36于方明1253-1256

36于方明1253-1256 生态环境 2007, 16(4): 1253-1256 Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com 生长调节剂对春玉米氮素代谢关键酶活性的影响 *1,2311111于方明,刘可慧,荣湘民,刘 强,朱红梅,彭建伟,谢桂先 1. 湖南农业大学资源环境学院,湖南 长沙 410128; 2. 广西师范大学环境与资源学院,广西 桂林 541004; 3. 桂林电子科技大学应用科技学院,广西 桂林 541004 摘要,采用大田小区试验,通过新型植物生长调节剂处理春玉米,研究了生长调节剂对玉米氮素代谢关键酶活性的影响,结果明,喷施不同配方的生长调节剂能明显提高春玉米氮代谢过程中关键酶的活性。在生长调节剂PGR2处理下,玉米功能叶片中硝酸还原酶,NR,活性比对照提高了109.3%~138.3%,其它处理下硝酸还原酶活性也有不同程度的提高,无论在玉米功能叶片还是籽粒中,谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酰胺转化酶活性在测定的各时期均高于对照,功能叶片中蛋白水解酶活性也均高于对照。在所有处理中,以PGR2处理效果最佳。 关键词,生长调节剂,玉米,氮代谢,关键酶 中图分类号,S513 文献标识码,A 文章编号,1672-2175,2007,04-1253-04 玉米是低蛋白作物,为提高玉米的品质,学者喷施后5、10、15、20、25 d对氮代谢的关键酶活性们通过各种途径提高其蛋白质含量与产量,虽取得进行测定。取样部位为棒三叶。硝酸还原酶,NR,、[1]了一定的成绩,但还面临着许多的问。因为,谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酰胺转化酶活性参照文低蛋白作物的氮代谢途径中谷氨酰胺合成酶(GS)生献[5]的完成,硝酸还原酶以1 h内还原KNO3 -等氮素代谢关键酶活性不高，且容易受到逆境的抑成NO的μg数表示酶活性。谷氨酰胺合成酶与转化2 制，结果使铵离子补偿能力下降,造成贮藏蛋白含酶活性以1 h内形成1 μmol γ-谷氨酰基羟肟酸的酶[2]量较低。最近人们通过喷施羧甲基壳聚糖以及其量作为1个酶活性单位,蛋白水解酶根据韩雅姗的[6]他新型生长调节剂等在调节氮素代谢方面取得了方法测定,以40 ?每1 h生成酪氨酸10 μg的酶量[3,4]一定的进展,但还不够理想。为更加深入地探讨作为一个酶活性单位。用Microsoft Excel 进行数据生长调节剂对玉米氮素代谢关键酶活性的影响,本处理和作图。 文采用大田小区试验,通过新型植物生长调节剂处2 结果与分析 理玉米,研究了生长调节剂对玉米氮素代谢关键酶2.1 生长调节剂对功能叶片中硝酸还原酶活性的活性的影响,旨在为进一步研究生长调节剂对植物影响 氮代谢的调节功能提供依据。 从图1可知,玉米授粉后,功能叶中硝酸还原1 与方法 酶活性无论对照还是处理均呈下降的变化趋势。植 调节剂的主体成分是羧甲基壳聚糖物生长调节剂不同配方处理春玉米功能叶中硝酸(N-carboxymethylchitosan,NCMC),由江南大学夏还原酶活性除了PGR4处理在授粉后的第15 d低于文水提供。供试玉米材料为掖单13号。供试土壤为对照之外,其余均高于对照。在授粉后的第5 d以河流冲积物发育的冲积菜园土,肥力中等。试验在PGR1处理的效果最好,比对照提高了59.1%,其湖南农业大学资源环境学院农业资源系教学实习次为PGR2,比对照提高了48.6%,在授粉后的第基地进行。玉米种子经浸种后条播。在玉米开花授10 d,以PGR3处理最好,PGR2处理次之,在受粉粉后喷施自行配制的生长调节剂,设五个处理,?后的第15 d到25 d这段时期内,以PGR2处理效喷施清水+吐温80,CK,,? 喷施生长调节剂配方果最理想,分别比对照提高了126.9%、109.3%、1+吐温80,PGR1,,? 喷施生长调节剂配方2+吐138.3%。 温80,PGR2,,? 喷施生长调节剂配方3+吐温802.2 生长调节剂对功能叶中谷氨酰胺合成酶与转,PGR3,,? 喷施生长调节剂配方4+吐温80化酶活性的影响 ,PGR4,。每处理3次重复,随机区组排列。第1次从图2中可以看出,春玉米功能叶中的谷氨酰 基金项目,科技部科技攻关项目,2004BA520A01,,国家教育部重点项目,00A002,,湖南省教育厅优秀青年基金项目,02B009,,广西师范大学博士启动基金项目 作者简介,于方明,1975,,,男,博士,主要从事水土环境污染生物修复的研究。E-mail: Fmyu1215@163.com *通讯作者,荣湘民,教授,博士生导师。 收稿日期,2007-07-05 1254 生态环境 第16卷第4期,2007年7月, 再降的变化趋势。在授粉后的第10 d,PGR1、PGR2、80CK PGR1PGR3、PGR4四处理春玉米功能叶中谷氨酰胺转化)-1PGR260酶活性分别比对照提高了9.39%、29.7%、3.98%、•h-1PGR313.8%。在第20 d时PGR1、PGR2、PGR3、PGR4PGR440四处理春玉米功能叶中的谷氨酰胺转化酶活性分 别比对照提高了44.2%、54.5%、16.1%、28.5%。20活性μNR/(g•g说明新型植物生长调节剂不同配方处理能提高玉 0米功能叶中谷氨酰胺转化酶活性,从而有利于氮的 510152025同化。 喷施后天数/d2.3 生长调节剂对玉米籽粒中谷氨酰胺转化酶活 性的影响 图1 喷施新型植物生长调节剂不同配方对春玉米 从图3中可以看出,春玉米籽粒谷氨酰胺合成功能叶中硝酸还原酶活性的影响 Fig. 1 Effects of different formulae of new PGR on activities 酶活性总体呈下降的变化趋势。除了在授粉后的第of NR in functional leaves of spring maize 15 d和第20 d PGR1处理春玉米籽粒中谷氨酰胺合 成酶活性低于对照之外,其余处理各时期均高于对CKPGR1PGR260照。说明新型植物生长调节剂不同配方处理能明显PGR3PGR4提高春玉米籽粒中谷氨酰胺合成酶活性,有利于籽50)粒中氮素的同化及籽粒中蛋白质的合成与积累。春-140玉米籽粒中谷氨酰胺转化酶活性呈下降的变化趋 势。在五个时期内,调节剂不同配方处理春玉米籽30 活性GS/(U•g粒中的谷氨酰胺转化酶活性除个别时期低于对照20外,其余均高于对照。在授粉后的第5 d到第15 d 10各处理间的差异较明显,但在授粉后的第20 d和第 51015202525 d各处理间差异逐渐变小。说明植物生长调节剂喷施后天数/d 60300CKCK)50PGR1-1PGR1)250PGR2-1PGR240PGR3PGR330PGR4200PGR4 20150活性GS/(U•g10 1000 谷胺酰氨转化酶活性/(U•g51015202550喷施后天数/d510152025 喷施后天数/d160CK) -1PGR1图2 喷施新型植物生长调节剂不同配方对春玉米功能叶中谷氨酰胺PGR2合成酶与转化酶活性的影响 120PGR3Fig. 2 Effects of different formulae of PGR on activities of GS synthetase PGR4 and GS transferase in functional leaves of spring maize 80 胺合成酶活性呈先升后降的变化趋势,且不同处理 春玉米功能叶中的谷氨酰胺合成酶活性在所有测40谷氨酰氨转化酶活性/(U•g定时期内均高于对照。在生长调节剂处理后的第15 510152025 dGS活性达到最大值,此时分别比对照提高了喷施后天数/d 9.26%、35.7%、29.8%、21.6%。这说明,新型植物图3 喷施新型植物生长调节剂不同配方对春玉米籽粒中 谷氨酰胺合成酶与转化酶活性活性的影响 生长调节剂不同配方处理能提高玉米功能叶中谷 Fig. 3 Effects of different formulae of PGR on activities of GS 氨酰胺合成酶的活性。春玉米功能叶中的谷氨酰胺synthetase and GS transferase in grain of spring maize 转化酶活性呈M型的变化趋势,即先升后降、再升 于方明等,生长调节剂对春玉米氮素代谢关键酶活性的影响 1255 不同配方处理可明显提高春玉米籽粒中谷氨酰胺水解为氨基酸、酰胺后才能在植株中长距离运输。转化酶活性,且影响主要是在玉米授粉后的前15 d,本研究发现,玉米功能叶片中蛋白水解酶活性总体在所有调节剂不同配方处理中以PGR2处理的效果呈下降的变化趋势,但活性均高于对照,蛋白水解最好。 酶活性的提高有利于蛋白质的水解以及氮素的长2.4 生长调节剂对春玉米功能叶中蛋白水解酶活距离运输。 性的影响 谷氨酰胺合成酶—谷氨酰胺合成酶 从图4中可以看出,春玉米功能叶中蛋白水解同化更为普遍和重要的,GS-GOGTA,途径是NH3 酶活性呈先降后升再降的变化趋势。在所有的调节方式。谷氨酰胺合成酶直接催化谷氨酸与氨发生反剂不同配方处理中只有PGR3处理在授粉后的第应,生成谷氨酰胺,谷氨酰胺合成后,可与α-酮15 d低于对照,其余各处理在所有的测定时期均高戊二酸反应,在谷氨酸合成酶的作用下,生成谷氨于对照。在四个调节剂不同配方处理中以PGR2酸,谷氨酸和谷氨酰胺能进一步合成其它酰胺、氨 [10,11]处理效果最好。说明植物生长调节剂不同配方处理基酸和蛋白质。谷氨酰胺合成酶,GS,是处能提高春玉米功能叶中蛋白水解酶活性,这有利于于氮代谢中心的多功能酶,具有转化酶和合成酶两 [9]氮素的再利用及向籽粒转运,从而提高籽粒蛋白质种同工酶。González等报道,GS活性的提高有[10]含量。 利于植物铵同化和氮素转运。刘强等研究表明, 氮效率高的品种功能叶中GS活性明显高于氮低效CK400)PGR1率品种,且GS活性的增加同样可以加速植物体内-1PGR2氮的同化。本研究发现,谷氨酰胺合成酶与转化酶300PGR3 PGR4活性均有不同程度的提高,这将有利于玉米中氮素 的同化。 200 本研究的结果显示,喷施新型植物生长调节剂 蛋白水解酶活性/(U•g不同配方引起春玉米功能叶中和茎秆中氮代谢关100 键酶硝酸还原酶,谷氨酰胺合成酶,谷氨酰胺转化510152025 酶活性,蛋白水解酶活性增加,这将有利于植株体喷施后天数/d 内的氮向籽粒中转运,从而增加籽粒中氮的含量, 图4 喷施新型植物生长调节剂不同配方对春玉米 提高作物品质,这是新型植物生长调节剂能够提高功能叶中蛋白水解酶活性的影响 籽粒中氮含量的重要的内在机制。 Fig. 4 Effects of different formulae of new PGR on activities of Protease in functional leaves of spring maize 参考文献, [1] 李艳杰. 植物生长调节剂在玉米上的增产效果试验初报[J]. 玉米科3 讨论 学, 2006, 14(1): 132-133. 硝酸还原酶是植物同化NO3-过程中的关键LI Yanjie. Effects of plant growth regulators on maize yield [J]. Jour-酶,也是氮同化的限速酶,对作物光合、呼吸及碳nal of Maize Sciences, 2006, 14(1): 132-133. [7]代谢等有着重要影响。植物吸收的硝酸盐必须在[2] 谢桂先, 荣湘民, 刘强, 等. 不同浓度玉米生长调节剂对玉米氮代硝酸还原酶及亚硝酸还原酶作用下还原成NH,才谢的影响[J]. 湖南农业大学学报: 自然科学版, 2006, 32(4): 3 352-356. 能经过一系列的合成过程在体内转化成氨基酸。因 XIE Guixian, RONG Xiangmin, LIU Qiang, et al. Effects of diffe-此,其活性高低与植物体内氮同化能力密切相关, rently-concentrated plant growth reguator on nitrogen metabolism in 对植物生长发育、产量形成和蛋白质产量都有重要maize[J]. Journal of Huna Agricultural University: Natural Sciences, [8]影响。本研究发现在生长调节剂的作用下,玉米2006, 32(4): 352-356. 功能叶片中的硝酸还原酶活性均高于对照,这将有[3] OSUJI G O, GUERO R G. N-Carboxymethyl chitosan enhancement of 利于玉米叶片中氮的同化以及氮素向籽粒中转运,the storage protein contents of maize seeds[J]. Food Biotechnology, 提高籽粒中蛋白质的含量。 1992, 6 (2): 105-126. [4] 师素云, 薛启汉, 刘蔼民, 等. 羧甲基壳聚糖对玉米籽粒氮代谢关玉米叶片中氮的同化和蛋白质的降解同时存 键酶和种子贮藏蛋白含量的影响[J]. 植物生理学报, 1999, 25(2): 在,叶片中的氮素对籽粒氮的贡献为30%,叶片中187-192. [9]氮素的再分配效率达到65%。玉米进入生殖生长SHI Suyun, XUE Qihan, LIU Aimin, et al. Effects of 期后,储存在营养器官,特别是叶片中的氮有相当N-carboxymethylchitosan on N-motabolic key enzymes of grains and 大的一部分向籽粒转移。叶片中的氮大部分以蛋白storage protein contents of seeds in maize[J]. Acta Phytophsiologica 质形态存在,叶片中的蛋白质必须通过蛋白水解酶Sinica, 1999, 25(2): 187-192. 1256 生态环境 第16卷第4期,2007年7月, [5] 中国科学院上海植物生理研究所. 现代植物生理实验指南[M]. 北[9] GONZALEZ-MORO B, MENA-PETITE A, LACUESTA M, et al. 京: 科学出版社, 1999: 152-158. Glutamine synthetase from mesophyll and bundle sheath maize cells: Plant Physiology Society of Shanghai. Handbook of Plant Physiology isoenzyme complements and different sensitivities to phosphinothricin Experiments[M]. Beijing: Science Press, 1999: 152-158. [J]. Plant Cell Reports, 2000, 19 (11): 1127-1134. [6] 韩雅珊. 食品化学试验指导[M]. 北京: 北京农业大学出版社, 1995. [10] 刘强, 荣湘民, 朱红梅, 等. 不同水稻品种在不同栽培条件下氮代 HAN Yashan. Handbook of food chemistry experiments[M]. Beijing: 谢的差异[J]. 湖南农业大学学报: 自然科学版, 2001, 27(6): Beijing Agriculture University Press, 1995. 415-420. [7] SANCHEZ E, RIVERO R M, RUIZ J M, et al. 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Effects of new plant regulators on key enzymes of nitrogen metabolism in spring maize 1, 2311YU Fangming, LIU Kehui, RONG Xiangmin, LIU Qiang, 111, XIE Guixian ZHU Hongmei, PENG Jianwei 1. College of Resource and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. College of Resource and Environment, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China; 3. College of Applied Science and Technology, Guiling University of Electroic Technology, Guilin 541004, China Abstract: The field experiment was concerned on one new plant growth regulators (PGR, the main materia was N-carboxymethylchitosan, NCMC) on key enzymes of nitrogen metabolism in spring maize. The results showed that all the tested PGRs had significantly positive effects on promotion to the activities of nitrate reductase and protease in the functional leaves. The acticity of GS synthetase and GS transferase in both of the functional leaves and grains were also promoted and the optimal formula was PGR2. Key words: maize; plant growth regulator; nitrogen metabolism; key enzyme