施氮量对黑芝麻氮代谢特征•产量及品质的影响

摘要 为阐明氮肥用量对黑芝麻氮代谢特征、产量及品质的影响，采用大田随机区组设计，以黑芝麻品种冀9014为试验材料，设置0（CK）、60、120、180 kg/hm2 4个施氮水平，对4个施氮水平下黑芝麻叶片氮代谢特征、产量及品质性状进行分析。结果表明，施用氮肥可增强黑芝麻叶片氮代谢关键酶活性，提高叶片游离氨基酸、可溶性蛋白、全氮含量和产量，改善品质。其中，以施氮处理120 kg/hm2效果最佳，硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性显著高于其他处理;籽粒产量为1 140.8 kg/hm 较施氮处理0（CK）、60、180 kg/hm2分别提高121.1%、35.6%、19.0%;籽粒蛋白质含量为25.41%，较施氮处理0（CK）、60、180 kg/hm2分别提高31.7%、21.3%、4.0%;粗脂肪含量为51.7%，较施氮处理0（CK）、60、180 kg/hm2分别提高6.5%、2.2%、1.4%。相关分析结果显示，黑芝麻叶片氮代谢指标与产量、籽粒蛋白含量和粗脂肪含量总体上呈显著或极显著正相关。可见，施氮处理120 kg/hm2通过对黑芝麻叶片氮代谢、单株蒴数及千粒质量的调控，显著提高黑芝麻籽粒产量、籽粒蛋白质和粗脂肪含量，改善籽粒品质。

关键词 黑芝麻;施氮量;氮代谢;产量;品质

中图分类号 S565.3文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）19-0151-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.19.037

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Different Nitrogen Levels on Characteristics of Nitrogen Metabolism， Yield and Quality in Black Sesame

WANG Long，LI Chun-ming，ZHANG Hai-yang et al

（Sesame Research Center， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou，Henan450002）

Abstract In order to determine the appropriate amount of nitrogen fertilizer to increase the yield and improve the quality of summer sesame， Ji 9014， a black sesame variety， was used as the experimental material，and 4 nitrogen supply levels of 0 （CK）， 60，120 and 180 kg/hm2 were set to analyze the effects of different nitrogen levels on characteristics nitrogen metabolism， yield and quality of sesame. The results showed that application of nitrogen fertilizer could enhance the activities of key enzymes of nitrogen metabolism in black sesame leaves， increase the contents of free amino acids， soluble proteins， total nitrogen and yield， and improve the quality of black sesame. Among them， the effect of nitrogen application level of 120 kg/hm2 was the best， and the activities of nitrate reductase （NR） and glutamine synthetase （GS） were significantly higher than those of other treatments. The yield of nitrogen application level of 120 kg/hm2 was 1 140.8 kg/hmcompared with the nitrogen application levels of 0（CK）， 60 and 180 kg/hmthe yield increased by 121.1%， 35.6%， 19.0% respectively. The grain protein contents of nitrogen application level of 120 kg/hm2 was 25.41%， compared with the nitrogen application levels of 0（CK）， 60 and 180 kg/hmthe grain protein content improved by 31.7%， 21.3%， 4.0% respectively. The grain oil contents of nitrogen application level of 120 kg/hm2 was 51.70%， compared with the nitrogen application levels of 0（CK）， 60 and 180 kg/hmthe grain oil content increased by 6.5%， 2.2%， 1.4% respectively. Correlation analysis showed that the indexes of nitrogen metabolism in sesame leaves were significantly or very significantly positively correlated with yield， grain protein content and oil content as a whole. In conclusion， the nitrogen application level of 120 kg/hm2 significantly increased the yield， grain protein and oil contents， and improved the quality of sesame by regulating the nitrogen metabolism in leaves， the number of capsules per plant and the thousand-grain weight.

Key words Black sesame;Nitrogen application level;Nitrogen metabolism;Yield;Quality

黑芝麻（Semen sesami Nigrum）历来被认为是保健养生的佳品，属于药食同源的物品，具有独特的营养保健价值[1]。我国医药学家陶弘景曾以“八谷之中，唯此为良”评价黑芝麻。目前，以黑芝麻为原料的保健食品种类越来越多，黑芝麻生产已经引起人们的广泛关注[2]。

氮肥是限制黑芝麻产量和品质形成的重要因子之一，施用氮肥对提高黑芝麻产量和改善品质具有重要作用[3]。在芝麻生产中，施氮量一般在120 kg/hm2以上，但氮肥利用率仅为17.8%～32.5%，远低于欧美等发达国家50%～70%的平均水平[4-5]。研究认为，适量增施氮肥可显著提高作物产量，但过多施氮不但增加生产成本，而且易导致面源污染及土壤酸化等环境问题[6]。在无机氮转化为有机氮的过程中，植物体内的谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）和硝酸还原酶（NR）等氮代谢关键酶起重要作用，直接影响植物对氮素的代谢吸收和利用[7]。研究表明，氮代谢关键酶活性与白芝麻[8]、玉米[9]、小麦[10]、甜菜[11]、饲用苎麻[12]等多种作物的氮素利用效率密切相关。有关施氮量对芝麻产量和品质形成影响的研究较多[13-16]。李春明等[17]从黑芝麻冠层结构特性入手，结合经济效益分析，认为黑芝麻经济效益最佳施氮量为133.01 kg/hm2。而施氮量对黑芝麻氮代谢物质及关键酶活性的影响研究尚未见报道。鉴于此，笔者以优质黑芝麻品种冀9014为材料，研究不同施氮量对黑芝麻氮代谢关键酶活性及氮代谢物质变化、产量和品质的影响，以明确黑芝麻的氮肥施用效应，为氮肥科学施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在河南省农业科学院芝麻研究中心平舆试验基地（14°70′99.57″E，32°97′74.38″N）进行。前茬作物为小麦。供试土壤全氮659 mg/kg，速效氮77.28 mg/kg，速效磷21.18 mg/kg，速效钾116.52 mg/kg。供试品种为冀9014。

1.2 试验设计 试验设置N0（0 kg/hm CK）、N1（60 kg/hm2）、N2（120 kg/hm2）、N3（180 kg/hm2）4个施氮处理（纯氮），单因素随机区组设计，3次重复，6行区，行长5 m，行距0.4 m，小区面积12 m2。磷、钾肥按P2O5 100 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2施用。供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）和氯化钾（含K2O 60%）。磷肥和钾肥全部基施，氮肥50%基施，50%于现蕾期结合灌溉追施。处理间设0.5 m走道，四周设保护行。6月13日播种，9月12日收获，全生育期92 d。种植密度为15万株/hm 其他管理同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 氮代谢关键酶活性。在芝麻苗期、现蕾期、初花期、盛花期和终花期于晴天09：00—10：00分别选择长势一致的植株，取第2片（自上而下）完全展开的功能叶片，测定硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）活性。采用活体磺胺比色法测定NR活性[18]。同时，测定GS活性[7]和GOGAT活性[9]。

1.3.2 氮代谢指标。对“1.3.1”取得的叶片样品，按照李合生[18]的方法分别测定游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量;并将部分样品在105 ℃下杀青20 min，于80 ℃下烘干，粉碎，采用半微量凯氏定氮法测定叶片全氮含量。

1.3.3 产量和产量构成因素。成熟前每小区测定1 m双行植株进行考种，折算出单位面积蒴数、蒴粒数，并测定千粒质量。以小区为单位实收，换算出单位面积产量（kg/hm2）。

1.3.4 籽粒蛋白质、粗脂肪含量。蛋白质含量测定参照GB/T 4489.2—2008;粗脂肪含量测定参照GB/T 5512—2008。

1.4 数据处理 用Excel 2013进行数据处理，用SPSS 17.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对黑芝麻叶片硝酸还原酶活性的影响

由图1可知，施用氮肥总体上显著提高各生育时期黑芝麻叶片的NR活性。各施氮处理下，黑芝麻叶片NR活性均随生育时期后移呈先升后降的趋势，在现蕾期最强，终花期活性最弱。在各生育时期，芝麻叶片NR随施氮水平增加呈先升后降趋势，以施氮处理N2最强，均显著高于其他处理，除终花期，其他生育时期差异均达极显著水平。

2.2 施氮量对黑芝麻叶片谷氨酰胺合成酶活性的影响 由图2可知，施用氮肥总体上显著提高各生育时期黑芝麻叶片的GS活性。各施氮处理下，黑芝麻叶片GS活性均随生育时期推进呈先升高后降低趋势，在初花期最强，终花期最弱。在各生育时期，黑芝麻叶片GS活性均随施氮量的增加呈先升后降趋势，以施氮处理N2最强，尤其在初花期和盛花期，N2的GS活性较N0、N1、N3分别提高34.8%、32.2%、23.7%和65.2%、30.7%、18.3%，差异均达极显著水平。

2.3 施氮量对黑芝麻叶片谷氨酸合成酶活性的影响

从图3可以看出，施用氮肥明显提高各生育时期黑芝麻叶片的GOGAT活性。各施氮处理下，黑芝麻叶片GOGAT活性均随生育时期后移呈先升高后降低趋势，在盛花期最强，苗期最弱。在各生育时期，黑芝麻叶片GOGAT活性均随施氮量的增加呈先升后降趋势，以N2最强，尤其在初花期，N2的GOGAT活性较N0、N1、N3分别提高20.4%、28.5%、11.5%，差异均达极显著水平。

2.4 施氮量对黑芝麻叶片游离氨基酸含量的影响