碧护与施氮水平关系大揭秘|给增效剂筛选带来的启示

碧护和施氮水平到底是什么样的关系？高氮、低氮水平下会有什么样的表现？在什么样的施氮水平下能发挥最佳增产提质效果呢？

这些研究的结论又会对肥料增效剂的应用带来什么样的启示呢？为什么我们一直主张增效剂的筛选生测要结合一定的营养水平呢？

在标准生测简洁和高效背后，一定是科学的原理。

2020年11月3日，《农业资源与环境学报》刊登了题为《芸苔素内酯·吲哚乙酸·赤霉酸在不同氮浓度下对小白菜产量和品质的影响》的文章。

文章通过对小白菜产量、品质和有机酸与不同外源氮水平条件下 BHG的响应关系及作用机理的探讨，得出作物对BHG的响应与施氮水平密切相关的结论，为开发氮肥增效剂和指导小白菜的高产高效提供技术依据。

以下为论文内容节选！

摘要: 

芸苔素内酯·吲哚乙酸·赤霉酸（BHG）对多种农作物增产改质效果显著，但 BHG 增产改质效果与所 处氮水平的关系及相应作用机理尚不清晰。探讨小白菜产量、品质和有机酸与不同外源氮水平条件下 BHG 的响应关系及作用机理，为开发氮肥增效剂和指导小白菜的高效高产提供依据。

采用人工气候室水培法， 以小白菜（Brassica chinensis L，速生绿秀）为试材，设 1、3、10 mmol 3 个氮浓度，比较 5 μg·L-1 BHG 和 清水处理对小白菜生长指标、产量、品质及有机酸、氮磷钾养分、激素含量的影响的差异。

3 mmol 氮水平 下，添加 BHG 显著提高小白菜产量 14.87%，可溶性蛋白 90.13%，根重 22.95%，根有机酸含量 23.89%， 钾含量 35.14%，ZT/ABA、IAA/ABA 值 97.66 %、58.88%；

1 mmol 氮水平下，添加 BHG，提高小白菜可 溶性蛋白 41.69%，糖酸比升高 637.86%，ZT/ABA 值 15.12%，IAA/ABA 比值 58.36%，但对小白菜产量无 形成显著影响，降低根长、根鲜重 12.51%、15.16%； 

10 mmol 氮水平下，显著提高小白菜可溶性糖 49.11%， 有机酸含量 12.97%，根长 20.83%，根部有机酸 36.18%，营养液有机酸 16.21%，IAA 含量 17.74%，ZT 含 量 11.62%，SA 含量 23.57%，ZT/ABA、IAA/ABA 比值 38.50%和 46.08%，但 BHG 对小白菜产量无形成显 著影响，可溶性蛋白显著性降低 55.83%。

BHG 对小白菜产量、品质的影响与其所处氮水平密切相关，BHG 在 3 mmol 氮水平显著增产改质，主要机理为调控小白菜内源激素含量，提高 ZT/ABA、IAA/ABA 值，根 重、根干重、有机酸含量，进而提高小白菜营养元素的积累和利用。

正文节选：

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，国家统计局数据显示，2017 年我国蔬菜播 种面积为 1953.33 万 hm2，总产量约为 7.89 亿 t。白菜起源于中国，是我国栽培面积和生产 供应数量最大的蔬菜作物，在我国周年生产、供应和稳定蔬菜市场等方面起着重要作用，作 为叶菜，其生产过程中需要投入大量的氮肥[1]。

在小白菜生产中氮素发挥关键作用，适当提 高供氮浓度可提高小白菜产量[2]和可溶性蛋白的含量，但是供氮浓度过高则会造成小白菜减 产，品质下降[3-6]，抗病性减弱，同时还会造成土壤酸化、板结，水体营养化、温室效应等 系列环境问题[7]。

如何提高氮肥利用率，对作物提产改质，是我国蔬菜产业健康发展过程中 急需解决的问题。

碧护是为复合型的植物源生长免疫诱导剂，主要成分为 0.136%的芸苔素内酯·吲哚乙 酸·赤霉酸（BHG）含有黄酮类催化平衡成分、氨基酸化合物、抗逆诱导剂等多种植物活性 物质[8]。在提高作物氮肥料利用率方面具有显着效果，可提高水稻、苹果、小麦、花生等作 物产量和品质[9-14]。

芸苔素内酯（BR）可通过与受体 BAK1 的结合激活 BR 信号转导路径中 BSK3 激酶，调节作物根系伸长[15]；可通过 BZR1 信号激发作物体内自噬相关基因(ATGs) 的转录和自噬体的形成，增强叶绿素含量而减少泛素化蛋白的积累，进而提高植物获取氮营 养能力[16]。外源 BR 显著影响作物内源激素 IAA、GA、脱落酸（ABA）激素相关基因 MdBAK1、 MdBRI1、MdBZR1 等的表达和转录，显著提高关键生长素合成和转运基因，促进根和茎内 生长素含量，降低了 ABA 和 GA3含量，影响根部侧根发育[17-20]。Zhang 等研究指出外源 IAA、 GA 对玉米的内源激素合成路径同样有显著影响[21]。

Miyoshi Haruta 等人报道指出激素途径 的变化影响显著植物内有机酸的分泌[22]。而有机酸一方面显著影响作物的外观品质和食味 品质[23]，另一方面通过改善植物生长环境，促进植物对矿质养分的吸收利用，提高植物对 养分的利用效率，且在用肥量过大时缓解肥害[24]。激素信号反馈控制氮素调控、代谢的分子网络路径，而激素的合成、耦合、降解、转运 和信号转导又受外源氮素的调控，这是由于氮素除了作为营养物质外，还作为植物生长发育 调控通路的重要触发因子，与激素路径交叉互作的原因[25]。

但是氮素用量和 BHG 耦合对蔬 菜作物产量、品质的影响及作用机理研究鲜有报道，本研究以水培为培养条件，小白菜为研 究对象，探讨其产量、品质与不同外源氮水平条件下 BHG 的响应关系，为实现氮肥的减肥 增效和指导小白菜的高效高产生产提供依据。

1 材料与方法（略）

2. 结果与分析 

2.1 不同氮浓度下 BHG 对小白菜产量及品质的影响

2.1.1 氮水平和 BHG 互作对小白菜产量的影响 

氮浓度对小白菜产量和干重均能形成显著影响（表 2），不添加 BHG 处理随着氮浓度 的升高，小白菜产量和干重呈现增加趋势。CKN1 比 CKN3 处理减产 33.86%。CKN10 比CKN3 增产 13.65%。添加 BHG，BHGN3 较 CKN3 增产 14.87%，与 CKN10 产量相当；BHGN1 较 CKN1 产量没有显著差异，BHGN10 较 CKN10 减产 7.69%但差异不显著。BHG3 较 CKN3 干重增产 5.32%，BHG1 和 BHG10 较相同氮水平清水处理干重显著降低 9.02%，16.91%。

2.1.2 氮水平和 BHG 互作对小白菜品质的影响

2.1.2.1 氮水平和 BHG 互作对小白菜叶片主要品质的影响 

随着氮浓度的提高，叶片中可溶性糖含量逐渐降低，有机酸含量逐渐升高，糖酸比显著 降低，而可溶性蛋白先降低后升高（图 1）。BHGN3 较 CKN3 小白菜中可溶性糖的含量显 著降低 53.06%，有机酸含量显著提高 91.28%，糖酸比显著降低 75.46%，可溶性蛋白含量显 著升高 90.13%；BHGN1 较 CKN1 有机酸和可溶性蛋白分别显著性降低 85.14%，41.69%， 糖酸比显著性升高 637.86%；BHGN10 较 CKN10 小白菜中可溶性糖、有机酸含量分别显著 升高 49.11%，12.97%，可溶性蛋白显著性降低 55.83%。

2.1.2.2 氮水平和 BHG 互作对小白菜根部及营养液有机酸的影响 

对小白菜根部和营养液中有机酸检测结果如图 2 所示，小白菜根部和培养液内有机酸及 其衍生物的含量随着供应氮浓度升高均明显升高，水培条件下，成熟小白菜内有机酸主要为 草酸，而酒石酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸含量极少，未达到检测限范围。BHG 的添加， BHGN3 较 CKN3 根部和营养液内的有机酸显著提高 23.89%，149.18%，BHGN10 较 CKN10 根部和营养液内的有机酸显著升高 36.18%，16.21%。

2.1.2.3 氮水平和 BHG 互作对小白菜激素含量的影响 

随着供应氮浓度的提升，小白菜叶内生长相关激素 IAA，GA ，ABA，玉米素（ZT） 含量均表现为先升高后降低，而抗病相关激素 SA 含量呈现逐渐降低的趋势（图 3）。BHGN3 较 CKN3 的 IAA，ABA，GA ，SA 均显著降低 12.55%、44.96%、66.13%、50.65%，ZT 含 量显著升高 8.79%；BHGN1 较 CKN1 中 IAA 和 SA 的含量显著下降 17.50%、89.45%，GA、 ABA、ZT 含量显著升高 204.85%、98.11%、8.79%；BHGN10 较 CKN10 中 IAA、ZT、SA 的含量显著升高 17.74%、11.62%、23.57%，ABA、GA 的含量显著降低 19.40%、38.87%。BHGN1、BHGN3、BHGN10的IAA/ABA分别为等氮条件下对照的41.67%、158.88%、146.08% 倍，ZT/ABA 比值分别为等氮条件下对照的 84.81%、197.66%、138.50%。

2.2 氮水平和 BHG 互作对小白菜表型的影响 

CKN3 较 CKN1，小白菜株高显著增高（表 3），CKN10 较 CKN3，株高无明显差异；氮浓度不断提高，小白菜根冠比显著减小，根长显著变短。BHGN3 较 CKN3 根鲜重、根干 重显著增加 22.95%，25.00%；BHGN1 较 CKN1 的根长、根鲜重、根干重显著下降 12.51%、 15.16%、21.21%；BHGN10 较 CKN10 叶片数量显著增加 9.80%，根长显著伸长 20.83%。

小白菜随着供应氮浓度的升高，叶片和根部中氮、磷、钾含量总和先升高后保持不变（图 4 A，B）；BHG 的添加显著促进了 3 mmol 氮水平下小白菜氮、磷、钾总量的积累，显著降 低了 10 mmol 氮水平下氮磷钾总量的积累。小白菜中氮的含量随着供氮水平的升高显著升 高（图 4 C）磷的含量未形成显著差异（图 4 D），钾的含量随着供氮水平的升高先升高后 降低（图 4 E）；BHG 的添加，在 3 mmol 氮水平时小白菜内钾的含量显著提高了 35.17%， 但氮的含量显著降低 6.77%，在 1 mmol 氮和 10 mmol 氮水平小白菜钾的含量分别显著降低 了 6.33%和 10.13%。

3.讨论 

BHG 的主要成分为 0.136%的芸苔素内酯·吲哚乙酸·赤霉酸，这些外源激素的添加显著 影响小白菜内源激素的的含量。而植物内源激素是植物体内可自身合成的微量有机物，可通过与其他激素的互作在非常低的浓度条件下就能调控植物生长发育[30]。

植物内源激素同样 受外源氮素含量波动的影响[31]。在低氮环境下植物通过 NRT1.1 转运出侧根内 IAA 来抑制 侧根的伸长，促进主根的发育[32]；高氮条件下，植物体内氮素的积累提高了 β-糖苷酶 1 的 表达量，降解了储存在根分生区内ABA-糖苷酯，释放出ABA进而抑制根系的伸长和发育[33]；高氮水平，作物还会降低高亲和力蛋白基因 NRT1.1，NRT1.2 等表达，减少氮源的摄入，同 时通过 ZT 信号反馈途径抑制根系吸收氮，如抑制硝酸盐根系摄取和木质部转运的 AtNRs 基因表达；上调地上部氮吸收、转运 AtNRTs 基因表达，增强硝酸盐在茎叶中的分配和转运 [34]。植物内其他激素如 GA 可和氮相互协调来调控作物开花周期[35]。

本研究中，BHG 在与 3mM 氮耦合互作下，显著影响了激素间的平衡关系，而这些平衡关系显著影响作物的生长， 如 ZT/ABA 比值的改变会影响植物的生长势[36]，IAA/ABA 的改变会影响作物根体积、根重 [37]。因此，BHGN3的 IAA/ABA 和 ZT/ABA比值分别为等氮条件下对照的158.88%和 197.66% 时，根鲜重、根干重显著增加 22.95%，25.00%。

邹晓霞等人发现 IAA/ABA、ZR/ ABA 与作 物根系干重、总长度、体积和表面积呈显著或极显著正相关，这与本研究的结果相一致。说 明 BHG 的添加在适宜氮水平下有利于小白菜根系的生长，改变了作物表型。可能原因 BHG 对 IPS1、PHT1、1 LPR1b、KRPs、EXPB1-4 等根系发育相关基因的表达形成显著影响，进 一步影响根部轴向根伸长、侧根密度和长度，调控作物根系形态[21]。

BHG 改变的激素途径对植物内有机酸的分泌影响显著[22]，而根系分泌的有机酸具有改 善作物品质、增强抗逆性、提高肥料利用率等生物功能[38-41]。辑林、常二华等人研究表明水 稻根系分泌的草酸、柠檬酸对稻米食味品质有明显影响[39, 41]。

本研究中，BHGN3 较 CKN3 根部和营养液内的有机酸显著提高 23.89%，149.18%，显著改变了小白菜品质，小白菜中可 溶性糖的含量显著降低 53.06%，有机酸含量显著提高 91.28%，糖酸比显著降低 75.46%，可 溶性蛋白含量显著升高 90.13%。这与与贾春花等研究 BHG 对樱桃萝卜产量和品质影响得出 的 BHG 降低樱桃萝卜品质[42]的结论不同，这可能是因为栽培方式和肥料施用水平不同的原 因。

陈露等研究表明紫色小白菜内有机酸主要为苹果酸、柠檬酸、丙二酸、琥珀酸和酒石酸 [43]。本试验条件下，供试小白菜分泌积累的有机酸主要是草酸，与前者存在差异，可能是 由于小白菜品种不同造成。李俊芝研究指出草酸可使平邑甜茶幼苗叶片净光合速率、气孔导 度分别提高 32.27%和 76.58%[44]。BHG 同样可调控激素路径，进而影响作物对营养的吸收利用，如基质培养 BR 可通过 BZR1 信号激发作物体内自噬体的形成，增强叶绿素含量而减少泛素化蛋白的积累，进而提 高植物获取氮营养能力[16]。IAA 可提高大田正常供钾植株的根系 Vmax 值和内流型钾离子 通道基因 NKT2、NtKC1 的表达量，显著增加地上地下部干重 6.05%、8.54%[45]。

Zhang 等 研究指出外源 IAA、GA，通过影响 IPS1、PHT1、1 LPR1b、KRPs、EXPB1-4 等根系发育 相关基因的表达变化，调控玉米根系形态，提高大田玉米对磷的吸收和积累[21]。

本研究中 BHG 的添加，在 3 mmol 氮水平时小白菜内钾的含量显著提高了 35.17%，但氮的含量显著 降低 6.77%。可能原因是不同培养环境下，不同作物的氮、磷养分吸收状况对 BHG 的响应 存在差异，而 BHG 提高的植物体内有机酸含量显著促进作物对钾素的吸收利用。

BHG 可提 高水稻、苹果、小麦、花生等作物产量[9-14]，本研究发现 BHGN3 较 CKN3 显著增产 14.87%， 干重增产 5.32%。BHGN1 较 CKN1 增产不显著，干重显著降低 9.02%。可能原因是 1 mmol 氮水平下，氮水平成为限制小白菜产量的主要因素，BHG 内激素过分刺激小白菜引起了小 白菜的早衰。10 mM 高氮条件下，BHG 的添加，小白菜 ZT/ABA、IAA/ABA 比值为 CKN10 的 138.50%和 146.08%倍，根长显著增加 20.83%，根系有机酸含量、体内水杨酸 36.18%、 23.57%，但产量无显著差异。可能的原因是作物在不同氮水平启动的氮吸收、转运蛋白的 分子网络和激素调控途径不同[46]，高氮下 BHG 激发 SA 路径提高作物抗胁迫能力需要消耗 更多营养和能量[22, 31]。

综上说明作物对 BHG 的响应与施氮水平密切相关。

4.结论 

BHG 对小白菜产量、品质的影响与其所处氮水平密切相关，BHG 在 3 mM 氮水平显著 增产，主要机理为调控小白菜内源激素含量，较对照提高小白菜 ZT/ABA、IAA/ABA 比值 97.66%，58.88%，根鲜重、根干重 22.95%，25.00%，根部有机酸含量 23.89%，植株有机酸 含量 91.28%，钾含量 35.17%，最终提高产量 14.87%；BHG 在 1、10 mmol 氮水平下对小白 菜产量未形成显著影响。因此，针对养分状况合理施用 BHG 是小白菜优质高产有效手段。