收稿日期：2013-05-15

基金項目：泰安市幼齡茶園間作模式與配套技術研究（20093039）

作者簡介：汪強強（1987-），男，在讀碩士研究生，主要從事茶樹生理與生態(tài)研究。E-mail： qiangwushan@163.com

*通訊作者，E-mail： lxzhang@sdau.edu.cn

摘要：以白三葉的鋪地、考拉和紫花苜蓿的金達品種為材料，采用硝、銨氮素比為1∶1的水培液測定其喜氮類型，并測定不同生育時期的硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性。結果表明，三種豆科植物均有較強的喜硝特性，與喜銨的茶樹間作具有氮素種類上的協(xié)調性。其中，以金達的總NR活性最高，GS活性最低，GS/NR值和吸氮量最小，最適宜茶園間作。

關鍵詞：豆科植物；喜氮類型；酶活性；相關性；間作適宜性

中圖分類號：S344.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）12-0052-05

氮作為生物體必需的一種營養(yǎng)元素，在自然界中主要以有機態(tài)、無機態(tài)和分子態(tài)三種形式存在^[1]，其中無機態(tài)的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物能直接吸收和利用的兩種主要氮素形態(tài)。植物的需氮特性因植物種類、品種、生育時期等而不同，而依據植物對土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的優(yōu)先吸收方式不同，可將植物分為喜銨植物和喜硝植物^[2，3]。茶樹是一種典型的喜銨耐銨植物，生產中主要施用銨態(tài)氮肥滿足其需求。但由于土壤中硝化作用會將銨態(tài)氮轉化為硝態(tài)氮，降低茶樹的氮肥利用效率，造成肥料的浪費；同時由于硝態(tài)氮離子的強酸性和易淋失特性，還可導致茶園土壤酸化、地下水污染、水體富營養(yǎng)化等嚴重的環(huán)境問題^[4]。因此，提高茶園氮素的利用率就十分必要。

為解決上述問題，國內外主要采取的措施有：在茶園施用脲酶抑制劑^[5～7]，硝化抑制劑^{[5，6，8～10]}，覆蓋秸稈等生物物料^[8]，平衡施肥^[6，11]，施用石灰等化學改良劑^{[11，12]}。但是，這些方法不但會增加農業(yè)生產成本，化學改良法還會帶來新的環(huán)境污染^[13]，不符合無公害和有機茶葉的生產要求；同時還可能造成土壤板結、抑制茶園土壤酶及微生物活性等，進而影響茶樹生長和茶葉品質。所以，選擇豆科植物與茶樹間作，進行生物改良，既可以利用豆科植物的共生固氮作用^[14]減少與茶樹爭奪氮肥的矛盾^[15]，還可利用豆科植物對硝態(tài)氮的吸收與轉化，解決土壤過度酸化和硝態(tài)氮對環(huán)境的污染，提高茶園氮素利用率。目前，在茶園中間作的豆科植物主要有大豆^[16]、花生^[17]、白三葉^[18～20]和紫花苜蓿^[21，22]等，其研究以間作作物對茶園土壤理化性狀、微域環(huán)境的溫濕度、昆蟲和天敵生物多樣性方面的影響為主，尚未見間作豆科植物與茶樹氮素協(xié)調性方面的研究報道。

為了篩選出高效利用硝態(tài)氮肥的茶園間作豆科植物，本試驗以三種豆科牧草為材料，研究其吸氮特性和不同生長發(fā)育時期氮素代謝主要酶活性，以期為茶樹合理間作和生態(tài)有機茶園建設提供一定技術和理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

三種豆科植物：白三葉—鋪地（Trifolium repens cv.PROP）、白三葉—考拉（Trifolium repens cv.CLARE）、地被型紫花苜?！疬_（Medicago sativa cv.KINDER）。

1.2試驗時間和地點

2012年4月在山東農業(yè)大學園藝試驗站茶棚茶行間（茶樹品種為福鼎大白）種植豆科植物。

1.3試驗設計和方法

1.3.1豆科植物喜氮類型的測定以三種豆科植物成株期植株為材料，水培法測定植物氮素吸收的喜好類型。每盆加入250 ml滅菌的營養(yǎng)液，以5株根系經3.5%次氯酸鈉溶液滅菌的植株（排除微生物對試驗的影響）為處理，以無植物培養(yǎng)的營養(yǎng)液為對照，重復4次，分別于0、3、6、9 d后測定營養(yǎng)液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

試驗用營養(yǎng)液為Hoagland 無氮營養(yǎng)液^{[23，24]}加NH₄NO₃并使其終濃度為0.1 g/L，以確保銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的比例為1∶1。銨態(tài)氮用靛酚藍比色法^[25]測定，硝態(tài)氮用紫外雙波長矯正法^[26]測定。

1.3.2豆科植物氮素代謝主要酶活性測定分別取苗期、成株期、開花期的豆科植物，測定其根系和葉片的硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）的活性。

硝酸還原酶活性采用活體法^[27]比色測定，取樣前先用50 mmol/L的KNO₃溶液誘導植物1 d，以促進硝酸還原酶的產生；谷氨酰胺合成酶活性采用比色法^[28]測定，以540 nm處吸光值的大小來表示。

1.4數據分析

試驗數據用Microsoft Excel 2007進行整理，采用SPSS18.0軟件進行分析，多重比較采用tukey法。并用SAS軟件進行一元線性相關性分析。

2結果與分析

2.1豆科植物喜氮特性

從圖1可以看出：三種豆科植物對硝態(tài)氮均有較強的吸收，在水培期間，水培液中硝態(tài)氮含量不斷降低，但以前3 d的下降幅度最大；而三種豆科植物對銨態(tài)氮的吸收情況明顯不同于硝態(tài)氮，在水培的前3 d，水培液中銨態(tài)氮的下降幅度明顯小于硝態(tài)氮，且隨后有小幅的上升，最終保持在一個相對穩(wěn)定的水平，且含量顯著高于硝態(tài)氮。因水培液中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮起始含量相同，由此可以看出，三種豆科植物均對硝態(tài)氮有偏好性。

從表1可以看出：三種豆科植物對硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的吸收量均為：考拉>鋪地>金達；所吸收的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的比值（簡稱硝銨比）則為：金達>鋪地>考拉。以上結果表明：在三種豆科植物中，金達具有吸氮量低和吸收硝態(tài)氮強的特點。此外，三種豆科植物的硝銨比為1.80～2.33，進一步表明了三種豆科植物對硝態(tài)氮的偏好性。

2.2豆科植物氮素代謝主要酶活性的比較

2.2.1硝酸還原酶（NR）三種豆科植物葉片和根系的總平均硝酸還原酶（NR）活性均為：金達>考拉≈鋪地，且以金達根中的NR活性明顯大于鋪地和考拉；就不同生育時期而言（圖2），除鋪地、金達葉片外，考拉葉片和三種豆科植物的根系NR活性均表現為：開花期>成株期>幼苗期。此外，在開花期，金達根中NR活性大于葉片，其L/R值為0.97，小于1；而鋪地、考拉的比值均≥1，幼苗期比值達2以上（表2）。同時，三種植物在不同生育期的L/R值變化差異較大，鋪地、考拉為逐漸減小，而金達則呈現出高-低-高的變化趨勢，由此表明：三種豆科植物中，兩種白三葉與紫花苜蓿在硝態(tài)氮代謝方面存在較大的差異。

2.2.2谷氨酰胺合成酶（GS）三種豆科植物根系和葉片的總平均谷氨酰胺合成酶（GS）活性均為：鋪地>考拉>金達。此外，同一植物葉片中的酶活性明顯高于根中的酶活性，其葉根GS活性比值（L/R）在1.13～6.00之間，其中，金達在不同時期的變化幅度最大，幼苗期最小，開花期最大（表2），且其平均L/R值與鋪地相近，卻顯著高于考拉。就生育時期而言（圖3），葉片中GS活性以開花期最高，根中GS活性除鋪地外，考拉和金達均以幼苗期活性最高。

2.2.3硝酸還原酶（NR）與谷氨酰胺合成酶（GS）活性比值以葉片和根系的GS、NR總活性比值（GS/NR）來說明植物吸收、還原和同化氮素之間的協(xié)同關系（見表2）。由表2可知，三種豆科植物在不同生育時期葉和根總GS/NR值在5.73～15.34之間，其大小為：金達<考拉<鋪地，其中根系的GS/NR值，金達僅為考拉、鋪地的1/2，差異較大，而葉片中GS/NR值，金達與考拉、鋪地的差異較小。以上結果表明：金達較鋪地、考拉具有更強的喜硝態(tài)氮特性，同時，也說明三種豆科植物吸收、還原和同化氮素之間的協(xié)同關系的優(yōu)劣為：金達>考拉>鋪地。

2.3豆科植物吸氮量與相關酶活性之間的相關性

硝態(tài)氮進入植物體后需經NR作用生成NH⁺₄，銨態(tài)氮和經硝化作用轉化的NH⁺₄都需要谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GSA/GOGAT）或谷氨酸脫氫酶（GDH）的作用同化成氨基酸。植物吸氮能力與這些酶的活性有關。由表3可知，三種豆科植物的硝態(tài)氮吸收量均與NR活性達到極顯著相關，而銨態(tài)氮吸收量僅有金達與GS活性達到極顯著相關，鋪地雖然相關性較大，但未達到顯著相關水平，這說明還存在影響鋪地GS活性的其它因素。

3結論與討論

氮素代謝主要酶活性對氮素的吸收利用至關重要。大多數植物一般主動吸收硝態(tài)氮^[29]，這與植物的NR活性密切相關，同時，自然界土壤中硝態(tài)氮的含量遠高于銨態(tài)氮。茶樹是一種典型的喜銨植物，其體內硝酸還原酶活性低，對硝態(tài)氮的同化利用率為銨態(tài)氮的1/4左右^[30]，由此帶來茶園氮素利用率低、土壤酸化和環(huán)境氮素污染的問題。由于不同植物之間存在氮素吸收特性的差異，所以可以通過間作喜硝植物來解決茶園中的上述問題。

本試驗通過對兩種白三葉（鋪地和考拉）和一種紫花苜蓿（金達）吸氮特性以及氮素代謝主要酶活性的研究，其結果表明：三種豆科植物均對硝態(tài)氮有偏好性，但以金達的硝酸還原酶（NR）活性最強，且谷氨酰胺合成酶（GS）與硝酸還原酶（NR）活性比值小，由此說明：金達的GS所需底物NH⁺₄來源于硝酸還原的比例大；此外，三種豆科植物在固氮量最大的開花期，具有最高的NR和GS活性。以上結果表明：金達與喜銨態(tài)氮肥的茶樹間作具有很好的氮素協(xié)調性，與茶樹“爭肥”的矛盾最小，同時能很好地降低茶園硝態(tài)氮含量，并解決由此帶來的土壤酸化和環(huán)境污染的問題。所以，茶園間作宜選擇金達，其次為考拉和鋪地。

此外，在生產上，宜將間作的豆科植物在開花期之后刈割或翻耕填埋在茶行中，通過氨化細菌的作用，又可將豆科植物吸收同化的氮素轉化為茶樹可吸收的銨態(tài)氮，由此構建一個茶園氮素的生態(tài)循環(huán)體系，從而起到提高氮素利用效率、保護茶園生態(tài)環(huán)境、促進茶樹生長^[20～22]和提高茶葉品質的積極作用。

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