氮素对大豆硝酸还原酶及根系活力的影响

马桂香,门中华

氮素对大豆硝酸还原酶及根系活力的影响

马桂香,门中华

包头师范学院生物科学与技术学院,内蒙古包头014030

本文以东农48和合丰45大豆品种为试验对象，采用盆栽试验及室内生理测定方法，对不同氮素水平下各生育期大豆硝酸还原酶和根系活力变化进行了研究。试验结果表明：两个大豆品种在不同氮素剂量处理下，体内的硝酸还原酶和根系活力具有明显的变化，而同一剂量的不同生育期硝酸还原酶和根系活力也有差异，主要表现在结荚期硝酸还原酶最高，苗期根系活力最高。综合分析表明：适宜的氮素水平可以刺激硝酸还原酶和根系活力提高，从而促进植物对养分吸收以及光合作用积累。

氮素;大豆;硝酸还原酶;根系活力

氮素是植物生长发育和新陈代谢必不缺少的营养元素之一，也是蛋白质、叶绿素及其他有机分子的基本组成元素[1]。硝酸还原酶（Nitrate reductase，NR）是植物氮素同化过程中最重要的一个限速酶和诱导酶，对植物氮素代谢起着至关重要的作用，豆科植物获取氮的途径主要依靠NO3-的同化，植物当中HR活性越高，对氮素利用效果就越好[2,3]。

根系活力是影响植物对水分和肥料吸收和运输，是促进光合物质的形成的一个生理指标。葛文婷[4]等研究认为，HR在大豆营养生长期活性较低，在结荚盛期活性较高，而李豪哲[5,6]等在研究指出，不同大豆叶片品种HR活力与籽粒蛋白质含量呈正相关的趋势。目前国内外有关根系活力研究主要集中在干旱、盐碱等方面，在大豆氮素和根系活力的相关研究还鲜有报道。

因此，本文采取盆栽方法，系统了研究在不同氮素水平下，大豆各生育期HR以及根系活力的变化情况，寻找氮素最佳施用时期，旨在为今后合理施用氮肥及丰富植物育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试材料

1.1.1 供试材料供试大豆材料东农48是由东北农业大学大豆科学研究所育成；合丰45是由黑龙江省农业科学院合江农业科学研究所育成，试验材料均由黑龙江省农业科学院大豆研究所提供。

1.1.2 供试土壤供试土壤取自黑龙江省农业科学院试验田，试验土壤情况见表1。

表1 试验地土壤总体情况Table1 Traits of experimental soil

1.2试验设计

本试验于2012年在黑龙江省农业科学院试验站进行，试验采用盆栽，规格为高度30 cm，宽度为25 cm的塑料桶，每盆装风干土8 kg。氮肥施用量与实际大豆田生产施用量基本一致。试验施用尿素0、0.04、0.08、0.12 g/kg 4个处理，每个处理5次重复，共2×4×5=40盆。分别在苗期、开花期、结荚期、鼓粒期、成熟期的晴天上午进行取样。取样方法是每个处理采取3株生长旺盛的大豆植株，放在标记好几号的密封袋中，然后放入加有冰块的保温箱中，带回实验室，然后用剪刀把植株的叶片和根系剪下来，用电子天平分别称量叶片0.5 g和根系0.5 g的样品，置于10 mL的试管中，之后放入-20℃冰箱中贮存作为待测样品。

1.3测定项目与方法

1.3.1 硝酸还原酶活性测定参照张宪政[7]等方法并稍作改动，将事先称量好的不同处理样品放在50 mL的锥形瓶中，用注射器抽取0.1 mol·L-1磷酸缓冲液5 mL，0.2 mol·L-1硝酸钾溶液5 mL，在加入10 mL的蒸馏水，用真空泵进行抽气放气，反复进行多次之后，把锥形瓶放入30℃温箱中置于20 min，然后每个处理分别取2 mL反应液，加入a-萘胺试剂2 mL，磺胺试剂4 mL，在30℃温箱中反应40 min，当溶液冷却之后，在540 nm波长下测定OD值，记录数据。

标准曲线的制定：用移液器吸取不同浓度梯度的NaNO2溶液1 mL置于试管中，加入a-萘胺试剂2 mL，磺胺试剂2 mL，左右摇晃10次，静止30 min左右，在540 nm波长下测定OD值，读取吸光度值，并记录数据。然后以NaNO2溶液为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制吸光度—浓度标准曲线。

1.3.2 根系活力的测定根系活力测定方法采取四氮唑法（TTC）。将称量好的根系样品放入20 mL的三角瓶中，加入10 mL的0.5 mol·L-1磷酸缓冲液和0.5%TTC溶液，反复摇晃三角瓶，使其混合均匀。然后将大豆根系侵入到溶液中，在35℃温箱中放置2 h，温箱要用黑布进行遮盖，然后加入0.5 mol mol·L-1硫酸溶液进行终止反应。

将反应好的根系放入冷却的研钵中，放入少许石英砂和2～3 mL乙酸乙酯溶液进行研磨，将研磨好的溶液倒入10 mL的试管中，加入一定量的乙酸乙酯溶液，使其定容在10 mL。然后在480 nm波长下进行比色，读取OD值。以空白试验作参比对照，测出吸光度，根据标准曲线就可以计算出来TTC的还原量。根系活力计算公式为：根系活力=TTC的还原量（µg）/根重（g）/时间（h）。

1.4数据统计

采用DPS7.05版本数据处理软件及Excel数据统计软件对原始数据进行统计，利用Duncan新复极差法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1东农48各生育期NR的活性变化分析

由表2可以看出，东农48随着处理量的不同，各生育期NR活性也有较大的变化。主要表现为随着N素剂量的增加，NR活性也不断增高，其中0.08 g/kg的施N量下，不同生育期的NR活性均达到最高。而在同一剂量下（如0.08 g/kg），不同时期的大豆NR活性也具有显著性差异，营养生长时期NR活性不断提高，在结荚期活性达到最高，为445.3 μg/g FW，进入生殖生长期之后活性开始下降，到成熟期活性仅有9.56，两者相差46.5倍。综合结果表明，适当施用氮肥，可以增加NR活性，不施用氮肥或过高施用氮肥都会抑制NR活性。

表2 东农48各生育时期叶片硝酸还原酶活性比较Table 2 Comparison of NR activity in different growing stage of Dongnong 48 soybean（μg/g FW·h mean±SE）

2.2合丰45各生育期NR的活性变化分析

由表3可知，不同处理之间的合丰45叶片中的NR存在显著性差异，在0.04 g/kg氮素水平下，各生育期的NR活性均为最高，从苗期到结荚期NR活性先是呈上升趋势，在结荚期达到峰值，活性为498.62 μg/g FW，从鼓粒期开始下降，成熟期NR达到最低值，是7.56 μg/g FW，两者相差65.87倍。而高剂量N素处理下，苗期的NR活性为整个生育期最高，分别为293.25 μg/g FW和331.73 μg/g FW，随后的生长过程中NR活性开始降低，到成熟期叶片中NR较少，这可能因为高剂量N素短暂诱导植株的NR活性提高。

综合结果表明：合丰45以0.04 g/kg氮素处理后NR的活性最高，而东农48则是以0.08 g/kg氮素处理后NR的活性最高，两个品种NR最高的生育期均是在结荚期。

表3 合丰45各生育时期叶片硝酸还原酶活性比较Table 2 Comparison of NR activity in different growing stage of Hefeng 45 soybean（μg/g FW·h mean±SE）

2.3氮素对大豆东农48根系活力的影响

在不同氮素水平处理后，东农48各生育时期的根系活力呈显著的不同，在4个处理中，以根系活力高低的顺序依次为0.04 g/kg、0.08 g/kg、0.12 g/kg和对照CK，高剂量0.12 g/kg处理之后根系活力与对照基本没有差异。各处理的根系活力均在苗期为最高，分别是123.4 μg·g-1、96.5 μg·g-1、94.2 μg·g-1、87.5 μg·g-1。此外的4个生育期的根系活力都是呈逐渐下降的趋势，到成熟期达到最低。这可能因为苗期对氮素吸收较多，促进了根系对养分和水分的吸收和利用，成熟期根系面临衰竭，活力降低（见图1）。

图1 氮素水平对东农48根系活力的影响Fig.1 Effect of different nitrogen level on root activity in Dongnong 48

图2 氮素水平对合丰45根系活力的影响Fig.3 Effect of different nitrogen level on root activity in Hefeng 45

2.4氮素对大豆合丰45根系活力的影响

由图2可以看出，不同剂量的氮素处理后，合丰45根系活力有明显变化，在0.08 g/kg处理后，各时期根系活力为最高，分别是对照的1.78倍、1.84倍、1.93和2.9倍。0.12 g/kg剂量处理后，各生育期的根系活力与对照相比无显著性差异。而不同生育期，根系活力变化不同，根系活力最高时期为苗期，此后几个生育时期根系活力呈下降趋势，成熟期根系活力达到最低。

3 讨论

谢运河等[8]研究认为氮素对于大豆根瘤固氮能力和生长发育有显著的影响。众所周知，大豆根瘤具有固氮能力，但其依靠自身固氮还不能满足生长发育的需要，所以适量施用氮肥能够提高大豆产量[10,11]。目前国内外对氮素对硝酸还原酶活性影响较多，主要集中在小麦、甜菜、大豆上面[12,13]。葛文婷[4]等在研究大豆NR和施氮关系研究中指出，营养生长期大豆体内的NR活性较低，进入生殖生长期之后，NR活性逐渐提高，在盛花期前后达到峰值。而大豆中的NR主要存在于叶片当中，根部仅有少量的NR[14]。刘胜利等[15]认为大豆生殖开始时期为花期，这个阶段需要合成大量的氮化合物，NR活性在此时期也是最高的。

目前，国内外有关氮素影响大豆根系活力研究很少，主要集中在光质、干旱环境因子上面[16,17]。陈雄伟等[18]在对氮素对水葫芦影响研究指出，不同氮浓度对水葫芦根系影响有显著差异，其中以3.5 mL/L氮水平生长最好，但浓度过高也会抑制水葫芦根系活力和过氧化物酶活性。

本研究表明：不同生育期大豆品种NR活性存在明显差异，其中结荚期的活性达到最高，其次为苗期，成熟期时大豆体内的NR活性较少，这与前人研究基本一致。而在施用氮素剂量和大豆NR活性之间的关系方面，东农48是在0.08 g/kg氮素水平下各时期的NR活性最高，合丰45是在0.04 g/kg剂量下为最好。根系活力高低直接影响植物对水分和养分的吸收和利用，本研究认为，氮素对大豆品种各生育期根系活力影响不同，其中两个品种均以苗期根系活力最高，可能是因为苗期处于生长的前期，对氮素吸收能力较强，利用率较高。本研究寻找出大豆生长的最佳施用氮素水平和明确NR活性最高的生育期，为今后大豆实际生产具有重要意义。但是有关NR和根系活力在苗期和开花期反应的差异，其作用机理还有待进一步进行研究。

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Effect of Nitrogen Level on Nitrate Reductase(NR)and Root Activity of Soybean

MA Gui-xiang,MEN Zhong-hua
Department of Biological Science and Technology,Baotou Teachers College,Baotou014030,China

In order to research the effect of different nitrogen level on soybean nitrate reductase and root activity by using pot experiments and lab analysis in soybean variety Dongnong48 and Hefeng45.The results showed that NR and root activity has obviously changed with two varieties at after different nitrogen treatment.The nitrate reductase and root activity in the leaves of soybean were different significantly at every stage,which NR and root activity were highly at pod-setting and seedling.Comprehensive analysis showed that appropriate nitrogen levels could be increased nitrate reductase and root activity for accumulation of photosynthate.

Nitrogen;soybean;nitrate reductase(NR);root activity

Q945.15

A

1000-2324(2014)05-0656-04

2013-01-23

2013-03-22

马桂香(1983-),女,在读研究生.研究方向:植物生理学.E-mail:15849463829@163.com