全 文 ：无菌条件下小麦氨基酸态氮及铵态氮
营养效应研究*
莫良玉 吴良欢* * 陶勤南
(浙江大学环境与资源学院, 杭州 310029)
摘要 对铵态氮(硫酸铵)、氨基酸态氮(甘氨酸, 谷氨酸及赖氨酸)和缺氮无菌砂培条件下小麦单株干物
重、全氮量及根、叶谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性作了研究.结果表明, 铵态氮和氨基酸态氮均可被小麦吸
收,且吸收量相当.培养 30 d 后,甘氨酸和谷氨酸处理的小麦干物重显著高于缺氮及铵态氮处理, 而铵态
氮、赖氨酸及缺氮处理的干物重相近. 低浓度铵态氮 ( 0. 7 mmol!L- 1 )培养 15d 的小麦仅根的 GPT 活性显
著高于缺氮处理, 而高浓度( 35. 7 mmol!L - 1)处理 6 h 对这两种转氨酶活性影响不大.不同种类、不同浓度
的氨基酸态氮培养 15 d 或处理 6 h 后,小麦植株根、叶的 GOT 或 GPT 活性变化趋势有较大差异, 这反映
出小麦外源氨基酸主要同化部位及同化量,与氨基酸种类及浓度有较大关系.
关键词 小麦 氨基酸态氮 铵态氮 转氨酶 无菌培养
文章编号 1001- 9332( 2003) 02- 0184- 03 中图分类号 S158. 3 文献标识码 A
Effects of amino acidN and ammoniumN on wheat seedlings under sterile culture. MO Liangyu, WU
L ianghuan, TAO Qinnan( College of Env ir onmental and Resour ce Sciences , Zhej iang Univer sity , Hangz hou
310029, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2003, 14( 2) : 184~ 186.
The dry w eight, total N , and g lutamateoxaloacetate tr ansaminase( GOT ) and g lutamatepyruvate transaminase
( GPT ) activit ies in roo ts and leaves of w heat seedlings ( T r iticum aestivum ) grow n w ith ammonium sulfate or
amino acids ( g lycine, g lutamate or lysine) w er e studied under sterile sand culture. The results showed that bot h
NH4
+N and amino acidN could be absorbed by w heat. T he total N o f plant fed w ith NH4+ N was similar to
that fed w ith amino acidN. The dry w eight of plants grow n 30 days wit h gly cine or g lutamate was significantly
higher than that of plants gr own with NH4
+ N or fr ee N. The dry weight of ammonium treatment was similar
to that of lysine tr eatment or free N . NH4
+ N in concentr ation of 0. 7 mmol!L- 1 significantly increased GPT
activity of roots, but had no significant effects on leaves or roots treated 6 h in concentration o f 35. 7 mmol!L- 1 .
Different species or concentrations of amino acids had differ ent abilities to increase the GOT or GPT activ ity in
leaves or roots.
Key words T r iticum aestivum , Amino acidN, NH4+ N, T ransaminase, Sterile culture.
* 国家重点基础研究发展规划项目( G1999011707) 与国家自然科学
基金资助项目( 39970432) .
* * 通讯联系人.
2001- 01- 12收稿, 2001- 10- 29接受.
1 引 言
已有越来越多的试验表明,植物能够吸收有机
态氮, 并且还发现有偏爱氨基酸态氮的植物[ 1, 5, 6] ,
但这绝大部分是在有菌条件下进行短期试验取得的
试验结果.吴良欢和陶勤南[ 8, 9]曾报道, 水稻在无菌
条件下能吸收甘氨酸、谷氨酸等氨基酸态氮, 并对铵
态氮、甘氨酸态氮培养的水稻植株谷草转氨酶
( GOT )和谷丙转氨酶( GPT )活性作了探讨, 而小麦
尚未见报道.本文研究禾本科旱生小麦在无菌条件
下用铵态氮和氨基酸态氮培养后植株干物重、含氮
量及根、叶谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性,以便为进
一步揭示植物有机营养机理提供理论依据.
2 材料与方法
21 供试无菌苗培育
小麦( T r iticum aes tiv um) 种子消毒按莫良玉等[ 3]的方
法进行灭菌, 然后将消毒过的小麦种子播于内含 10 ml营养
琼脂培养基的培养皿(直径 60 mm)内. 营养琼脂培养基的主
要成分为: 牛肉膏3~ 5 g, 蛋白胨 10 g ,氯化钠 5 g, 琼脂 20~
25 g, 蒸馏水 1000 ml[ 2] . 每皿放种子 15 粒, 用封口膜封盖
后,置于温度 25 ∀ , 光照 11 h 的光照培养箱 ( LRH250G)
内培养.
2 2 氨基酸长时间培养试验
试验在浙江大学植物有机营养实验室内进行 .取上述培
养 1 周小麦无菌苗 2 株, 种于已灭菌过的内含 220 g 石英砂
的三角瓶中,每瓶加培养液 15 ml, 用薄膜封口后置于每天
光照(日光灯源) 8 h, 光强约 6000 lux , 温度暗期约 25 ∀ , 光
照期约 30 ∀ 的无菌植培台上培养. 试验设缺氮、铵态氮(硫
酸铵)和单一氨基酸态氮 (谷氨酸、赖氨酸和甘氨酸)几个处
理,其中缺氮培养液配方参考 MS 培养基的无机盐组成稍加
应 用 生 态 学 报 2003 年 2 月 第 14 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2003, 14( 2)#184~ 186
改变而成,其主要成分( mmol!L - 1 )为: K 2SO4 2. 0, KH2PO 4
2. 0, CaCl2 4. 0, MgSO4!7H2O 1. 4, NaMoO 4 0. 0001, CuSO 4
!5H2O 0. 0004, ZnSO4!7H2O 0. 001, H3BO 3 0. 008, MnCl2
0. 01, NaEDTA 0. 005, FeSO4 0. 01. 铵态氮和氨基酸态氮
营养液中 N 浓度为 0. 7 mmol!L - 1 ,采用将高浓度硫酸铵或
氨基酸溶液经超滤膜过滤灭菌后,加入已经热压灭菌的缺氮
营养液的配制方法[ 9] . 所用试剂均为分析纯, 培养液 pH 值
为 4. 7左右 .各处理重复 4~ 6 次(每瓶为一个重复) , 以防被
微生物污染.每隔 3 d 换 1 次培养液, 14 d 后取样测定转氨
酶.再按上述方法培养 30 d 后取样测定干重及含氮量等[ 4] .
取样前进行菌检,同时按吴良欢等[ 9]的方法检测小麦根系培
养液内的脱氨基酶活性.
23 氨基酸短时间培养试验
取无菌苗,用无菌去离子水培养 2 周后, 再分别用 35. 7
mmol!L- 1的甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸和硫酸铵溶液 15 ml分
别换加, 6 h后取样测定植株根、叶转氨酶活性. 培养方法如
前述,每个处理重复 3 次, 每瓶为 1 个重复.
24 转氨酶测定
植株经自来水和去离子水冲洗后吸干, 分别称取 0. 1 g
根、叶样品于研钵中, 加 2 ml 0. 1 mmol T r isHCl 缓冲液
( pH7. 4)后,在冰浴中分别研磨, 离心 20 min( 10000 ∃ g ) , 取
上清液按吴良欢等[ 7]介绍的方法测定 GOT 和 GPT 的活性.
3 结果与分析
31 小麦对铵态氮和氨基酸态氮的利用
无菌砂培条件下,铵态氮、氨基酸态氮培养的小
麦单株干物重均比缺氮培养的高, 但只有甘氨酸、谷
氨酸处理达显著水平. 甘氨酸及谷氨酸处理的小麦
干物重分别比铵态氮处理的高 14. 2和 11. 9 mg, 而
赖氨酸处理与铵态氮处理的差别不大(表 1) . 这表
明在无菌条件下甘氨酸、谷氨酸态氮更利于小麦苗
期的生长.
表 1 不同氮源处理小麦干物重及含氮量
Table 1 Dry matter and total N of wheat seedlings in different nitrogen
sources under sterile cul ture
氮源
Nit rogen
sources
干物重
Dry w eight
( mg!plant- 1)
全氮量
Total N
( mg!plant- 1)
缺氮 Nit rogen free 38. 2 % 3. 3b 1. 12 % 0. 35b
硫酸铵 Ammonium sul fate 41. 4 % 3. 3b 2. 07 % 0. 41a
甘氨酸 Glycine 55. 6 % 1. 6a 2. 24 % 0. 26a
谷氨酸 Glutamate 53. 3 % 5. 8a 2. 10 % 0. 41a
赖氨酸 Lysine 40. 0 % 5. 2b 1. 8 % 0. 73a
表中数据为平均数 % 标准差( n= 3~ 5) ,同一列中字母相同其差异未达
到 5%显著水准( SSR法)Data are means% standard deviat ion of 3 ~ 5 repli
cates each. Treat s w ith the same let ters in a column are not statist ically diff erent
according to Duncon& s Test at 0. 05. 下同The same below.
Chapin等[ 1]报道, 带双标记的甘氨酸能被小麦
吸收,但吸收能力弱于铵态氮,这是在有菌条件下所
得的结果.本试验在无菌砂培条件下的研究表明, 小
麦能吸收甘氨酸、谷氨酸及赖氨酸等氨基酸态氮. 氨
基酸态氮培养的小麦苗期单株全氮量比缺氮培养的
高出 0. 68~ 1. 12 mg, 其中甘氨酸和谷氨酸处理高
出缺氮培养的 1倍或近 1倍,而且小麦苗期对氨基
酸态氮的吸收量与对铵态氮的吸收量相当(表 1) .
由于无菌条件下氨基酸不被微生物分解, 且小麦根
系培养液中检测不到将氨基酸矿化为无机氮
( NH 4
+ )的脱氨基酶活性(数据未列出) ,因而认为,
在本试验条件下小麦既能吸收铵态氮, 也能直接吸
收分子态氨基酸.
32 小麦根、叶 GOT 活性变化
为了解上述不同形态氮养分进入小麦体内后的
代谢情况,测定了植株根、叶转氨酶活性. 与缺氮培
养的相比, 低浓度铵态氮培养 14 d 的小麦叶 GOT
活性下降 54% , 而高浓度短时 ( 6 h) 处理却升高
18. 6% ,但根 GOT 活性在高、低浓度处理变化不大
(表 2) , 这可能说明 NH4+ 在根内被同化后通过
GOT 催化为其它氨基酸的量不多.
表 2 不同浓度氮源处理小麦根叶 GOT活性
Table 2 GOT activi ty of roots and leaves of wheat seedlings in di fferent
concentration of ni trogen sources under sterile cul ture
氮源
Nitro gen
sources
酶活性 GOT act ivity (mol!g- 1!30 min- 1)
0. 7( mmo l!L- 1)
根
Roots
叶
Leaves
35. 7( mmol!L- 1)
根
Roots
叶
Leaves
缺氮 Nitrog en free 15. 27% 1. 62c 25. 08 % 1. 78c 21. 37% 3. 46ab 38. 85 % 5. 71b
硫酸铵Ammonium sul fate 17. 10% 0. 92c 11. 47 % 0. 62e 24. 60% 0. 92a 46. 06 % 4. 64a
甘氨酸 Glycine 20. 95% 2. 32b 29. 19 % 1. 34b 19. 04% 1. 99b 46. 51 % 2. 41a
谷氨酸 Glutamate 27. 72% 3. 18a 37. 37 % 2. 57a 21. 97% 1. 56ab 37. 34 % 1. 19b
赖氨酸 Lysine 26. 77% 3. 10a 20. 34 % 4. 45d 18. 48% 0. 62b 37. 38 % 2. 50b
由表 2还看出,与缺氮培养相比,低浓度氨基酸
态氮培养时,谷氨酸及甘氨酸处理的根、叶 GOT 活
性均升高,分别为 81%、49%及 37%、16%; 而赖氨
酸处理的仅根 GOT 活性上升 75% ,叶 GOT 活性却
下降 13% ;除甘氨酸处理植株的叶 GOT 外,高浓度
氨基酸态氮处理 6 h均不能使植株根、叶 GOT 活性
显著升高.与等氮量的铵态氮处理相比,低浓度甘氨
酸、谷氨酸或赖氨酸培养 15 d的植株根、叶 GOT 活
性显著升高, 分别为 22% 、62%、56% 及 154% 、
225%、77%; 高浓度氨基酸短时处理后, 小麦根、叶
GOT 活性普遍下降, 仅甘氨酸处理的叶及谷氨酸处
理的根的 GOT 活性变化不显著. 这表明, 在低浓度
长时间培养条件下, 这 3 种氨基酸在根和叶中均可
通过 GOT 同化,而高浓度处理后可能使根、叶 GOT
活性受抑制.
以上结果表明, 小麦通过 GOT 催化同化不同
种类及浓度氨基酸的主要部位及数量可能有较大差
别.低浓度培养时,甘氨酸及谷氨酸可在根、叶通过
1852 期 莫良玉等:无菌条件下小麦氨基酸态氮及铵态氮营养效应研究
GOT 催化同化,而赖氨酸可能在根内同化比在叶中
多.但高浓度氨基酸态氮处理 6 h 后, 小麦根、叶
GOT 活性变化不大或被抑制.
33 小麦根、叶中 GPT 活性变化
与缺氮相比,在低浓度铵态氮培养 15 d的小麦
根 GPT 活性升高 42% ,叶中却下降 68% ;高浓度处
理 6 h的小麦根、叶 GPT 活性变化不大(表3) .这表
明低浓度铵态氮可能在根内同化后再通过 GPT 转
化为其它氨基酸.
表 3 不同浓度氮源处理小麦根叶 GPT活性
Table 3 GPT activity of roots and leaves of wheat seedlings in different
concentration of nitrogen sources under steri le culture.
氮源
Nitrog en
sources
酶活性 GPT act iv ity (mol!g- 1!30min- 1)
0. 7(mmol!L- 1)
根
Roo ts
叶
Leaves
35. 7 (mmol!L- 1)
根
Roo ts
叶
Leaves
缺氮Nitrogen free 15. 60 % 1. 83c 4. 94% 0. 54b 9. 70% 1. 69bc 26. 27% 7. 10b
硫酸铵Ammonium sulfate 22. 18 % 1. 82b 1. 57% 0. 47e 7. 92 % 0. 62c 33. 83% 5. 28ab
甘氨酸Glycine 7. 42% 1. 89d 2. 68% 0. 51d 7. 75 % 1. 94c 38. 87 % 0. 98a
谷氨酸Glutamate 25. 83 % 2. 77a 8. 23% 0. 58a 12. 54 % 0. 56a 30. 01% 2. 50b
赖氨酸L ysine 23. 84 % 1. 61b 3. 19% 0. 38c 10. 83 % 0. 14ab 31. 23% 2. 10ab
与缺氮相比, 低浓度氨基酸态氮培养 15 d后,
谷氨酸处理的根、叶 GPT 活性分别升高 65% 和
66% ,甘氨酸处理的根、叶 GPT 活性则分别下降
52%和 45% ,赖氨酸处理的根中升高 52%而叶中下
降 35%; 高浓度的处理 6 h 后, 谷氨酸处理的根
GPT 活性显著升高而叶的则不变,而甘氨酸处理的
则相反,即根的不变而叶的显著升高,赖氨酸处理的
根、叶 GPT 活性均不变(表 3) .与铵态氮处理相比,
低浓度谷氨酸、赖氨酸及甘氨酸处理的叶 GPT 活性
分别升高 427%、104%和 71% ;根的 GPT 活性仅谷
氨酸处理升高 16% ,甘氨酸处理则下降 66%, 而赖
氨酸处理则不变; 高浓度处理 6 h 后,谷氨酸、赖氨
酸处理的根 GPT 活性显著升高而叶的变化不显著,
甘氨酸处理的根、叶 GPT 活性均不变.
以上结果表明, 低浓度氨基酸培养时, 由于谷
氨酸处理的根、叶 GPT 活性均高于缺氮处理和铵态
氮处理, 表明谷氨酸可能通过根、叶 GPT 催化和同
化.赖氨酸处理的根 GPT 活性虽然高于缺氮的, 但
与铵态氮处理的相差不大,而叶 GPT 活性却大于铵
态氮处理.由于缺氮小麦可能生理异常,因而与铵态
氮处理相比,赖氨酸可能通过根 GPT 同化较少, 通
过叶 GPT 同化较多. 甘氨酸处理根 GPT 活性比缺
氮处理及铵态氮处理小; 叶 GPT 活性虽低于缺氮处
理, 但比铵态氮处理大, 说明甘氨酸可能通过叶
GPT 同化. 高浓度氨基酸处理小麦氮饥饿 6 h后,谷
氨酸处理的根 GPT 活性高于缺氮及铵态氮处理,但叶的则不变, 可能是浓度高会抑制叶的 GPT 活性;
赖氨酸处理仅是根 GPT 活性比铵态氮处理高, 表明
高浓度赖氨酸可能诱导根 GPT 活性; 高浓度甘氨酸
不引起根、叶 GPT 活性改变, 表明甘氨酸可能通过
其它途径同化.
4 结 语
综上所述,无菌条件下小麦能吸收氨基酸态氮
和铵态氮, 且吸收量相当. 被吸收的氨基酸可通过
GOT 与 GPT 等转氨酶催化同化, 其通过 GOT 与
GPT 同化的主要部位及同化量与氨基酸种类及浓
度有较大关系.
参考文献
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作者简介 莫良玉, 男, 1968 年生, 博士, 主要从事植物氮素营养及其循环方面研究, 发表论文 5 篇. Email: moly@
igsnrr . ac. cn
186 应 用 生 态 学 报 14卷