花生主要碳代謝指標與根瘤固氮能力的關系

鄭永美，周麗梅，鄭亞萍，吳正鋒，孫學武，于天一，沈 浦，王才斌*

（1 山東省花生研究所，山東青島 266100；2 煙臺市農業技術推廣中心，山東煙臺 264001）

氮素是作物生命活動的物質基礎，在作物的生長發育過程中發揮著極其重要的作用。花生根系著生根瘤，可有效供給花生生長所需要的氮素營養，是花生最重要的氮素來源之一[1-3]。減少氮肥施用量，甚至不施用氮肥，充分發揮根瘤菌固氮潛力和土壤供氮能力，滿足花生對氮素的需求，是國內外公認的花生節氮、高效、生態栽培最有效的途徑，也是未來種植花生的方式[4-6]。

為提高花生根瘤固氮能力，前人從氮肥形態、氮肥水平、基因型、微肥和根瘤菌肥 (劑)等方面已開展不少研究。Wang等[4]對不同形態氮肥的研究表明，提高根瘤固氮的供氮能力以酰胺態氮肥較為適宜，酰胺態氮處理根瘤固氮貢獻比例較其它形態氮肥高15%以上。張翔等[7]研究了氮肥用量對花生結瘤和根瘤固氮的影響，花生根瘤固氮潛力隨氮肥施用量的增加而減少。鄭永美等[8]在高肥力土壤條件下，研究了20個基因型花生根瘤固氮差異性，發現根瘤固氮積累量和收獲指數遺傳變異系數均高于肥料氮和土壤氮，而且與花生產量呈顯著正相關。而根瘤固氮也是一個耗能的過程。Finn等[9]和吳靜等[10]研究發現，提高大豆 CO2濃度，增加光照強度等提高植物光合作用，可以提高根瘤菌侵染結瘤和固氮能力，而降低植物光合作用則會降低根瘤菌的固氮能力。Rogers等[11]和Larrainzar等[12]進一步研究發現，成熟根瘤進行固氮作用時，轉運到根瘤內的光合產物通過糖酵解途徑釋放能量，根瘤內固氮酶才可以將N2轉變為NH4+，最終氮素以天冬酰胺的形式轉運出根瘤。馬家斌等[13]和趙江濤等[14]對大豆研究，同樣認為增強地上部光合能力，增加成熟根瘤的碳水化合物的供應量，可以增強根瘤生理活性和根瘤固氮能力。崔偉等[15]對7種豆科作物的研究表明，盛花期干物質積累與根瘤質量呈正相關關系。

光合作用是植物將光能轉換為可用于生命過程的化學能并進行有機物合成的生物過程，是能量積蓄和干物質積累的物質基礎。葉片是花生進行光合作用的主要器官，葉綠素是光合作用的光敏抑制劑，凈光合速率是光合特性的綜合反映，也是花生光合能力大小的直接指標，而且葉片的葉綠素含量與凈光合速率密切相關[16-17]。葉片中的蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是促使光合產物進入碳代謝途徑的關鍵酶，可溶性糖是碳代謝的主要產物，蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性直接影響葉片中可溶性糖含量[18-19]，碳代謝物質供應能力由不同的碳代謝指標決定。

根瘤固氮依賴宿主體內碳代謝物質的供給，但多為大豆等豆科作物的研究，然而，有關花生根瘤固氮能力與葉片碳代謝特性關系的研究，尤其是碳代謝指標間的相關差異性卻鮮見報道。因此，本試驗在桶栽條件下，應用15N示蹤技術，研究了不同花生品種葉片碳代謝特性及其與根瘤固氮能力的關系，闡明碳代謝指標間與根瘤固氮相關差異性，以期為生產中提高花生根瘤固氮能力和培育根瘤高效固氮花生品種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗在山東省花生研究所萊西試驗站 (120°30′17′′E，36°48′47′′ N) 進行。供試花生品種 19 個，包括山東、河南、河北、四川等省份近年來審定或育成的品種 (系)，分別為：濰花 2000-1 (WH2000-1)、T104、冀花5號 (JH5)、冀花6號 (JH6)、花育22(HY22)、山花 7 號 (SH7)、豫花 9326 (YH9326)、汕油 523 (SY523)、魯花 11 (LH11)、天府 20 (TF20)、山花 10 號 (SH10)、白沙 1016 (BS1016)、花育 39(HY39)、花育 626 (HY626)、日本千葉半蔓(RBQYBM)、遠雜 9307 (YZ9307)、花育 20(HY20)、紅色大白沙 (HSDBS)、日花 1 號 (RH1)。不結瘤系花生屬于普通型花生，與19個供試花生品種具有相類似的形態特征和生長習性，但不結瘤系花生根系不著生根瘤，氮素營養來源為肥料供氮和土壤供氮，因此，以不結瘤系花生 (NN-1) 為參照材料，計算土壤氮積累量與肥料氮積累量比例系數，利用比例系數進一步可求得19個供試花生品種根瘤固氮積累量。供試土壤為砂壤土，播種前土壤基本理化性質為堿解氮77.9 mg/kg、速效磷45.6 mg/kg、速效鉀 97.8 mg/kg、有機質 12 g/kg、pH 5.9。

試驗將直徑38 cm、高80 cm的硬化PVC無底圓桶埋置在田間土中，圓桶上邊高出地表5 cm，各圓桶間距離80 cm。將田間 0—25、26—50和51—75 cm的土壤按照原土層順序填入桶內。每桶播4粒種子，出苗后第5天間苗，每桶保留3棵均勻一致的花生植株，桶四周以同樣密度種植相同品種花生作保護行。供試氮肥為15N標記尿素，15N豐度為10.3%，購買于上海化工研究院；磷肥為磷酸二氫鉀，購買于國藥集團化學試劑有限公司；鉀肥一部分由磷肥 (磷酸二氫鉀) 帶入，試驗鉀肥不足部分由硫酸鉀補齊，購買于國藥集團化學試劑有限公司。每桶肥料用量為 N 1.02 g (90 kg/hm2)、P2O51.70 g(150 kg/hm2)、K2O 2.04 g (180 kg/hm2)。所有肥料在播種前均勻施入0—25 cm土層中，1桶為1次重復，每個品種15次重復。

1.2 樣品采集與測定

于花生結莢期 (出苗后95～105天) 進行花生凈光合速率測定，同時每個品種取樣12桶，選取主莖倒1葉、倒2葉和倒3葉 (從上往下第1葉、第2葉和第3葉)，混合均勻后用于葉綠素含量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶 (SS) 活性和蔗糖磷酸合成酶 (SPS)活性的測定；于花生成熟期 (出苗后120～130天) 取樣3桶，用于花生整株氮含量和15N豐度的測定。

凈光合速率測定：采用英國PP-systems公司生產的CIRAS-1型便攜式光合測定系統，于晴天9:00—11:00采用開放式氣路測定。選取面向陽光的花生主莖倒3葉進行測定，每個處理重復測定10片葉子。

葉綠素含量測定：按照鄒琦[20]介紹的方法，均勻混合3桶花生主莖倒1葉、倒2葉和倒3葉，以95%乙醇為浸提液提取色素，用分光光度計比色法分別在665、649和470 nm處測定吸光值，計算葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及總葉綠素的含量。

可溶性糖含量測定：參照《植物生理學實驗指導》[21]，將3桶花生主莖倒1葉、倒2葉和倒3葉于烘箱中105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱重后粉碎，采用蒽酮比色法，在630 nm波長下測定吸光度，計算可溶性糖含量。

蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性測定：參照《現代植物生理學實驗指南》[22]，選取6桶花生主莖倒1葉、倒2葉和倒3葉，錫箔紙包裹標記后迅速放入液氮中帶回室內，于–70℃冰箱中保存，用于蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性測定。混合均勻的花生葉片冰浴研磨，1000 ×g冷凍離心 10 min 提取粗酶液。粗酶液與pH 7.5的Hepes-NaOH 緩沖液、50 mmol/L 的 MgCl2、100 mmol/L 的 UDPG 和 100 mmol/L的6-磷酸果糖混勻在30℃水浴中反應 30 min后，加入 2 mol/L 的 NaOH 沸水浴 10 min 終止反應，流水冷卻至室溫后加入30%的鹽酸和0.1%的間苯二酚，混勻后80℃水浴10 min，流水冷卻至室溫，在480 nm波長下測定吸光度，計算蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性。

氮素含量測定：將洗凈的花生植株于烘箱中105℃殺青30 min，80℃烘干至恒量稱質量。采用Kjeltec2300全自動定氮儀 (福斯公司，瑞士) 測定氮含量，MAT-271型質譜儀 (菲尼根馬特公司，美國)測定樣品15N豐度。

1.3 計算公式

參照相關文獻[4,8]計算根瘤固氮量，具體公式如下：

全氮積累量 = 干物質量 × 氮素含量

肥料氮積累量 = (全氮積累量 × 樣品15N 豐度)/肥料15N豐度

土壤氮積累量/肥料氮積累量 (比例系數) = (不結瘤系花生全氮積累量 – 不結瘤系花生肥料氮積累量)/不結瘤系花生肥料氮積累量

土壤氮積累量 = 肥料氮積累量 × 比例系數

根瘤固氮積累量 = 全氮積累量 – 土壤氮積累量 –肥料氮積累量

1.4 數據處理

采用 Microsoft Excel 2010 進行數據統計分析和制作圖表；不同花生品種間的差異顯著性采用SPSS軟件按照Duncan’s 法進行多重比較；各項指標間的相關性分析采用SPSS軟件，按照Correlate Birariate進行。

2 結果與分析

2.1 花生葉片碳代謝特性

2.1.1 葉綠素含量 花生葉片葉綠素含量品種間存在顯著差異 (表1)。葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總葉綠素的變異幅度分別為1.57～2.54、0.61～0.96、0.28～0.44 和 2.47～3.93 mg/g，變異系數分別為15.4%、12.5%、12.9%和14.0%，表明葉片葉綠素含量遺傳變異性大小表現為葉綠素a ＞ 總葉綠素 ＞類胡蘿卜素 ＞ 葉綠素b。由表1還可以看出，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總葉綠素含量均以日本千葉半蔓最高，日花1號最低，最高值分別是最低值的1.62、1.57、1.57和1.59倍。

表1 各品種花生葉片葉綠素含量 (mg/g)Table 1 Chlorophyll content in leaves of the tested peanut cultivars

2.1.2 凈光合速率 不同花生品種葉片凈光合速率差異顯著 (圖 1)，平均值為 21.7 μmol/(m2·s)，變異幅度為 14.5～29.7 μmol/(m2·s)，變異系數為 21.5%，凈光合速率最大值約是最小值的2.0倍。葉片凈光合速率低于平均值的品種有9個，其中日花1號凈光合速率最小，較平均值低30.0%以上，依照凈光合速率由高到低依次為花育39號 ＞ 花育22號 ＞ 遠雜9307 ＞ 山花 10 號 ＞ 山花 7 號 ＞ 紅色大白沙 ＞ 汕油523 ＞ 花育 626 ＞ 日花 1 號，其中汕油 523 和花育626差異不顯著；凈光合速率高于平均值的品種有10個，其中豫花9326凈光合速率最大，較平均值高36.9%，依照凈光合速率由高到低依次為豫花9326 ＞ 日本千葉半蔓 ＞ 天府 20 ＞ T104 ＞ 冀花 6 號 ＞魯花 11 ＞ 花育 20 號 ＞ 冀花 5 號 ＞ 白沙 1016 ＞ 濰花2000-1，其中豫花9326和日本千葉半蔓、T104和冀花6號、花育20號和冀花5號差異未達顯著水平。

圖1 不同品種花生葉片凈光合速率Fig. 1 Net photosynthetic rates of different peanut cultivars

2.1.3 可溶性糖含量 葉片可溶性糖含量在不同花生品種間存在顯著性差異，變異幅度為2.9%～5.0%，變異系數為19.2%，可溶性糖含量以日本千葉半蔓最高，約是可溶性糖含量最低品種日花1號的1.9倍(圖2)。不同花生品種葉片可溶性糖含量平均值為3.8%，可溶性糖含量最低品種日花1號較平均值低28.3%，而可溶性糖含量最高品種日本千葉半蔓則較平均值高34.4%。低于平均值的花生品種有10個，依照可溶性糖含量由高到低依次為白沙1016 ＞ 濰花2000-1 ＞ 花育 39 號 ＞ 花育 22 號 ＞ 山花 10 號 ＞ 山花7 號 ＞ 花育 626 ＞ 汕油 523 ＞ 遠雜 9307 ＞ 日花 1 號，其中濰花2000-1和花育39號差異未達顯著水平，山花7號、花育626、汕油523和遠雜9307無顯著性差異；高于平均值的花生品種有9個，依照可溶性糖含量由高到低依次為日本千葉半蔓 ＞ 豫花9326 ＞天府 20 ＞ 花育 20 號 ≈ T104 ＞ 冀花 6 號 ≈ 紅色大白沙 ＞ 魯花 11號 ＞ 冀花 5號，其中天府 20、花育20號和T104差異不顯著，冀花6號和紅色大白沙差異不顯著。

圖2 不同品種花生可溶性糖含量Fig. 2 Soluble sugar content of different peanut cultivars

2.1.4 蔗糖合成酶活性 不同花生品種葉片蔗糖合成酶活性存在顯著性差異，品種間變異幅度為38.5～72.4 mg/(g·h), FW，變異系數為 18.4%，蔗糖合成酶活性以日本千葉半蔓最高，約是蔗糖合成酶活性最低品種日花1號的2.0倍 (圖3)。不同花生品種蔗糖合成酶活性平均值為 58.6 mg/(g·h), FW，蔗糖合成酶活性最低品種日花1號較平均值低34.3%，蔗糖合成酶活性最高品種日本千葉半蔓較平均值高23.6%。蔗糖合成酶活性低于平均值的花生品種有8個，依照蔗糖合成酶活性由高到低依次為花育39號 ＞ 花育22 號 ＞ 山花 10 號 ＞ 山花 7 號 ＞ 汕油 523 ＞ 遠雜9307 ＞ 花育 626 ＞ 日花 1 號，其中花育 22 號和山花10號間無顯著性差異；蔗糖合成酶活性高于平均值的花生品種有11個，依照蔗糖合成酶活性由高到低依次為日本千葉半蔓 ＞ 豫花 9326 ＞ 天府 20 ＞ T104 ＞花育 20 號 ＞ 冀花 6 號 ≈ 魯花 11 號 ＞ 紅色大白沙 ＞冀花 5 號 ≈ 白沙 1016 ＞ 濰花 2000-1，其中冀花 6 號和魯花11號幾乎無差異，冀花5號和白沙1016幾乎無差異，日本千葉半蔓和豫花9326間無顯著性差異，天府20和T104間無顯著性差異。

圖3 不同品種花生蔗糖合成酶活性Fig. 3 Activity of sucrose synthase of different peanut cultivars

2.1.5 蔗糖磷酸合成酶活性 不同花生品種葉片蔗糖磷酸合成酶活性差異性顯著 (圖4)，品種間變異幅度為 12.1～33.4 mg/(g·h), FW，平均值為 24.5 mg/(g·h), FW，變異系數為24.3%。豫花9326葉片蔗糖磷酸合成酶活性最高，較平均值高36.3%，約是蔗糖磷酸合成酶活性最低品種日花1號的2.8倍。葉片蔗糖磷酸合成酶活性低于平均值的品種有11個，依照蔗糖磷酸合成酶活性由高到低依次為花育22號 ≈白沙 1016 ＞ 冀花 5 號 ≈ 濰花 2000-1 ≈ 花育 39 號 ＞汕油 523 ＞ 山花 10 號 ＞ 山花 7 號 ＞ 花育 626 ＞ 遠雜9307 ＞ 日花1號，其中花育22號和白沙1016，冀花5號、濰花2000-1和花育39號間差異不顯著；葉片蔗糖磷酸合成酶活性高于平均值的品種有8個，依照蔗糖磷酸合成酶活性由高到低依次為豫花9326＞ 天府 20 ≈ T104 ＞ 日本千葉半蔓 ＞ 魯花 11 號 ＞ 花育 20號 ≈ 冀花 6號 ＞ 紅色大白沙，其中天府 20、T104和日本千葉半蔓，魯花11、花育20號和冀花6號間均無顯著性差異。

圖4 不同品種花生蔗糖磷酸合成酶活性Fig. 4 Activity of sucrose phosphate synthase of different peanut cultivars

2.2 根瘤固氮量

不同花生品種根瘤固氮量差異性達顯著水平(圖 5)，品種間變異幅度為 62.7～160.6 kg/hm2，變異系數為21.7%。不同花生品種根瘤固氮量平均值為115.3 kg/hm2，日本千葉半蔓根瘤固氮量最大，較平均值高39.3%，日花1號根瘤固氮量最小，較平均值低45.6%，而且日本千葉半蔓根瘤固氮量約是日花1號的2.6倍。根瘤固氮量低于平均值的有10個花生品種，依照固氮量由高到低依次為白沙1016 ＞ 濰花 2000-1 ＞ 花育 39 號 ＞ 花育 22 號=山花 10 號 ＞ 山花 7 號 ＞ 汕油 523 ＞ 花育 626 ＞ 遠雜 9307 ＞ 日花1號，其中花育22號和山花10號無差異，汕油523和花育626差異不顯著。根瘤固氮量高于平均值的有9個花生品種，依照固氮量由高到低依次為日本千葉半蔓 ＞ 豫花 9326 ＞ 天府 20 ＞ T104 ＞ 花育20 號 ＞ 冀花 6 號 ＞ 魯花 11 ＞ 紅色大白沙 ＞ 冀花5號，其中天府20和T104差異不顯著，花育20號、冀花6號、魯花11號和紅色大白沙品種間差異亦未達顯著水平。

圖5 花生根瘤固氮量Fig. 5 Amount of nitrogen fixed by nodules of each peanut cultivar

2.3 花生碳代謝特性與根瘤固氮能力的關系

由圖6可以看出，花生葉片葉綠素含量與根瘤固氮能力存在極顯著正相關關系，決定系數范圍為0.793～0.906。類胡蘿卜素含量與根瘤固氮能力相關性最大，決定系數達0.906，葉綠素b和總葉綠素次之，葉綠素a最低。

圖6 花生葉片葉綠素含量與根瘤固氮的關系Fig. 6 Relationship among chlorophyll content in peanut leaves and nitrogen fixation ability of root nodule

花生葉片凈光合速率和可溶性糖含量均與根瘤固氮能力顯著正相關，決定系數分別為0.828和0.908，因此提高花生葉片光合能力和可溶性糖含量可以協同增強根瘤固氮能力 (圖7)。

圖7 凈光合速率、可溶性糖含量與根瘤固氮能力的關系Fig. 7 Relationship among the net photosynthetic rates，soluble sugar content and nitrogen fixation ability of root nodule

蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是催化蔗糖合成的關鍵酶，其活性高低與同化物質的積累和輸出能力密切相關。從圖8可以發現，蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性均與根瘤固氮能力呈正相關關系，且達極顯著水平，決定系數分別為0.950和0.894，蔗糖合成酶活性相關系數大于蔗糖磷酸合成酶活性。

圖8 蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性與根瘤固氮能力的關系Fig. 8 Relationship between the activities of sucrose synthase and sucrose phosphate synthase and the nitrogen fixation ability of root nodule

綜合分析可以發現，反映葉片碳代謝特性的各指標與根瘤固氮能力均呈顯著正相關，與各指標相關性大小依次為蔗糖合成酶活性＞可溶性糖含量 ≈ 類胡蘿卜素含量＞蔗糖磷酸合成酶活性＞總葉綠素含量 ≈ 葉綠素b含量＞凈光合速率＞葉綠素a含量。

3 討論

3.1 碳代謝特性

作為光能吸收和轉換的原初物質，葉片葉綠素構成及其含量直接影響作物的光合作用[23-25]。原小燕等[26]研究表明，施用氮肥能夠促進花生葉片葉綠素含量的增加，但氮肥水平超過一定范圍，葉綠素含量的增速會逐漸降低。化控也可顯著提高花生葉片葉綠素含量，增強花生葉片保綠性和保持較大的綠葉面積，而且化控時間越早效果越顯著[27-28]。本試驗表明，花生葉片葉綠素含量在品種間存在顯著性差異，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總葉綠素含量品種間變異系數均達12.0%以上，其中以葉綠素a最大，其最高值是最低值的1.6倍，表明花生葉片葉綠素含量不僅受外界條件的調控，而且還具有顯著的遺傳變異性，會因品種遺傳特性而存在較大差異。

光合作用為植物生長發育提供物質和能量，是植物生長發育的基礎。國內外學者對花生光合特性開展了大量研究，林松明等[29]研究表明玉米花生間作遮陰會降低花生葉片凈光合速率，但增施鈣肥在一定程度上可以有效緩解遮陰引起的負效應，凈光合速率可達單作不施鈣肥處理水平。增施鈣鉬肥可以顯著增強花生光合生理特性，提高蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率和群體光合勢，進而提高花生產量[30]。旱、鹽及旱鹽雙重非生物脅迫對花生光合特性存在顯著影響，降低花生凈光合速率和葉面積指數等[31-34]。夏花生單粒精播較雙粒穴播不僅可以增加花生葉片葉綠素含量，還可以顯著提高凈光合速率，延緩葉片衰老，維持生育后期較高的光合能力和光合時間[35]。本研究中，葉片凈光合速率在花生品種間存在顯著性差異，變異幅度為 14.5～29.7 μmol/(m2·s)，品種間變異系數為21.5%，日花1號凈光合速率最小，較19個品種的平均值低30.0%以上，豫花9326凈光合速率最大，較平均值高36.9%。這表明花生葉片凈光合速率不僅受光照、養分、水分、種植模式等的影響，還取決于品種的遺傳特性，這與吳桂成等[36]、陳四龍等[37]的研究結果基本一致。因此，在花生種質資源中進行品種篩選，選擇或培育光合能力較強品種是可行的。

可溶性糖是植物碳代謝的主要產物，是間接反映碳代謝能力的重要指標，可溶性糖含量越高，說明碳代謝能力越強。前人對花生的研究表明，可溶性糖含量受溫度、養分、栽培方式等的顯著影響[38-40]。本研究表明，不同花生品種間葉片可溶性糖含量存在顯著性差異，19個花生品種間變異系數達19.2%，其中日本千葉半蔓可溶性糖含量最高，較19個花生品種平均值高34.4%，約是可溶性糖含量最低品種日花1號的1.9倍。因此，品種基因型也決定著葉片可溶性糖含量，這與馬春梅等[41]、崔麗娜等[42]對大豆和玉米的研究結果基本一致。

蔗糖是植物體內碳水化合物貯存和運輸的主要形式，葉片中的蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是催化合成蔗糖的關鍵酶，其活性大小對碳代謝產物的積累和輸出能力具有顯著影響。孫虎等[43]對花生施氮水平的研究表明，在一定氮肥水平范圍內隨氮肥水平增加，花生葉片蔗糖磷酸合成酶活性增高，提高葉片蔗糖含量，而過高水平氮肥則減小蔗糖磷酸合成酶活性，降低葉片蔗糖含量，適量水平的氮肥才有利于花生葉片蔗糖的合成。適宜密度的單粒精播較傳統雙粒播種可以提高花生葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，促進葉片中蔗糖的合成與積累，顯著提高生育后期葉片的碳代謝能力[44]。本研究發現，葉片中蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性均存在顯著的遺傳變異性，19個品種間蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性變異系數分別為18.4%和24.3%，其中日本千葉半蔓蔗糖合成酶活性最高，約是活性最低品種的2.0倍，豫花9326蔗糖磷酸合成酶活性最高，約是活性最低品種的2.8倍，因此，基因型 (品種) 是影響蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的重要因子，對碳代謝特性具有重要影響，這與前人對大豆[45]、水稻[46]、玉米[47]、油菜[48]等的研究一致。

3.2 根瘤固氮能力

花生有3種氮素來源，分別為土壤氮、肥料氮和根瘤固氮，在施肥條件下，花生氮素有19.2%～49.0%來自土壤氮，6.4%～26.5%來自肥料氮，而24.5%～80.8%來自根瘤固氮[49]。相關研究提出選擇酰胺態氮肥[4]，合理的氮肥水平和運籌[7,50]，選用根瘤固氮高效型品種[6,8]等措施以充分發揮根瘤固氮作用。本文對19個代表不同產區的花生品種研究表明，根瘤固氮量在品種間存在顯著性差異，變異系數達20.0%以上，根瘤固氮量以日本千葉半蔓最高，較19個品種的平均值高39.3%，是根瘤固氮量最小品種日花1號的2.6倍，因此，根瘤固氮具有較大的遺傳變異性，通過培育高效根瘤固氮花生品種來滿足花生對氮素的需求，減少肥料氮和土壤氮的供給，是花生節氮栽培的有效途徑，這與鄭永美等[8]、李海先等[51]對花生和大豆的研究結果基本一致。

3.3 碳代謝特性與根瘤固氮能力關系

根瘤進行固氮時，根瘤菌固氮酶反應和NH3同化過程需要消耗能量，有研究統計，根瘤固定1 kg氮化合物需要消耗12～17 kg的碳水化合物[52-54]。鄒長明等[55]對不同品種小豆研究發現，降低小豆的光合能力，光合產物供應不足會嚴重抑制根瘤的生長發育。雍太文等[56]對大豆研究表明，大豆地上部較強的光合能力可以為地下根瘤的生長發育及固氮提供充足的能量，促進根瘤固氮能力和大豆產量的提高。本研究對不同花生品種碳代謝特性與根瘤固氮能力關系進行了系統分析，花生葉片葉綠素含量、凈光合速率、可溶性糖含量、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性均與根瘤固氮積累量呈極顯著正相關關系，其中與蔗糖合成酶活性相關性最大，與可溶性糖含量相關性次之，表明，花生的碳代謝能力及碳水化合物的供給能力與根瘤固氮密切相關，這與前人[9,12-13]對大豆的研究結論基本一致。

4 結論

不同花生品種間葉綠素含量、凈光合速率、可溶性糖含量、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性及根瘤固氮量均存在顯著性差異。根瘤固氮量與各碳代謝指標密切相關，決定系數最大可達0.950。不同碳代謝指標間可溶性糖含量及調控蔗糖代謝的蔗糖合成酶活性不僅遺傳變異性較大，而且與根瘤固氮量正相關性均達0.9以上，明顯高于葉綠素含量、凈光合速率和蔗糖磷酸合成酶活性。因此，在花生生產及品種培育中，通過調控碳代謝來提高根瘤固氮能力是可以實現的，而且不同的碳代謝指標間可以首先選擇可溶性糖水平和蔗糖合成酶活性。