摘要

 

氮（N）是構成核酸、蛋白質與葉綠素的關鍵元素，亦調節植物一次代謝 (生長 )與二次代謝 (防禦) 之能量分配。

 

大多數作物以硝酸態氮（NO₃⁻）為主要吸收型態，須經硝酸還原酶／亞硝酸還原酶（NR/NiR）及 GS–GOGAT 系統將 NO₃⁻ 還原並同化為胺基酸，此流程約需 15 ATP 以上的還原能量；相關呼吸耗能可短時間內上升 20–30%。

 

若改以較「還原」或直接可用之氮源：游離胺基酸(以下稱為AA)、蛋白質水解物(以下稱為PH)，可部分迴避高耗能反應，將節餘能量投入於抗逆境代謝、品質提升及生長防禦平衡。

 

實證研究顯示：適度葉面或根施胺基酸生物刺激素能增進滲透調節、ROS 清除、風味色素合成及旱鹽耐受，惟須同步考量碳源、氮平衡與施用時機，以免過度氮造成品質稀釋。

 

1：氮素在植物生命系統中的核心地位

 

氮含量約占植物乾重 1–5 %，直接參與 DNA/RNA 核苷酸與 20 種蛋白胺基酸的生合成；缺氮首先抑制核酸與蛋白質累積，進而限制細胞分裂與器官發育。

 

2 硝酸態氮同化的能量與還原力需求

 

台灣農業通常以 NO₃⁻ 作為氮肥，優點在於不易造成土壤危害與植物氮中毒，不過NO₃⁻需經一連串轉換才可成為胺基酸，包含 NR → NiR → GS/GOGAT 兩段還原與一段同化步驟

 

光是合成 1 分子 NH₄⁺ 約消耗 12–15 mol ATP 或等價還原力，外加 5 分子 ATP 用於 GS / GOGAT 反應 sciencedirect.compmc.ncbi.nlm.nih.gov。

 

在玉米與大麥，NO₃⁻ 供應可使根系呼吸瞬升 20–30 %，代表大量碳與氧消耗 academic.oup.comciteseerx.ist.psu.edu。

 

植株的總體能量是有限的，能量過度聚焦於 NO₃⁻ 還原，將排擠抗氧化、防禦與品質代謝途徑，形成典型的 Growth–Defense Trade-off(生長-防禦平衡)。

 

3 胺基酸／蛋白水解物：節能型氮源與生物刺激素

 

3.1 法規與市場定位

 

歐盟EU Regulation 2019/1009 將「蛋白質水解物 (包含胺基酸) 」正式列為 PFC 6(A) 植物生物刺激素，允許以「提升養分利用效率、逆境耐受及品質」進行標示 。全球 胺基酸肥料 市場年複合成長率預估 > 10 %，已成為作物高值化及永續施肥的重要商品板塊 。

 

3.2 代謝節能與氮素效率

 

胺基酸肥料直接提供還原態氮，可旁路 NR/NiR；根／葉細胞利用胺基酸轉胺即可生成其他胺基酸，理論上為每分子氮可節省約 12 ATP + 8 電子 的成本 pmc.ncbi.nlm.nih.govlink.springer.com，宏觀來看，省下的大量能量與體力可以讓其他生長代謝或抗性機能提升。葉面施用單一胺基酸（脯胺酸、甘胺酸）或混合水解物，在甜椒、玉米與觀賞植物等多作物皆觀察到光合速率上升與能量利用效率改善 nature.comtandfonline.com。不過我們並不建議農業生產使用單一胺基酸，因只使用單一胺基酸易造成拮抗與毒害，使用複方胺基酸更加安全且功能全面。

 

3.3 抗逆與品質機制

 

胺基酸兼具 滲透調節、ROS 清除前驅、訊號分子 三重角色；脯胺酸、精胺酸可提升耐旱與耐鹽指標，並誘導抗氧化酵素活化 link.springer.comnature.com。蛋白質水解物富含小肽，能作為激素樣訊號促進酚類與花青素合成，直接改善果蔬色澤與風味 sciencedirect.compmc.ncbi.nlm.nih.gov。與其他生物刺激素結合使用，更可發揮1+1>2的效果。草莓在腐植酸並用的胺基酸水解物處理下，花青素與可溶固形物含量上升，顯著改善果實色澤與硬度https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10819947/

 

4 能量節約與生長–防禦平衡

 

氮與能量盈餘提升後，植物可同時維持一次代謝與二次代謝；在葡萄與柑橘，適量 胺基酸肥料 既提高可溶固形物，也增加抗氧化能力，說明避免了過度 NO₃⁻ 造成的品質稀釋 link.springer.comsciencedirect.com。轉錄組結果亦顯示，胺基酸 凝集物可同時上調光合作用與防禦基因，是突破 Growth–Defense Trade-off(生長-防禦平衡) 的具體證據 pmc.ncbi.nlm.nih.gov。

 

綜合文獻可知：

• 能量成本 為氮同化效率之核心限制；

• 高能量氮源（胺基酸、蛋白質水解物）可降低代謝稅負；

• 生長-防禦 平衡 說明了「節能」所釋放之 ATP/NAD(P)H 是否真正轉化為產量、品質與抗逆境。