甘氨酸濃度對生姜組培苗氮代謝的影響

廖林正 朱菲菲 劉奕清* 唐建民 陳澤雄

（1重慶文理學院花卉研究所，重慶市特色植物種苗工程技術(shù)研究中心，重慶402160；2西南大學園藝園林學院，重慶400716）

氮素對植物生理代謝和生長發(fā)育有重要作用，其中有機氮甘氨酸（Glycine）是結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸，分子量小，是有機肥及土壤中主導氨基酸之一（Chapin et al.，1993；Nasholm et al.，1998；張青 等，2005；葛體達 等，2008）。在完全無菌水培條件下，番茄能直接吸收甘氨酸（葛體達 等，2009）。也有研究指出，水稻、胡蘿卜、大白菜、綠豆等能吸收土壤中的甘氨酸和可溶性有機氮（Matsumoto et al.，2000；Wu et al.，2005）。有關植物有機氮營養(yǎng)生理生化機制方面亦有報道，水稻吸收的氨基酸可能在體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)氨基作用而被同化或者是脫氨基后被同化（吳良歡和陶勤南，2000）。研究發(fā)現(xiàn)以氨基酸及酰胺態(tài)氮形式進入植物的有機氮容易被植物代謝轉(zhuǎn)化（Yamagata & Ae，1999）。

生姜（Zingiber officinaleRosc.）對氮素的需求量較大，氮肥用量直接影響到生姜的品質(zhì)、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益以及對環(huán)境的污染等問題。從前人研究來看，目前多集中在研究不同氮素形態(tài)對生姜生長或是氮代謝的影響（Behura，2001；Majumdar et al.，2005；Mathai，2006），而有機氮甘氨酸濃度對生姜生長及生理特性的影響研究卻鮮見報道。本試驗以生姜組培苗為試材，研究甘氨酸濃度對其氮代謝的影響，以期闡述生姜組培繼代苗對有機氮的吸收機制，為生姜組培苗氮素調(diào)控以及有機氮在生姜組培苗生產(chǎn)上的應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2011年10月在重慶市特色植物種苗工程技術(shù)研究中心組織培養(yǎng)實驗室中進行。以竹根姜專用培養(yǎng)基MG（專利ZL 201010042068.8）為基本培養(yǎng)基，以脫毒培養(yǎng)3代的生長健壯、繼代培養(yǎng)20 d、株高4～5 cm的四川竹根姜組培芽團（每芽團有3～4芽）為試驗材料。

1.2 方法

將生姜組培芽團分別轉(zhuǎn)接于含不同甘氨酸濃度1.0、1.5、2.0（CK）、2.5、3.0 mg·L-1的MG培養(yǎng)基上進行繼代培養(yǎng)，分別作為處理1、2、3（CK）、4、5，對照為MG培養(yǎng)基（正常甘氨酸水平2.0 mg·L-1），每個芽團含3～4個芽。溫度25 ℃，光照1 400 lx，光周期為12 h。培養(yǎng)30 d后，測定其相關生理指標。葉綠素含量采用丙酮提取法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定（郝建軍 等，2006）。谷氨酰胺合成酶（GS）的活性測定參照Miflin和Lea（1980）的方法。谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）活性測定參照吳良歡等（1998）提出的植物轉(zhuǎn)氨酶活性比色法進行。每隔7 d測定1次，3次重復。

應用SPSS19. 0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，試驗結(jié)果采用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘氨酸濃度對生姜組培苗葉綠素含量的影響

由表1可以看出，葉綠素含量隨著生姜組培苗的生長逐漸增多。在培養(yǎng)30、44 d時，處理4和處理5的葉綠素含量顯著高于其他處理，處理5與處理4之間差異不顯著；在培養(yǎng)37 d時，處理3、處理4、處理5的葉綠素含量顯著高于處理1和處理2，處理5與處理3、處理4之間差異不顯著；葉綠素含量變化整體趨勢表現(xiàn)為隨著甘氨酸濃度的增加而上升。

表1 甘氨酸濃度對生姜組培苗葉綠素含量的影響

2.2 甘氨酸濃度對生姜組培苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由表2可以看出，各處理的可溶性糖含量隨著生姜組培苗的生長呈增長趨勢。30 d時，處理5的可溶性糖含量顯著高于其他處理，處理1、2、3、4間差異不顯著；在培養(yǎng)37、44 d后，各處理的可溶性糖含量差異顯著，且變化趨勢表現(xiàn)為隨著甘氨酸濃度的增加可溶性糖含量增加；處理5的可溶性糖含量在培養(yǎng)30、37、44 d時，比處理3（對照）分別高0.69、1.14、1.41倍?？扇苄缘鞍缀侩S生姜組培苗的生長而上升；各處理可溶性蛋白含量變化趨勢與葉綠素含量和可溶性糖含量變化趨勢相反，即隨著甘氨酸濃度的增加而降低。

表2 甘氨酸濃度對生姜組培苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

2.3 甘氨酸濃度對生姜組培苗谷氨酰胺合成酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性的影響

由表3可看出，谷氨酰胺合成酶（GS）活性隨著生姜組培苗的生長而減小，但隨著甘氨酸濃度的增加而升高。其中培養(yǎng)30、44 d時，處理2和處理3（對照）的GS活性差異不顯著，其他處理與處理3（對照）差異顯著；在培養(yǎng)37 d時，處理5和處理4的GS活性顯著高于處理1、2、3，但處理4和處理5之間差異不顯著，處理1、2之間差異不顯著。谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）活性隨著生姜組培苗的生長呈增強趨勢；且與GS類似，GOT活性隨著甘氨酸濃度的增加而升高，且各處理之間均差異顯著。

表3 甘氨酸濃度對生姜組培苗谷氨酰胺合成酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

有機氮甘氨酸作為一種小分子氨基酸化合物，可被植物直接吸收和利用（王文穎和劉俊英，2009）。由于本試驗是在無菌組培條件下進行的，甘氨酸不會被微生物降解，因此可以認為生姜組培苗在本試驗無菌培養(yǎng)條件下只能直接吸收分子態(tài)氨基酸，而不是將甘氨酸轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)態(tài)氮后才吸收。氨基酸進入植物體后，可通過轉(zhuǎn)氨基、脫氨基作用及其他過程加以同化（陳勝勇 等，2010）。本試驗結(jié)果表明，隨著甘氨酸濃度的增加，生姜組培苗體內(nèi)的可溶性糖含量和葉綠素含量增加，這與葛體達等（2008）的研究結(jié)果一致，說明生姜組培苗能利用有機氮甘氨酸作為營養(yǎng)物質(zhì)促進其生長。另外，植物在獲取有機氮的同時，也獲取了有機氮化合物中的碳和能量，因此在氮攝入量相等的情況下，植物的有機氮營養(yǎng)效應比礦質(zhì)氮營養(yǎng)效應更大，生長更好。至于隨著甘氨酸濃度的增加，生姜組培苗可溶性蛋白含量降低，其機理有待進一步研究。

谷氨酰胺合成酶（GS）在高等植物氮代謝中起著重要作用，是氮代謝的關鍵酶（陳勝勇 等，2010），它在谷氨酸合成酶循環(huán)中催化谷氨酸與NH3縮合形成谷氨酰胺，參與植物含氮化合物的新陳代謝（黃冰艷 等，2010）。因此提高GS活性可以提高氮素的同化效率和轉(zhuǎn)移效率，從而提高氮素的利用效率（王小純 等，2010）。在本試驗條件下，隨著無菌培養(yǎng)基中甘氨酸濃度的增加，生姜組培苗葉片的GS活性提高，說明甘氨酸能使生姜組培苗氮代謝運轉(zhuǎn)加強，促進氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化，有利于生姜組培苗對有機氮甘氨酸的吸收和利用。

谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）也是高等植物氮同化的關鍵酶，在植物氮代謝中起著重要作用（王華靜，2006）。本試驗結(jié)果表明，隨著甘氨酸濃度的增加，生姜組培苗的GOT活性提高。這或許是因為在外源添加了有機氮甘氨酸后，促進了生姜組培苗體內(nèi)氨基酸的合成，增加了組織中的氨基酸含量，而某些氨基酸（如谷氨酸）是GOT等轉(zhuǎn)氨酶的底物，從而使其活性增加。

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