氮素形态配比对桔梗硝酸盐和亚硝酸盐动态积累及营养品质的影响

段云晶，王康才，李　柯，牛灵慧

氮素形态配比对桔梗硝酸盐和亚硝酸盐动态积累及营养品质的影响

段云晶，王康才*，李柯，牛灵慧

(南京农业大学 园艺学院，南京 210095)

摘要:以桔梗(Platycodon grandiflorum)为试验材料，通过盆栽试验研究了等氮条件下6种氮素形态及铵硝氮配比-N=100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100、CO(NH2)2)对桔梗根中硝酸盐、亚硝酸盐动态积累以及营养、药用品质的影响。结果显示：(1)桔梗根中硝酸盐及亚硝酸盐积累量以铵硝比为25∶75处理下最低；硝酸盐积累量随栽培时间的增长呈上升趋势，尤其在10月采收时显著增加，亚硝酸盐变化趋势则与之相反。(2)桔梗根中Vc含量在全硝态氮处理下最高，可溶性多糖含量在铵硝比为50∶50处理下最高，而可溶性蛋白及总游离氨基酸含量均在铵硝比为75∶25处理下达到最大值。(3)桔梗根中N、Cu、Mn、Zn积累量在酰胺态氮处理下最高，其Fe、Mg、Cu积累量在铵硝比为75∶25处理下最大。(4)桔梗根中总黄酮含量随营养液中硝态氮比例增加而呈下降趋势，并在酰胺态氮处理下达到最大；桔梗多糖及桔梗总皂苷含量均在铵硝比为25∶75处理下有最大值。研究发现，在铵硝比为25∶75处理下，桔梗根中硝酸盐及亚硝酸盐含量最低，桔梗多糖及总皂苷积累量最高，且Vc、游离氨基酸等品质指标含量也较高，有利于桔梗品质的提升；由于10月采收时桔梗根中硝酸盐含量显著增高，桔梗采收前不宜大量追施氮肥。

关键词:桔梗；氮素形态；硝酸盐；亚硝酸盐；品质

桔梗(Platycodongrandiflorum)为桔梗科桔梗属植物，别名铃铛花、包袱花、道拉基等，以根入药，具有宣肺、利咽祛痰、排脓等功效，是中国传统大宗中药材之一。桔梗也是一种特色蔬菜，尤其在朝鲜、韩国，桔梗幼嫩茎叶及根可作蔬菜，是传统的民族特色食品，市场需求很大，目前中国东北地区也开始食用。另外，桔梗根还可以做成罐头、饮料、桔梗脯等。

近年来，在蔬菜栽培研究中，氮肥合理使用及硝酸盐累积控制受到人们重视。在实际生产中，化肥过量施用普遍存在，从而导致作物体内硝酸盐累积，肥料利用率下降，土壤理化性质变差，引起一系列影响生态环境和人类健康的问题[1-2]。尤其是根类植物，极易富集硝酸盐[3]。科学研究发现，人体内摄取的硝酸盐有70%～85%来自于食用蔬菜[4]，硝酸盐进入人体后经功能微生物代谢为亚硝酸盐，亚硝酸盐进入血液后，会与血红蛋白强有力地结合，使其失去携氧能力；亚硝酸盐还是强致癌物亚硝胺的前体，可诱发消化系统癌变[5]。氮肥使用对植物中硝酸盐的积累有直接影响，有研究表明氮素形态组合及配比影响蔬菜硝酸盐含量，硝态氮和铵态氮并用，既可降低硝酸盐，又使蔬菜生长良好[6]。不同氮素形态影响不同植物对氮的吸收利用，进而通过碳氮代谢过程影响其产量与品质。为此，结合目前桔梗药用及蔬菜产品的要求，本试验研究了不同氮素形态及配比处理对桔梗栽培过程中根部硝酸盐、亚硝酸盐的动态积累、品质指标及次生代谢产物含量的影响，以期为桔梗氮肥的合理施用提供依据。

1材料和方法

1.1材料培养及处理

以产自山东淄博的一年生桔梗种苗为供试材料，经南京农业大学王康才教授鉴定为桔梗科桔梗(Platycodongrandiflorum)。于2014年3月选择形态大小一致、无病虫害的种苗在南京农业大学内进行盆栽试验。盆高29 cm，直径26 cm，每盆装基质重986 g，栽培基质由蛭石和珍珠岩按照5∶1混合而成。每盆种10株，栽种时将种苗根部上端稍露出基质表面约1 cm左右，栽种后置于校内日光温室内。植物生长所需大量元素采用霍格兰营养液供给，微量元素以阿农营养液供给，基本营养液pH 6.0。所用试剂均为分析纯(AR)。生长期间管理措施一致。

1.2测定项目及方法

分别于6、7、9、10月中旬采集桔梗根部鲜样测定硝酸盐及亚硝酸盐含量，10月中旬桔梗收获，取一部分鲜样测定生理指标，剩余样品则烘干打粉进行营养元素含量测定。硝酸盐含量采用水杨酸-硫酸法测定；可溶性多糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；游离氨基酸总量采用茚三酮显色法测定；Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[7]；亚硝酸盐含量采用国家标准GB5009.33-2010中的测定方法[8]；N、Ca、Fe、Mg、Cu、Mn、Zn含量用H2SO4-H2O2联合消煮法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定；总黄酮含量测定采用铝盐比色法[9]；总皂苷含量采用香草醛-硫酸比色法测定[10]；桔梗多糖含量采用苯酚-硫酸法[11]测定。

1.3数据处理

试验数据采用Excel 2003和SPSS 13.0软件进行统计分析，LSD法检验差异显著性。

2结果与分析

2.1氮素形态及配比对桔梗根中硝酸盐和亚硝酸盐积累的影响

2.1.2亚硝酸盐积累氮素形态对桔梗根中亚硝酸盐的积累影响较显著(表2)。其中，各处理根中亚硝酸盐含量在6、7月份时变化趋势一致，并以铵硝比50∶50处理下最高，其次为全硝、全铵处理，而铵硝比25∶75处理最低；在9、10月份时，酰胺态氮处理根中亚硝酸盐含量最高，其次为铵硝比75∶25处理和全铵处理，而铵硝比25∶75处理的亚硝酸盐含量最低，其较酰胺态氮、全铵、全硝处理分别降低了57.67%、52.41%、34.29%。同时，与硝酸盐积累趋势相反，各处理根中亚硝酸盐积累随栽培时间的延长基本呈下降趋势。除酰胺态氮处理外，其他铵硝比处理根中亚硝酸盐含量在9月有显著下降趋势，但在10月采收期全铵以及铵硝比为75∶25和50∶50处理亚硝酸盐含量有回升趋势，且在整个桔梗生长过程中全铵及酰胺态氮处理桔梗根中亚硝酸盐含量均较高，说明铵态氮处理下桔梗根中亚硝酸盐的还原减缓。

表1　氮素形态及配比对桔梗根中硝酸盐积累的影响

注：同列数据后不同字母表示处理间在0.05水平存在显著性差异；下同。

Note: The different letters after data in the same column mean significant difference among treatments at 0.05 level;The same as follows.

表2　氮素形态及其配比对桔梗根中亚硝酸盐积累的影响

表3　氮素形态及其配比对桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白、游离氨基酸及Vc含量的影响

2.2氮素形态及配比对桔梗根中营养品质的影响

由表3可看出，铵态氮较有利于桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白及游离氨基酸的积累。其中，桔梗根中可溶性多糖含量在铵硝比50∶50、全铵处理下显著高于其他处理，其次为铵硝比25∶75处理，全硝处理最低；铵硝比50∶50处理下根中可溶性多糖含量分别为全铵、全硝及酰胺态氮处理的1.04、1.81、1.65倍。同时，桔梗根中可溶性蛋白含量在铵硝比75∶25处理下最高，其次为全铵处理，全硝及酰胺态氮处理最低；铵硝比75∶25处理可溶性蛋白含量分别较全铵、全硝及酰胺态氮处理提高了25.42%、97.03%、98.79%。再次，氮素形态对桔梗根中游离氨基酸总量影响不明显；相比较而言，铵硝比75∶25、全铵处理下游离氨基酸总量最大，其次为铵硝比25∶75、全硝及酰胺态氮处理， 铵硝比50∶50处理含量最低。另外，桔梗根中Vc含量在全硝处理下最高；而在酰胺态氮及铵硝比50∶50处理下最低，分别较最高值降低了40.24%、35.78%；铵硝比25∶75、75∶25处理的Vc含量仅次于全硝处理，三者无明显差异，说明硝态氮较有利于桔梗根中Vc的积累。

2.3氮素形态及配比对桔梗根中含氮量及矿质元素积累量的影响

由表4可见，桔梗根中氮素(N)积累量随营养液中硝态氮比例的增加而呈先上升后下降再上升趋势，并以酰胺态氮处理桔梗根部氮素积累量最高，铵硝比75∶25处理次之，铵硝比50∶50处理最低。桔梗根中Ca、Fe、Mg元素积累量表现出与氮素积累量一致的变化趋势。其中，桔梗根中Ca的积累量在全硝处理下最大，铵硝比25∶75处理次之，这可能与硝态氮供氮物质有关；桔梗根中Fe含量在铵硝比75∶25处理有最大值，其次为酰胺态氮、全硝处理，且三者间差异显著；桔梗根中Mg积累量在全硝、铵硝比75∶25处理下较高，其次为酰胺态处理、铵硝比25∶75处理。另外，相比较而言，桔梗根中Cu、Mn、Zn元素积累量较少。其中，Cu元素积累量在铵硝比75∶25及酰胺态氮处理下有最大值(0.018 2 mg/株)，铵硝比25∶75处理次之；桔梗根中Mn含量随营养液中硝态氮比例增加而呈下降趋势，酰胺态氮处理最高，全铵处理次之，全硝处理最低；而桔梗根中Zn含量在酰胺态氮处理下最高，其次为铵硝比5∶75处理，说明酰胺态氮较有利于桔梗根中营养元素的积累。

表4　氮素形态及其配比对桔梗根中N、Ca、Fe、Mg、Cu、Mn、Zn积累量的影响

表5　氮素形态及其配比对桔梗根中桔梗多糖、总皂苷及总黄酮含量的影响

2.4氮素形态及配比对桔梗根中总黄酮、总皂苷及桔梗多糖含量的影响

氮素形态对桔梗根中总黄酮、总皂苷及桔梗多糖含量影响较大(表5)。其中，桔梗根中多糖含量在铵硝比25∶75、全铵及酰胺态氮处理下显著高于其他3组处理，分别为15.03、14.37、14.06 mg·g-1，但三者无显著差异；铵硝比50∶50处理下桔梗多糖含量最低，较最高值显著降低了38.52%。桔梗根中总皂苷含量在铵硝比25∶75处理下最高(19.50 mg·g-1)且显著高于其他处理，全硝、铵硝比25∶75处理次之，铵硝比50∶50、酰胺态氮处理最低，较处理最高值分别显著降低了49.08%、47.08%。桔梗根中总黄酮含量在酰胺态氮处理下达到最大值，但与全铵处理差异不显著；不同氮素形态配比处理中总黄酮含量随着硝态氮比例的增加而降低，全硝处理下最低，说明铵态氮较有利于桔梗根中总黄酮的积累。

3讨论与结论

3.1氮素形态与桔梗根中硝酸盐、亚硝酸盐动态积累的关系

硝酸盐、亚硝酸盐是衡量蔬菜安全品质的重要指标。世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)1973年规定硝酸盐、亚硝酸盐的ADI值(日允许摄入量)分别为3.6 mg·kg-1·d-1、0.13 mg·kg-1·d-1。按中国人的平均体重60 kg计，则硝酸盐、亚硝酸盐日允许量分别为216和7.8 mg，若以人均日食菜量0.5 kg鲜重计，则蔬菜的硝酸盐、亚硝酸盐允许量分别为432和15.6 mg·kg-1，其中蔬菜经过盐渍、煮熟后硝酸盐含量分别减少45%、70%，依次折算，则硝酸盐限量可分别扩大为785和1 440 mg·kg-1，而人体中毒的硝酸盐浓度限量为3 099 mg·kg-1[12]。根据WHO规定，中国制定的蔬菜硝酸盐限量标准为：一级标准432 mg·kg-1(生食允许)、二级标准785 mg·kg-1(生食不宜)、三级标准1234 mg·kg-1(生食、盐渍不宜)、四级标准3 100 mg·kg-1(生食、盐渍、熟食均不宜)[13]。中国对食品中亚硝酸盐限量卫生标准(GB18406.1-2001)规定，新鲜蔬菜中亚硝酸盐(以NaNO2计)含量应≤4 mg·kg-1。本试验中桔梗根中硝酸盐、亚硝酸盐含量最高分别达25.52和1.63 mg·kg-1鲜重，远低于国家规定的限量标准。但由于营养液供氮量与田间大规模栽培施肥量存在较大差距，考虑到亚硝酸盐对人体危害较大，因此田间栽培时还需科学施肥，尽量降低桔梗根中亚硝酸盐含量。

3.2氮素形态与桔梗营养品质及次生代谢的关系

蔬菜营养品质包括维生素、纤维素、氨基酸、糖分、蛋白质及矿质元素等因子。不同氮素形态处理下桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白及游离氨基酸含量差异是氮素形态影响桔梗碳氮代谢的具体表现。本试验研究结果表明，桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白及游离氨基酸含量均随营养液中硝态氮比例的增加而呈先上升后下降趋势，三者含量均在全铵处理下三者含量均较高，说明铵态氮有利于桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白及游离氨基酸的积累，这与汪建飞等[15]、王华静等[18]在菠菜和小白菜上的研究结果一致。其原因可能是硝态氮被吸收后需进行还原消耗能量，而铵态氮被吸收后在根部直接进行氮素同化，合成含氮有机物，从而提高可溶性蛋白及游离氨基酸含量；另一方面根部的氨基酸可经转氨作用形成有机酸，从而为多种碳氮代谢提供碳架，提高可溶性多糖含量[18]。Vc作为人体必需营养物质，但人体内不能合成，需要从蔬菜和水果中摄取，且Vc可以阻断N-亚硝基化合物的合成，具有抗癌作用。本试验研究发现，桔梗根中Vc含量在全硝处理下最高，铵硝比25∶75处理次之，酰胺态氮处理最低，说明硝态氮较有利于Vc的积累，而铵态氮及酰胺态氮对Vc含量影响不明显，这与田霄鸿等[19]在莴苣上的研究结果一致。

另外，总黄酮、总皂苷及多糖等次生代谢产物是桔梗药用品质的表现。本研究结果表明桔梗根中桔梗多糖含量以铵硝比25∶75处理最高，其次为全铵及酰胺态氮处理，三者无显著差异；同时，铵硝比25∶75处理下桔梗总皂苷含量达到最高，说明适当的氮素形态配比能有效提高桔梗根中桔梗多糖及总皂苷的含量。根据C/N平衡假说，植物体内碳水化合含量升高可使植物的含氮量相对下降，引起非结构碳水化合物过剩，从而促进萜类物质的合成[20]。桔梗皂苷属于三萜类化合物，铵硝比25∶75及全硝处理下桔梗总皂苷含量较高，可能是由于氮素积累量相对降低，促进了桔梗皂苷的积累。另外，桔梗根中总黄酮含量随营养液中硝态氮比例的增加呈下降趋势，并以酰胺态处理最高，全铵处理次之，说明铵态氮较有利于桔梗根中总黄酮的积累。这可能与黄酮类化合物在植物体内合成代谢的起初源为光合产物[21]，而铵态氮较有利于桔梗根中可溶性多糖、可溶性蛋白及氨基酸等光合产物积累有关。

综上所述，适当的氮素形态配比有利于桔梗根中硝酸盐、亚硝酸含量的降低及相关食用、药用品质的提升；酰胺态氮较有利于桔梗根中营养元素的积累；铵硝比25∶75处理下桔梗根中硝酸盐及亚硝酸盐含量最低，而桔梗多糖及总皂苷积累量高，且Vc等品质指标含量也较高，有利于桔梗品质的提升。同时，根据桔梗栽培过程中硝酸盐的动态积累变化特征，桔梗采收前不宜大量追施氮肥。

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(编辑:裴阿卫)

Nitrate and Nitrite Accumulation and Nutritional Quality ofPlatycodongrandiflorumwith Different Nitrogen Forms and Ratios

DUAN Yunjing，WANG Kangcai*，LI Ke，NIU Linghui

(College of Horticulture，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

Abstract:The pot culture experiment was conducted to study the effect of different nitrogen forms and ratios on the nitrate and nitrite accumulation and quality of Platycodon grandiflorum. The results showed that:(1) When -N was 25∶75, the contents of nitrate and nitrite reached their minimum values.The nitrate accumulation increased constantly during the cultivation process of P. grandiflorum.In contrast，while the nitrite accumulation decreased during the cultivation process of P. grandiflorum.(2) The content of Vc was the highest at the -N ratio of 0∶100. And the contents of soluble protein, amino acids,Fe,Mg,Cu were the highest at the -N ratio of 75∶25.(3) The contents of N,Cu,Mn and Zn had their maximum values under amide-nitrogen treatment.(4) The total flavonoids content decreased with the increasing of -N. At the -N ratio of 25∶75, the platycodin contents and polysaccharide contents of P. grandiflorum reached its maximum values. Studies had shown that: proper application of different nitrogen forms decreased the nitrate and nitrite contents and increased the quality of P. grandiflorum and the best treatment was the -N ratio of 25∶75. It was worth noting that nitrogen fertilizers should not be used before the harvest time of P. grandiflorum.

Key words:Platycodon grandiflorum; different nitrogen forms; nitrate; nitrite;quality

文章编号:1000-4025(2016)04-0738-07

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.04.0738

收稿日期:2015-12-28;修改稿收到日期:2016-04-05

基金项目:工信部桔梗规范化与规模化生产基地建设(2012)

作者简介:段云晶(1991-)，女，在读硕士研究生，主要从事药用植物栽培生理与质量分析研究。E-mail:2014804168@njau.edu.cn *通信作者:王康才，教授，硕士生导师，主要从事药用植物栽培与生理方面的研究。E-mail:wangkc@njau.edu.cn

中图分类号:Q945.79;Q753

文献标志码:A