全 文 ：园 艺 学 报 2005, 32 (4) : 648～652
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 09 - 20; 修回日期 : 2005 - 01 - 24
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30370840) ; 国家重点基础研究发展计划项目 (2002CB410806) ; 钾磷研究所和加拿大钾磷
研究所 ( PP I/PP IC) 资助项目 ; 杭州市环保局资助项目3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: linxy@hzcnc1com)
氮素形态对菠菜硝酸盐及草酸含量的影响
张英鹏 林咸永 3 章永松 都韶婷
(浙江大学环境与资源学院 , 杭州 310029)
摘 要 : 采用水培试验 , 研究了不同铵硝配比对菠菜体内硝酸盐和各形态草酸含量及分布的影响。
结果表明 , 生物量随供铵比例的增加先显著升高 , 后显著下降 , 在铵硝比为 25 /75和 50 /50时具有最高
生物量。各器官的硝酸盐含量随着供铵比例的升高而显著下降 , 叶片的草酸总量和可溶态草酸随营养液
中铵态氮比例的升高显著降低 , 而叶柄和侧根的草酸含量在铵硝比为 50 /50时最低 , 主根的草酸含量也
随铵态氮比例的增加而下降。草酸在菠菜各器官的含量为叶片 >主根 >叶柄 >侧根 , 并且叶片含量要远
远高于其它器官。菠菜体内的草酸以可溶态为主 , 除在单独供铵处理的叶片中仅占总草酸含量的 38%以
外 , 其它处理的均占草酸总量的 69%以上。可见 , 调节营养液中铵硝比例可以调控菠菜体内各形态的草
酸含量。铵硝比为 25 /75和 50 /50时不仅有利于菠菜生长 , 而且可降低菠菜体内的可溶态草酸和草酸总
量。
关键词 : 菠菜 ; 铵硝比 ; 生物量 ; 硝酸盐 ; 草酸总量 ; 可溶态草酸
中图分类号 : S 63611 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2005) 0420648205
Effects of N itrogen Form s on Con ten t and D istr ibution of N itra te and O xa la te
Form s in Sp inach Plan ts
Zhang Yingpeng, L in Xianyong3 , Zhang Yongsong, and Du Shaoting
(College of Environm ental and N atural Resource Sciences, Zhejiang U niversity, Hangzhou 310029, Ch ina)
Abstract: A hydroponic experiment was carried out to study effects of different ammonium /nitrate ratios
on content and distribution of nitrate and oxalate in sp inach. The results showed that biomass increased with
increased ammonium p roportion firstly, then decreased obviously and sp inach had the highest biomass as am2
monium /nitrate ratios were 25 /75 and 50 /50. N itrate content of different tissues decreased markedly with am2
monium p roportion increasing. Total oxalate and soluble oxalate content of leaf decreased obviously in response
to elevating ammonium p roportion, while oxalate content of petiole and lateral root was the lowest as ammoni2
um /nitrate ratio was 50 /50, oxalate content of tap root decreased with increasing ammonium p roportion, too.
D istribution of oxalate in different tissues of sp inach was uneven, and decreased in the following order: leaf >
tap root > petiole > lateral root, and oxalate content of leaf was far higher than that of other tissues. Soluble ox2
alate was p redom inant form of oxalate in sp inach, which occup ied up to more than 69% of total oxalate in the
other treatments excep t that soluble oxalate constituted 38% of total oxalate in leaves as ammonium is sole ni2
trogen resource. Therefore, ammonium /nitrate ratios of 25 /75 and 50 /50 are benefit for growth of sp inach and
can reduce soluble oxalate and total oxalate content in sp inach.
Key words: Sp inach; Ammonium nitrate ratio; B iomass; N itrate; Total oxalate; Soluble oxalate
菠菜 (Spinacia oleracea L. ) 是容易积累硝酸盐和草酸的蔬菜 , 降低菠菜体内的硝酸盐及草酸
对于提高其营养品质至关重要。硝酸盐进入人体后可还原成亚硝态氮 , 进入血液将血红蛋白中
的低铁氧化成高铁 , 使人患高铁血红蛋白症 ; 并且硝酸盐是致癌物亚硝胺的前体 , 易诱发人体
4期 张英鹏等 : 氮素形态对菠菜硝酸盐及草酸含量的影响
消化系统癌变〔1〕。而草酸则是植物体内普遍存在的一种组分。草酸在一些植物体内积累具有重
要的生理功能 , 如离子平衡、pH和渗透调节、重金属毒害的解毒效应、细胞质钙稳态的调节作
用等〔2〕。而在蔬菜作物中积累的草酸却被认为是人体的一种毒素和抗营养因子 , 并且不同形态
的草酸对人体健康影响是不同的。难溶态草酸仅仅降低菠菜体内本身的一些矿质元素 , 如钙的
有效性 , 而不会进一步影响其它食物和人体内钙的有效性 , 但草酸钙晶体易对人体消化道产生
刺激作用 , 引起不适〔2〕。而可溶态草酸能与食物中的许多矿质元素结合形成不能被肠道吸收的
难溶性盐类 , 易引起人体 Ca、 Fe、M g、Cu等矿质元素的缺乏症 , 还可增加尿草酸分泌量 , 引
起泌尿系结石 , 如肾结石〔3 , 4〕。
有研究表明 , 氮素营养是影响菠菜生长以及硝酸盐和草酸积累的一个重要因素。营养液中供
氮水平过高或在田间大量施用氮肥常导致菠菜体内积累高量的硝酸盐和草酸〔5〕。调节营养液中氮
素形态对蔬菜体内硝酸盐含量〔6〕和草酸含量都有一定的影响。氮素形态对菠菜体内草酸含量的影
响已有少量的报道〔7～8〕, 但结果不尽一致 , 而氮对菠菜体内不同形态草酸含量及其在不同器官中
分布的影响却少见报道。作者通过水培试验研究不同铵态氮和硝态氮的配比对菠菜各器官中不同
形态草酸及硝酸盐的累积特性的影响 , 旨在阐明氮素营养在调控菠菜草酸累积中的作用 , 从而为
无土栽培和田间条件下生产低草酸和低硝酸盐蔬菜 , 配制适宜的营养液配方和合理施用氮肥提供
理论依据。
1 材料与方法
供试蔬菜是当地圆叶品种 ‘多能菠菜 ’, 以 Hoagland营养液为基本营养液进行溶液培养。设
NH +4 /NO
-
3 比为 0 /100、25 /75、50 /50、75 /25、100 /0等 5个处理 , 各处理的供氮浓度控制一致 , 均
为菠菜生长较适宜的 8 mmol·L - 1〔5〕, 重复 8次。筛选籽粒饱满的种子催芽后在砂盘上育苗。待长至
4片叶子时移植至 215 L的塑料桶中 , 每桶定苗 8株 , 以 8 mmol·L - 1完全供硝态氮的 Hoagland营养
液供应 1周后 , 再用不同铵硝配比的 Hoagland营养液进行培养 , 每隔 2 d调 pH值至 515～610之间 ,
每周更换营养液 , 并补充损失的水分 , 连续通气。
生长 1个月后取样 , 称量菠菜地上部的鲜质量 , 并采集叶片、叶柄、主根与侧根 , 测定硝态氮含
量 (水杨酸法 )〔9〕及草酸总量〔10〕、可溶态草酸含量〔10〕。试验数据用 DPS软件进行统计分析。
2 结果与分析
211 不同的铵硝配比对菠菜生物量的影响
图 1表明 , 适当增加供铵比例能显著增加菠菜的产量。当供铵比例增加到 25%时 , 产量比不供
铵时显著增加 , 在供铵 50%时菠菜获得最高生物量。而当供铵比例达 75%时 , 产量显著下降 , 完全
供铵时 , 植株矮小 , 生长明显受到抑制。
212 不同铵硝配比对菠菜各器官硝酸盐含量影响
由表 1可知 , 增加铵态氮比例可显著降低菠
菜各部位的硝酸盐含量。叶片和叶柄的硝酸盐含
量随供铵比例的提高显著下降 , 铵硝比为 25 /75
和 50 /50时无显著差异 , 主根硝酸盐含量随供铵
比例的提高显著降低 , 侧根的硝酸盐除了 0 /100
和 25 /75处理无显著差异外 , 也随铵态氮比例的
升高而显著下降。此外 , 硝酸盐在各器官的分布
也是不一致的 , 叶柄的硝酸盐含量最高 , 其次是
主根和侧根 , 最后是叶片。
图 1 不同铵硝配比对菠菜生物量的影响
F ig. 1 Effects of amm on ium /n itra te ra tio on b ioma ss of sp inach
946
园 艺 学 报 32卷
213 不同铵硝配比对菠菜各器官不同形
态草酸含量的影响
21311 对叶片的影响 在植物体内草酸
主要以可溶态钠钾盐和难溶态的草酸钙、
草酸镁等形态存在 , 因此常以可溶态草酸
和草酸总量来反映草酸在植物体内的存在
形态。试验结果表明 (图 2) , 菠菜叶片
的草酸以可溶态为主 (除了单独供铵处
理占 38%外 ) , 其余占 69% ～84%。菠菜
表 1 不同铵硝配比对菠菜各部位硝酸盐含量的影响
Table 1 Effects of amm on ium /n itra te ra tio on n itra te con ten t
in d ifferen t tissues of sp inach
NH +4 /
NO -3
硝酸盐含量 N itrate content(mg/kg)
叶片 Leaf 叶柄 Petiole 主根 Tap root 侧根 Lateral root
0 /100 58216 ±5612a 134617 ±3311a 117319 ±4815a 110014 ±5213a
25 /75 50111 ±1513b 120816 ±9918b 100612 ±6215b 105815 ±9815a
50 /50 47918 ±2116b 114314 ±5119b 91612 ±6217c 91611 ±2811b
75 /25 32419 ±1410c 64311 ±3617c 50712 ±2916d 54110 ±1413c
100 /0 7112 ±011d 7617 ±610d 3913 ±015e 5714 ±413d
注 : 每列中不同字母表示差异达到 5%显著水平。
Note: D ifferent letters in columns means significant at 5% level.
叶片的可溶态草酸和草酸总量均随着铵硝比值的上升呈显著下降的趋势 , 可溶态草酸含量和草酸总量
与铵硝配比均呈显著的负相关 , 相关系数分别为 - 019873 3 和 - 019973 3 。
图 2 不同铵硝配比对菠菜叶片 ( A) 和叶柄 ( B) 草酸含量的影响
F ig. 2 Effects of amm on ium /n itra te ra tio on oxa la te con ten t in leaves ( A) and petioles ( B) of sp inach
21312 对叶柄的影响 由图 2可知 , 随着供铵比例由 0增加到 50% , 菠菜叶柄的可溶态草酸含量和
草酸总量显著下降 , 再增加供铵比例 , 则均无显著变化。在叶柄中也以可溶态草酸为主 , 占总草酸含
量的 77% ～98%。
21313 对主根的影响 由图 3可知 , 当供铵比例从 0提高到 75% , 草酸总量显著下降 ; 可溶态草酸
含量则随供铵比例由 0上升到 50%而显著下降 , 再提高供铵比例 , 可溶态草酸和草酸总量均没有显
著变化。在主根中可溶态草酸占总草酸的 77% ～97%。
图 3 不同铵硝配比对菠菜主根 ( A) 和侧根 ( B) 草酸含量的影响
F ig. 3 Effects of amm on ium /n itra te ra tio on oxa la te con ten t in tap root ( A) and la tera l root ( B) of sp inach
056
4期 张英鹏等 : 氮素形态对菠菜硝酸盐及草酸含量的影响
21314 对侧根的影响 图 3表明 , 可溶态草酸占总草酸含量的 84% ～98%。随着供铵比例由 0上升
至 50% , 可溶态草酸含量与草酸总量都显著下降 , 在铵硝比为 50 /50时 , 二者均最低 , 分别为 01858
和 01882 mg·g- 1 FM; 铵态氮比例由 50%增加到 75% , 可溶态草酸和草酸总量显著上升 , 再提高供
铵比例 , 则无显著影响。
3 讨论
尽管不同植物种类对氮素形态有不同的偏好 , 但是许多植物在单独供应铵态氮时 , 铵离子均
会对其产生一定的毒害作用〔11, 12〕。本研究的结果表明 , 单独供铵时 , 菠菜生长明显受抑 , 植株矮
小 , 其生物量显著低于其它处理 , 当铵硝比为 25 /75及 50 /50时菠菜的生物量最高 , 这可能是由
于硝态氮和和铵态氮联合供应时 , 一方面促进了细胞分裂素的合成 , 一方面降低了吸收和还原硝
态氮的能量消耗 , 并且吸收硝态氮时产生的根际碱化消除了铵态氮吸收产生的酸化〔11〕, 从而有利
于菠菜的生长。
已有不少研究表明 , 氮素形态对硝酸盐积累具有显著影响。在菠菜〔6〕和白菜〔13〕中发现硝酸盐含
量随着营养液中铵态氮比例的增加而降低。在本研究中也证实菠菜叶片、叶柄、主根及侧根的硝酸盐
含量均随着供铵比例的增加而显著降低。因此 , 通过调节营养液中硝态氮铵态氮比例在一定程度上能
够降低菠菜硝酸盐的累积。
本试验的结果表明 , 草酸在菠菜不同的器官中的分布是不均衡的 , 总的趋势是叶片 主根 叶柄侧根。Santamaria等〔14〕报道 , 菠菜叶片中的草酸含量在 21264～81164 mg·g- 1 FM之间 , 而叶柄的
含量则在 01403～31791 mg·g- 1 FM之间 , 这与我们的结果基本一致。而赵清岩等〔15〕的结果略有不
同 : 菠菜叶片草酸含量高于根茎 , 叶柄最低 , 这可能与其所采用的菠菜品种以及研究条件不同有关。
至于叶片中草酸含量远远高于其它器官 , 可能是由于叶片是植物合成草酸的重要场所〔3〕。
关于不同氮源或氮素形态配比对植物草酸含量影响的研究已有一些报道。Roughan等〔16〕在砂培
试验中发现 , 供应尿素和铵态氮时狗尾草 (Setaria sphacela ta ) 体内的草酸含量比硝态氮低得多。在
糖用甜菜中也发现 , 供应硫酸铵和硝酸铵可以降低水溶性和非水溶性草酸含量〔17〕。R inallo等〔18〕对猕
猴桃的研究也发现供应氯化铵和硝酸铵比供应硝酸钙和硝酸钾的草酸含量要低得多 , Takebe等〔19〕在
水培和土培试验中发现增加铵态氮比例和使用缓释肥料能大大降低菠菜叶片中的草酸含量。菠菜叶片
的水溶性草酸和总草酸含量随着生长基质中 NO -3 /NH +4 的比例下降而降低〔7〕, 在番杏 ( Tetragon ia tet2
ragon ioides Pallas. Kunz. )〔20〕和马齿苋〔8〕中也发现草酸含量也是随着铵态氮比例的增加显著下降。本
研究结果都与此相吻合 , 而且在适宜的供铵比例下促进了菠菜的生长。关于硝态氮素促使植物草酸含
量增加的原因可能与植物吸收较多的 NO -3 离子 , NO -3 在体内还原形成 NH3 , 引起阳离子的积累超过
阴离子 , 因此植物通过合成有机酸阴离子如草酸以保持细胞内的电荷平衡有关〔21〕。
本试验的结果表明 , 菠菜各器官的草酸形态均以可溶态的草酸为主。Jaworska等〔22〕的研究结果表
明菠菜可溶态草酸占草酸总量的 60% ～94% , 番杏的可溶态草酸占总量的 78% ～81%。而在最近的
研究中发现番杏叶片和茎中可溶态草酸占草酸总量的 69% ～98%〔23〕。Savage等〔24〕发现菠菜的可溶态
草酸可占草酸总量的 80%左右 , 而在番杏中难溶态草酸的含量则占草酸总量的 80% ～90%。由此可
见 , 不同植物和研究条件对草酸的形态有显著的影响。
综上所述 , 通过调节营养液中适当的铵态氮与硝态氮比例 (25 /75或 50 /50) 不仅可以获得较高
的菠菜产量 , 而且可以显著降低菠菜体内各器官的草酸总量和可溶态草酸含量 , 从而提高菠菜本身和
其它食物的矿质元素的生物有效性 , 并且降低人体患泌尿系结石的风险。
参考文献 :
1 沈明珠 , 翟宝杰 , 东惠茹 , 李俊国. 蔬菜硝酸盐累积的研究. Ⅰ. 不同蔬菜硝酸盐、亚硝酸盐含量评价. 园艺学报 , 1982, 9 (4) :
156
园 艺 学 报 32卷
41～48
Shen M Z, ZhaiB J, Dong H R, L i J G. Studies on nitrate accumulation in vegetable crop s: Ⅰ. Evaluation of nitrate and nitrite in different
vegetables. Acta Horticulturae Sinica, 1982, 9 (4) : 41～48 ( in Chinese)
2 Nakata P A. Advances in our understanding of calcium oxalate crystal formation and function in p lants. Plant Sci. , 2003, 164: 901～909
3 L ibert B , Francechi V R. Oxalate in crop p lants. J. Agric. Food Chem. , 1987, 35: 926～938
4 Noonan S C, Savage G P. Oxalate content of foods and its effect on humans. A sia Pacific J. Clin. Nutr. , 1999, 8 (1) : 64～74
5 张英鹏 , 徐旭军 , 林咸永 , 章永松 , 张丽苏 , 陈甜甜. 供氮水平对菠菜产量、硝酸盐和草酸累积的影响. 植物营养与肥料学报 ,
2004, 10 (5) : 494～498
Zhang Y P, Xu X J, L in X Y, Zhang Y S, Zhang L S, Chen T T. Influence of different nitrogen levels on biomass, nitrate and oxalate
accumulation in sp inach. Plant Nutr. Ferti. Sci. , 2004, 10 (5) : 494～498 ( in Chinese)
6 张春兰 , 高祖明 , 张耀栋 , 唐为民. 氮素形态和 NO -3 2N与 NH +4 2N配比对菠菜生长和品质的影响. 南京农业大学学报 , 1990, 13
(3) : 70～74
Zhang C L, Gao ZM, Zhang Y D, TangW M. The effects of different nitrogen form s and their concentration combinations on the growth and
quality of sp inach. Journal of Nanjing Agricultural University, 1990, 13 (3) : 70～74 ( in Chinese)
7 O ta K, Kagawa A. Effect of nitrogen nutrients on the oxalate content in sp inach p lants. J. Japan Soc. Hort. Sci. , 1996, 65 (2) : 327～332
8 Palaniswamy U R, B ible B B, McAvoy R J. Oxalic acid concentrations in purslane ( Portu laca oleraceae L. ) is altered by the stage of harvest
and the nitrate to ammonium ratios in hydroponics. Scientia Horticulturae, 2004, 102: 267～275
9 李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京 : 高等教育出版社 , 2000. 123～124
L i H S. The Experimental p rincip les and technique of p lant physiology and biochem istry. Beijing: H igher Education Press, 2000. 123～124
( in Chinese)
10 Baker C J L. The determ ination of oxalates in fresh p lant materials. Analyst, 1954, 77: 340～344
11 B ritto D T, Kronzucker H J. NH +4 toxicity in higher p lants: a critical review. J. Plant Physiol. , 2002, 159: 567～584
12 田霄鸿 , 李生秀 , 宋书琴. 碳酸氢根和铵态氮共同对菜豆生长及养分吸收的影响. 园艺学报 , 2002, 29 (4) : 337～342
Tian X H, L i S X, Song S Q. Effect of coexistence of bicarbonate and ammonium in nutrient solution on growth and nutrient up take of kidney
beans. Acta Horticulturae Sinica, 2002, 29 (4) : 337～342 ( in Chinese)
13 张富仓 , 康绍忠 , 李志军. 氮素形态对白菜硝酸盐累积和养分吸收的影响. 园艺学报 , 2003, 30 (1) : 93～94
Zhang F C, Kang S Z, L i Z J. Effect of nitrogen form s on nitrate accumulation and nutrient absorp tion in cabbage. Acta Horticulturae Sinica,
2003, 30 (1) : 93～94 ( in Chinese)
14 Santamaria P, Elia A, Serio F. A survey of nitrate and oxalate content in fresh vegetables. J. Sci. Food Agric. , 1999, 79: 1882～1888
15 赵清岩 , 王若菁 , 石 岭 , 赵秀花. 菠菜不同品种营养成分的研究. 内蒙古农牧学院学报 , 1994, 15 (1) : 23～26
Zhao Q Y, W ang R J, Shi L, Zhao X H. Researches on nutrient component of different sp inach varieties. Journal of InnerMongolia Institute
of Agriculture and Animal Husbandry, 1994, 15 (1) : 23～26 ( in Chinese)
16 Roughan P G, W arrington I J. Effect of nitrogen on oxalate accumulation in Setaria sphacela ta ( cv. Kazungula) . J. Sci. Food Agric. ,
1976, 27: 281～286
17 Joy K W. Accumulation of oxalate in tissues of sugar2beet, and the effect of nitrogen supp ly. Ann. Bot. , 1964, 28 (112) : 689～701
18 R inallo C, Modi G. Content of oxalate in Actin id ia deliciosa p lants grown in nutrient solutions with different nitrogen form s. B iol. Plant,
2002, 45 (1) : 137～139
19 Takebe M, Yoneyama T. Effect of ammonium2nitrogen supp ly on oxalic acid content in sp inach grown in hydroponics and fields. In: Ando T.
Plant nutrition for sustainable food p roduction and environment. Japan: Kluwer Academ ic Publishers, 1997. 957～958
20 Ahmed A K, Johnson K A. The effect of the ammonium: nitrate ratios, total nitrogen, salinity (NaCl) and calcium on the oxalate levels of
Tetragonia tetragonioides Pallas. Kunz. J. Hort. Sci. B iotech. , 2000, 75 (5) : 533～538
21 Kirkby E A, Mengel K. Ionic balance in different tissues of the tomato p lant in relation to nitrate, urea, or ammonium nutrition. Plant Physi2
ol. , 1967, 42: 6～14
22 Jaworska G, Km iecik W. Content of selected m ineral compounds, nitrates Ⅲ and Ⅴ, and oxalate in sp inach (Spinacia oleracea L. ) and New
Zealand sp inach ( Tetragonia expansa Murr. ) from sp ring and autumn growing seasons. Electronic Journal of Polish Agrucultural Universities,
Food Science and Technology, 1999, 2: 2
23 Jaworska G. Content of nitrates, nitrites, and oxalate in New Zealand sp inach. Food Chem istry, 2005, 89: 235～242
24 Savage G P, Vanhanen L, Mason S L. Effect of cooking on the soluble and insoluble oxalate content of some New Zealand foods. J. Food
Comp. Anal. , 2000, 13: 201～206
256