铵硝氮素比例影响辣椒生长与果实代谢的机理研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:jxhxf0
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铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)是高等植物可直接从农业生态系统中吸收的两种无机氮素,当铵硝氮素以适宜比例供应时,许多物种的最佳生长得以实现,但目前对于NH4+:NO3-(A:N)比值如何影响辣椒植株生长及果实代谢的研究甚少。本研究以我国设施蔬菜广泛栽培的‘陇椒5号’(Capsicum annuum L)辣椒品种为材料进行盆栽试验,在等量氮素条件下设置0:100、12.5:87.5、25:75、37.5:62.5、50:50五个铵硝比例(A:N),确定了不同氮源与比例对辣椒植株生长、氮代谢、光合能力、果实品质的影响,并从代谢组及转录组水平研究辣椒果实代谢物组成及铵态氮引起果实代谢成份变化的内在机理。试验主要取得以下结论:(1)施用适宜铵硝比氮素可促进辣椒植株生长。当A:N为25:75时,显著促进植株地上部与地下部干物质量,增加根长、根表面积、根系体积和根尖数,提高氮(N)、磷(P)、钾(K)元素积累量。硝酸还原酶(NR)与亚硝酸还原酶(NiR)活性随硝态氮施用量的减少而降低,谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性以及其基因相对表达水平在施用A:N=25:75时均得以促进。因此,施用适宜铵硝比(A:N=25:75)可促进辣椒根系发育,激活铵同化相关酶活性,提高氮磷钾积累能力,促进辣椒植株的生长。(2)适宜铵硝比通过优化叶绿体超微结构和卡尔文循环酶活性提高辣椒的光合能力。铵硝比为25:75显著增加了辣椒叶面积和叶绿素a含量,优化了叶绿体的类囊体片层结构,显著提高实际光化学效率(YII)、光化学猝灭(qP)和最大光合速率(Pm);25%和37.5%NH4+-N有利于提高植株净光合速率。0:100和50:50铵硝比处理导致较高的非光化学猝灭(NPQ)值;50%NH4+-N对植株生长后期叶片最大光化学效率(Fv/Fm)有抑制作用。与全硝态氮处理(A:N=0:100)相比,12.5-50%的NH4+-N促进了Rubisco、1,6-二磷酸果糖酶(FBPase)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)活性及其对应基因的相对表达水平。(3)适宜铵硝比可改善辣椒果实品质并通过GOGAT-GS循环调节辣椒素类物质的合成。与全硝态氮处理相比,A:N为25:75与37.5:62.5均可提高辣椒单株产量、果肩宽与果长;铵硝比25:75可提高辣椒单果重,维生素C、可溶性蛋白、总酚及类黄酮含量;供应两种形态氮素有利于可溶性糖的积累。与全硝态氮相比,25-50%铵态氮可显著降低辣椒果实硝酸盐含量。经液相色谱-质谱联用(LC-MS)非靶向代谢组分析共得到果实中215种代谢成份,其中氮素形态处理间有25种差异代谢成份。施用铵态氮可上调苯丙氨酸裂解酶(PAL)以及碳水化合物丰度如?±-乳糖和蔗糖。当A:N=25:75时上调了辣椒果肉中抗坏血酸、胎座中氨基酸类物质及辣椒素类物质等代谢成份。果实中GS、GOGAT活性及其相对应的基因表达水平都受到氮素形态比例的影响,与辣椒素、二氢辣椒素含量,辣椒素合成酶,及辣椒素合成结构基因酰基转移酶3(AT3)和酰基-ACP硫酯酶(FatA)的相对表达水平呈显著正相关。(4)转录组学分析表明施用铵态氮可显著调节辣椒果实的代谢过程。在0:100 vs.25:75、0:100 vs.50:50、25:75 vs.50:50三个对比组分别筛选到557、874、1189条差异表达基因,经GO功能注释发现,其差异基因均显著富集在分子功能条目中的代谢过程、生物过程条目中的催化活性,以及细胞组分条目中的细胞与细胞部分。KEGG富集分析表明,次级代谢物与氨基酸的合成与代谢显著受到铵态氮的调节。25%铵态氮引起的上调基因显著富集到玉米素生物合成、甜菜红碱生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢通路;50%铵态氮引起的上调基因显著富集到玉米素生物合成、倍半萜和三萜生物合成通路;施用铵态氮引起的上调基因还注释到丙氨酸,天门冬氨酸和谷氨酸代谢等通路。此外,25%铵态氮通过激活植物信号转导对话机制,提高了植物对环境信息的处理能力。
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