小白菜對(duì)甘氨酸態(tài)氮的吸收代謝及生理響應(yīng).pdf

1、傳統(tǒng)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)理論將生態(tài)系統(tǒng)氮有效性和植物氮營(yíng)養(yǎng)的研究建立在無(wú)機(jī)氮（硝態(tài)氮、銨態(tài)氮）的基礎(chǔ)上，而有機(jī)氮可作為植物氮營(yíng)養(yǎng)直接來(lái)源及其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用被普遍忽視。與無(wú)機(jī)氮相比，有機(jī)氮在一些自然生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田土壤管理方式或特殊環(huán)境下具有更突出的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)和生態(tài)學(xué)意義，開(kāi)展有機(jī)氮吸收轉(zhuǎn)化的研究是對(duì)植物氮營(yíng)養(yǎng)理論的補(bǔ)充和對(duì)土壤氮循環(huán)的重新認(rèn)識(shí)。本文以上海地區(qū)有機(jī)和常規(guī)菜田土壤為研究對(duì)象，分析了土壤可溶性有機(jī)氮（soluble organic nit

2、rogen，SON）庫(kù)含量、組成及其季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;采用同位素示蹤的方法，以甘氨酸為模式氨基酸有機(jī)氮源，研究了小白菜（Brassica campestris ssp.chinensis.Makino.var.communis Tsen et Lee）對(duì)甘氨酸的直接吸收利用效率;然后在無(wú)菌水培條件下研究了小白菜甘氨酸營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，通過(guò)比較不同品種的小白菜甘氨酸利用效率、碳氮積累、氮代謝相關(guān)酶活性及其在代謝產(chǎn)物、蛋白質(zhì)組水平上對(duì)甘氨酸態(tài)氮的生

3、理響應(yīng)差異，深化了園藝生產(chǎn)系統(tǒng)氮循環(huán)系統(tǒng)的特征分析及植物有機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)理論。論文主要研究結(jié)果如下:
　　1.不同菜田土壤可溶性氮庫(kù)含量特征
　　以上海地區(qū)典型蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，比較不同栽培方式（露地、大棚）和不同土壤管理方式（有機(jī)和常規(guī)）對(duì)土壤可溶性氮素含量與組成的影響，結(jié)果表明，SON是園藝土壤重要氮素形式之一，占供試土壤總可溶性氮(TSN)的54.23％。蛋白質(zhì)是四種供試土壤（有機(jī)大棚、有機(jī)露地、常規(guī)大棚、常規(guī)露地）S

4、ON的主要組分，約占SON總量的47.36％，游離氨基酸(FAA)所占比例很小，為4.61％。有機(jī)土壤SON總量、蛋白質(zhì)、FAA和硝態(tài)氮含量明顯高于常規(guī)土壤。大棚栽培處理的SON總量、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量顯著高于露地處理，而FAA和蛋白質(zhì)含量在大棚與露地處理間差異不顯著。不同季節(jié)的供試土壤SON、蛋白質(zhì)及FAA含量不同，且氮素形態(tài)間季節(jié)變化差異較大。采用土壤蛋白質(zhì)凝膠圖譜表征了四種供試土壤（有機(jī)大棚、有機(jī)露地、常規(guī)大棚、常規(guī)露地）蛋白質(zhì)組

5、成，結(jié)果表明露地與大棚處理間土壤蛋白組成差異明顯，而有機(jī)和常規(guī)土壤間差異不顯著。菜田土壤FAA主要由甘氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸及酪氨酸組成，不同栽培方式對(duì)FAA、蛋白質(zhì)組成影響較大，但在有機(jī)和常規(guī)土壤間兩者組成差異不顯著。以上研究表明，蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)土壤SON庫(kù)強(qiáng)主要受土壤管理方式（有機(jī)、常規(guī)）的影響，其庫(kù)組成主要受栽培方式（露地、大棚）影響。
　　2.小白菜對(duì)甘氨酸態(tài)氮的吸收
　　通過(guò)兩個(gè)品種小白菜（‘華王’、‘五月慢

6、’）土壤盆栽實(shí)驗(yàn)，以硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)為對(duì)照，采用同位素示蹤法比較了不同土壤管理方式土壤（有機(jī)和常規(guī)）對(duì)小白菜甘氨酸態(tài)氮(Gly)吸收的差異。結(jié)果顯示，15N吸收速率隨施入氮濃度的增加而增加，15N回收率卻正好相反。15NO3--N的15N吸收速率、15N回收率以及15N回收率百分比均顯著大于15N-Gly、15NH4+-N，是小白菜生長(zhǎng)最主要氮素來(lái)源。15μgNg-1dry soil濃度下15N-Gly、1

7、5NH4+-N的吸收速率和回收率百分比明顯高于0.05μgN g-1 drysoil濃度處理。有機(jī)土壤中的小白菜15N-Gly回收率、回收率百分比均大于常規(guī)土壤。小白菜品種間15N吸收回收率也存在差異，‘華王’15N-Gly吸收回收率顯著大于‘五月慢’。以13.63％的15N-Gly完整吸收比例計(jì)，甘氨酸對(duì)小白菜氮營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn)率平均約為3.60％。該研究結(jié)果表明，蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)土壤模式有機(jī)氮源甘氨酸能夠作為蔬菜直接氮營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，小白菜對(duì)Gly的

8、吸收利用受土壤管理類(lèi)型及供氮濃度的影響。
　　3.甘氨酸態(tài)氮對(duì)小白菜的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)
　　無(wú)菌水培條件下，比較兩個(gè)小白菜品種（‘華王’和‘五月慢’）干重、根冠比、吸氮量、總碳量、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量對(duì)甘氨酸濃度(0、2.5、5.0、10.0、20.0 mM)的響應(yīng)差異。同時(shí)設(shè)置相同氮濃度(5.0 mM)的硝態(tài)氮和甘氨酸態(tài)氮及無(wú)氮對(duì)照3個(gè)處理，比較氮素形態(tài)對(duì)小白菜生長(zhǎng)、碳氮積累相關(guān)指標(biāo)及氮代謝相關(guān)酶活性的影響。結(jié)果表明，與無(wú)氮

9、對(duì)照相比，2.5、5.0 mM Gly處理顯著增加了兩個(gè)小白菜品種的干重、總氮量、總碳量、可溶性蛋白質(zhì)及可溶性糖含量，甘氨酸濃度高于5.0 mM，小白菜干重及碳氮積累增長(zhǎng)緩慢或與對(duì)照差異不大，過(guò)高濃度(＞10.0 mM)甘氨酸對(duì)小白菜生長(zhǎng)作用有限，甚至限制小白菜干物質(zhì)和碳氮積累。相同氮濃度（5.0mM）條件下，甘氨酸處理的小白菜鮮重、總氮量、硝酸鹽含量低于硝態(tài)氮處理，甘氨酸處理顯著提高了小白菜地上部分可溶性蛋白質(zhì)含量、游離氨基酸含量、可

10、溶性糖類(lèi)含量，而根系可溶性蛋白質(zhì)含量、總碳量、葉綠素含量在硝態(tài)氮、甘氨酸處理間差異不顯著。甘氨酸處理下兩個(gè)小白菜品種硝酸還原酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性及谷氨酸脫氫酶活性顯著高于硝態(tài)氮處理，根中谷氨酰胺合成酶(GS)活性在甘氨酸處理下顯著降低，除華王根系外，硝態(tài)氮、甘氨酸處理間谷氨酸合成酶（GOGAT）活性差異不顯著;甘氨酸供應(yīng)下‘華王’品種較‘五月慢’具有明顯更高的谷氨酸脫氫酶和轉(zhuǎn)氨酶活性。因此，適宜濃度的甘氨酸態(tài)氮可作為小白菜生長(zhǎng)

11、的氮營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和碳氮積累，維持較高的轉(zhuǎn)氨酶和脫氫酶活性可能有助于小白菜對(duì)甘氨酸的同化代謝。
　　4.甘氨酸態(tài)氮供應(yīng)下小白菜代謝產(chǎn)物分析
　　采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)方法分析了甘氨酸、硝態(tài)氮處理下的兩個(gè)小白菜品種（‘華王’和‘五月慢’）甲醇提取物，鑒定出了37個(gè)氨基酸響應(yīng)代謝產(chǎn)物，主要為碳水化合物、氨基酸和有機(jī)酸。與硝態(tài)氮相比，甘氨酸供應(yīng)顯著增加了兩個(gè)品種小白菜碳水化合物（果糖、葡萄糖、半乳糖、木糖、阿

12、拉伯糖）、內(nèi)源氨基酸天冬酰胺、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸的相對(duì)含量，而顯著降低了谷氨酰胺及三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物有機(jī)酸，檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸的相對(duì)含量。這些代謝產(chǎn)物所涉及的糖代謝、氨基酸合成、三羧酸循環(huán)、光呼吸、細(xì)胞生長(zhǎng)與分化以及脅迫防御代謝途徑可能在小白菜適應(yīng)氨基酸態(tài)氮中發(fā)揮重要作用。
　　5.小白菜甘氨酸代謝響應(yīng)的差異蛋白鑒定
　　對(duì)兩個(gè)小白菜品種（‘華王’和‘五月慢’）蛋白質(zhì)雙向電泳圖譜進(jìn)行了比較，利用MALDI-TOF M

13、S/MS成功鑒定了23個(gè)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn)，其功能涉及能量合成（鐵氧化蛋白-輔酶二-氧化還原酶，細(xì)胞色素C）、氮代謝（谷氨酰胺合成酶、S-腺苷甲硫氨酸合成酶）、光合作用（Rubisco、碳酸酐酶）以及抗氧化機(jī)制（銅伴侶蛋白、富含甘氨酸的RNA結(jié)合蛋白、病程相關(guān)蛋白等）。通過(guò)對(duì)不同甘氨酸吸收利用效率的兩個(gè)小白菜品種的差異蛋白比較后發(fā)現(xiàn)，‘華王’高甘氨酸利用能力可能與電子傳遞鏈、氮代謝及光合作用相關(guān)蛋白表達(dá)量的維持以及脅迫防御蛋白表達(dá)量的升高

14、有關(guān)。
　　綜上所述，園藝生產(chǎn)系統(tǒng)中模式有機(jī)氮源甘氨酸可作為小白菜氮營(yíng)養(yǎng)直接來(lái)源，小白菜對(duì)甘氨酸的吸收受土壤管理方式和供氮水平的影響，有機(jī)管理方式下甘氨酸對(duì)小白菜氮營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn)率增加;適宜濃度的甘氨酸能夠促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)和碳氮積累，轉(zhuǎn)氨酶（谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶）、谷氨酸脫氫酶作為GS-GOGAT途徑的補(bǔ)充在甘氨酸同化代謝中發(fā)揮重要作用。保證正常的能量供應(yīng)、碳氮代謝、細(xì)胞生長(zhǎng)與分化及光合作用，維持較高的糖、氨基酸積累水平和抗脅迫能力有助