氮营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机理研究

草酸是一种植物体内普遍存在的成分，具有调节钙离子平衡、抵御各种生物和非生物胁迫等功能，但它又是蔬菜等植物性食品中的一种毒素和抗营养成分，长期食用高草酸蔬菜易导致钙镁缺乏症和肾结石等疾病。因此，降低草酸含量对于提高蔬菜的营养价值具有重要意义。菠菜是一种典型的草酸积累型蔬菜，氮营养是影响其草酸积累的重要因素。关于氮对蔬菜草酸积累的影响已有一些研究，但其机理尚不完全清楚，尤其是氮营养对不同基因型草酸积累的影响机制还少见报道。本项目以草酸积累明显差异的2个菠菜基因型为材料，在研究不同供氮水平和形态下菠菜草酸积累的基因型差异及其机制的基础上，采用氮吸收动力学、草酸合成前体物、硝酸还原酶和光呼吸抑制剂等试验，进一步研究氮素营养影响不同基因型草酸积累的途径及其机制，从而揭示氮营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机理，为采用遗传育种和氮营养管理相结合的方法生产优质低草酸菠菜提供理论依据。

草酸普遍存在于植物体内，具有调节钙离子平衡、抵御各种生物和非生物胁迫等功能，但它又是蔬菜等植物性食品的抗营养成分，长期食用富含草酸的蔬菜不仅降低钙、镁和微量元素的有效性，而且增加人体患肾结石等疾病的风险。因此，阐明植物体内草酸代谢过程及调控机理，并采取适宜的措施降低草酸含量对于提高蔬菜的营养价值具有重要意义。菠菜是典型的草酸积累型蔬菜，氮营养是影响其草酸积累的重要因素。以往关于氮对蔬菜草酸积累的影响已有一些研究，但其机理尚不完全清楚。本项目以草酸积累有显著差异的2个菠菜基因型为材料，按照计划研究了氮素营养对不同菠菜基因型草酸积累的影响及其机理。结果表明：① 我国当前普遍种植的31个菠菜主栽品种对草酸的积累具有显著的基因型差异，高积累品种草酸含量比低积累品种高1.2倍；② 在氮素短期吸收动力学试验中，2个菠菜基因型叶片草酸含量和硝态氮吸收速率均随着溶液硝态氮浓度的提高而增加，但在铵态氮为唯一氮源时草酸含量不受铵态氮浓度和吸收速率的影响；在硝态氮溶液中添加铵态氮时，草酸含量和硝态氮的吸收速率显著降低，表明氮对2个菠菜基因型草酸含量的影响与其对硝态氮吸收速率的差异有关，混合氮源降低菠菜草酸含量是由于铵态氮对硝态氮吸收的抑制所造成；③ H-ATPase抑制剂显著降低了2个菠菜基因型硝态氮吸收速率和叶片草酸的含量；硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶抑制剂也显著降低了叶片草酸的含量，同时抑制了硝态氮的吸收速率。可见，不同菠菜基因型草酸含量不仅受氮素吸收的影响，而且与氮素的还原和同化过程密切相关；④ 饲喂乙醇酸、乙醛酸、抗坏血酸和异柠檬酸均显著增加菠菜叶片草酸的含量，但在硝态氮为唯一氮源时抗坏血酸的效果更为明显，在混合氮源时，四种合成前体对草酸含量的影响无显著差异，表明乙醇酸、抗坏血酸裂解和异柠檬酸裂解途径均涉及草酸的合成，但是不同供氮条件下草酸合成的主导途径不同；⑤ 不同供氮条件下，乙醇酸氧化酶专一性抑制剂和三羧酸循环抑制剂均显著降低了2个菠菜基因型叶片草酸含量；甘氨酸氧化抑制剂显著增加了叶片草酸含量；添加光合磷酸化电子传递抑制剂、代谢解偶联剂时，叶片草酸含量无显著变化。表明光呼吸乙醇酸途径也是菠菜体内草酸合成的主要途径，叶片草酸的合成与三羧酸循环过程密切相关，但与光合磷酸化过程无直接关系。已发表（录用）SCI论文6篇、中文核心论文2篇，授权发明专利1个，培养博士生2名，硕士生4名。