有机肥与生物炭联用调控苦荞蛋白结构及功能特性的机制研究

本研究针对单一施肥对作物蛋白品质提升的局限性，通过尿素减量配施有机肥和生物炭（OBN），系统探究了不同施肥模式对苦荞蛋白结构（二级结构）与功能特性的影响。结果表明OBN处理显著提高蛋白含量（+1.31%），改变α-螺旋/β-折叠比例，并增强热稳定性，为功能性食品开发提供理论支撑。

　　

在全球人口持续增长和功能性食品需求激增的背景下，苦荞（Fagopyrum esculentum Moench）因其高营养价值成为重要原料。然而，传统氮肥过量施用导致作物品质下降、环境污染等问题日益突出。如何通过绿色施肥策略同步提升苦荞蛋白含量与功能特性，成为农业与食品科学领域亟待解决的难题。

陕西省榆林农业研究所的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，创新性地将尿素减量（N reduction）与有机肥（organic fertilizer）、生物炭（biochar）联用（OBN处理），系统评估了五种施肥模式对苦荞蛋白的影响。通过紫外光谱（UV）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）等技术，首次揭示了复合施肥通过改变蛋白二级结构（α-螺旋减少11.2%，β-折叠增加9.8%）提升功能特性的分子机制。

关键实验方法
研究采用随机区组设计，以XINONG 9940苦荞品种为材料，设置不施肥（NF）、纯尿素（N）、尿素减量+有机肥（ON）、尿素减量+生物炭（BN）及三者联用（OBN）5组处理。通过凯氏定氮法测定粗蛋白含量，SDS-PAGE分析蛋白组分，结合光谱学技术解析结构变化，并测定乳化性、起泡性等功能指标。

研究结果

1. Protein component
   OBN处理使粗蛋白含量提升1.31%，显著高于单一施肥（N组仅6.21%）。SDS-PAGE显示谷蛋白（glutelin）条带强度增加，表明复合施肥促进贮藏蛋白积累。

2. Secondary structure
   FTIR分析发现OBN处理使α-螺旋占比从34.1%降至22.9%，β-折叠从21.7%增至31.5%，这种结构转变与功能改善显著相关（P<0.05）。

3. Functional properties
   OBN组乳化活性（EA）达58.7 m²/g，较N组提高32%，热变性温度（T_d）提升6.3℃，证实结构优化增强了蛋白稳定性。

结论与意义
该研究突破性地证明：尿素减量配施有机肥和生物炭可通过协同调控蛋白合成代谢基因（如谷氨酰胺合成酶GS）与土壤氮循环，实现苦荞蛋白从含量到品质的多维度提升。特别是OBN处理诱导的β-折叠增加，直接关联到乳化性、热稳定性等功能提升，为开发无麸质食品（gluten-free）和植物基肉制品提供了优质原料选择。这项成果不仅为绿色农业实践提供了科学依据，更推动了功能性作物从田间到餐桌的全链条创新。