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在农业生产中，氮素对植物生长意义重大，但过量施用易致叶菜硝酸盐累积，危害人体健康。研究人员以苋菜（Amaranthus cruentus）和芥菜（Brassica juncea）为对象，探究氮素施肥对其生长和氮代谢酶的影响。结果表明，80kg/ha 的氮素剂量最佳，对农业生产和环境保护意义深远。
在农业的大舞台上，氮素（N）可是一位 “明星” 元素，它对植物的生长发育起着至关重要的作用。从植物的茁壮成长、新陈代谢，到资源的合理分配，都离不开氮素的参与。然而，就像任何事物都有两面性一样，氮素也不例外。在现代农业中，为了追求作物的高产和高品质，人们常常大量使用氮肥。但这却带来了一系列的问题，过量的氮肥会导致土壤酸化、水体富营养化，还会让许多叶菜类蔬菜中的硝酸盐含量超标。要知道，硝酸盐在人体内可能会转化为亚硝酸盐和 N - 亚硝胺等有害物质，严重威胁着人类的健康。而且，不同的叶菜对氮素的吸收、利用和累积能力各不相同，这就使得情况更加复杂。因此，如何精准地确定植物所需的最佳氮素剂量，提高氮素的利用效率，减少硝酸盐的累积，成为了农业领域亟待解决的重要问题。
在这样的背景下，来自国内的研究人员展开了一项深入的研究。他们选择了苋菜（Amaranthus cruentus）和芥菜（Brassica juncea）这两种常见的叶菜作为研究对象，因为它们在生长过程中对氮素的反应较为典型，并且都存在硝酸盐累积的问题。研究人员的目标是比较不同氮素施肥水平对高、低硝酸盐累积型苋菜和芥菜的生长及氮代谢酶活性的影响，进而找出最适合它们生长的氮素剂量。这项研究成果发表在《Discover Plants》上，为农业生产中合理施用氮肥提供了重要的理论依据，对于保障农产品的质量安全、促进农业的可持续发展具有重要意义。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验材料方面，他们从国家植物遗传资源局（NBPGR）获取了苋菜和芥菜的种子。实验分为田间试验和盆栽试验，在田间和温室环境下分别设置不同的氮素处理组（0、40、80 和 120kg/ha），同时施加统一的磷、钾、硫和锌等基肥。在植物生长的不同阶段（预花期、花期和花后期），采集样本测定形态生理指标，如株高、根长、鲜重、干重等，还通过特定的生化分析方法测定氮代谢酶（硝酸盐还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）和谷氨酸脱氢酶（GDH））的活性。
氮素对植物生长的影响
研究发现，随着氮素施肥量的增加，苋菜和芥菜的各项生长参数都呈现出显著增加的趋势。在株高方面，低硝酸盐累积型（LNA）的苋菜品种 EC359417 和芥菜品种 Pusa bold 比高硝酸盐累积型（HNA）的植株更高，这表明 LNA 植株对氮素的转运、利用和再分配能力更强。根长的变化趋势也类似，EC359417 的根比 EC359420 更深，Pusa bold 的根比 RLM619 更长。而且，LNA 品种的地上部分鲜重和干重也更大，说明其氮同化能力更强。茎围随着植株年龄的增长和氮素施肥量的增加而增大，但在 120kg/ha 的高氮处理下，苋菜的茎围相对较小，芥菜的茎围增加不显著，而 80kg/ha 的氮素处理对茎围增长效果最佳。此外，苋菜的叶面积指数（LAI）比芥菜更高，这可能与苋菜的 C4 光合途径有关，使其单位氮素利用的叶面积更大。
氮素对氮代谢酶活性的影响
氮素施肥显著提高了所有氮代谢酶的活性，但不同酶的变化趋势有所不同。NR 活性在 LNA 品种中对氮素施肥的响应更好，且在叶片的上部分活性最高，中部次之，下部最低。NiR 活性在苋菜品种中高于芥菜品种。GS 活性在氮素施肥增加时先升高后降低，在 120kg/ha 的高氮处理下，可能由于 ATP 和 Mg2+等离子等辅助因子的缺乏或细胞内铵离子积累导致的胁迫，使其活性下降。GOGAT 和 GDH 的活性变化趋势与 GS 相似，在 80kg/ha 的氮素处理下达到较高水平，之后随着氮素剂量的增加而降低。总体而言，LNA 品种的所有氮代谢酶活性都高于 HNA 品种，表明 LNA 品种在氮素同化方面更具优势。
在结论和讨论部分，研究明确了 80kg/ha 的氮素剂量是叶菜促进氮代谢、优化生长和发挥氮同化酶最大潜力的最佳选择。这一剂量能够使硝酸盐的吸收、转运和同化达到最佳平衡，尤其在 LNA 植物中表现更为突出，提高了氮利用效率（NUE）。同时，种植 LNA 植物有利于可持续农业发展，因为它们能更有效地利用氮素，减少氮素向土壤中的流失和对环境的污染。此外，研究还指出，未来应进一步鉴定调控氮代谢的基因，筛选具有高氮吸收效率（NUpE）和氮利用效率（NUtE）的基因型，这对于改善农作物的农艺、生理和生化特性至关重要。这项研究为农业生产中的氮肥合理施用提供了科学依据，有助于减少肥料浪费和环境污染，保障农产品的质量和安全，推动农业向可持续发展的方向迈进。
