淹水胁迫对桐花树幼苗氮代谢的影响*

罗美娟

（福建省林业科学研究院，福建福州350012）

植物氮代谢与碳代谢密切相关，大约25%的光合作用能量用于硝酸盐还原作用，光合碳代谢与NO2-同化过程都发生在叶绿体内，二者都消耗来自碳同化和光合及电子传递链的有机碳和能量，研究表明在某些组织中N代谢甚至可消耗掉光合作用能量的55%[1]，因此，研究氮代谢生理生化过程及其环境调节机制是揭示植物生命活动过程机制的关键。研究表明，干旱胁迫严重影响大豆对N2的固定，从而减少了植物对无机氮的利用。CO2的供应水平也将影响植物氮代谢，CO2浓度升高，火炬松叶片N含量降低，此外，CO2浓度升高还明显改变植物对N的吸收形态，CO2浓度增加了美国黄松和火炬松对NO3-的吸收，但对火炬松NH4+的吸收降低不明显[2，3]。水涝胁迫对冬小麦的影响表现为根系中N的含量和积累量在不同的发育时期反应不同，严重的水涝将造成冬小麦碳氮代谢失调，根系死亡[4]。淹水水稻能够强烈吸收和同化NO3-，甚至超过NH4+[5，6]。在田间条件下，即便是完全淹水，由于水稻根系的泌氧作用，水稻根表和根际也存在着较强的硝化作用，其产生的NO3--N对水稻的氮素营养起着重要作用。就植物种类而言，关于淹水胁迫对植物氮代谢的影响研究主要集中在经济作物或果树上[7~10]。

红树林主要分布于热带亚热带河口地区，桐花树是红树林的主要树种之一，福建泉州湾是其自然分布的北界。淹水胁迫对耐水淹红树植物的氮代谢研究报道较少，本研究以红树植物桐花树（Aegiceras corniculatum）为研究对象，旨在揭示淹水胁迫对桐花树氮代谢的影响，从氮代谢角度探讨桐花树耐淹水适应机制。

1　材料与方法

1.1　材料来源

试验材料为1a生桐花树容器苗，发育良好，无病虫害，平均苗高17.80cm，地径0.62cm。

1.2　试验设计

淹水胁迫试验根据罗美娟等方法[11]在温室中完成，试验设置四组1m×1m水箱，每个水箱还配有一个水池和水泵，设置每半日（即 0：00-12：00 和 12：00-24：00）2h、4h、6h、8h 的淹水时间梯度，培养基质取自泉州湾红树林滩涂上的淤泥，土层厚20cm，盐度15‰，每个水箱种植90株苗木，设3个重复，水位高度50cm，试验处理时间为3个月。

1.3　测定指标与方法

试验结束后，桐花树幼苗根、茎、叶分别采样，蒸馏水洗净后，80℃烘干至恒重，磨粉后，全N采用全自动碳氮分析仪（德国 Elementar VarioMAX CNS）测定。铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）和脯氨酸（Pro）的测定，参照陈因[12]的方法进行，硝酸还原酶（NR）活性采用碘胺比色法。

2　结果与分析

2.1　淹水胁迫对桐花树幼苗全氮含量的影响

从叶来看（如表1），随着淹水时间的延长，N的含量呈上升趋势，淹水胁迫在一定程度上促进了叶片N元素的吸收。淹水时间6h、8h处理下N含量较高，分别为22.23±0.30g·kg-1和22.46±0.63g·kg-1，但二者差异不显著（P＞0.05）。从根来看（如表1），随着淹水时间的延长，N含量先升后降，最高值为淹水4h的5.57±0.09g·kg-1，淹水4~8h，根中N含量差异达极显著水平（P＜0.01）。从茎来看（如表1），即随淹水时间延长，N含量降低，淹水4h处理N含量达到最大值9.32±0.99g·kg-1，但淹水2~6h处理，差异不显著（P＞0.05）。各器官N含量高低依次表现为叶＞根＞茎。

表1　桐花树幼苗全氮、硝酸还原酶含量及方差分析F值

2.2　淹水胁迫对桐花树幼苗硝酸还原酶活性的影响

从表1可以看出，随着淹水时间的延长，硝酸还原酶活性增加，淹水8h，根中硝酸还原酶活性为14.39±1.22μg·g-·1h-1，比淹水 2h、4h、6h处理分别增加了 54.4%、21.1%和 3.5%，经 LSD多重比较，淹水 6h和 8h处理硝酸还原酶活性差异不显著（P＞0.05）。淹水8h处理，叶中硝酸还原酶活性最大为2.14±0.17μg·g-·1h-1，是淹水2h、4h和6h处理的1.39倍、1.09倍和1.12倍，淹水4~8h，硝酸还原酶活性差异不显著（P＞0.05），从体内器官分布来看，不同的淹水时间，硝酸还原酶活性根＞叶，这表明根是桐花树幼苗硝酸根还原的主要场所。

2.3　淹水胁迫对桐花树幼苗不同形态氮的影响

表2　桐花树幼苗不同形态氮、脯氨酸含量及方差分析表

方差分析结果表明（见表2），淹水胁迫对根系中硝态氮和铵态氮影响达显著水平（P＜0.01）。淹水胁迫下二者变化趋势基本一致，即随淹水时间的延长，先升后降。淹水2h，根系中硝态氮和铵态氮含量分别为1.79±0.94mg·g-1和2.97±1.29mg·g-1，淹水6h，根系中硝态氮和铵态氮含量最高值，分别为 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，分别比淹水6h处量降低了67.2%和76.9%（P＜0.05）。

2.4　淹水胁迫对桐花树幼苗对脯氨酸含量的影响

方差结果表明（见表2），淹水胁迫对桐花树幼苗根和叶的脯氨酸含量影响显著（P＜0.05），叶脯氨酸含量随淹水时间的延长而增加，根和叶中的脯氨酸含量，淹水2h，分别为22.13±5.80μg·g-1和18.83±1.73μg·g-1，淹水4h 为 19.33±4.24μg·g-1和 23.40±5.97μg·g-1，两处理差异不显著（P＞0.05），淹水 6h，根和叶中的脯氨酸含量最高，分别为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，根和叶的含量分别下降了27.2%（P＜0.05）和5.64%（P＞0.05）。这表明，淹水6h，桐花树幼苗受淹水胁迫的伤害较小或适应性较强。

2.5　各指标间的相关关系

表3　氮代谢指标的相关矩阵

各指标的相关系数见表3，从表3可以看出，根系脯氨酸含量与根系铵态氮（r=0.783**，P＜0.01）和硝态氮（r=0.618**，P＜0.01）极显著相关。叶片脯氨酸含量与根系硝酸还原酶（r=0.816**，P＜0.01）、根系铵态氮（r=0.638*，P＜0.01）极显著相关，根系硝酸还原酶与叶片硝酸还原酶极显著相关（r=0.808**，P＜0.01），根系铵态氮与硝态氮呈极显著正相关（r=0.858**，P＜0.01）。

3　讨论与结论

硝酸还原酶（NR）是植物体内氮代谢的调节酶和限速酶，NR活性直接关系到植物氮素的同化与代谢，但NR活性经常受到外源氮素和环境因子的影响。葛体达等[13]在无菌水培条件下，营养液中增加甘氨酸的浓度，可提高番茄地上部和根系NR活性。盐胁迫显著降低了硝态氮含量与NR活性[14]，植物从土壤中吸收的氮素主要是硝态氮，进人植物体的硝态氮还原成氨后才能进一步转化成有机的含氮化合物，如氨基酸、蛋白质、核酸等。硝酸还原酶在细胞质中将硝酸盐催化成亚硝酸盐，根和叶都是还原的主要场所。之后，亚硝酸的还原在叶绿体中进行，氮代谢受到光合作用、碳代谢的影响[15]。本研究中，一定程度的淹水胁迫提高了硝酸还原酶的活性，这表明，淹水胁迫促进了桐花树幼苗对无机氮的利用，而且根系是桐花树幼苗硝酸根还原的主要场所。

许多研究表明，硝酸还原酶下降，硝态氮含量上升，但一些研究也认为植物硝酸还原酶与硝态氮呈正相关。本研究中，淹水2~6h，叶片硝酸还原酶与硝态氮含量成正相关，但相关性不显著（R=0.255，P＞0.05），但淹水8h，NR活性上升，硝态氮含量显著下降，这是由于淹水胁迫下硝态氮不但受NR的调控，但还受到根系对硝态氮的吸收和转运的影响，淹水胁迫抑制根系对N的吸收与积累。

植物氮素代谢中，硝态氮与铵态氮是两个互相依赖的氮素形态，两者之间有一定的相关关系[16]。有研究表明，硝态氮的存在促进了水稻对氨态氮的吸收，增加硝态氮营养可以增加叶片谷氨酸合成酶，提高水稻同化铵态氮的能力。本研究中桐花树幼苗叶片中硝态氮与铵态氮呈正相关，淹水2~6h，铵态氮含量升高，这是由于植株体内硝态氮向铵态氮的还原加快，但是淹水时间超过6h，铵态氮含量下降，而NR活性并没有降低，这可能是因为根系对硝态氮的吸收下降，造成原料供应的不足。

脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，在植物细胞适应胁迫过程中起重要作用。在正常情况下，植物体内脯氨酸含量极低，但在逆境环境下，脯氨酸含量迅速增长，淹涝条件下，脯氨酸会成倍累积，但超过一定的淹水时间，植物生长将受到严重伤害，脯氨酸含量也下降。本研究中淹水6h处理，桐花树幼苗叶片和根系中的脯氨酸含量均达最高值，在逆境条件下增加脯氨酸含量是植物适应逆境的一种方式，脯氨酸降低细胞的渗透势，有助于细胞保水、维持细胞内膨压、保护酶和膜系统免受伤害和增强植物的抗涝性。但淹水8h，脯氨酸含量降低，这表明明植物受害较为严重。

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