8(,%01 .69%07+:2 +.0+(0,6%,7.0 .* ;<%09=73 -46709 .07.0
硫水平
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(9氮水平
" (:;:(
(&&’( ) *)
氮含量
" >’7>:7?
(&, ) ,,-.)
吸氮量
" @586A:
(&, ) 5(678)
硫含量
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吸硫量
9 @586A:
(&, ) 5(678)
有机硫含量
D9 >’7>:7?
(&, ) ,,-.)
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!+ #/! E +2 /11 E !% !# E +/ 4/ E +2 #/ E +# 3+ #4! E +3 04/ E !1 !/ E +/ 13 E +3 #/ E +#
#/+ /01 E #+ %4! E %# !0 E +! 42 E +0 #! E +/ /0+ !%0 E #3 3+1 E ##+ !0 E +! 3+ E #% #! E +%
0++ #% 2% E #+ #12 E !1 !3 E +! 4/ E #0 ## E +!
!+ #/+ E #+ /2# E /1 0# E +! #++ E +% #0 E +/ 3+ #3/ E #+ 04+ E #1 0% E +0 #!# E +1 #% E +!
#/+ /0# E +2 3%/ E !# %+ E +! #!3 E ## #0 E +0 /0+ !%/ E #1 34/ E #+# %4 E +! #+2 E #1 #1 E +!
显著性分析(F"硫 9 "9 "9 !!! !!! !
氮 " !!! !!! !!! !!! "9
硫 K氮 9 K " "9 "9 !! !!! "9
!"# 氮、硫交互作用对植株含硫有机物含量的影响
不同氮硫供应水平下,章丘大葱的含硫有机物
含量变化范围为 !+#!4/!!&’( ) ,,L.,且受氮供
应水平,硫供应水平及氮与硫之间交互作用的显著
影响(图 #)。硫供应不足时,随氮供应水平提高,含
硫有机物含量显著降低,但高于 " 3+ &&’( ) *时差 异不显著。充足硫供应水平下,随氮供应水平提高 (" #%!#/+ &&’( ) *)时,大葱含硫有机物含量显 著增加,且当氮供应水平为 " #/+ &&’( ) * 时达到
最大,为 4/!!&’( ) ,,L.;而在供 " /0+ &&’( ) *时
则显著降低。
# 讨论
氮和硫的代谢紧密相关,这在很多研究中业已
证实[#/]。主要是因为氮和硫都是蛋白质的重要成
分,植物体内有机硫与总氮量的比值基本稳定。并且
植株也是按照一定的比例吸收氮和硫用于代谢的需
要。氮、硫的交互作用表现在植物氮、硫同化途径的
相互作用上。植物对硫和氮的吸收途径相似,一种养
分缺乏会抑制植物对另一养分的吸收[#!],即 9够对 "<=! D"的吸收和同化产生影响,同时 "<=! D"也
反过来对 94110期 刘松忠,等:氮、硫供应对章丘大葱生长和含硫有机物含量的影响
图 ! 不同氮、硫供应水平对章丘大葱含硫有机物含量的影响
"#%! &’’()* +’ , -./ 0 123345 +. +6-.+7124’26 )+83+2./1 +’ 9:-.;#2 136#. +.#+.
由于氮和硫是葱属蔬菜生长和含硫有机物生长
的重要元素,因此,氮和硫及其交互作用对葱属蔬菜
的影响一直是研究热点。研究认为,氮和硫及其相
互作用影响水培[!"]、沙培[!#]和基质栽培["]条件下
洋葱的生长指标和含硫有机物的生成;而在田间栽
培条件下氮硫供应也影响含硫有机物合成关键酶的
活性[!]。 本研究中,氮供应不足和过量时,抑制了地上部 生长,降低了根冠比。充足的氮素供应则促进了地 上部的生长,抑制了根系生长。这主要是由于充足 氮供应下,植株根系更容易获得氮素养分,故根系生 物量相对较小;而氮供应不足时,为维持正常生长 所需的氮素,植株通过提高根系的生物量来扩大吸 收面积;氮供应过量的情况下,则可能是氮素浓度 过高对植株根系产生伤害,从而降低其生物量[!%]。 随供氮水平提高,植株氮含量和总吸氮量显著增加。 硫对植株的硫含量、吸硫量和有机硫含量有着显著 的影响,并且在低硫或潜在缺硫时其含量显著降低, 而在硫供应充足时植株吸收的硫营养保证了植株正 常生长的需要。 充足的硫素供应也是满足大葱正常生长的前 提。但在本研究中,硫供应不足时,大葱生长则没有 受到抑制,这可能与植株处于营养生长前期有 关[!&]。从大葱进行营养生长各个时期的养分需求 特性来看,前期是养分需求量较小的时期[’(],植株 用于维持植株正常代谢的硫的需求极低,供应少量 的硫,就能满足植株的需要。但是本试验中,低硫处 理的大葱植株中,()的叶片已经出现失绿、干尖等
缺硫症状。
本研究中,氮、硫交互作用显著影响大葱的生
长、氮硫营养状况及含硫有机物含量。主要表现在
低氮、低硫及低氮高硫条件下抑制植株对氮、硫营养
的吸收,降低其含硫有机物含量;低硫高氮条件下,
也会抑制植株生长,同时也产生由于植株生长而引
起的稀释作用导致含硫有机物含量降低;充足的氮
硫养分供应促进植株生长,提高含硫有机物含量。
过量氮素供应则产生毒害作用,抑制生长,降低含硫
有机物含量。因此,充足的氮硫养分供应能够有效
的促进大葱的生长,提高其含硫有机物含量。
参 考 文 献:
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