摘要
提高蔬菜品质（尤其是营养和风味品质）已成为当今蔬菜生产的重要目标。氨基酸、糖、有机酸和挥发性代谢物等一直被作为评价蔬菜营养和风味品质的重要指标，研究与这些化合物合成相关的关键酶及关键基因对蔬菜品质调控有重要意义。钾作为植物生长发育的必须营养素之一，参与植物许多代谢过程，对蔬菜品质形成至关重要。然而，我国钾肥资源缺乏，钾离子土壤缺乏症普遍存在中国和亚洲地区，亟需寻找解决途径。纳米材料在提高肥料利用率，改善农产品品质方面具有一定效果。大白菜和黄瓜作为经济上重要的蔬菜作物，在我国各地区广泛种植，深受消费者喜爱。本研究采用盆栽试验结合大田试验，探讨纳米硅酸钾对两类蔬菜氨基酸组分、糖组分、有机酸组分和挥发性代谢物等营养和风味品质的影响，并以大白菜和黄瓜为叶菜类和茄果类蔬菜的代表，探究纳米硅酸钾对两类蔬菜体内氨基酸代谢和氮代谢相关的谷氨酰胺合成酶家族基因表达的影响，明确纳米钾肥调控蔬菜营养和风味品质的生理及分子生物学机制，为钾肥资源高效利用及优质蔬菜生产提供理论依据。本研究主要结果如下： （1）普通硅酸钾（OKSi）和纳米硅酸钾（NKSi）施用量为150-300 kg·hm-2时能够提高大白菜和黄瓜产量，NKSi提高大白菜和黄瓜根生物量的幅度大于地上部生物量。盆栽试验中，两个品种大白菜地上部和根生物量(以鲜重计)均以施用250 mg·kg-1NKSi时生物量最大，分别较对照（CK）提高（58.1%、71.8%）和（7.11%、31.0%）；田间试验中，大白菜和黄瓜产量均以NKSi-300处理最高，分别较CK提高了21.0%和21.3%；相同施用量下，NKSi处理的黄瓜产量较OKSi处理提高了8.30-12.2%。 （2）OKSi和NKSi促进了大白菜糖组分从茎到叶的转运。经OKSi和和NKSi处理后，“良庆”大白菜叶中糖组分含量显著提高且均高于茎中糖含量，以OKSi-300叶总糖含量最高，较相同施用量下的茎提高了 17.6%，OKSi 对大白菜叶中糖组分含量的提高作用优于 NKSi，“科喜节节早”黄瓜果实总糖和还原糖以 NKSi 处理高于 OKSi 处理。“良庆”大白菜中以OKSi处理的有机酸含量低于NKSi处理，较CK的降降幅为19.3%-29.3%，而“科喜节节早”黄瓜的变化趋势与之相反，NKSi处理高于OKSi处理，较CK的增幅为4.96%-23.7%。 （3）NKSi提高蔬菜氨基酸含量效果优于OKSi。OKSi和NKSi提高了田间试验大白菜地上部和黄瓜果实必需氨基酸和非必需氨基酸总量，但降低了非必需氨基酸占氨基酸总量的比例。“良庆”大白菜必需氨基酸总量以 NKSi-300 处理最高，较对 CK提高了 41.1%，OKSi-450次之，较CK提高了31.0%，非必需氨基酸占比（BD/BT）以NKSi-300最低，较CK降低了11.3%；与CK相比，“科喜节节早”黄瓜果实OKSi和NKSi处理必需氨基酸总量占氨基酸总量的比例（CI/CT）分别提高了3.21-8.16%和6.71-14.9%，以NKSi-300处理占比最高，非必需氨基酸总量占氨基酸总量的比例（CD/CT）分别降低了1.67%-4.26%和3.50%-7.76%，以NKSi-300处理占比最低。 （4）NKSi提高了田间试验大白菜地上部和黄瓜果实挥发性代谢物总量，以NKSi-450提高幅度最大，主成分分析的结果表明NKSi提高效果优于OKSi。“良庆”大白菜所有处理中均以(E)-2-己烯醛、(E)-4-己烯-1-醇和异硫氰酸丁酯含量最高，相同施用量下，NKSi处理醛类、醇类、酯类、酮类、酸类、腈类和酚类较OKSi处理分别高42.6%-95.5%、19.2%-205%、174-175%、115-158%、22.0%-112%、630%-1212%和12.8%-43.5%，VMs总量以NKSi-450最高， NKSi-300次之，分别较CK提高了56.0%和11.1%；“科喜节节早”黄瓜所有处理中均以(E, Z)-2, 6-壬二烯醛和(E)-2-壬烯醛含量最高，相同施用量下，NKSi处理黄瓜醇类比OKSi处理高75.2%-84.7%。 （5）与OKSi相比，NKSi能够提高肥料利用率，但随施用量的增加肥料利用率显著降低， 150-300 kg·hm-2施用量时 NKSi 肥料利用率在 20.6%-34.0%之间，显著高于 OKSi 的 17.8%-25.4%。 （6）NKSi 对大白菜根和茎中 GLN 家族基因具有明显的上调效果，上调效果显著优于OKSi，且以NKSi-300处理上调幅度最大。NKSi-300处理的“良庆”大白菜GLN家族基因在根茎中的表达量较 CK 上调 34.4-120 倍；“良庆”大白菜 GLN 家族基因在叶中的表达量以OKSi-450处理最高，较CK上调3.19-59.7倍；“科喜节节早”黄瓜果实GLN家族基因在NKSi-450处理时表达量最高，较CK上调6.62-10.3倍。NKSi可能更适用于调控根茎类和茄果类蔬菜的营养和风味品质。
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