植物氮素同化过程中相关酶的研究进展

氮素同化是指植物吸收环境中的NO3-或NH4+合成氨基酸和蛋白质等含氮有机化合物的过程,在这个过程中多个酶类参与.现对在植物同化过程中硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶的研究进展进行综述,为进一步研究提高氮素同化率奠定基础.     

刺梨实生苗对硝态氮、铵态氮的吸收与利用差异分析

【目的】研究刺梨(Rosa roxburghii Tratt.)对NO_3~-、NH_4~+的吸收动力学特性及其利用差异,探究不同供氮浓度和不同温度条件下刺梨对NO_3~-和NH_4~+的吸收特性,为刺梨氮肥施用提供科学依据。【方法】以‘贵农5号’刺梨品种实生苗为材料,采用耗竭法和砂培试验的方法,测定了供给不同形态及配比的氮素后刺梨实生苗对NO_3~-和NH_4~+的吸收动力学参数及氮素的吸收量与利用效率,研究不同供氮浓度及温度变化和不同硝铵比氮素条件下刺梨实生苗对NO_3~-和NH_4~+的吸收与利用效率的差异。【结果】刺梨根系对硝态氮、铵态氮及总氮的吸收规律均符合Michaelis-Menten酶动力学方程。在不同浓度的NO_3~-、NH_4~+条件下,刺梨根系对NO_3~-的最大吸收速率、亲和力及在根系中的流速始终高于NH_4~+。在硝态氮与铵态氮不同配比的供氮条件下,根系对NO_3~-、NH_4~+的最大吸收速率和NO_3~-、NH_4~+在根系中的流速都随着硝、铵比例的增加而增大,硝铵比为3∶1的供氮条件下,刺梨根系对总氮的吸收速率和总氮在根中的流速最大,最有利于刺梨对氮素的吸收,刺梨实生苗的生物量、总氮的吸收量和氮的利用效率最大。介质的温度过低或过高都会降低刺梨根系对NO_3~-和NH_4~+的吸收,显著降低NO_3~-、NH_4~+的最大吸收速率和NO_3~-、NH_4~+在根系中的流速;无论温度如何变化,刺梨根系对NO_3~-的最大吸收速率和NO_3~-在根系中的流速始终比NH_4~+高。在20~25℃有利于刺梨对NO_3~-和NH_4~+的吸收。【结论】刺梨具有偏好吸收硝态氮的特性,在单纯供给硝态氮或混合供给硝铵态氮硝铵比1∶1及以上的条件下,刺梨实生苗根系对NO_3~-的最大吸收速率、亲和力和NO_3~-在根系中的流速始终比NH_4~+高,刺梨偏好硝态氮的特性不会因介质中NO_3~-和NH_4~+的浓度及温度的变化而改变。介质温度20~25℃有利于刺梨对氮的吸收,供给硝铵比3∶1的氮肥最有利于刺梨实生苗的生长,生物量、氮素吸收量最大,氮素利用效率最高。     

不同氮素形态培养对枳橙幼苗硝酸还原酶活性及相关基因表达的影响

【目的】进一步探讨枳橙对氮素吸收利用机制,为柑橘生产上提高氮素利用效率和科学施肥提供科学依据。【方法】以枳橙为材料,采用水培方法,在Hoagland配方的基础上进行调节,研究了不同形态氮素配比对枳橙幼苗硝酸还原酶(NR)活性变化及相关基因表达量的影响。【结果】幼苗叶片及根系NR活性均随着培养时间的延长而增加,且叶片NR活性高于根系。其中2号(NO_3~-∶NH_4~+=7∶3)和3号(NO_3~-∶NH_4~+=5∶5)处理的叶片酶活最高;1号(NO_3~-∶NH_4~+=10∶0)和2号(NO_3~-∶NH_4~+=7∶3)处理根系的NR活性显著高于其他处理;进一步研究NR相关基因表达情况表明:3个基因(CitNia1、CitNia2、CitNia OA)在不同处理的枳橙幼苗体内均有表达,其中CitNia1和CitNia2分别是根系和叶片NR相关主效基因,2者均受到NO_3~-、NH_4~+配比诱导,且3号处理(NO_3~-∶NH_4~+=5∶5)下表达量最高。【结论】枳橙幼苗硝态氮代谢的主要部位为叶片,且CitNia2是主效基因,通过调节铵硝比例可以促进其表达。     

外源蔗糖对NO3-胁迫下叶用莴苣碳氮代谢的影响

以意大利生菜(Lactuca sativa L.‘Yidali’)为试材,采用水培方法,以常规营养液(7.5mmol/L NO_3~-)培养,以叶面喷施清水作为对照(CK),在75mmol/L NO_3~-胁迫下,通过叶面喷施0mmol/L(T1)、3mmol/L(T2)的蔗糖,测定地上部鲜重、干重、硝酸盐、铵态氮(NH_4~+)、可溶性糖、蔗糖、硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、全氮含量及全氮积累量等指标,研究外源蔗糖对NO_3~-胁迫下叶用莴苣碳氮代谢的影响。结果表明:在整个生长期,T1处理叶用莴苣的生长受到显著的抑制,外加蔗糖处理可以缓解NO_3~-胁迫对叶用莴苣生长的抑制,其中在第3、4次取样时缓解作用较明显;与T1处理相比,T2处理显著提高了叶用莴苣中可溶性糖、蔗糖含量,提高了SS、SPS的活性,并随着生长时间的延长而逐渐提高,在第3、4次取样时表现较明显;与T1处理相比,T2处理显著提高了全氮的积累量,在第3次取样时表现较明显;在第4次取样时显著提高NR活性,降低了硝酸盐、NH_4~+含量;同时,外源蔗糖略提高了植株中GDH和GS活性。     

植物NO_3~-积累的生理机制研究

概述了植物对NO_3~-的吸收、运转和同化的生理机制，阐述 了遗传因素和环境因素对植物(尤其是蔬菜作物)NO_3~-积累的影响。     

植物NO_3~-积累的生理机制研究

概述了植物对NO_3~-的吸收、运转和同化的生理机制，阐述 了遗传因素和环境因素对植物(尤其是蔬菜作物)NO_3~-积累的影响。     

氮素形态对柑桔根系生长的影响

本试验采用溶液培养和正交设计,比较了氮素形态(NO_3~--N和NH_4~+-N)、溶液pH值(pH5.5和pH7.5)和氮素浓度(240ppm和120ppm)对红桔和枳根系生长的影响。结果表明,氮素形态对根系生长具有十分显著的影响。NH_4~+-N营养植株的根系生长较NO_3~--N营养植株的差,表现根最少,吸收根数量较少,较细。本文还对NH_4~+-N抑制柑桔根系生长的可能原因进行了讨论。     

供氮水平对苹果砧木‘M9T337’幼苗生长和GS、GOGAT、AS基因表达的影响

以水培条件下苹果砧木‘M9T337’幼苗为试材,研究了低、适宜和高供氮水平下(0.5、5和25 mmol·L~(-1))谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、天冬酰胺合成酶(AS)基因表达的变化。结果表明,在低氮处理下,根系中GS基因表达量上升幅度明显高于GOGAT和AS,基本趋势是先上调表达后下调表达,叶片中3个基因表达量基本趋于稳定,低氮处理1 d时GOGAT基因在根系中几乎趋于不表达。随着氮素水平的提高,根系中GS和GOGAT基因的表达呈先上调再下调表达的动态变化,叶片中GS和GOGAT基因的表达量升高,AS基因无显著变化,高氮处理下,GS和GOGAT的基因表达受到抑制,GOGAT基因在根系中表达量极低,但叶片表达量明显高于根系表达量。因此,AS和GS参与苹果根系对低氮胁迫的响应,适宜氮水平能够诱导氮代谢关键酶在氮代谢循环中发挥作用,而高氮水平则抑制氮代谢关键酶的基因表达,对植物氮代谢有负面影响。     

糖和氮对山楂组织培养新梢生根的影响

采用敞口山楂组培新梢研究糖和无机氮源对不定根形成的影响,含有高水平蔗糖的培养基比低水平蔗糖的培养基新梢生根率高。新梢对糖的这种反应与糖代谢和物理渗透都有关,用甘露醇作为渗透代替剂在低浓度蔗糖存在下无作用,当蔗糖浓度达到一定程度时(86.64mmol·1~(-1))能影响新梢的生根率。在培养基中分别加入NO_3~(-)-N或NH_4~(+)-N作为唯一氮源,或是在MS培养基中加入NO_3~-/NH_4~+比率为标准的混合氮源,在测试范围(0～120mmol·1~(-1))内均降低新梢的生根率,三者对生根的抑制作用大小顺序依次为NH_4~+>NO_3~(-)-NH_4~(+)-N>NO_3~(-)-N.NO_3~-/NH_4~+的比率影响生根。NO_3~-/NH_4~+比率与生根之间呈直线正相关。糖/氮比值高有利于生根。插穗中碳、氮的绝对量及碳/氮比率可作为山楂新梢生根的指标。     

冷凉条件对山荆子幼苗根系氮素吸收动力学参数的影响

采用常规耗竭法和改进耗竭法研究冷凉条件下山荆子（Malus baccata Borkh.）幼苗根系吸收不同形态氮素动力学特征。结果表明,温度影响山荆子氮素吸收动力学特征,常温（25 ℃）时山荆子根系载体蛋白对NO3-离子的亲和力大于NH4+离子,此时根系优先吸收NO3-离子;冷凉（10 ℃）条件下山荆子幼苗对NH4+离子的亲和力大于NO3-离子,此时根系优先吸收NH4+离子。冷凉条件降低了山荆子幼苗对NO3-和NH4+的吸收能力,表现为最大吸收速率（Imax降低）、养分流入根系速率（a 值降低）和亲和力下降（Km值增加）,其中对吸收NO3-离子的影响大于NH4+离子。     

不同铵态氮配比对番茄生长及铵同化能力的影响

以"魁冠宏丰"番茄为试材,采用珍珠岩/蛭石(V/V 2∶1)栽培方式,在总氮水平15 mmol·L^-1下,设置铵态氮+硝态氮0 mmol·L^-1+15 mmol·L^-1(A0N15,对照)、5 mmol·L^-1+10 mmol·L^-1(A5N10)、7.5 mmol·L^-1+7.5 mmol·L^-1(A7.5N7.5)、10 mmol·L^-1+5 mmol·L^-1(A10N5)、15 mmol·L^-1+0 mmol·L^-1(A15N0)处理,研究了同一氮水平下,不同铵态氮和硝态氮配比对番茄幼苗生长和铵同化的影响,以期为提高番茄铵同化能力提供参考依据。结果表明:植株的总干质量在A5N10、A7.5N7.5处理较对照增加了27%、20%,A10N5处理与对照差异不显著,A15N0处理则降低了22%;分析发现根系和叶片中总游离氨基酸的含量随着铵态氮配比的增加而增加,增加了40%以上。参与氮代谢的谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性在根系中均显著高于对照;同时谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)含量随着铵态氮配比的增加不断增加,但A10N5、A15N0处理Glu含量显著下降,同时可溶性糖、淀粉、叶绿素含量下降。营养液中铵态氮浓度达到10 mmol·L^-1及以上水平时,植株生长受到抑制,一方面是叶片叶绿素减少导致碳同化受阻,影响根系的氮同化,另一方面是Glu含量减少导致氮同化受抑制,从而植物生长受到抑制,生物量降低。     

红蓝光质对番茄幼苗氮水平和代谢关键酶及基因表达的影响

采用LED(发光二极管)精量调制光源,以番茄品种‘SV0313TG’为试材,设置红光、蓝光和红蓝(3︰1)组合光处理,以白光处理为对照,测定番茄幼苗叶片中主要含氮物质(全氮、硝态氮、铵态氮、游离氨基酸、可溶性蛋白质)含量和氮代谢关键酶[硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、天冬酰胺合成酶(AS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)]活性及其基因表达。结果表明,红蓝组合光处理下硝态氮含量、NR和GDH活性及6种氮代谢关键酶的基因表达量显著高于对照和其他处理,可溶性蛋白含量明显高于红光和对照处理,但与蓝光处理无显著差异;与对照和其他处理相比,蓝光处理下铵态氮和游离氨基酸含量显著升高,NR、NiR、GS和GOGAT活性及NR、NiR、GS2、FdGOGAT和LEAS1相对表达量显著高于对照;与对照相比,红光显著降低了全氮含量,NiR、GOGAT、GDH和AS活性及GDH1表达量均受到抑制。综上,与对照相比,红光处理降低了番茄幼苗叶片全氮含量和部分氮代谢酶活性;蓝光处理则提高了游离氨基酸和铵态氮含量;红蓝组合光能够提高氮代谢相关酶转录水平和部分关键酶活性,进而促进氮素吸收并向可溶性蛋白转化。可见,适宜比例的红蓝组合光可促进番茄幼苗氮的同化及转化氮的吸收,加速物质积累,进而促进番茄幼苗生长。     

硫对大葱生长及氮硫同化关键酶活性的影响

 为探讨硫对大葱（Allium fistulosum L. var. giganteam Makino）生长及氮硫吸收同化的影响, 采用盆栽沙培方法,研究了0.01、2.01、4.01 和6.01 mmol · L^-1 不同供硫水平下‘天光’大葱的生长量、 植株氮硫含量及氮硫同化关键酶活性的变化。结果表明,适当提高供硫水平,可显著促进大葱生长,提 高植株氮、硫含量及产量和品质,硫水平过高,则大葱产量降低,品质下降。大葱叶片硫酸化酶（ATPS） 活性随硫水平的升高而降低,而乙酰丝氨酸水解酶（OASS）、硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS） 活性在不同生长期的表现不尽相同,大葱生长前期,较高硫水平提高了NR 活性,但对GS 和OASS 活性 无显著影响;大葱生长中后期,适量提高供硫水平显著增强了OASS、GS 活性,但降低了NR 活性,表 明供硫水平可显著影响大葱对氮硫的同化利用。综合分析表明,大葱营养液硫水平以2.01 mmol · L^-1 较佳, 其产量较对照0.01 mmol · L^-1 增加19.13%,且综合品质显著改善。     

硝态氮和铵态氮对观赏百合生长发育的影响

本文以西伯利亚百合为研究对象,从硝酸还原酶的活性,可溶性糖的含量,还原性糖的含量,可溶性蛋白质的含量,淀粉酶的活性等多个方面探究了不同氮水平的硝态氮和铵态氮对西伯利亚百合生长发育的影响.从结果看出,在观赏百合栽培过程中硝态氮和铵态氮合理的配比施用,既可使氮素被植物成分吸收利用,也避免了氮素积累所引起的负面效应.     

不同黄瓜品种氮素吸收利用的差异研究

在相同氮素水平上,以5个黄瓜品种为试材,研究其对氮素吸收利用的差异。结果表明:在不同黄瓜品种干物质量中,果实品种间差异明显高于植株地上部的差异;果实的氮含量种间差异大于植株地上部的氮含量差异。相关分析及通径分析表明,总含氮量与黄瓜产量呈显著正相关,对黄瓜产量及总干物质量起主要作用。     

不同时期施不同形态氮素对平邑甜茶生长及~(15)N吸收利用和损失的影响

以平邑甜茶实生苗为试材,采用~(15)N同位素示踪法、气压过程分离法(BaPS)和磷酸甘油双层海绵通气法,研究酰胺态有机氮[CO(NH_2)_2-N]、铵态氮(NH_4~+-N)及硝态氮(NO_3~--N)对平邑甜茶~(15)N利用、分配和损失的影响。结果表明:5月17日施无机氮肥对植株生物量积累效果显著,铵态氮和硝态氮~(15)N利用率分别为13.68%和13.25%,显著高于有机氮肥的5.25%;早施氮肥还可有效抑制氮素的土壤损失,其中施NO_3~--N处理植株的氨挥发损失仅占施氮量的1.83%;晚施(7月15日)处理中,无机氮肥利用率较早期施用显著减少时对酰胺态有机氮利用率和氨挥发损失影响不大。所以早期施用NH_4~+-N或NO_3~--N是确保植株生长量和氮肥利用率的有效措施,后期合理配施酰胺态有机氮则是减少氮肥损失的有效途径。     

光照强度和氮素配比对葡萄试管苗氮素代谢的影响

以红地球葡萄试管苗为试材,探讨了光照强度和NH₄⁺-N、NO₃^--N不同配比对葡萄试管苗氮代谢的影响。结果表明:随培养基中NH₄⁺-N所占比例和光照强度的升高,GS活力增加。光强为5 000 lx并且NH₄⁺-N:N₃^--N为5:5时,GS活力最高。硝酸还原酶活性（NR）随着光强和培养基中NO₃^--N比例的增加而升高,且随着培养基中NO₃^--N比例的增加,试管苗体内的NO₃^--N含量增加。随NR活性升高,体内NO₃^--N含量降低,NO₃^--N含量与NR活性之间呈显著的负相关关系。     

黄瓜富氢水浸种对低温下幼苗光合碳同化及氮代谢的影响

为探明外源氢气（H2）对低温下黄瓜幼苗光合碳同化及氮代谢的影响,以‘津优 35 号’黄瓜为试材,将种子分别用饱和富氢水（HRW,H2 供体）和去离子水（对照,Control）浸种 8 h,常温下育苗,幼苗长至 2 叶 1 心时移至光照培养箱中进行低温（昼/夜温度 8 ℃/5 ℃）处理。结果表明：低温抑制黄瓜幼苗的生长,造成叶片光合色素含量、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、光下实际光化学效率（ΦPSⅡ）、PSⅡ。最大光化学效率（Fv/Fm）、光下最大天线转换效率（Fv′/Fm′）、核酮糖–1,5–二磷酸羧化酶（RuBPCase）活性和根系活力逐渐降低,而胞间 CO2 浓度（Ci）和初始荧光（F0）趋于升高。此外,低温胁迫诱导了黄瓜幼苗碳代谢关键酶蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性,总糖、蔗糖含量有所升高,淀粉含量显著下降,同时发现,低温下叶片的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性及总氮、铵态氮含量先升高后降低,硝态氮含量略有升高。富氢水浸种的黄瓜幼苗各指标的变化趋势与对照一致,但低温胁迫过程中除 Ci 和 F0显著低于对照外,其余指标多显著高于对照,说明外源 H2 可以通过提高黄瓜幼苗光合关键酶活性,减轻光抑制,维持较高的碳、氮代谢水平,进而增强对低温胁迫的耐性。     

外源水杨酸对韭菜硝酸盐累积及还原同化的影响

 针对韭菜生产中硝酸盐累积问题,研究了叶面喷施水杨酸(SA)对韭菜硝酸盐累积及还原同化的影响。在不同氮素水平下,叶面喷施3.0 mmol·L^-1SA后6～9 d可明显降低韭菜叶片硝酸盐含量15.9％～21.6％,而当SA水平达到10.0 mmol·L^-1时会加重硝酸盐的积累。叶面喷施3.0 mmol·L^-1SA后9 d,韭菜叶片硝酸还原酶(NR)和谷胺酰氨合成酶(GS)活性分别比对照增加了48.9%和40.3％、净光合速率(Pn)和可溶性蛋白含量分别提高了43.4%和21.3％;同时,韭菜叶片谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性也均有增加。因此,叶面喷施的外源水杨酸显著提高了氮还原动力泵NR活性以及氮同化动力泵GS活性,同时调动光合作用和转氨作用的积极协同配合,促进了硝态氮转化为游离氨基酸和可溶性蛋白,减少了硝酸盐进入液泡贮积。