氮硫互作提高大蒜氮、硫含量及其關鍵同化酶活性

許建，賈凱，朱君芳，胡梅，王娜，高杰*

（1 新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2 新疆農業職業技術學院園林科技學院，新疆昌吉 831100）

氮硫互作提高大蒜氮、硫含量及其關鍵同化酶活性

許建1,2，賈凱1，朱君芳1，胡梅1，王娜1，高杰1*

（1 新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2 新疆農業職業技術學院園林科技學院，新疆昌吉 831100）

【目的】從生理學角度研究氮、硫兩種營養元素配施對大蒜氮硫關鍵同化酶的影響，揭示氮硫關鍵同化酶與植株氮、硫同化能力的關系，以期為大蒜合理施肥與提質增效提供理論參考。 【方法】采用蛭石-珍珠巖盆栽方式，研究了不同濃度氮 (5、10、20 mmol/L)、硫 (2、4、8 mmol/L) 配施條件下，大蒜在幼苗期、花莖伸長期、鱗莖膨大初期和中期大蒜植株氮、硫含量，以及氮、硫關鍵同化酶活性的動態變化。 【結果】大蒜植株氮含量總體呈上升趨勢，在鱗莖膨大期達到最高水平，而硝酸還原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性變化呈先上升后下降趨勢，在花莖伸長期至鱗莖膨大初期活性較高。硫含量總體呈先上升后平穩趨勢，ATP-硫酸化酶(ATPS) 活性在花莖伸長期達到最大值，而半胱氨酸合成酶 (OAS-TL) 活性則呈先下降后上升趨勢，在花莖伸長期酶活性總體最低。鱗莖膨大期前，氮硫交互作用對氮、硫同化量有影響顯著，而單因素影響不明顯；鱗莖膨大期，單因素影響明顯。硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶活性整體呈先升高后降低趨勢。氮素對于 NR 活性影響顯著，而對 GS 影響不顯著；硫素僅在花莖伸長期和鱗莖膨大初期對NR活性有顯著影響，而氮硫交互作用對NR、GS 均有顯著或極顯著影響。氮素、硫素對 ATP-硫酸化酶、半胱氨酸合成酶活性無顯著影響，而氮硫交互作用對其影響極顯著。NR 活性在花莖伸長期、鱗莖膨大初期與植株氮呈顯著正相關關系，ATPS 活性在花莖伸長期、鱗莖膨大初期與植株硫含量呈顯著正相關關系，Pearson 系數分別為 0.690、0.847 和 0.662、0.816。鱗莖膨大初期和中期，GS 活性與氮含量呈顯著負相關，相關系數分別為 -0.857、-0.693。OAS-TL 活性與硫含量整體呈負相關，而在鱗莖膨大初期為 0.646，呈顯著正相關。 【結論】大蒜生長過程中，氮、硫兩元素間存在互作關系。NR、ATPS 等酶活性的提高增加了植株氮、硫同化能力，而 GS 則通過降低酶活性而促進氮的同化。在大蒜鱗莖膨大期前，氮、硫配施能夠通過調控關鍵同化酶活性而影響氮、硫同化，進而影響植株生長；鱗莖膨大階段，可以通過單一施肥達到調控大蒜植株氮或硫含量的目的。

大蒜；氮；硫；酶活性；同化；Pearson 相關系數

Pearson correlation coefficient

氮和硫都是植物的必需營養元素，氮是組成蛋白質、核酸、葉綠素、輔酶、植物激素和次生代謝物的必需組成元素[1-2]。硫對植物蛋白質合成、葉綠體構成和功能維持、輔酶，以及小分子物質合成、生長、抗逆調節等方面均有重要作用[3-5]，更是含硫氨基酸 (半胱氨酸、甲硫氨酸等) 和次級代謝物 (十字花科的芥子油苷和蔥屬植物的風味前體物質 S-烴基半胱氨酸亞砜) 的組成成分[6]。硫的代謝與氮的代謝密切相關，如半胱氨酸的合成需要硫和氮同時參與，施用硫肥和氮肥可以提高 CSOs 的含量[7-8]。

研究證實小麥、玉米、大豆等作物生長過程中氮、硫元素間存在交互、協同作用[9-12]，大蒜 (Allium sativum L.) 為百合科蔥屬植物，需硫量較大，氮、硫元素及交互作用對蔥屬植物生長與栽培品質均有重要的影響。孔靈君等[13]，劉忠松等[14]分別研究了氮硫互作對大蔥品質、主要元素吸收分配特性以及硫同化關鍵酶活性的影響，結果表明氮、硫水平及其互作效應對大蔥 N、P、K、S 積累分配有顯著影響，但硫的影響不及氮明顯；低氮或者高氮條件下均抑制硫同化酶活性，而硫水平的提高則顯著抑制 ATPS和 OASS 活性。為此，本文研究了不同濃度氮、硫元素互作對大蒜不同生長期氮硫關鍵同化酶活性與植株氮、硫含量的影響，從生理角度闡述氮硫互作對大蒜氮、硫同化的影響機制，以期為大蒜栽培中氮、硫元素合理配施提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗用大蒜品種為新疆白皮蒜，經地窖保藏越冬后，于 2015 年 4 月 18 日播種。栽培基質為蛭石、珍珠巖，配制比例 6∶4，蛭石粒度大小為 0.3～0.5 cm，栽培前先經蒸餾水充分淋洗。選用塑料栽培盆，盆高 20 cm，直徑 15 cm，蛭石裝載高度為盆高 4/5。每盆栽 2 株大蒜，置于塑料防雨棚下澆灌營養液培養。

營養液成分采用 Hoagland 營養配方，在大量元素、微量元素一致的基礎上，采用缺素配方，分別設置 3 個氮素水平、3 個硫素水平，其中氮素水平調節使用硝酸銨，硫素水平調節使用硫酸鈉。氮素水平分別為 5、10、20 mmol/L (記作 N1、N2、N3)；硫素水平分別為 2、4、8 mmol/L (記作 S1、S2、S3)，另設置空白對照組，即在其他營養元素一致基礎上不施加氮素和硫素。采用二因素三水平完全隨機區組設計，每組分別處理 30 盆。栽培期間，幼苗期每7天澆灌一次營養液，至花莖伸長期后每 3 天澆灌一次營養液。每澆灌 3 次營養液用蒸餾水清洗一次，清除積累的鹽分。

分別在大蒜植株長至幼苗期 (6 月 1 日)、花莖伸長期 (6 月 29 日)、鱗莖膨大初期 (7 月 23 日)、鱗莖膨大中期 (8 月 28 日)，隨機選取 6 株植株，剪取最大功能葉，液氮處理后置于 -30℃ 冰箱中保存。

1.2 測定項目與方法

硝酸還原酶 (NR) 活性參照李合生等方法，采用活體法測定[15]，酶活單位為 μg/(g·h)，FW。

谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性參照趙世杰等方法[16]，以 540 nm 處吸光值大小間接表示酶活性，單位為OD/(mg·h)，protein。

ATP 硫酸化酶 (ATPS) 活性測定參照 Ahmad 等方法[17]，以 660 nm 處吸光值大小間接表示酶活性，單位為 OD/(mg·h)，protein。

半 胱 氨 酸 合 成 酶(OAS-TL) 活 性 測 定 參 照Demosthenis 等方法[18]，以半胱氨酸做標曲，酶活單位為 μmol/(g·min)，FW。

干 樣 經 超 微 粉 碎 后 ， 過100 目 篩 ， 準 確 稱 取0.20 g 混合樣分別用于測定全氮、全硫含量。其中全氮參照 GB50095-2010 采用分光光度法測定[19]，全硫測定采用 BaSO4比濁法[20]。

1.3 數據處理

采用 DPS7.05 軟件進行數據統計分析，方差分析采用 LSD (最小顯著性差異) 進行差異顯著性檢驗(α=0.05)，Pearson 系數采用 SPSS18.0 進行計算，采用 SigmaPlot12.5 制圖。

2 結果與分析

2.1 氮硫互作對大蒜植株氮、硫含量的影響

2.1.1氮素含量 由圖 1 可見，大蒜植株中氮素含量總體呈上升趨勢，特別是在大蒜鱗莖膨大期，氮素含量顯著升高。在幼苗期，氮素含量集中在 1.36%～1.66%，以 N2S3、N3S3 處理含量最低，分別為0.98%、0.88%。在花莖伸長期，氮素含量以 N2 處理組最高，在此處理下隨硫素濃度升高而降低；在 N3條件下整體氮素含量較低，隨硫濃度升高有顯著升高，但以對照組最低，為 0.70%。鱗莖膨大初期大蒜植株以 N1 處理氮素含量最高，硫素增加則降低了植株氮素含量；N2 處理條件下，以 S2 處理最高，為4.78%；N3 與 CK 處理氮素含量差異不顯著。鱗莖膨大中期，不同氮素水平條件下均以 S2 水平處理氮素含量最高，隨著硫素水平的升高而降低氮素吸收利用率，且 CK 最低，為 3.42%。

圖1 氮硫互作對大蒜植株氮含量的影響Fig. 1 Influence of nitrogen and sulfur interaction on N contents of garlic plants[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

2.1.2硫素含量 由圖 2 可見，大蒜植株硫含量總體呈先上升后平穩的趨勢，且不同生長時期表現不一。幼苗期時在 N1、N3 條件下，隨著硫素水平升高，植株硫素含量表現為先上升后下降，而在 N2 水平下則呈上升趨勢，由 0.25% 升高到 1.08%。花莖伸長期 N1 處理組間差異較小，硫素施用越多則植株硫含量越小；隨著氮水平的升高，硫素配施量的增加能夠提高硫的吸收，而變化規律受到氮素水平影響，N2 條件下以 S2 最高，為 0.82%；N3 條件下以S3 最高，為 0.79%。鱗莖膨大初期與中期，氮硫互作對植株硫含量的影響較為一致，在同一氮素水平下均以 S2 處理最高，且在鱗莖膨大中期增施氮素或硫素均能夠促進植株硫含量。

圖2 氮硫互作對大蒜植株硫含量的影響Fig. 2 Influence of nitrogen and sulfur interaction on S contents of garlic plants[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

2.2 氮硫互作對大蒜葉片中氮關鍵同化酶活性的影響

2.2.1硝酸還原酶 (NR) 圖 3 顯示，不同生育時期大蒜葉片 NR 活性差異顯著，整體呈先升高后降低趨勢，處理組間差異顯著。幼苗期，適當提高氮水平能夠顯著增加 NR 活性；低氮條件下 (N1) 硫的增施能夠刺激酶活性升高，N2 時配施硫濃度達到 8 mmol/L時則顯著抑制該酶活性；而高氮 (N3) 條件下則顯著抑制酶活性的升高，各處理組與 N2 組比較分別降低40.74、54.57、25.64 μg/(g·h)。花莖伸長期與鱗莖膨大初期均以對照最低，為 32.31、41.31 μg/(g·h)，隨氮素水平升高 NR 活性整體呈上升趨勢；各處理組酶活性均以 S2 處理最高，且該生長時期酶活性較穩定，變化趨勢較一致。鱗莖膨大中期酶活性整體降低，硫施用量增加降低了酶活，以 N1S2 活性最高，為 67.21 μg/(g·h)；N3S3 處理最低，為 24.04 μg/(g·h)。2.2.2谷氨酰胺合成酶 (GS) 由圖 4 可見，在大蒜生長過程中，GS 活性整體呈先升高后降低趨勢，在花莖伸長期該酶活性最高，隨后各處理組的酶活性均有不同程度的降低。在大蒜不同生長時期，N1S2 處理在大蒜幼苗期、花莖伸長期 GS 活性最高，分別為2.65、14.08 OD/(mg·h)，protein。可見在該過程中酶活性急劇升高。幼苗期時，以 N2 水平下 GS 活性最低，在相同氮素水平條件下，隨著硫素濃度升高 GS 活性呈先上升后下降趨勢。花莖伸長期，以 N3 水平下 GS活性最低，且處理組間差異不顯著；隨著氮素水平升高，在低硫 (S1) 條件下 GS 活性先升高后降低，在 S2、S3 條件下則呈下降趨勢。在大蒜鱗莖膨大初期、中期，空白對照的酶活性則最高，分別為 6.89、4.74 OD/ (mg·h)，protein；鱗莖膨大初期除對照外，其它處理組間酶活性差異較小，介于 4.71～5.55 OD/(mg·h)，protein；在鱗莖膨大中期，以 S2 水平下酶活性差異最大，隨氮素水平升高 GS 活性顯著降低，由 4.51 OD/(mg·h)，protein 降至 2.98 OD/(mg·h)，protein。

圖3 氮硫互作對大蒜葉片中 NR 活性的影響Fig. 3 Influence of nitrogen and sulfur interaction on NR activities of garlic leaves[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

圖4 氮硫互作對大蒜葉片中 GS 活性的影響Fig. 4 Influence of nitrogen and sulfur interaction on GS activities of garlic leaves[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

2.3 氮硫互作對大蒜葉片中硫關鍵同化酶活性的影響

2.3.1ATP硫酸化酶(ATPS) 由圖 5 可見，ATPS 活性在大蒜不同生長時期表現各不相同，總體呈先上升后下降趨勢，且處理組間存在顯著性差異。在大蒜幼苗期不同氮素水平下，N2 處理組酶活性整體偏低，其中 N2S1 最低，為 2.77 OD/(mg·h)；在高氮(N3) 條件下，S1 時酶活性最高，為 6.47 OD/(mg·h)，S2 時酶活性最低，為 3.99 OD/(mg·h)。花莖伸長期，ATPS 活性較幼苗期整體升高；隨氮素水平的提高，S1 時呈先上升后下降，S2 時呈上升趨勢，而S3 水平下呈下降趨勢。可見硫素水平對 ATPS 的影響與氮素水平有密切關系，兩元素之間有顯著的互作關系。大蒜鱗莖膨大初期在高氮 (N3) 時 ATPS 活性較低，其中 N3S1 為 1.58 OD/(mg·h)；在中度氮素(N2) 條件下，酶活性較高，N2S3 為 11.13 OD/(mg·h)，可見在此時期氮素的過量供給能夠降低 ATPS 活性，而硫的增施能夠相應刺激酶活性應答。鱗莖膨大中期，酶活性變化趨勢較為一致，在試驗氮素水平范圍內，酶活性隨硫素施用水平升高而升高；在高氮條件下，N3S3 酶活最高，為 7.38 OD/(mg·h)。

圖5 氮硫互作對大蒜葉片中 ATPS 活性的影響Fig. 5 Influence of nitrogen and sulfur interaction on ATPS activities of garlic leaves[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

圖6 氮硫互作對大蒜葉片中 OAS-TL 活性的影響Fig. 6 Influence of nitrogen and sulfur interaction on OAS-TL activities of garlic leaves[注（Note）:柱上不同小寫字母表示不同處理間差異達到 0.05 顯著水平Different small letters above the bars mean significant difference among treatments at the 0.05 level.]

2.3.2半 胱 氨 酸 合 成 酶(OAS-TL) 乙 酰 絲 氨 酸裂解酶 (OAS-TL，又稱半胱氨酸合成酶) 能夠催化乙酰絲氨酸與硫化物反應，生成半胱氨酸，是硫同化的關鍵合成酶。由圖 6 可見，在幼苗期和花莖伸長期均以對照組 OAS-TL 活性最高，分別為 95.49、44.50 μmol/(g·min)，FW。該時期 N、S 交互作用對酶活性影響有所差異，低氮條件下在幼苗期時，隨著硫素水平增加酶活性呈下降趨勢，而花莖伸長期則表現為上升趨勢；N2 條件下，低硫 (S1) 與高硫(S3) 對 OAS-TL 活性均有所抑制；N3 條件下，硫供給水平的升高則顯著抑制該酶活性，分別比 S1 水平下降低17.96%、22.89%。鱗莖膨大初期，N1 條件下 OAS-TL活性對硫供給水平響應不顯著，處理間差異不明顯；隨氮素水平升高，該酶活性呈升高趨勢，但在 N3 水平下，硫水平提升反而抑制 OAS-TL 活性。鱗莖膨大中期，對照組與低氮處理組的 OAS-TL 活性顯著升高，而 N2、N3 處理組葉片酶活性急劇降低。

2.4 氮硫互作對大蒜植株氮、硫含量影響的方差分析

由表 1 可見，大蒜植株氮、硫含量對氮硫互作水平的響應情況，大蒜在幼苗期、花莖伸長期 N、S對大蒜植株氮含量沒有顯著影響，而 N × S (交互作用) 對其影響極顯著；鱗莖膨大初期 N 對氮含量有顯著影響，而 S、N × S 均無顯著影響；在鱗莖膨大中期，N、S 對氮含量有顯著或極顯著影響，N × S 效應不明顯。較氮含量而言，植株硫含量對氮硫互作響應有所差異，在幼苗期、花莖伸長期時僅 N × S 對其有顯著影響；鱗莖膨大初期，S、N × S 分別有顯著、極顯著影響，而 N 無顯著影響；鱗莖膨大中期時 N、S 均有極顯著影響，而 N × S 作用不明顯。

2.5 氮硫互作對大蒜葉片中氮硫關鍵同化酶影響的方差分析

氮硫互作對不同生長期大蒜葉片中 NR、GS、ATPS、OAS-TL 活性影響的方差分析結果見表 2。對于氮合成關鍵酶分析可知，NR 與 GS 在不同生長時期對氮硫互作水平響應不一，NR 對氮素供應較為敏感，僅在鱗莖膨大中期氮素對其無顯著影響，硫在花莖伸長期、鱗莖膨大初期對其也有顯著影響；且 N × S 交互作用對 NR 活性有顯著或極顯著影響。GS 僅在幼苗期對氮素供給有顯著響應，硫素對其影響不顯著，而 N × S 交互作用對其多有極顯著影響。

通過對 ATPS 與 OAS-TL 酶活性方差分析可知，單獨施用氮肥或硫肥對提升這兩種酶活性的影響不顯著，在大蒜生長過程中 N × S 交互作用對幼苗期后大蒜葉片的 ATPS 活性，以及鱗莖膨大中期之前的 OAS-TL 活性均有極顯著影響。

表1 氮硫互作對大蒜植株氮、硫含量影響的方差分析 (F 值)Table 1 ANOVA analysis of N and S interaction on activities of nitrogen and sulfur contents in garlic plants (F value)

表2 不同處理對大蒜葉片中氮硫關鍵同化酶影響的方差分析 (F 值)Table 2 ANOVA analysis of the N and S treatments on activities of key enzymes in garlic leaves (F value)

2.6 氮、硫同化關鍵酶與氮或硫同化關系分析

由表 3 可見，大蒜生長過程中，NR 活性與氮含量呈正相關關系，而 GS 整體為負相關關系。幼苗期，NR 活性與植株氮含量相關性不顯著，相關系數僅為 0.027，在花莖伸長期與鱗莖膨大初期為顯著性相關，Pearson 系數分別為 0.690、0.847。在幼苗期和花莖伸長期，GS 活性與氮含量相關性不顯著，鱗莖膨大初期、中期為顯著性關系，相關系數分別為-0.857、-0.693。由此可知，NR 對大蒜植株氮同化為正向調控，GS 表現為負向調控。

由表 4 可見，大蒜幼苗期 ATPS、OAS-TL 與植株硫含量間無顯著關系，ATPS 活性與硫含量整體呈正相關關系，而 OAS-TL 整體為負相關關系。ATPS在花莖伸長期與鱗莖膨大初期為顯著性相關，Pearson 系數分別為 0.662、0.816。OAS-TL 在鱗莖膨大初期為顯著性關系，Pearson 系數為 0.646；雖然在花莖伸長期未呈現顯著性關系，但相關性系數較高，且為負相關關系。

3 討論與結論

硝酸還原酶 (NR) 作為氮同化的第一個步驟，是氮同化的關鍵限速酶之一[21]。植物硫素同化過程先由ATP 提供能量，ATP 硫酸化酶催化 SO42-生成 APS (5’-腺苷磷酸硫酸) 是硫同化的第一步[22]。OAS-TL 催化硫化物與乙酰絲氨酸 (OAS) 反應合成 Cys；半胱氨酸合成是硫同化的最后一個步驟[23-24]。

由結果分析已知，氮素總體呈上升趨勢，以鱗莖膨大期上升幅度最大；而 NR 與 GS 活性在大蒜生長過程中均呈先上升后下降趨勢，且在花莖伸長期、鱗莖膨大初期酶活性整體水平最高。硫含量整體呈先上升后平穩特征，ATPS 活性在花莖伸長期最大，而 OAS-TL 活性變化則相反，以該時期酶活性最低。分析認為 NR、ATPS 等酶活性的提高增加了植株氮、硫同化能力的提升，而 GS、OAS-TL 則可能是通過降低酶活性促進硫的同化。

表3 不同生長時期 NR、GS 活性與植株氮含量線性擬合方程及其相關系數Table 3 Liner fitting equation and Pearson correlation coefficient between the NR and GS activities and nitrogen contents

表4 不同生長時期 ATPS、OAS-TL 活性與植株硫含量的線性擬合方程及 Pearson 系數Table 4 Linear fitting equation and Pearson correlation coefficient between the ATPS and OAS-TL activities and sulfur contents at different growth stages of garlic

氮硫的供應顯著影響植株對氮、硫的同化，以及相關代謝酶活性。研究表明，硫素的施用不僅能夠激活 ATP 硫化酶的活性，而且能夠增強硝酸還原酶活性，同時增加葉片中的可溶性蛋白與葉綠素含量[25]。Fazili 等[26]研究氮硫交互作用對油菜氮同化的影響，認為與僅施用氮肥相比，增加硫的施用量能夠通過提高 NR 活性而增強氮素同化能力。劉忠松等[14]認為，大蔥在低硫和氮素充足供應條件下 ATPS和 OAS-TL 活性最大，高硫條件下硫關鍵同化酶活性則相對減小。

在大蒜生長過程中，葉片中氮、硫關鍵同化酶活性整體呈先上升后下降趨勢，且在各生長階段，氮硫互作對酶活性影響不一。提高氮素供給量，可以 提 高 NR 活 性 ， 但 在 高 氮 條 件 下 則 抑 制 該 酶 活性；增加硫的供給，也提高 NR 活性。氮、硫單一元素對 GS 活性無顯著影響，而兩元素間交互作用影響甚為明顯。氮、硫單一元素對硫關鍵同化酶無顯著影響，而交互作用則起到顯著作用。氮硫之間交互協同作用的分子機制尚不完全明晰。Koprivova 等[27]認為氮-硫同化途徑存在密切交互作用，試驗證實在營養液中增加 NH4+能夠提高合成蛋白質的氨基酸合成量；OAS 是合成半胱氨酸限速步驟，被認為是聯系氮硫互作關系路徑的重要中間產物，OAS 在硫酸鹽和硝酸鹽同化過程中起到協調作用。OAS 增加不僅 能 夠 提 升 硫 的 吸 收 ， 而 且 提 高APR 活 性 以 及mRNA 水平，OAS 在此過程中具有重要作用[28]。

氮、硫兩元素間互作關系復雜，若明晰這一機制，尚需從關鍵中間產物合成量、關鍵酶基因表達量著手，特別是轉錄水平與代謝組學方面進行系統闡述。綜合分析可知，大蒜在鱗莖膨大期前，能夠通過氮、硫配施的互作關系調控關鍵同化酶活性而影響氮、硫同化；而在鱗莖膨大期，可以通過單一施肥達到調控大蒜植株氮或硫含量的目的。

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Nitrogen and sulfur interaction increase their assimilation and activities of key enzymes in garlic

XU Jian1,2, JIA Kai1, ZHU Jun-fang1, HU Mei1, WANG Na1, GAO Jie1*
( 1 College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urmuqi 830052, China; 2 Garden Science and Technology College, Xinjiang Agricultural Vocational Technical College, Changji, Xinjiang 831100, China )

【Objectives】Researching physiological effects of nitrogen and sulfur application on related enzymes activities involved their assimilation will provide theoretical reference for garlic fertilization and improving product quality. 【Methods】A pot experiment using perlite and vermiculite as cultural substrate was performed. Two factors and three levels of the complete design were included. N was applied in levels of 5, 10 and 20 mmol/L and S in levels of 2, 4 and 8 mmol/L. Leaves and plants were sampled at the seedling stage, stem elongation stage, and bulb expansion preliminary and middle stages. 【Results】The nitrogen content of garlic was on the rise, and achieved the highest level at the bulb expansion stage. The nitrate reduction (NR) activity and glutamine synthetase (GS) activity were increased at first and then dropped later, and the enzymatic activities were higher from the stem elongation stage to bulb expansion preliminary stage. The sulfur content of garlic showed a trend of rise and then steady. At the stem elongation stage, the ATP sulfurylase (ATPS) activityreached its maximum value, while O-acetylserine thiollyase (OAS-TL) activity tended to rise after declining and reached its minimum level at the stem elongation stage. The nitrogen and sulfur interaction affected the N and S assimilation significantly before the bulb expansion stage, compared with the N or S alone. On the contrary, single factor effect was obvious at all the growth stages. The NR and GS activities showed increased first and then decreased in the development of garlic. N affected NR activity significantly. S affected NR activity significantly just at stem elongation stage and bulb expansion preliminary stage, while there was a significant interaction between N and S for NR and GS. The activities of key enzymes involved nitrogen and sulfur metabolism showed a minor impact with the N or S single fertilizer, but extremely significant with the N and S interaction. There were significantly positive correlations between the NR activities and N contents at the stem elongation stage and bulb expansion early stage and the Pearson correlation coefficients were 0.690 and 0.847, respectively, and the Pearson correlation coefficients between ATPS activities and S contents were 0.662 and 0.816. At the bulb expansion early and middle stages, the GS activities and N contents existed negative correlations, and the Pearson correlation coefficients were -0.857 and -0.693, respectively. The negative correlation was observed as a whole between the OAS-TL activity and S content, the Pearson correlation coefficient was 0.646 at the bulb expansion early stage. 【Conclusions】There is an interaction relationship between nitrogen and sulfur at growth stages of garlic. With the increase of activities of NR and ATPS, nitrogen and sulfur assimilation ability of garlic plant is promoted. On the contrary, GS accelerates nitrogen assimilation when the enzyme activity tends to decrease. Under the combined application of N and S, the nitrogen and sulfur assimilation is regulated by key enzymes before the bulb expansion stage, and the plant growth is stimulated. At the bulb expansion stage, the single application of nitrogen or sulfur fertilizer can affect the nitrogen or sulfur contents in garlic plants.

garlic (Allium sativum L.); nitrogen; sulfur; enzyme activities; assimilation;

2016-06-14 接受日期：2016-12-06

新疆研究生科研創新項目（XJGRI2014075）；新疆維吾爾自治區園藝學重點學科基金項目資助。

許建（1982—），男，江蘇銅山人，博士，主要從事蔬菜栽培及生理研究。E-mail:xujay1982@163.com

* 通信作者 E-mail:13999803260@163.com