入侵植物南美蟛蜞菊對-N和-N的響應

陳靜瑜， 谷妍蓉， 田興山， 李偉華*

(1. 華南師范大學生命科學學院, 廣東省植物發(fā)育生物工程重點實驗室, 廣東省高等學校生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 廣州 510631; 2. 廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所, 廣州 510640)

陳靜瑜1， 谷妍蓉1， 田興山2， 李偉華1*

(1. 華南師范大學生命科學學院, 廣東省植物發(fā)育生物工程重點實驗室, 廣東省高等學校生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 廣州 510631; 2. 廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所, 廣州 510640)

南美蟛蜞菊； 銨態(tài)氮； 硝態(tài)氮； 硝酸還原酶； 游離氨基酸

1　材料與方法

1.1材料培養(yǎng)

外來入侵植物南美蟛蜞菊和其本地近緣種蟛蜞菊，均采于華南師范大學石牌校區(qū)校園內的自然種群.將采來的植物莖段剪成6～8 cm的小段，每段有1個節(jié)，立即斜插于摻有蛭石的泥炭土中，經過4周扦插條預培養(yǎng)后，選取長勢、大小一致的幼苗移栽入盛有消毒過的沙子的花盆(高15 cm，直徑12 cm)中培養(yǎng)，種植南美蟛蜞菊和蟛蜞菊各20盆，共40盆. 經清水、1/8、1/4、1/2 Hoagland營養(yǎng)液適應后，開始進行不同形態(tài)氮素營養(yǎng)液(表1)處理，其中10盆南美蟛蜞菊和10盆蟛蜞菊澆灌全銨營養(yǎng)液，剩下10盆南美蟛蜞菊和10盆蟛蜞菊澆灌全硝營養(yǎng)液. 具體方法為3天澆灌1次，每次100 mL. 試驗時間為2012年3月中旬到5月上旬，實驗地點為廣州華南師范大學生物園試驗場.

培養(yǎng)約1個多月，選取每個處理中的5盆，取其根、葉或葉柄測定硝酸還原酶等生理指標，剩下的5盆收獲時測定植物生物量，烘干稱量.

表1全銨營養(yǎng)液和全硝營養(yǎng)液配方[10]

Table 1Nutrient medium for the whole ammonium nutrition and the whole nitrate nutrition

mg/L

1.2葉綠素含量測定

利用SPAD-502便攜式葉綠素含量測定儀(美能達公司，日本)測定葉片SPAD值(葉綠素的相對含量)，選取每株植株從芽端開始完全展開的第2或第3片葉子測定葉片上間隔約2 cm的點上的SPAD值，測定10個點，求其平均值作為該葉片的SPAD值.

1.3谷氨酰胺、游離氨基酸含量的測定

谷氨酰胺含量的測定[11]：取新鮮根部組織1 g，研碎.放入100 mL帶磨口的三角瓶中，加入5%的三氯乙酸20 mL，振蕩提取1 h，用漏斗直接濾入凱氏瓶中. 用三氯乙酸沖洗三角瓶，每次用量10 mL，最后使凱氏定氮瓶中樣品量為50 mL. 加入2.5 mL濃硫酸(使其最終體積分數(shù)為5%)，煮沸3 h.冷卻，以NaOH中和至微堿性. 以測氨法測定谷氨酰胺. 游離氨基酸用茚三酮比色法測定[11].

1.4硝酸還原酶活性的測定

硝酸還原酶活性用活體法測定[11]. 葉片硝酸還原酶活性測定：取從芽端開始第2或3片完全展開的葉片，洗凈后吸干水分，用直徑為1 cm的鉆孔器取葉圓片，稱取0.05 g于離心管中，加入2 mL pH 7.5磷酸緩沖液和2 mL 0.2 mol/L KNO3置于真空泵中抽真空，使葉圓片完全沉于離心管底部，待完全沉于底部后，30 ℃恒溫水浴保溫30 min. 吸取上清液1 mL,加入2 mL磺胺試劑及2 mL α-萘胺試劑，混合搖勻，顯色30 min，在540 nm波長下比色.

根部硝酸還原酶活性測定：稱取根組織0.3 g，剪成5 mm長度，其它步驟同上.

1.5硝態(tài)氮含量的測定

根部硝態(tài)氮含量的測定用水楊酸濃硫酸比色法[11]. 取根組織0.3 g，剪碎，加入5 mL去離子水，沸水浴提取30 min，直接吸取提取液0.1 mL于試管中，加入5%水楊酸-濃硫酸0.4 mL，混勻，室溫下20 min，再加入9.5 mL 8% NaOH溶液，冷卻至室溫，于在410 nm波長下測定光密度.

葉柄硝態(tài)氮含量測定：取葉柄0.1 g，剪碎，其他步驟同上.

葉片硝態(tài)氮含量測定：取葉片0.3 g，剪碎，其他步驟同上.

1.6植物生物量的測定

分別取南美蟛蜞菊和蟛蜞菊根、莖、葉分裝于牛皮紙信封中于鼓風式恒溫干燥箱DHG-9000(中科環(huán)式儀器，北京)中60 ℃烘至恒質量，稱量，每種植物5個重復.

1.7數(shù)據處理

采用SPSS 8.0統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據進行one-way ANOVA分析，用LSD檢驗法進行多重比較.對硝酸還原酶活性和硝態(tài)氮含量進行Pearson相關性分析.

2　結果與分析

2.1不同氮源條件下植物生物量及分蘗數(shù)的變化

南美蟛蜞菊和蟛蜞菊的根生物量(表2)均表現(xiàn)為在全銨營養(yǎng)條件下顯著低于全硝營養(yǎng)條件 (P<0.05)，但地上部分生物量則表現(xiàn)出相反的規(guī)律，全銨營養(yǎng)顯著高于全硝營養(yǎng) (P<0.05). 在總生物量方面，2種植物表現(xiàn)出不同的變化：在全銨營養(yǎng)下，南美蟛蜞菊的總生物量顯著高于全硝營養(yǎng)(P<0.05)，而蟛蜞菊則未對2種處理表現(xiàn)出顯著的差異.此外，在2種氮營養(yǎng)條件下，根部形態(tài)也表現(xiàn)出了明顯的差異，全硝營養(yǎng)條件下根部細長而密集，全銨營養(yǎng)下根部則變短變粗，側根數(shù)量也明顯低于全硝營養(yǎng)(圖1).

無論是在全硝還是全銨營養(yǎng)下，南美蟛蜞菊在根、莖、葉生物量,地上部分生物量和總生物量方面都顯著高于本地種蟛蜞菊，但南美蟛蜞菊的分蘗數(shù)卻低于蟛蜞菊(表2).

2.2不同氮源條件下葉片葉綠素含量的變化

與全硝營養(yǎng)條件相比(圖2)，南美蟛蜞菊在全銨營養(yǎng)條件下葉綠素含量(SPAD)顯著升高(P<0.05)，與生物量變化一致. 蟛蜞菊也表現(xiàn)出類似的規(guī)律.

表2　南美蟛蜞菊植物生物量及分蘗數(shù)的變化 (n=5)

*同行數(shù)據后不同字母表示差異顯著(LSD檢驗,P<0.05).

2.3不同氮源條件下根部谷氨酰胺和游離氨基酸含量的變化

在全銨營養(yǎng)條件下，南美蟛蜞菊根部谷氨酰胺和游離氨基酸含量顯著升高(P<0.05)，分別為全硝營養(yǎng)條件下的3.48和1.44倍(圖3A). 與蟛蜞菊相比，南美蟛蜞菊在全銨條件下游離氨基酸含量更高(圖3B).

圖1　2種氮營養(yǎng)條件下南美蟛蜞菊根形態(tài)變化

Figure 1Differences in root morphology ofWedeliatrilobataunder the whole nitrate nutrition and the whole ammonium nutrition

圖2南美蟛蜞菊葉綠素含量的變化

Figure 2Changes of chlorophyll contents ofWedeliatrilobata

注：不同字母表示差異顯著，LSD檢驗，P<0. 05，下圖同

圖3　南美蟛蜞菊根部谷氨酰胺(A)和游離氨基酸(B)含量的變化

2.4不同氮源條件下硝酸還原酶活性和硝態(tài)氮含量的變化

在全硝營養(yǎng)條件下，南美蟛蜞菊葉片及根部的硝酸還原酶活性(圖4)、葉片、葉柄及根部的硝態(tài)氮含量(圖5)均顯著高于在全銨營養(yǎng)條件下，并且在全硝條件下，南美蟛蜞菊葉片及根部的硝酸還原酶活性顯著高于本地種蟛蜞菊(圖4)，南美蟛蜞菊葉片、葉柄及根部積累的硝態(tài)氮含量則顯著低于本地種蟛蜞菊(圖5).相關性分析表明，硝態(tài)氮含量與硝酸還原酶活性呈顯著或極顯著負相關(表3).

3　討論

圖4　南美蟛蜞菊葉和根的硝酸還原酶活性變化

圖5　南美蟛蜞菊葉、葉柄和根中硝態(tài)氮含量變化

葉片硝態(tài)氮根部硝態(tài)氮總硝態(tài)氮葉片硝酸還原酶-0.843*——根部硝酸還原酶-0.986**—總硝酸還原酶-0.841*

注：*P<0.05,**P<0.01, -表示未做相關性分析

葉片硝態(tài)氮含量直接反映出作物體內硝態(tài)氮累積與代謝情況，是作物的氮素營養(yǎng)、氮素同化利用與再利用狀況的重要指標[19]. 伴隨著硝態(tài)氮的吸收，植物吸收大量的陽離子，增加細胞的滲透勢，有利于細胞的伸長和植株的長高[20]. 本實驗中，外來入侵植物南美蟛蜞菊葉片、根部以及葉柄中硝態(tài)氮含量均顯著低于本地種蟛蜞菊，說明南美蟛蜞菊對硝態(tài)氮的同化能力也較強，這與其硝酸還原酶活性較高及生物量較大相一致.

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【中文責編：成文英文責編：李海航】

Chen Jingyu1, Gu Yanrong1, Tian Xingshan2, Li Weihua1*

(1. School of Life Sciences, South China Normal University; Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development;Key Laboratory of Ecology and Environmental Science in Guangdong Higher Education, Guangzhou 510631, China;2. Plant Protection Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China)

Wedeliatrilobata; ammonium nitrogen; nitrate; nitrate reductase; free amino acids

2015-02-12《華南師范大學學報(自然科學版)》網址：http://journal.scnu.edu.cn/n

教育部博士點基金項目(20104407120007)；科技部國際合作與交流專項項目(2011DFB30040)

李偉華，教授，Email: whli@scnu.edu.cn.

Q945.13

A

1000-5463(2015)05-0084-07