不同LED光照下不结球白菜硝酸盐代谢机理研究

Nitrate content is one of the important indexes of vegetables quality safety, so to explore effective method of controlling the content of nitrate was significant on vegetable production, human health and the utilization rate of nitrogen fertilizer. Previous studies found that the red, blue and combination of red and blue LED light can improve the quality of non-heading Chinese cabbage,at the same time can significantly reduce the nitrate content. But its mechanism is unclear. This study will research the absorption, distribution and metabolism of nitrate in plant under red, blue and combination of red and blue LED light. The purpose was to prove metastasis rule of nitrate of different organs and different photosynthetic organs under different LED light, also to definite the assimilation intensity of nitrate of non-heading Chinese cabbage. At the same time, the study was to explore the metabolism and balance of carbon and nitrogen of non-heading Chinese cabbage under the different LED light, and the research mainly from the following three aspects: the changes of carbon and nitrogen metabolites, such as glutamic acid and glutamine, sucrose and glucose, and the key enzyme activity of carbon and nitrogen metabolism, and the analysis of gene expression of nitrate reductase which is the key enzyme in nitrate metabolic.

硝酸盐含量是评价蔬菜安全品质的重要指标之一，探索高效节能环保的控制方法对蔬菜生产、人类健康以及氮肥利用率均有重大意义。申请人前期研究发现，红光、蓝光和红蓝组合LED光照不仅可以提高不结球白菜品质，同时可以显著降低不结球白菜体内硝酸盐含量，但其机理尚不清楚。本研究将从吸收、分布以及代谢的角度研究红光、蓝光和红蓝组合LED光照下植物体内硝酸盐代谢的变化，探明不同LED光照条件下硝酸盐在不同器官以及不同光合器官中的转移规律，明确不同LED光照下不结球白菜中硝酸盐同化强度的变化特征；同时从植物碳氮代谢产物谷氨酸、谷氨酰胺、蔗糖和葡萄糖含量的变化，结合不结球白菜体内碳氮代谢关键酶（NR、GS、GOGAT、SS及SPS）的活性变化，同时分析硝酸盐代谢关键酶硝酸盐还原酶基因表达情况，探究不同LED光照对不结球白菜碳氮代谢强度及平衡方向的调控作用，明确碳氮代谢平衡方向变化的光照条件。

叶菜是人们日常生活中不可缺少的植物性食物，但叶菜硝酸盐含量较高，是人类吸收硝酸盐的主要来源。若能从蔬菜自身角度出发，降低硝酸盐的积累，提高蔬菜对硝酸盐的利用率，则对蔬菜生产、人类健康以及氮肥利用率均有重大意义。因此，探索高效降低蔬菜硝酸盐累积的调控途径及其机理，对于提高我国蔬菜品质，保障食品安全，维护民众健康具有十分重要的意义。. 本项目通过对红光和蓝光LED光照下不结球白菜叶片中硝酸盐的含量、硝酸盐关键酶活性水平，探索了不同LED光照下不结球白菜体内硝酸盐代谢变化规律。重点研究了红光和蓝光LED光照下不结球白菜叶片中硝酸盐、亚硝酸盐、谷氨酸、谷氨酰胺含量，以及硝酸盐还原酶（NR）、亚硝酸盐还原酶（NiR）及谷氨酰胺合成酶（GS）的酶活水平；并结合氮代谢关键酶基因表达情况，探索了不同光处理下不结球白菜硝酸还原酶基因表达情况与酶活性及硝酸盐积累的相关性。同时分析了不同光处理对不结球白菜叶片可溶性蛋白、可溶性糖、叶绿素含量以及生长素、脱落酸、赤霉素含量的影响。. 试验结果发现，白光、红光和蓝光处理下硝酸盐含量从处理开始至14天时均出现下降趋势，继续光处理硝酸盐含量反而升高。在14天出现低峰值时，蓝光比红光降低34%，比白光降低44%。硝酸盐还原酶活性、亚硝酸盐还原酶活性以及谷氨酸合成酶在蓝光处理下最高。硝酸盐还原酶活性在3个处理下没有显著性差异；亚硝酸盐还原酶活性在白光处理下最低，显著低于红光处理和蓝光处理，分别低63%和35%。谷氨酸合成酶活性在白光下最低，红光和蓝光处理下酶活分别比白光高26%和11%。谷氨酰胺合成酶活性在蓝光处理下最低，显著低于红光和白光。通过对硝酸盐代谢关键酶调控基因表达水平的研究发现，不同光源处理14天后不结球白菜叶片中调控谷氨酰胺代谢的基因Gln1和Gln2在蓝光下表达量最高，其次是白光，红光处理下表达量最低。