全 文 ：氮素形态对樱桃番茄果实发育中氮代谢的影响*
李庆余1 摇 徐新娟2 摇 顾海龙1 摇 高虹艳1 摇 朱毅勇1 摇 董彩霞1**摇 沈其荣1
( 1 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095; 2 河南科技学院生命科学学院, 河南新乡 453003)
摘摇 要摇 以樱桃番茄为材料,采用基质鄄营养液共培养的方法,研究了全硝态氮(NO3 -)、铵态
氮和硝态氮配施(75%NO3 - 颐 25% NH4 +)及全铵态氮(NH4 +)营养对樱桃番茄果实氮代谢及
硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)基因表达的影响.结果表明: 铵态氮和硝态氮配施
处理下樱桃番茄的单果质量比全硝态氮处理略有增加,且果实中 NH4 +、总氨基酸、氮含量和
氮素累积量均显著高于全硝态氮处理;全硝态氮及铵态氮和硝态氮配施处理下果实 NR 活性
及其基因表达没有明显差异,但都显著高于全铵态氮处理;铵态氮和硝态氮配施处理下果实
GS活性都高于全硝态氮处理.不同形态氮素及配施处理下,同工酶 GS1(胞质型 GS)和 GS2
(叶绿体型 GS)的表达与 GS 的活性不一致,说明氮素对 GS 活性的影响主要发生在转录后
水平.
关键词摇 氮素形态摇 樱桃番茄摇 氮代谢摇 基因表达
文章编号摇 1001-9332(2010)09-2335-07摇 中图分类号摇 S143. 1,S641. 2摇 文献标识码摇 A
Effects of applying different nitrogen form on cherry tomato nitrogen metabolism during fruit
development. LI Qing鄄yu1, XU Xin鄄juan2, GU Hai鄄long1, GAO Hong鄄yan1, ZHU Yi鄄yong1, DONG
Cai鄄xia1, SHEN Qi鄄rong1 ( 1College of Resources and Environmental Science, Nanjing Agricultural
University, Nanjing 210095, China; 2College of Life Sciences, Henan Institute of Science and Technol鄄
ogy, Xinxiang 453003, Henan, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(9): 2335-2341.
Abstract: A hydroponic experiment was conducted to study the effects of applying 100% NO3 - 鄄N,
100% NH4 + 鄄N, and 75% NO3 - 鄄N+25% NH4 + 鄄N on the nitrogen metabolism and the nitrate reduc鄄
tase (NR) and glutamine synthetase (GS) gene expression of cherry tomato during its fruit develop鄄
ment. Applying 75% NO3 - 鄄N+25% NH4 + 鄄N slightly increased the single fruit mass, and increased
the fruit NH4 + 鄄N, total amino acid, and total N contents and N accumulation significantly, com鄄
pared with applying 100% NO3 - 鄄N. In treatments 100% NO3 - 鄄N and 75% NO3 - 鄄N + 25%
NH4 + 鄄N, the fruit NR activity and its gene expression had no significant difference, but were higher
than those in treatment 100% NH4 + 鄄N. The fruit GS activity was significantly higher in treatment
75% NO3 - 鄄N+25% NH4 + 鄄N than in treatment 100% NO3 - 鄄N. In the three treatments, isozyme
GS1 (Cytosolic type GS) and GS2 (Chloroplast type GS) expression was inconsistent with GS ac鄄
tivity, suggesting that the effects of applied N on GS activity could be mainly reflected at posttran鄄
scriptional level.
Key words: nitrogen form; cherry tomato; nitrogen metabolism; gene expression.
*国家自然科学基金项目(30600382)、土壤与农业可持续发展国家
重点实验室开放基金项目 (055131)和南京农业大学 SRT 项目
(0707B10)资助.
**通讯作者. E鄄mail: cxdong@ njau. edu. cn
2010鄄01鄄06 收稿,2010鄄07鄄05 接受.
摇 摇 NO3 -和 NH4 +是植物根系从土壤中吸收的两种
主要氮素形态,由于植物对 NO3 -和 NH4 +吸收和同
化的机理不同,导致不同形态氮素对作物的生长发
育和生理代谢活动产生的影响不同[1-4] .通常,适当
的铵态氮和硝态氮配施有利于喜硝作物的生长及品
质的提高[1-4] .已有研究结果表明,适当的铵态氮和
硝态氮配比不仅能促进水稻[1]、菠菜[2]根系对氮素
的吸收,而且提高了根系和叶片氮素代谢关键
酶———硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的
活性,使根系吸收的氮素能够较快地被植株同化利
用.此外,铵态氮和硝态氮配施还可提高叶片中叶绿
素含量和净光合速率,从而显著促进植株的生
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 9 月摇 第 21 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2010,21(9): 2335-2341
长[3] .本课题组前期的试验结果表明,与全硝态氮
处理相比,铵态氮和硝态氮配施处理下果实 NR 活
性有所减弱,但这并未成为影响果实氮素代谢的限
制因子,果实中的 NH4 +含量、GS活性和可溶性蛋白
质含量都呈上升趋势[4],可见铵态氮和硝态氮配施
在一定程度上能够促进番茄果实的氮素代谢. 徐新
娟[5]研究指出,可能由于检测手段或浓度极低的原
因,番茄果实中 NO3 -含量难以被检测出来,但 NR
和 GS在整个果实发育过程中均表现出较高的活
性,并在处理间显示出较大的差异,表明氮素形态可
能通过调控 NR和 GS活性来影响果实氮素代谢.目
前,有关氮素形态对果实 NR和 GS活性的研究主要
集中在生理方面,因此有必要通过转录及酶活性分
析明确果实氮素代谢相关酶(NR、GS)的基因表达
与氮素积累的关系.本文采用基质鄄营养液共培养的
方法,研究了不同形态氮素对樱桃番茄果实发育过
程中果实 NR、GS活性和基因转录水平的影响,以阐
明氮素形态影响番茄果实 NR、GS 基因表达的时空
差异性,为了解果实氮代谢的调控机制提供理论依
据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验设计
供试材料为樱桃番茄“红圣女冶,采用特制的基
质(石英砂)鄄营养液共培养的塑料盆钵育苗[5] . 设
置 3 个处理:全硝态氮(T1,100% NO3 -)、铵态氮和
硝态氮配施(T2,75%NO3 - 颐 25%NH4 +)和全铵态氮
(T3,100%NH4 +),每个处理重复 3 次. 总氮浓度均
为 4 mmol·L-1,由 KNO3 提供 NO3 -,(NH4) 2SO4 提
供 NH4 + .所有处理中 K、Ca、P、Mg、S 浓度均分别为
6、4、2、1、2 mmol·L-1,Cl、B、Mn、Zn、Cu、Mo 浓度分
别为 50、25、2郾 0、2郾 0、0郾 5、0郾 5 滋mol· L-1,以 EDTA鄄
Fe(20 滋mol·L-1)为 Fe 源,加入双氰胺(7 滋mol·
L-1)作为硝化抑制剂,营养液 pH 为 6郾 0 ~ 6郾 1. 每 2
d更换 1 次营养液,17:00 以后更换,营养液浓度从
1 / 2 逐步提高到全营养.
1郾 2摇 样品采集
根据番茄果实发育的形态结构变化,将其发育
的动态过程分为 4 个时期:幼果期(玉,花后 8 ~
10 d)、青果期(域,花后 18 ~ 20 d)、膨大期(芋,花
后 28 ~ 30 d)和成熟期(郁,花后 38 ~ 40 d).每个时
期均选择同一花序的果实,采样后记录果实鲜质量,
用排水法测定果实体积,烘干后测定干物质量、含氮
量和总氨基酸,另采集部分样品放入液氮冷冻,然后
转移至-70 益保存,用于其他指标的测定.
1郾 3摇 测定方法
果实 NH4 +含量测定参照李合生[6]的方法,称取
10 g左右果实匀浆,加入 15 ml 超纯水,塑料薄膜封
口,于沸水浴加热 30 min,取出过滤后用 AA3 流动
分析仪检测.果实 NO3 -含量测定根据罗雪华等[7]的
方法,得到清亮待测液后,在紫外分光光度计上测定
溶液在 220 和 275 nm处的吸光度,两者之差即为该
待测液中硝酸盐的吸光度. NR、GS 活性测定参照董
园园等[4]的方法. 总氨基酸含量测定根据郭英燕
等[8]的方法:取烘干混匀的样品水解后取出过滤,
得到的待测液上机分析,采用日立 835鄄50 型氨基酸
自动分析仪测定.可溶性蛋白质含量测定采用考马
斯亮蓝 G250 法[6] .果实氮含量测定:将粉碎的干样
用 H2SO4 鄄H2O2 法进行消煮,得到待测液后上 AA3
流动分析仪测定,果实的氮素累积量为氮含量与干
物质量的乘积.
1郾 4摇 半定量 RT鄄PCR检测目的基因表达量
参考杨亮等[9]在富含多糖的番茄果实组织中
总 RNA的提取方法并加以改进(除第一步中提取
缓冲液用 2 ml Trizol+40 滋l 茁鄄巯基乙醇代替外,其
他试剂与步骤均不变). 提取的 RNA 样品经 1郾 5%
琼脂糖凝胶电泳,EB染色后观察无拖尾现象和其他
杂带,认为 RNA样品质量可靠.总 RNA独立样品以
Oligo(dT)为引物,在 AMV RTase 催化下进行反转
录合成.得到 cDNA 模板,保存于-20 益冰箱,用于
PCR扩增. 根据已经发表的 Lycopersicon esculentum
glutathione synthetase (GS1) mRNA序列(U14754)、
Lycopersicon esculentum chloroplast glutamine syn鄄
thetase (GS2) mRNA (U15059)和 Lycopersicon escu鄄
lentum nia gene for nitrate reductase (X14060)设计引
物.同时设计 Actin 基因引物,以作内参之用,引物
由金斯特科技有限公司合成. 引物序列及扩增产物
见表 1.
1郾 5摇 数据处理
采用 SAS 8郾 0 软件对数据进行统计分析,多重
比较采用 LSD法.采用 Excel 2003 软件制图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 氮素形态对不同时期番茄果实生物量的影响
从表 2 可以看出,在果实不同发育阶段,铵态
氮和硝态氮配施处理果实鲜质量略高于全硝态
6332 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 1摇 目的基因引物序列
Tab. 1摇 Sequence of primers for target genes
目的基因
Target
gene
GenBank
登录号
GenBank
accession
No.
引物序列
Sequence of primer
PCR产物
PCR
product
(bp)
NR X14060 Forward 5爷ACATATCTACGATGCCTCACG3爷
Reverse 5爷AACCAACTCGAAGAACCCTAC3爷
493
GS1 U14754 Forward 5爷TCAAGTTGGACCTTCTGTT3爷
Reverse 5爷CGATGATGGTGGTTTCTG3爷
461
GS2 U15059 Forward 5爷CAGTGGGAATCTCAAGTAGGT3爷
Reverse 5爷ATAAGGGAAACTCAACAAGGT3爷
620
Actin BT013524 Forward 5爷TTCCGTTGCCCAGAGGTCCT3爷
Reverse 5爷TCGCCCTTTGAAATCCACATC3爷
320
氮处理,但二者差异不显著,除幼果期外,两处理都显
著高于全铵态氮处理.不同形态氮素处理下,番茄果
实的生长发育符合单“S冶型曲线模型.青果期,铵态氮
和硝态氮配施处理果实鲜质量比幼果期增加 420%,
全铵态氮处理增加 380% .膨大期,铵态氮和硝态氮配
施处理果实鲜质量比青果期增加 440%,全铵态氮处
理增加 390% .膨大期后,果实质量增加减缓,与成熟
期没有显著差异.不同形态氮素处理下,番茄果实干
质量、体积与鲜质量的变化趋势一致.
2郾 2摇 氮素形态对不同时期番茄果实 NO3 -和 NH4 +
含量的影响
采用罗雪华等[7]测定果实中 NO3 -含量的方法,
能很好地消除蛋白质、色素及其他有机物质的干扰,
但本研究仍然没有检测到果实中的 NO3 -含量,这可
能与营养液中氮素浓度低有关.从表 3 可以看出,随
着果实发育,不同形态氮素处理果实中 NH4 +含量均
呈下降趋势.与幼果期相比,青果期铵态氮和硝态氮
配施处理果实 NH4 +含量下降了约 12% ,而全铵态
氮处理仅下降了 5%左右.青果期后,铵态氮和硝态
氮配施处理果实中 NH4 +含量变化趋势一致,均为从
青果期到膨大期呈增加趋势,膨大期后到成熟则显
著下降.全铵态氮处理下,果实中 NH4 +含量在青果
期后急剧增加,膨大期是青果期的 134% ,随后略有
增加,直到成熟.不同处理间 NH4 +含量差异显著,整
个生育期果实中 NH4 +含量表现为:全铵态氮处理>
铵态氮和硝态氮配施处理>全硝态氮处理.
2郾 3摇 氮素形态对不同时期番茄果实 NR和 GS 活性
的影响
虽然在果实中并未检测到 NO3 -含量,但果实中
NR仍具有较高的活性,表明果实中存在着活跃的
氮代谢.从图 1 可以看出,在果实不同发育阶段,全
硝态氮及铵态氮和硝态氮配施处理间 NR 活性均没
有显著差异,但却显著高于全铵态氮处理.随着果实
的发育,不同处理下果实NR活性均呈下降趋势,其
表 2摇 氮素形态对番茄单果鲜、干物质量和体积的影响
Tab. 2摇 Effects of nitrogen forms on fresh, dry mass and volume per fruit of tomato
生育期
Developmental stage
处 理
Treatment
鲜质量
Fresh mass (g)
干质量
Dry mass (g)
体 积
Volume (cm3)
幼果期 T1 0郾 44依0郾 05e 0郾 031依0郾 003fh 0郾 64依0郾 08ef
Young stage T2 0郾 49依0郾 08e 0郾 037依0郾 006f 0郾 83依0郾 17e
T3 0郾 38依0郾 04e 0郾 024依0郾 004h 0郾 55依0郾 06f
青果期 T1 1郾 85依0郾 15c 0郾 111依0郾 009d 2郾 55依0郾 30c
Green stage T2 2郾 09依0郾 24c 0郾 125依0郾 003d 2郾 76依0郾 36c
T3 1郾 46依0郾 16d 0郾 088依0郾 009e 1郾 86依0郾 18d
膨大期 T1 8郾 51依0郾 92a 0郾 426依0郾 015b 9郾 67依1郾 7a
Expanding stage T2 8郾 94依1郾 34a 0郾 447依0郾 028b 10郾 91依1郾 59a
T3 5郾 72依1郾 11b 0郾 286依0郾 009c 6郾 22依1郾 21b
成熟期 T1 8郾 92依0郾 74a 0郾 446依0郾 012a 10郾 17依0郾 85a
Mature stage T2 9郾 58依1郾 45a 0郾 489依0郾 034a 11郾 41依1郾 8a
T3 5郾 93依0郾 87b 0郾 297依0郾 006c 6郾 41依1郾 30b
T1:100%NO3 -; T2:75%NO3 -: 25%NH4 +; T3:100%NH4 + . 同列同一生育期不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters in the
same column meant significant difference among treatments at the same stage at 0郾 05 level. 下同 The same below.
表 3摇 氮素形态对番茄果实中 NH4 +含量的影响
Tab. 3摇 Effects of nitrogen forms on NH4 + content of tomato fruit (滋g·g-1 FM)
处 理
Treatment
幼果期
Young stage
青果期
Green stage
膨大期
Expanding stage
成熟期
Mature stage
T1 207郾 0依15郾 9de 184郾 4依14郾 6e 197郾 1依12郾 9de 150郾 3依9郾 0f
T2 231郾 7依22郾 2cd 202郾 6依13郾 5de 225郾 0依19郾 9d 188郾 7依14郾 9e
T3 282郾 8依19郾 6b 267郾 5依16郾 8bc 359郾 0依27郾 8a 378郾 0依21郾 0a
73329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李庆余等: 氮素形态对樱桃番茄果实发育中氮代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 氮素形态对番茄果实 NR和 GS活性的影响
Fig. 1摇 Effects of nitrogen forms on NR and GS activities in to鄄
mato fruit.
T1:100%NO3 -; T2:75%NO3 -: 25%NH4 +; T3:100%NH4 +郾 玉:幼果
期 Young stage;域:青果期 Green stage;芋:膨大期 Expanding stage;
郁:成熟期 Mature stage郾 不同字母表示同一生育时期不同处理之间
差异显著(P<0郾 05) Different letters meant significant difference among
treatments at the same stage at 0郾 05 level. 下同 The same below.
中,全硝态氮处理下降幅度较大,青果期比幼果期下
降了 19% ,铵态氮和硝态氮配施处理下降了 9% ,随
后二者下降幅度基本一致,膨大期降为青果期的
67%左右,成熟期仅为膨大期的 15%左右. 全铵态
氮处理下果实在整个生育期均显示较低的 NR 活
性,在果实不同发育阶段没有显著差异.
摇 摇 随着果实发育,不同形态氮素处理下 GS 活性
整体呈下降趋势,成熟前又略有增加.其中全铵态氮
和全硝态氮处理 GS 活性变化趋势一致,青果期比
幼果期下降了 36%左右,膨大期比青果期下降了
2 7%左右,而成熟期比膨大期增加了20%左右. 铵
态氮和硝态氮配施处理下果实 GS 活性青果期比幼
果期下降了约 17% ,膨大期比青果期下降了约
32% .青果期和膨大期,铵态氮和硝态氮配施处理下
果实 GS活性显著高于全硝态氮处理,成熟期比全
硝态氮处理略高,但二者之间无显著差异(图 1).
2郾 4摇 氮素形态对不同时期番茄果实 NR和 GS 基因
表达量的影响
从图 2 可以看出,氮素形态显著影响了番茄果
实 NR的表达量.在果实发育的各个时期,全硝态氮
处理及铵态氮和硝态氮配施处理的 NR 表达量差异
不显著,但都显著高于全铵态氮处理.这与 NR活性
的变化规律基本一致,表明营养液中 NO3 -的存在诱
导了 NR的表达.同一处理下不同时期 NR mRNA表
达没有显著差异,但 NR 活性却逐渐降低,表明 NR
在转录后还可能受到其他因素的调控. 氮素形态对
番茄果实 GS1 表达量有一定影响,全硝态氮处理的
GS1 表达量略高于全铵态氮处理;氮素形态对 GS2
表达量的影响:仅在青果期全硝态氮处理 GS2 表达
较高,其他时期各处理间没有显著差异.从幼果期到
青果期 GS1 表达量明显减弱,但从膨大期到完熟期
又开始增强;从幼果期到青果期 GS2 表达量明显增
强,但到膨大期又开始减弱,完熟期则完全没有表
达,表明 GS2 的出现和分布与叶绿体发育密切相
关,存在表达上的时空差异.
2郾 5摇 氮素形态对不同时期番茄果实总氨基酸和可
溶性蛋白质的影响
由图 3 可知,果实发育过程中,全硝态氮、铵态
氮和硝态氮配施及全铵态氮处理下果实中总氨基酸
含量呈现不同的变化趋势.全硝态氮处理下,幼果期
果实中总氨基酸含量最高,随着果实的发育,总氨基
酸含量呈现逐渐下降趋势,膨大期含量最低,约为幼
果期的 75% ,此后略有回升,成熟时果实总氨基酸
含量是幼果期的80% ;全铵态氮处理下幼果期果实
图 2摇 氮素形态对番茄果实 NR和 GS表达的影响
Fig. 2摇 Effects of nitrogen forms on expression of NR and GS in tomato fruit.
8332 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
中总氨基酸含量最高,随着果实发育,总氨基酸含量
急剧下降,青果期达到整个生育期中的最低值,仅为
幼果期的 82% ,此后有增加趋势,膨大期和成熟期
时果实中总氨基酸含量基本一致,约为幼果期的
86% ;而铵态氮和硝态氮配施处理下,果实氨基酸含
量呈现先升高再下降随后又升高的趋势,青果期和
成熟期总氨基酸含量一致,均高于幼果期和膨大期,
其中,幼果期和膨大期总氨基酸含量分别为青果期
的 91%和 82% .除幼果期外,全硝态氮处理果实氨
基酸含量最低.
随着果实发育,全硝态氮、铵态氮和硝态氮配施
及全铵态氮处理下果实可溶性蛋白质含量均呈显著
下降趋势,青果期含量分别下降为幼果期的 88% 、
84%和 89% . 膨大期含量分别下降为幼果期的
31% 、40%和 22% ,成熟前略有回升.幼果期和青果
期时全硝态氮、铵态氮和硝态氮配施处理没有显著
差异,但都显著低于全铵态氮处理,约为全铵态氮处
理的 80% ,膨大期和成熟期时则是铵态氮和硝态氮
配施处理略高于全铵态氮和全硝态氮处理(图 3).
2郾 6摇 氮素形态对不同时期番茄果实氮含量和单果
氮素累积量的影响
不同形态氮素处理下,番茄果实氮含量变化趋
势一致(图 4),均是先降低后增加.其中,各处理从
幼果期到青果期氮含量急剧下降,全硝态氮、铵态氮
和硝态氮配施及全铵态氮处理下青果期氮含量分别
图 3摇 氮素形态对番茄果实总氨基酸和可溶性蛋白质含量
的影响
Fig. 3摇 Effects of nitrogen forms on contents of total amino acid
and soluble protein in tomato fruit.
图 4摇 氮素形态对番茄果实氮含量和氮素总累积量的影响
Fig. 4摇 Effects of nitrogen forms on nitrogen content and accu鄄
mulation in tomato fruit.
下降为幼果期的 72% 、88%和 87% .此后,随着果实
发育,氮含量又逐渐增加,成熟期时氮含量分别增加
到青果期时的 125% 、123%和 112% . 除幼果期外,
全硝态氮处理下果实的氮含量显著低于全铵态氮及
铵态氮和硝态氮配施处理.不同形态氮素处理下,番
茄果实氮累积具有一致的增加趋势. 随着果实的发
育,全硝态氮、铵态氮和硝态氮配施及全铵态氮处理
的氮累积显著增加,而全铵态氮处理在膨大期后增
加减缓.从青果期开始,铵态氮和硝态氮配施处理显
著高于全硝态氮和全铵态氮处理,而到了果实膨大
期和成熟期,则表现为铵态氮和硝态氮配施>全硝
态氮>全铵态氮处理,处理间差异显著. 除幼果期
外,铵态氮和硝态氮配施处理氮累积均显著高于全
铵态氮和全硝态氮处理,在青果期、膨大期和成熟期
分别是全铵态氮处理的 134% 、141%和 170% ,是全
硝态氮处理的 129% 、114%和 128% .
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 氮素形态对番茄果实 NR 活性及基因表达的
影响
植物根系吸收 NO3 -后,一部分在根系被同化,
另一部分被运输到地上部,主要在叶片中还原,很少
通过韧皮部运输到果实中[10-11],因此果实中的
NO3 -含量极微,本研究结果与董园园等[4]在大番茄
果实中的研究结果一致. Khamis 等[12]发现,在营养
液总氮浓度为 10 mmol·L-1情况下,成熟番茄果实
93329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李庆余等: 氮素形态对樱桃番茄果实发育中氮代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇
中 NO3 -含量最大不超过 0郾 30 mmol·kg-1 . 本试验
中未检测到 NO3 -含量,可能是由于营养液中总氮浓
度(4 mmol·L-1)较低,输入到果实中的 NO3 -量极
微且迅速被还原和同化. 植物体内硝酸还原酶活性
的高低直接影响到根系对介质中 NO3 -的吸收和利
用.本研究结果表明,在整个生育期内,全硝态氮与
铵态氮和硝态氮配施处理下果实 NR 活性没有显著
差异,但除幼果期外,全硝态氮处理都略高于铵态氮
和硝态氮配施处理,且二者都显著高于全铵态氮处
理,表明营养液中 NH4 +的存在对果实中的 NR 活性
有一定影响. NR 是一种诱导酶,受 NO3 - 的诱
导[13-14],在果实发育的各个时期,全硝态氮处理及
铵态氮和硝态氮配施处理下 NR 基因表达量差异均
不显著(图 2),但都显著高于全铵态氮处理,与 NR
活性的变化规律基本一致(图 1),表明营养液中
NO3 -的存在能够诱导 NR表达,提高 NR 的活性.随
着果实发育的进行,同一处理下 NR活性逐渐降低,
但 NR 表达没有明显差异,表明 NR 活性除了对
NO3 -有应答外,还可能受到谷氨酰胺[13]、碳代谢产
物[13,15]以及激素[16]等多种外界因子的调控.
3郾 2摇 氮素形态对番茄果实 GS 活性及基因表达的
影响
GS是植物氮素同化中的另一个重要酶类,和谷
氨酸合酶共同完成氨的初始同化.因此,植物体内的
游离 NH4 +含量的高低往往与 GS 活性密切相关.本
研究结果也表明,在整个生育期,全铵态氮处理及铵
态氮和硝态氮配施处理下果实 GS 活性都比全硝态
氮处理高(图 1),这与果实中 NH4 +含量的变化趋势
一致(表 3).在青果期和膨大期,铵态氮和硝态氮配
施处理果实中 NH4 +含量显著低于全铵态氮处理,但
果实中的 GS 活性反而略高. 这可能有两个方面的
原因:一是植物在同化铵的过程中产生 H+,而 H+浓
度升高会抑制 GS的活性;二是由 GS 催化形成的产
物谷氨酰胺能够反馈抑制 GS 活性[17],可见果实中
NH4 +浓度太高也可能对 GS 的活性产生下调作用.
NH4 +对植物 GS的调节因植物种类、器官及 NH4 +浓
度而异. NH4 +可诱导部分植物 GS 基因的表达,增加
GS活性[18] .然而,并非所有植物的 GS 基因都是由
NH4 +诱导的,NO3 -亦能诱导 GS 基因的表达[19] . 高
等植物体内 GS 主要存在两种同工酶:胞液(胞质)
型 GS(GS1)和叶绿体型 GS(GS2) [20] . 本研究中果
实 GS1 的表达强度表现为全硝态氮处理>铵态氮和
硝态氮配施处理>全铵态氮处理.这一方面,可能是
由于外源硝态氮诱导了果实 GS1 基因的表达,另一
方面可能是由于全铵态氮处理下,果实中 NH4 +含量
很高,但 GS水平有限,不能很快同化 NH4 +,造成一定
的铵盐毒害,表现出果实中 NH4 +含量较高,而 GS 基
因的表达量反而降低的现象.管闪青[21]在甜瓜上的
研究表明,单一硝态氮较单一铵态氮更能促进 GS2基
因的表达,但本研究中仅青果期全硝态氮处理下 GS2
表达较高,其他时期各处理间没有显著差异,这可能
与植物种类及取样器官不同有关.不同形态氮素处理
下,GS1和GS2的表达与GS的活性差异不一致,可能
是因为氮素对 GS 表达的影响是发生在转录后水
平[22] .随着果实发育,GS1和 GS2 的表达存在明显的
时空差异性(图 2),GS1 主要在膨大期和成熟期表
达,而 GS2则主要在幼果期和青果期表达,表明从幼
果期到膨大期 GS2的表达对 GS 的活性起主要作用,
到完熟期则几乎完全以 GS1为主.
3郾 3摇 氮素形态对番茄果实氮素吸收和累积的影响
本课题组前期的研究结果表明,外源供应不同
形态氮素显著影响番茄果实的生长发育及单果质
量[4] .本研究中,从果实的鲜、干物质量及体积的变
化动态也可以看出,铵态氮和硝态氮配施与全硝态
氮处理在整个生育期中生长速度变化动态相似,虽
略高于全硝态氮处理,但并无显著差异,这与 Heeb
等[23]的研究结果一致.全铵态氮处理则在青果期后
生长缓慢,显著低于其他两个处理,表明 NH4 +作为
唯一氮源时抑制了番茄果实的生长发育.
植物同化和利用氮的能力表现在植株对氮素的
吸收和累积上.本研究中铵态氮和硝态氮配施处理
下果实 NR活性略低于全硝态氮处理,但由于营养
液中 NH4 +的存在,并没有降低果实中 NH4 +的含量,
又因为 GS活性的提高,使果实中的氨基酸和蛋白
含量都高于全硝态氮处理(图 3). 这些因素共同作
用,促进了果实氮素代谢,使其氮含量较高,且铵态
氮和硝态氮配施处理具有最高的生物量,使铵态氮
和硝态氮配施处理下果实氮素累积量显著高于全硝
态氮处理.全铵态氮处理下果实中的氮含量高于铵
态氮和硝态氮配施处理,但由于高浓度的 NH4 +对植
株有一定的毒害作用,使其生物量较低,导致其氮素
累积最低.
综上,营养液中适当铵硝配比不仅能使樱桃番
茄果实维持较高的生物量,而且显著促进了果实的
氮代谢,提高了商品果实的含氮量和氮素积累量.不
同氮素形态对 NR 与 GS 活性和基因表达的影响可
能是导致番茄果实中氮素代谢差异的重要原因.
0432 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
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作者简介摇 李庆余,男,1983 年生,硕士研究生.主要从事植
物营养生理方向的研究. E鄄mail: 2007103110@ njau. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
14329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李庆余等: 氮素形态对樱桃番茄果实发育中氮代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇