李 霞 閻秀峰

(吉林師范大學(xué)，四平，136000) (東北林業(yè)大學(xué))

氮素在植物營養(yǎng)生理中有很重要的作用，供氮水平可通過影響氮代謝關(guān)鍵酶活性而影響植物的生長、發(fā)育以及對環(huán)境的適應(yīng)［1－3］。氮素供應(yīng)水平對植物體內(nèi)的硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性有不同程度的影響;也在一定程度上影響可溶性蛋白含量，而可溶性蛋白大部分為參與各種代謝的酶類，是植物體內(nèi)貯藏氮的主要形式，其中絕大多數(shù)是卡爾文循環(huán)中最關(guān)鍵的酶，在植物的光合作用、生長發(fā)育及植物生物量的建成中起著重要作用［2－3］。黃檗(Phellodendron amurense)為蕓香科(Rutaceae)黃檗屬(Phellodendron)植物，是東北闊葉紅松林的重要伴生樹種，也是我國名貴中藥黃柏的藥源植物，其內(nèi)皮(韌皮部)入藥，稱為關(guān)黃柏。近年來，筆者就黃檗中主要生物堿的分布規(guī)律和部分環(huán)境因子對黃檗中主要生物堿含量的影響、氮素形態(tài)對黃檗幼苗主要生物堿及氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響等作了一些研究工作［4－6］。研究了不同氮素水平對當(dāng)年生黃檗幼苗葉片中氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響，為明確氮素對黃檗生長及一些生理過程的影響，確定黃檗生長所需的最佳氮素條件，以便進(jìn)一步探討黃檗生長與主要藥用成分含量均佳的氮肥管理與調(diào)控。

1 材料與方法

黃檗幼苗在陽光溫室內(nèi)培養(yǎng)，溫室為自然采光，溫度控制在18～30℃，水培容器為長50 cm、寬37 cm、高13 cm的塑料盆，上覆具孔泡沫板用于黃檗幼苗的固定。從苗圃選取生長一致的1年生黃檗幼苗，先以自來水培養(yǎng)2d，再澆灌氮素濃度為8 mmol/L的正常營養(yǎng)液，以使幼苗生長健壯。完全營養(yǎng)液主要按Ultriainen等［7］方法配制，但略加修改:NH4NO34 mmol/L、KH2PO41 mmol/L、KC1 1 mmol/L、CaCl2－6H2O 1 mmol/L、MgSO4－7H2O 0.6 mmol/L、FeCl3－6H2O 0.02 mmol/L、MnCl2－4H2O 6 μmol/L、H3BO30.016 mmol/L、ZnCl20.3 μmol/L、CuCl2－2H2O 0.3 μmol/L、Na2MoO4－2H2O 0.3 μmol/L。在完全營養(yǎng)液基礎(chǔ)上，通過改變NH4NO3的量調(diào)配出5種營養(yǎng)水平的氮素處理液，既1、4、8、16和32 mmol/L。每天用0.1 mmol/L的KOH和HCl將營養(yǎng)液pH值調(diào)至6.0左右。每個處理設(shè)3次重復(fù)，營養(yǎng)液3 d更換1次，全天用泵通氣，并相應(yīng)地補(bǔ)充損失的水分。

處理后每隔10 d分別采集黃檗幼苗頂端完全展開的第1片成熟葉片，并進(jìn)行各項生理指標(biāo)的測定，每重復(fù)5株。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮測定參照Richardson［8］方法，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮蘭比色法測定［9］，NR 的測定采用活體法［10－11］，GS的測定參照Miflin［12］的方法，用紫外可見分光光度計測定吸光值。處理后第50天，測量黃檗幼苗的株高、莖直徑(基部)、單株生物量，并重復(fù)8株。所得數(shù)據(jù)用SAS 8.1 for Windows進(jìn)行統(tǒng)計分析，用方差分析檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素濃度對黃檗幼苗生長的影響

氮素濃度不同對黃檗幼苗的生長影響明顯。表1是處理結(jié)束時(第50天)黃檗幼苗的生長狀況?？梢钥闯?，隨著營養(yǎng)液氮素濃度的升高，黃檗幼苗的株高、莖直徑和全株生物量逐漸升高，16 mmol/L處理達(dá)到最大值，當(dāng)?shù)貪舛壬叩?2 mmol/L時，株高、莖直徑和全株生物量都比16 mmol/L時的最大值略有下降，但兩者差異不顯著。氮素濃度為16 mmol/L時黃檗幼苗的生長狀況最好，而氮素濃度為1 mmol/L時，黃檗幼苗的生長狀況最差。

表1 不同氮素濃度下黃檗幼苗的生長狀況

2.2 氮素濃度對黃檗幼苗葉片中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

隨著處理時間的延長，氮素濃度較高的16和32 mmol/L 2個處理銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于其他處理，而這2個處理間無明顯差異;1和4 mmol/L 2個處理隨著處理時間增加銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯下降;8 mmol/L處理銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，只在后期略有增加。在處理第50天，氮素濃度較高的處理銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高，但不是完全的對應(yīng)關(guān)系(表2)。在氮素處理20 d時，各處理黃檗幼苗葉片中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有升高的趨勢，然后逐漸下降趨于穩(wěn)定。從處理第30天后測定的結(jié)果表明，培養(yǎng)液氮素濃度增加，硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)有升高的趨勢，在16和32 mmol/L 2個處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于1、4和8 mmol/L 3個處理，但兩者之間差異不顯著，1、4和8 mmol/L 3個處理間差異也不顯著，見表2所示?？梢?，培養(yǎng)液氮素濃度的變化不同程度地影響了黃檗幼苗中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，總體看，雖然不是完全的對應(yīng)關(guān)系，但基本上是氮素濃度升高，葉片中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高。

在處理的前20 d，氮素濃度對黃檗幼苗葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響不明顯，從處理的30d后，氮素濃度為8、16和32 mmol/L的3個處理，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高幅度較大，在處理后期，16和32 mmol/L的2個處理明顯高于其他處理，但兩者之間無顯著差異;其他3個處理是氮素濃度越高，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高?？梢?，氮素濃度升高在一定程度上可提高黃檗幼苗葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但當(dāng)升高到一定程度時，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不會繼續(xù)升高，見表2。

表2 不同氮素濃度下黃檗幼苗葉片銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 氮素濃度對黃檗幼苗葉片中NR和GS活性的影響

由表3可見，在處理的最初階段，氮素濃度對黃檗幼苗葉片中NR的影響較大，各處理間的差異較大，表現(xiàn)為氮素濃度越高NR活性越強(qiáng)。在處理的20 d后，8、16和32 mmol/L的3個處理NR活性波動較小，在處理后期都略有下降，3者差異不明顯。1、4 mmol/L 2個處理NR活性波動較大，且都明顯低于其他3個處理，兩者差異不顯著。氮素濃度對GS活性的影響與NR比較相似，在整個氮素處理的過程中，基本上是氮素濃度越高，GS活性越強(qiáng)，但不完全對應(yīng)，比較顯著的特征是8、16和32 mmol/L 3個處理GS活性比較相似，顯著高于1、4 mmol/L這2個處理，而3者之間差異不顯著，1、4 mmol/L 2個處理之間差異也不顯著，見表3所示。

總體看，氮素濃度升高，可在一定程度上提高中NR和GS的活性。

表3 不同氮素濃度下黃檗幼苗葉片NR和GS活性

3 結(jié)論與討論

氮素作為重要的營養(yǎng)因子對樹木生物量的限制作用尤為明顯。可溶性蛋白大部分為參與各種代謝的酶類，是植物體內(nèi)貯藏氮的主要形式，供氮水平可在一定程度上影響可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)而反映供氮對植物生長發(fā)育和代謝的影響。從本文的結(jié)果來看，1 mmol/L處理可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，且生物量也最低，說明缺氮可能導(dǎo)致氮素同化能力減弱，光合產(chǎn)物流向氮素代謝、用于NH3同化為氨基酸和蛋白質(zhì)的相對較少。16和32 mmol/L的2個處理可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其他處理，但兩者無明顯差異，這也與生物量的變化相同，說明隨著氮素水平的增加和氮素同化能力的增加，越來越多的光合產(chǎn)物流向氮素代謝，因而葉片中可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。但由于黃檗幼苗的氮素同化能力有限，過量的供氮可能引發(fā)營養(yǎng)失衡，根系為抵御高氮脅迫，必須提高呼吸強(qiáng)度來盡量適應(yīng)旱育環(huán)境，引起細(xì)胞早衰，生長受到嚴(yán)重限制，最終造成膜傷害［13］。所以只有供氮水平適宜，才能最大限度提高氮素利用率。

植物獲取氮素營養(yǎng)包括吸收、轉(zhuǎn)運和同化3個主要過程，即 NO－3和 NH+4的吸收轉(zhuǎn)運、NO－3被 NR 還原為 NH+4，NH+4被谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶(GS/GOGAT)同化為谷氨酸和谷氨酰胺，NR是一種誘導(dǎo)酶，為硝態(tài)氮同化的限速酶，其活性取決于介質(zhì)中的NO－3濃度。在一定范圍內(nèi)，植物體內(nèi)的NO－3濃度與NR的活性呈正相關(guān)，且NR只有在NO－3溶液中經(jīng)過一段時間的誘導(dǎo)才能逐步形成。近年也有研究表明，即使同一物種，不同品種間的NR活性并非只受硝態(tài)氮的激活。中筋小麥豫麥49在施用銨態(tài)氮時，GS和GOGAT活性增強(qiáng)的同時，NR活性也有較大增強(qiáng)［14］。本試驗結(jié)果表明，黃檗葉片中NR活性明顯受供氮水平高低的影響，營養(yǎng)液供氮水平的提高，葉片中NR活性增加，并表現(xiàn)出了與黃檗葉片中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)相似的變化趨勢，從而再度證明，谷氨酰胺合成酶(GS)是NH+4同化過程中的一個關(guān)鍵酶，參與多種氮代謝的調(diào)節(jié)，是氮代謝中心的多功能酶。目前，尚不清楚對GS基因表達(dá)及活性起刺激信號的作用是NO－3還是其同化產(chǎn)物。

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