淹水脅迫對桐花樹幼苗氮代謝的影響*

羅美娟

（福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建福州350012）

植物氮代謝與碳代謝密切相關(guān)，大約25%的光合作用能量用于硝酸鹽還原作用，光合碳代謝與NO2-同化過程都發(fā)生在葉綠體內(nèi)，二者都消耗來自碳同化和光合及電子傳遞鏈的有機碳和能量，研究表明在某些組織中N代謝甚至可消耗掉光合作用能量的55%[1]，因此，研究氮代謝生理生化過程及其環(huán)境調(diào)節(jié)機制是揭示植物生命活動過程機制的關(guān)鍵。研究表明，干旱脅迫嚴(yán)重影響大豆對N2的固定，從而減少了植物對無機氮的利用。CO2的供應(yīng)水平也將影響植物氮代謝，CO2濃度升高，火炬松葉片N含量降低，此外，CO2濃度升高還明顯改變植物對N的吸收形態(tài)，CO2濃度增加了美國黃松和火炬松對NO3-的吸收，但對火炬松NH4+的吸收降低不明顯[2，3]。水澇脅迫對冬小麥的影響表現(xiàn)為根系中N的含量和積累量在不同的發(fā)育時期反應(yīng)不同，嚴(yán)重的水澇將造成冬小麥碳氮代謝失調(diào)，根系死亡[4]。淹水水稻能夠強烈吸收和同化NO3-，甚至超過NH4+[5，6]。在田間條件下，即便是完全淹水，由于水稻根系的泌氧作用，水稻根表和根際也存在著較強的硝化作用，其產(chǎn)生的NO3--N對水稻的氮素營養(yǎng)起著重要作用。就植物種類而言，關(guān)于淹水脅迫對植物氮代謝的影響研究主要集中在經(jīng)濟作物或果樹上[7~10]。

紅樹林主要分布于熱帶亞熱帶河口地區(qū)，桐花樹是紅樹林的主要樹種之一，福建泉州灣是其自然分布的北界。淹水脅迫對耐水淹紅樹植物的氮代謝研究報道較少，本研究以紅樹植物桐花樹（Aegiceras corniculatum）為研究對象，旨在揭示淹水脅迫對桐花樹氮代謝的影響，從氮代謝角度探討桐花樹耐淹水適應(yīng)機制。

1　材料與方法

1.1　材料來源

試驗材料為1a生桐花樹容器苗，發(fā)育良好，無病蟲害，平均苗高17.80cm，地徑0.62cm。

1.2　試驗設(shè)計

淹水脅迫試驗根據(jù)羅美娟等方法[11]在溫室中完成，試驗設(shè)置四組1m×1m水箱，每個水箱還配有一個水池和水泵，設(shè)置每半日（即 0：00-12：00 和 12：00-24：00）2h、4h、6h、8h 的淹水時間梯度，培養(yǎng)基質(zhì)取自泉州灣紅樹林灘涂上的淤泥，土層厚20cm，鹽度15‰，每個水箱種植90株苗木，設(shè)3個重復(fù)，水位高度50cm，試驗處理時間為3個月。

1.3　測定指標(biāo)與方法

試驗結(jié)束后，桐花樹幼苗根、莖、葉分別采樣，蒸餾水洗凈后，80℃烘干至恒重，磨粉后，全N采用全自動碳氮分析儀（德國 Elementar VarioMAX CNS）測定。銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）和脯氨酸（Pro）的測定，參照陳因[12]的方法進行，硝酸還原酶（NR）活性采用碘胺比色法。

2　結(jié)果與分析

2.1　淹水脅迫對桐花樹幼苗全氮含量的影響

從葉來看（如表1），隨著淹水時間的延長，N的含量呈上升趨勢，淹水脅迫在一定程度上促進了葉片N元素的吸收。淹水時間6h、8h處理下N含量較高，分別為22.23±0.30g·kg-1和22.46±0.63g·kg-1，但二者差異不顯著（P＞0.05）。從根來看（如表1），隨著淹水時間的延長，N含量先升后降，最高值為淹水4h的5.57±0.09g·kg-1，淹水4~8h，根中N含量差異達極顯著水平（P＜0.01）。從莖來看（如表1），即隨淹水時間延長，N含量降低，淹水4h處理N含量達到最大值9.32±0.99g·kg-1，但淹水2~6h處理，差異不顯著（P＞0.05）。各器官N含量高低依次表現(xiàn)為葉＞根＞莖。

表1　桐花樹幼苗全氮、硝酸還原酶含量及方差分析F值

2.2　淹水脅迫對桐花樹幼苗硝酸還原酶活性的影響

從表1可以看出，隨著淹水時間的延長，硝酸還原酶活性增加，淹水8h，根中硝酸還原酶活性為14.39±1.22μg·g-·1h-1，比淹水 2h、4h、6h處理分別增加了 54.4%、21.1%和 3.5%，經(jīng) LSD多重比較，淹水 6h和 8h處理硝酸還原酶活性差異不顯著（P＞0.05）。淹水8h處理，葉中硝酸還原酶活性最大為2.14±0.17μg·g-·1h-1，是淹水2h、4h和6h處理的1.39倍、1.09倍和1.12倍，淹水4~8h，硝酸還原酶活性差異不顯著（P＞0.05），從體內(nèi)器官分布來看，不同的淹水時間，硝酸還原酶活性根＞葉，這表明根是桐花樹幼苗硝酸根還原的主要場所。

2.3　淹水脅迫對桐花樹幼苗不同形態(tài)氮的影響

表2　桐花樹幼苗不同形態(tài)氮、脯氨酸含量及方差分析表

方差分析結(jié)果表明（見表2），淹水脅迫對根系中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮影響達顯著水平（P＜0.01）。淹水脅迫下二者變化趨勢基本一致，即隨淹水時間的延長，先升后降。淹水2h，根系中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別為1.79±0.94mg·g-1和2.97±1.29mg·g-1，淹水6h，根系中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量最高值，分別為 9.37±0.72 mg·g-1和 15.22±2.61 mg·g-1，增加了423.46%和412.46%（P＜0.05），淹水8h，二者含量迅速下降，分別比淹水6h處量降低了67.2%和76.9%（P＜0.05）。

2.4　淹水脅迫對桐花樹幼苗對脯氨酸含量的影響

方差結(jié)果表明（見表2），淹水脅迫對桐花樹幼苗根和葉的脯氨酸含量影響顯著（P＜0.05），葉脯氨酸含量隨淹水時間的延長而增加，根和葉中的脯氨酸含量，淹水2h，分別為22.13±5.80μg·g-1和18.83±1.73μg·g-1，淹水4h 為 19.33±4.24μg·g-1和 23.40±5.97μg·g-1，兩處理差異不顯著（P＞0.05），淹水 6h，根和葉中的脯氨酸含量最高，分別為32.99±2.92μg·g-1和37.42±4.36μg·g-1，但淹水8h，脯氨酸含量有所下降，根和葉的含量分別下降了27.2%（P＜0.05）和5.64%（P＞0.05）。這表明，淹水6h，桐花樹幼苗受淹水脅迫的傷害較小或適應(yīng)性較強。

2.5　各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

表3　氮代謝指標(biāo)的相關(guān)矩陣

各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)見表3，從表3可以看出，根系脯氨酸含量與根系銨態(tài)氮（r=0.783**，P＜0.01）和硝態(tài)氮（r=0.618**，P＜0.01）極顯著相關(guān)。葉片脯氨酸含量與根系硝酸還原酶（r=0.816**，P＜0.01）、根系銨態(tài)氮（r=0.638*，P＜0.01）極顯著相關(guān)，根系硝酸還原酶與葉片硝酸還原酶極顯著相關(guān)（r=0.808**，P＜0.01），根系銨態(tài)氮與硝態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)（r=0.858**，P＜0.01）。

3　討論與結(jié)論

硝酸還原酶（NR）是植物體內(nèi)氮代謝的調(diào)節(jié)酶和限速酶，NR活性直接關(guān)系到植物氮素的同化與代謝，但NR活性經(jīng)常受到外源氮素和環(huán)境因子的影響。葛體達等[13]在無菌水培條件下，營養(yǎng)液中增加甘氨酸的濃度，可提高番茄地上部和根系NR活性。鹽脅迫顯著降低了硝態(tài)氮含量與NR活性[14]，植物從土壤中吸收的氮素主要是硝態(tài)氮，進人植物體的硝態(tài)氮還原成氨后才能進一步轉(zhuǎn)化成有機的含氮化合物，如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等。硝酸還原酶在細胞質(zhì)中將硝酸鹽催化成亞硝酸鹽，根和葉都是還原的主要場所。之后，亞硝酸的還原在葉綠體中進行，氮代謝受到光合作用、碳代謝的影響[15]。本研究中，一定程度的淹水脅迫提高了硝酸還原酶的活性，這表明，淹水脅迫促進了桐花樹幼苗對無機氮的利用，而且根系是桐花樹幼苗硝酸根還原的主要場所。

許多研究表明，硝酸還原酶下降，硝態(tài)氮含量上升，但一些研究也認(rèn)為植物硝酸還原酶與硝態(tài)氮呈正相關(guān)。本研究中，淹水2~6h，葉片硝酸還原酶與硝態(tài)氮含量成正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著（R=0.255，P＞0.05），但淹水8h，NR活性上升，硝態(tài)氮含量顯著下降，這是由于淹水脅迫下硝態(tài)氮不但受NR的調(diào)控，但還受到根系對硝態(tài)氮的吸收和轉(zhuǎn)運的影響，淹水脅迫抑制根系對N的吸收與積累。

植物氮素代謝中，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮是兩個互相依賴的氮素形態(tài)，兩者之間有一定的相關(guān)關(guān)系[16]。有研究表明，硝態(tài)氮的存在促進了水稻對氨態(tài)氮的吸收，增加硝態(tài)氮營養(yǎng)可以增加葉片谷氨酸合成酶，提高水稻同化銨態(tài)氮的能力。本研究中桐花樹幼苗葉片中硝態(tài)氮與銨態(tài)氮呈正相關(guān)，淹水2~6h，銨態(tài)氮含量升高，這是由于植株體內(nèi)硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的還原加快，但是淹水時間超過6h，銨態(tài)氮含量下降，而NR活性并沒有降低，這可能是因為根系對硝態(tài)氮的吸收下降，造成原料供應(yīng)的不足。

脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物細胞適應(yīng)脅迫過程中起重要作用。在正常情況下，植物體內(nèi)脯氨酸含量極低，但在逆境環(huán)境下，脯氨酸含量迅速增長，淹澇條件下，脯氨酸會成倍累積，但超過一定的淹水時間，植物生長將受到嚴(yán)重傷害，脯氨酸含量也下降。本研究中淹水6h處理，桐花樹幼苗葉片和根系中的脯氨酸含量均達最高值，在逆境條件下增加脯氨酸含量是植物適應(yīng)逆境的一種方式，脯氨酸降低細胞的滲透勢，有助于細胞保水、維持細胞內(nèi)膨壓、保護酶和膜系統(tǒng)免受傷害和增強植物的抗?jié)承浴５退?h，脯氨酸含量降低，這表明明植物受害較為嚴(yán)重。

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