全 文 ：草坪园艺 高温胁迫下不同氮肥处理对高羊茅氮代谢的影响
江宏娟 ,李建龙 ,李良霞 ,王 艳
(南京大学生命科学院 ,江苏 南京 210093)
摘要:采用盆栽试验 ,研究了不同氮肥(NO3 --N、NH4 +-N 、NH 4NO 3-N)处理对高羊茅品种凌志 Festu-
ca arundinacea cv.Barlexas在高温 38/30 ℃(昼/夜)胁迫下叶片内硝态氮含量 、铵态氮含量以及参与氮同
化和代谢过程的主要酶活性的影响。结果表明:随着胁迫时间的延长 ,经过不同氮肥处理的植株中硝态氮
含量先升后降 ,而铵态氮含量呈上升趋势 , 其中 NH 4NO 3-N 处理株的硝态氮含量最高 ,铵态氮含量最低 ,
NH4
+-N 处理株的铵态氮含量最高;不同处理株中的硝酸还原酶(NR)活性呈下降趋势 , 而谷氨酰胺合成
酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性均呈先升后降的趋势 , 总体上 , NH 4NO 3-N 处理株的 NR、GS 和
GOGAT 活性最高;NH 4NO 3-N 和 NO 3 --N 处理株的谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均呈下降趋势 , 而
NH4 +-N处理株的 GDH 活性呈上升趋势。在试验条件下 ,经 NH 4NO 3-N 处理的高羊茅受氧化胁迫程度
最小 ,耐热性最好 , 有利于高羊茅越夏和延长其绿期。
关键词:凌志高羊茅;氮含量;酶活性;高温胁迫
中图分类号:S688.4 　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2009)03-0102-06
＊ 　高温是限制冷季型植物生长和发育最普遍的
生态因子 ,特别是随着全球气候的变暖 ,温室效应
的增加 ,许多冷季型植物的耐热性受到了挑战[ 1] 。
高羊茅 Festuca arundinacea 是应用广泛的冷季
型草坪草之一 ,在亚热带由于高温所致其草坪质
量往往会有所下降 , 甚至出现越夏困难的问
题[ 2-3] 。氮素是决定草坪草生长及产 、质量的首要
元素 ,参与草坪草体内氮代谢和许多生理生化反
应 ,并直接影响诸多化学成分的形成[ 4] 。已有的
研究表明 ,许多非生物胁迫都可以影响植物的氮
代谢过程 。一般来说 ,逆境胁迫下不同植物大体
表现为 NH 4 +含量增加 ,硝酸还原酶(NR)活性降
低 ,蛋白质降解增加 ,蛋白质合成和积累受到抑
制[ 5-8] ,硝酸还原酶 、亚硝酸盐还原酶(NiR)、谷氨
酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)受到
强烈抑制[ 9] 。
张晓艳等[ 10] 研究认为 ,氮肥是影响草坪草生
长和干物质积累的主要因素。植物在长期进化过
程中形成了对不同氮素形态具有选择吸收的特
性。目前关于高温胁迫对冷季型草坪草的影响研
究主要集中在抗氧化物体系 、光合作用速率和糖
类代谢的影响 。然而 ,关于高温胁迫对冷季型草
坪草氮代谢的影响则鲜有报道 。试验研究高温胁
迫对不同氮肥(NO 3 --N 、NH4 +-N 、NH4NO3 -
N)处理的高羊茅凌志 F.arundinacea cv.Barl-
exas品种氮代谢影响 ,旨在揭示高温逆境 、不同
氮源与高羊茅氮代谢的关系及其作用机理 ,以期
为高温逆境下高羊茅草坪草氮代谢的有效调控和
夏季养护提供理论依据。
1　材料与方法
1.1 试验材料　供试材料是冷季型草坪草高
羊茅品种凌志 , 草种于 2006年由克劳沃草业集
团提供。
1.2 试验设计　选择健康的高羊茅草种播种在
装有混合培养基质(沙子∶蛭石∶有机营养土=
102-107
3/2009 草　业　科　学PRATACULTURAL SCIENCE 26卷 3 期Vo l.26.No.3
＊收稿日期:2008-04-03
基金 项 目:国 家 高 技 术 (863 计 划)专 题 项 目
(2007AA10Z231)
作者简介:江宏娟(1983-), 女 ,安徽寿县人 ,在读硕士生 , 从
事草坪学方面的研究。
E mai l:hongjuanjiang@gmail.com
通信作者:李建龙　E m ail:jlli2008@nju.edu.cn
3∶1∶1)的聚乙烯花盆中 。花盆直径为 13 cm ,
深 14 cm ,每盆播种 175 ～ 180粒种子。放在光照
培养箱中 ,保持 20/15 ℃(昼/夜)的恒温 ,每天以
200 μmol/(m2 · s)的强度光照 14 h ,培养 60 d后
将植株分为两部分:一部分维持原来的培养条件 ,
作为对照组;另一部分转移到温度为 38/30 ℃
(昼/夜)的光照培养箱中培养 ,其他培养条件与对
照组相同 。在正常培养和高温胁迫过程中 ,每天
给每盆植株浇 50 mL 1/2浓度的含6 mmol/ L Ca
(NO 3)2 · 4H 2O 或 6 mmol/ L SO 4(NH 4)2 或 6
mmo l/L NH 4NO 3 的 Hoagland 全元素营养液。
每种营养液处理各重复 3次。胁迫期间每天浇适
量的水以保证植株有足够的水分。试验相应指标
的测定分别在高温胁迫的 0 、2 、4 、6 d 进行 ,样品
随机抽取 。
1.3 指标测定　取 5 mg 磨碎的干燥叶片材料
用元素分析仪(CHN-O-Rapid)分析其总氮含量;
叶片硝态氮浓度的测定参照 Cataldo[ 11] 的方法;
叶片氨态氮浓度的测定参照 Krom[ 1 2] 的方法;NR
的测定利用 Silveira 等的方法[ 13] ;GOGA T 的测
定参照Singh和 Srivastava的方法[ 14] ;GS的测定
参照 Pè rez-Soba 等的方法[ 15] ;谷氨酸脱氢酶
(GDH)的活性测定参照 Majerowicz 等的方
法[ 16] ;氨基酸的分离和测定采用带阳离子交换树
脂柱(Benson D-×8.25 bed size 200×2.8 mm)
的 Beckman M odel 121 MB氨基酸分析仪(Beck-
man Inst ruments Inc., Palo Alto , CA)完成;可
溶性蛋白的测定采用 Bradfo rd[ 17] 的方法。
1.4 统计分析　使用 SPSS 软件(SPSS Inc.
1990)进行数据的统计分析 ,利用 Duncan多样性
比较检验进行方差分析(P=0.05)。
2　结果与分析
2.1 不同氮肥对高羊茅叶片硝态氮和铵态
氮含量的调节作用
2.1.1硝态氮含量　硝态氮是植物氮代谢的源
头 ,植物对硝态氮的利用速度反映氮代谢的快慢。
由图 1知 ,在高温胁迫下 , NH4NO 3-N 、NO3 --N
和 NH 4 +-N处理株的硝态氮含量均呈现先上升
后下降趋势 。高温胁迫 2 d 时 , NH 4NO 3 -N 、
NO3 --N 和 NH 4 +-N 处理株的硝态氮含量达
到最高 , 分别为 26.06 、21.23和 19.37 μmol/g ,
分别较未胁迫时增加了 14.95%、17.97%和
18.69%。高温胁迫 6 d后 ,硝态氮含量明显下降 ,
但 NO3 --N 和 NH4 +-N 处理株的硝态氮含量
下降幅度略大于 NH 4NO 3 -N 处理株 。常温和
高温胁迫后 ,NH4NO3 -N 处理株的硝态氮含量
都明显高于NO 3 --N 和NH4 +-N 处理株(P<
0.05)。
图 1　不同氮源处理下的高羊茅草坪草的硝态氮含量
2.1.2铵态氮含量　铵态氮是合成氨基酸的重
要原料。但植物体内铵态氮的大量积累会对植物
造成毒性伤害。由图 2 可知 , 高温胁迫下 ,
NH4NO3 -N 、NO3 --N和 NH 4 +-N 处理株的
图 2　不同氮源处理下的高羊茅草坪草的铵态氮含量
103
3/2009 草　业　科　学(第 26 卷 3 期)
铵态氮含量均比未胁迫时有明显增加 , 且
NH 4NO 3-N 处理株的铵态氮含量极显著高于
NO3
--N 和 NH4 +-N 处理株(P <0.01)。胁
迫 6 d后 ,NH 4NO 3-N 、NO 3 --N 和 NH4 +-N
3种氮肥处理株的铵态氮含量达到最高 ,分别为
82.45 、105.66和 119μmol/g ,NH 4NO 3-N 处理
株的铵态氮含量最低 ,而 NH4 +-N 处理株的铵
态氮含量最高 。但在胁迫的第 4 天 , NH 4 +-N
处理株的铵态氮含量短暂地低于 NO 3 --N 处理
株。高温胁迫下 , 3 种氮肥处理株的铵态氮含量
差异显著(P<0.05)。
2.2 不同氮肥对高羊茅叶片 NR活性的调
节作用　NO 3 --N 是植物吸收氮的主要形式 ,
NR是将 NO 3 --N转化成 NH 4 +-N 的关键酶。
NR的高低直接关系到植物对氮的利用能力。由
图 3可知 ,高温胁迫降低了高羊茅草坪草的 NR
活性 。在常温和高温胁迫后 , NH 4NO 3 -N 处理
株的 NR 活性最高 ,其次是 NO3 --N 处理株 ,
NH 4
+-N 处理株的最低 , NH 4NO 3 -N 处理株
的 NR活性显著高于 NO 3 --N 和 NH 4 +-N 处
理株(P<0.05)。在高温胁迫 6 d后 , 3种氮肥处
理株的 NR活性都呈明显下降趋势 , NH4NO 3 -
N 、NO 3 --N和 NH4 +-N氮肥处理株的 NR活
性分别较未胁迫时降低了 24.74%、20.97%和
28.93%。
图 3　不同氮源处理下的高羊茅草坪草
的硝酸还原酶活性
2.3 不同氮肥对高羊茅叶片 GS 活性的调
节作用　GS是催化谷氨酰胺与α-酮戊二酸形
成谷氨酸的酶 , NH4 +-N 的同化主要通过 GS/
GOGAT 循环途径 ,所以 GS 的活性直接影响铵
的代谢速度。由图 4可知 ,在高温胁迫下 ,3种氮
肥处理株的 GS 的活性呈现先上升后下降的趋
势 ,并且随胁迫时间的延长 ,GS 活性显著下降。
在高温胁迫第 6天 , NH4NO 3 -N 、NO 3 --N和
NH 4
+-N 处理株的 GS 活性分别较未胁迫时下
降了 43.84%、49.33%和 36.79%。在常温和高
温胁迫下 , NH 4NO 3 -N 处理株的 GS 活性都极
显著高于 NO 3 --N 和 NH4 +-N 处理株(P <
0.01)。
图 4　不同氮源处理下的高羊茅草坪草
的谷氨酰胺合成酶活性
2.4 不同氮肥对高羊茅叶片 GOGAT 活性
的调节作用　GOGA T 是 GS/GOGAT 循环
途径的重要酶 ,其活性高低也影响铵的代谢速度。
由图 5 可知 , 在高温胁迫下 , NH4NO 3 -N 、
NO3
--N和 NH4 +-N 氮肥处理株的 GOGA T
活性均呈现先升高后下降的趋势 ,并且在高温胁
迫第 2 天 , GOGA T 的活性达到最高 , 分别为
1.50 、1.33和 1.22 μmo l/g ,分别较未胁迫时提高
了 64.6%、62.2%和 68.69%。在常温和高温胁
迫下 , NH 4NO 3-N 处理株的 GOGA T 活性都是
最高的 ,只有在胁迫到第 6天时 , NO 3 —N 处理株
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PRATACULT URAL SCIENCE(Vo l.26.No.3) 3/ 2009
的活性比NH4NO3 -N处理株略高 ,NH 4 +-N 处
理株的GOGAT 活性最低 。总体上 ,在高温胁迫
下 ,NH4NO3-N处理株的 GOGAT 活性都极显著
高于 NO3 --N和 NH4 +-N处理株(P<0.01)。
图 5　不同氮源处理下的高羊茅草坪草
的谷氨酸合成酶活性
2.5 不同氮肥对高羊茅叶片 GDH 活性的
调节作用　GDH 有助于三羧酸(TCA)循环中
间体氧化为α-酮戊二酸 ,并进一步调节植物体内
铵同化过程中的碳供给状况。由图 6 可知 ,高温
胁迫下 , NH 4NO 3 -N 和 NO 3 - -N 处理株的
GDH 活性呈显著下降趋势 ,而 NH 4 +-N处理株
G 的 DH 活性 却呈上升趋势 。在常温下 ,
NH 4NO 3-N 和 NO3 --N 处理株的 GDH 活性
高于 NH4 + -N 处理株 ,但是高温胁迫 6 d 后 ,
NH 4 +-N 处理株的 GDH 活性却显著高于
NH 4NO 3-N 和 NO 3 --N 处理株 ,分别为1.84 、
图 6　不同氮源处理下的高羊茅草坪草
的谷氨酸脱氢酶活性
0.70 和 0.58 μmo l/g 。在高温胁迫的第 2 天 , 3
种氮肥处理株的GDH 活性差距不显著。统计分
析得知 ,NH4NO3 -N 处理株的 GDH 活性并不
显著高于 NO 3 -N 和 NH 4 + -N 处理株(P >
0.05),说明高温胁迫对 3种处理株的 GDH 活性
的影响差别不大。
3　讨论
3.1 Maevskaya 等[ 18]研究认为 ,短期的高温胁迫
可以刺激无机氮的活动 ,从而促进因温度造成的
蛋白质细胞结构损伤的修复。研究中 ,在高温胁
迫下 ,3种不同氮肥处理的高羊茅草坪草叶片的
硝态氮含量差异显著 ,并且均呈现先升后降的趋
势。在高温胁迫 2 d时 ,不同氮肥处理的凌志高
羊茅叶片硝态氮含量都增加 ,表明高羊茅可以通
过迅速积累硝态氮来抵御短期的高温胁迫 ,以便维
持生长;但在高温胁迫第 4和 6 天时 ,高羊茅叶片
硝态氮含量均降低 ,可能是由于持续的高温胁迫对
硝酸盐运输环节产生了抑制作用 ,还可能是由于长
期高温对硝酸盐吸收所需的三磷酸腺苷(ATP)的
合成产生了抑制作用[ 19] 。高温胁迫下 ,不同氮肥
处理的高羊茅叶片均积累了更多的铵态氮 ,可能是
高温胁迫导致了 2种高羊茅铵态氮同化酶 GS 活
性的降低 ,从而加剧了铵态氮的积累。NH4NO3 -
N处理株比 NO3 --N 和 NH4 +-N 处理株具有
更高的硝态氮和铵态氮含量 ,说明 NH4NO 3-N 处
理的凌志高羊茅具有更强的耐热性。
3.2 试验结果表明 , 高温胁迫对不同氮肥处理的
高羊茅品种凌志 NR的活性均有明显的抑制作
用 ,表明高温胁迫可能首先通过抑制 NR的活性
来影响冷季型草坪草的氮代谢 。GS 和 GOGA T
是氨同化 GS/GOGA T 循环中处于氮代谢中心的
关键酶。高温胁迫 2 d时 ,不同氮肥处理的高羊
茅品种凌志 GS 和 GOGA T 活性明显升高 ,随着
胁迫时间的延长 ,GS 和 GOGA T 的活性又呈明
显下降趋势 ,这可能是由于长期的高温胁迫导致
大量 NH4 +-N 的积累 ,导致 GS 和 GOGA T 活
性下降 ,抑制了铵的同化 ,而 GS和 GOGA T 活性
105
3/2009 草　业　科　学(第 26 卷 3 期)
的降低可能会直接导致植物热害的发生 。
3.3 GDH 催化 a-酮戊二酸和氨生成谷氨酸 ,该
酶在谷氨酸的降解中起较大的作用 ,GDH 主要
存在于根和叶内的线粒体 ,而叶绿体中的量很少。
高温胁迫下 , NH 4NO 3 -N 和 NO 3 --N 处理株
的GDH 活性显著下降 ,而 NH4 +-N 处理株的
GDH 活性却呈上升趋势 ,表明 GDH 可能在铵同
化过程中起着重要作用。
3.4 在夏季来临前给高羊茅等冷季型草坪草施
入适量的 NH 4NO3 -N 效果最佳 ,可有效提高其
草坪草的耐热性和坪床质量 ,有利于其安全越夏。
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106
PRATACULT URAL SCIENCE(Vo l.26.No.3) 3/ 2009
Effect of nitrogen fertilization on nitrogen metabolism of Festuca arundinacea under heat stress
JIANG Hong-juan , LI Jian-lo ng , LI Liang-xia , WANG Yan
(College o f Life Science , Nanjing University , Nanjing 210093 , China)
Abstract:The ef fects o f dif ferent nit rog en treatments(NO 3 - , NH4 + and NH 4NO 3)on the contents
of ni t rate and ammonium ni t rogen , as w ell as the activity o f main enzymes involving in the pro cess of
assimilat ion and metabo lism in leaf of Festuca arundinacea unde r high temperature (38/30 ℃,
day/ night)were studied by plot experiment.The results indicated that the nit rate content increased at
the beginning and then declined along wi th the st ress t reatment time , how ever , the ammonium ni t ro-
gen content showed an increasing trend.The ni t rate content w as the highest and the low est w as am-
monium ni tro gen content in the leaf t reated by NH 4NO 3.The ammonium ni t ro gen content w as the
highest in the leaf t reated by NH 4 +.The activi ty of nit rate reductase (NR)show ed a decline t rend
under different t reatments.The activi ty of g lutamine synthetase (GS) and glutamate synthase
(GOGA T)increased at the beginning and then decreased.In general , the activi ty of N R , GS and
GOGAT in leaf t reated by NH 4NO 3 was the highest.Activity of glutamate dehydro genase (GDH)in
leaf treated by N H4NO3 and NO3 - show ed a decline t rend , and that of GDH treated by NH 4 + show ed
an increasing t rend.It could be concluded that the ox idativ e st re ss on F.arund inacea t reated by
NH 4NO 3 was the smal lest and its heat tolerance w as the best.
Key words:Festuca arundinacea;nit rogen metabo lism;enzyme activity;heat st ress
畜牧大国阿根廷遭干旱重创
潘帕斯草原是阿根廷最重要的农牧业产区之一 ,饲养的良种牛群被誉为“阿根廷骄傲” 。
然而由于遭遇数十年最严重干旱 ,生长在潘帕斯草原上的牛因吃不到丰美牧草而“骨瘦如柴” ,
甚至死亡 ,给这个全球牛肉出口大国带来不小冲击。
阿根廷国家气象部门报道 ,阿国内降水量自 2008年 3月以来明显低于往年平均水平。布
宜诺斯艾利斯 、科尔多瓦 、拉潘帕和恩特雷里奥斯等多个省眼下正遭遇数十年来最严重干旱 。
阿根廷农业部门估计 ,自 2008年 3月以来 ,持续干旱已造成大豆 、玉米和小麦等粮食作物产量
大幅下降 ,大约 80万头牛死亡。
牛饲养量占全国 40%的布宜诺斯艾利斯省西南地区旱情最为严重。当地负责监管牛群饲
养状况的农业官员卢西亚诺 ·迪泰拉说 ,虽然大部分干旱地区在过去半个月已经有降水 ,但惟
独这一地区未逢甘霖。
阿根廷农业部门估计 ,持续干旱所造成经济损失已超过 50 亿美元 ,可能会严重影响阿根
廷经济增长。
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