全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 032291204
抽穗期施氮肥对延缓小麦旗叶衰老的机理初探
高　玲　张荣铣
(南京农业大学农学系 ,江苏 南京　210095)
摘 　要 :抽穗期施氮肥可提高小麦旗叶的光合速率、全氮与 Rubisco 的含量 ,而蛋白水解酶活力则下降。
在小麦旗叶光合功能可逆衰退阶段 ,叶片全氮、Rubisco 的15 N 丰度均处于高水平 ,莱州 953 小麦旗叶全
氮、Rubisco 的15N 丰度分别从 01998 降至 01651 和 11432 降至 01470 ,扬麦 5 号旗叶中全氮、Rubisco 的15 N
丰度分别从 01896 降至 01485 和 11243 降至 01511 ,表明 Rubisco 仍处于动态的降解、合成这一周转过程
中 ,仍有大量的 Rubisco 重新合成 ;而在光合功能不可逆衰退阶段 ,叶片全氮、Rubisco 的15 N 丰度均处于
低水平 ,全氮、Rubisco 的15N 丰度分别维持在近对照水平 ,且基本无变化 ,表明此时无 Rubisco 的重新合
成 ;同时也说明小麦植株在生育后期仍有较高的吸收、利用氮素的能力。
关键词 :小麦旗叶 ; 氮肥 ; Rubisco
A PRELIMINARY INVESTIGATION ON SENESCENCE MECHANISM OF FLAY
LEAF BY NITROGEN FERTILIZER IN EARING PERIOD
GAO Ling 　ZHANG Rong2xian
( Department of Agronomy , Nanjing Agricultural University , Nanjing , Jiangsu 　210095)
Abstract :Applying nitrogen fertilizer in earing period could enhance net photosynthetic rate , content of total nitrogen ,content
of Rubisco , while could decline the proteases activity. During the relative active photosynthetic duration (RAPD) of wheat flag
leaf , 15 N abundance of total nitrogen and Rubisco were at the high level . 15 N abundance of total nitrogen of Laizhou953
decreased from 01998 to 01651 , while 15N abundance of Rubisco was from 11432 to 01470 ; 15N abundance of total nitrogen of
Yangmai No5 was from 01896 to 01485 while 15 N abundance of Rubisco is from 11243 to 015111 During the Rapid
Photosynthetic Duration (RPD) of wheat flag leaf , they were at a lower level (15N abundance of total nitrogen and Rubisco were
near the control sample level ) , and had little changes. All these indicated that there were a large number Rubisco re2
synthestized during RAPD , but there was little Rubisco re2synthesized during RPD. These also illustrated that wheat had
higher ability on absorbing and utilizing nitrogen during later stage of wheat growth.
Key words :wheat flag leaf ; nitrogen fertilizer ; Rubisco
收稿日期 :2006211207
基金项目 :国家重点基础研究专项经费资助 ( G1998010100)
作者简介 :高　玲 (19672) ,女 ,山东人 ,研究生 ,主要研究方向为酶学 ,E2mail :gaoling. 0328 @yahoo. com. cn　　小麦叶片生长发育是受基因调控的 ,到了一定阶段衰老基因就开始启动、表达 ,叶片开始衰老。细胞核是细胞内最大的细胞器 ,载有全部基因组的染色体 ,它是基因复制、RNA 转录的中心。当叶片开始衰老时 ,核孔变大 ,核膜破裂 ,细胞核解体[1 ] ,蛋白水解酶活力急剧上升 ,蛋白质迅速降解 ,叶片很快死亡[2 ] 。黄化现象是叶片衰老的明显特征之一 ,但在可见症状发生以 前 ,光合作用已开始下降 ,并与产量的形成有直接关系。Rubisco ( EC. 411139)是决定 C3 植物光合碳代谢方向和效率的关键酶。研究表明 ,Rubisco 蛋白含量占叶片可溶性蛋白质含量的 50 %左右。Rubisco 含量、RuBPCase 总活性和初始活性与光合速率呈正相关 ,叶片老化过程中伴随着光合速率的降低、可溶性蛋白质含量的减少及 RuBPCase 的活性下降[3 ] 。作物生长发
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育过程中 ,形成的干物质大约有 90 %来自光合作用的
同化产物[4 ] ,作物的光合面积、净光合速率、光合功能
高值持续期及呼吸消耗等因素决定生物量的大小。影
响同化的因子有许多 ,其中氮素是对干物质生产有调
节作用的重要因子之一[5 ] ,施氮量增大可增加绿色叶
面积及对光能的吸收 ,提高单位叶面积净光合速率 ,延
长叶片光合功能期[6 ] 。本文应用同位素示踪技术对此
进行了机理方面的初步研究。
1 　材料与方法
111 　材料
供试小麦为莱州 953 与扬麦 5 号。
112 　试验设计
试验在南京农业大学的试验田上进行 ,常规栽培
管理措施。材料均取旗叶 ,从全展开始取样测定[7 ] 。
在小麦抽穗期 (旗叶全展后第 4 天) ,浇注浓度为
0105molΠL、15N 丰度为 15130 的 (NH4 ) 2 SO4 水溶液 ,同
时选生长一致的植株作为对照 (CK) ,浇注等量的自来
水 ,以确保处理与 CK所处的土壤中水分的一致。处
理后第 3 天开始取样。
113 　测定方法
11311 　净光合速率的测定 　采用北京农业大学研制
的BAU - 手提式智能红外 CO2 测定仪测定指定株的
净光合速率。控制条件为 :320ppm 的 CO2 ,光量子通
量密度是 700～800μmol E·m - 2·S - 1 ,温度为 25 ±3 ℃。
叶片全展后光合速率的变化可分为相对高值期与低值
期 ,两个时期的分界点是光合速率下降至初值的
50 %[8 ] 。
11312 　叶片全氮含量及其15N 丰度的测定 　植株采样
经烘干 ,用凯氏定氮法测定全氮[9 ] ,在南京农业大学同
位素楼用质谱仪测定15N 丰度[10 ] 。
11313 　Rubisco 的提取及其15 N 丰度的测定 　用不连
续 PAGE(分离胶 715 % ,浓缩胶 315 %) 将叶片研磨后
的 Tris2HCl (pH 810) 粗提液中的可溶性蛋白质进行分
离。用与分离胶相同大小的滤纸紧贴于分离胶上
30min ,然后喷少量去离子水以揭下滤纸。将滤纸放于
CBB2G250染色液中染色 ,对应于滤纸上所显示的条带
将分离胶上相关的区域切下 ,于烘箱中烘干 ,然后测
Rubisco 的含量及其15N 丰度 ,方法同 11312。
11314 　蛋白水解酶活力测定　酶反应体系组成如下 :
100mmolΠL 的醋酸缓冲液 014ml (pH 418) 、酶液 014ml、
浓度 115mgΠml 的酪蛋白 012ml。混合物于 38 ℃保温
1h ,取上清液用于茚三酮反应。显色后用分光光度计
记录增加的吸光率 (ΔA570 ) [2 ] 。
2 　结果
211 　净光合速率的变化
旗叶全展以后 ,莱州 953 旗叶的净光合速率明显
高于扬麦 5 号 (约高 7107 % , 0101 < P < 0105 ,差异显
著) ,且净光合速率的下降趋势慢于扬麦 5 号 (图 1) ,
即扬麦 5 号较早进入不可逆衰老阶段。通过抽穗期施
氮肥可在一定程度上提高旗叶的净光合速率 ,延长旗
叶的光合功能期 ,延缓旗叶的衰老。
图 1 　小麦旗叶净光合速率的变化
Fig. 1 　Change of net photosynthetic
rate of flay leaves in wheat
N :氮肥处理 ; CK:对照
N : nitrogen fertilizer application ; CK:control
212 　叶片全氮的变化
21211 　全氮含量的变化 　结果表明 ,莱州 953 小麦旗
叶一生中的全氮含量均高于扬麦 5 号 ,且全氮含量的
下降趋势缓于扬麦 5 号 (图 2) 。抽穗期施氮肥 ,旗叶
的含氮量增加。
图 2 　小麦旗叶含氮量的变化
Fig. 2 　Change of nitrogen content flag leaves in wheat
21212 　叶片15N 丰度的变化 　结果表明 ,在自然生理
衰老情况下 ,两种小麦叶片的15N 丰度大小及变化趋势
差异不大 (图 3) 。抽穗期施氮肥 ,小麦旗叶15 N 丰度增
加。莱州 953 小麦叶片中15 N 丰度的增加极显著 ( P <
0101) ,随叶片的衰老 ,叶片中15 N 丰度在处理后 24d 内
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还远远高于对照 ;而扬麦 5 号处理组叶片中15N 丰度的
变化则不同于莱州 953 ,其叶片15 N 丰度在处理后 24d
时则接近对照。
图 3 　小麦旗叶15N 丰度的变化
Fig. 3 　Change of 15N abundance in flag leaves in wheat
213 　叶片中 Rubisco 的变化
21311 　Rubisco 含量的变化 　结果表明 ,在自然生理
衰老情况下 ,莱州 953 旗叶中 Rubisco 含量从叶片全展
后至死亡一直高于扬麦 5 号 (图 4) 。抽穗期施氮肥
时 ,旗叶中 Rubisco 含量增多 ,其中莱州 953 小麦叶片
的 Rubisco 含量较 CK增加的量多于扬麦 5 号 (图 5 ,图
6) 。
图 4 　小麦旗叶 Rubisco 含量的变化
Fig. 4 　Change of Rubisco content of
flag leaves in wheat
图 5 　扬麦 5 号小麦旗叶 Rubisco 含量的变化
Fig. 5 　Change of Rubisco content in
Yangmai No. 5 flag leaves
图 6 　莱州 953 小麦旗叶 Rubisco 含量的变化
Fig. 6 　Change of Rubisco content in
Laizhou 953 flag leaves
21312 　Rubisco 15 N 丰度的变化 　结果表明 ,在自然生
理衰老情况下 ,两品种小麦旗叶中 Rubisco 的15 N 丰度
差异不大 ,变化趋势基本一致 ;抽穗期施氮肥后旗叶中
Rubisco 的15N 丰度增加 (图 7) 。这一同位素示踪结果
表明 ,抽穗期旗叶中仍有 Rubisco 的重新合成 ,由于扬
麦 5 号小麦旗叶较莱州 953 提早进入不可逆衰老 ,所
以扬麦 5 号旗叶中 Rubisco 的15N 丰度增加的量比莱州
953 少。在旗叶光合功能可逆衰退期 (莱州 953 小麦为
抽穗后 28d ,扬麦 5 号为抽穗后 21d) 内 Rubisco 15 N 丰
度的数值维持在较高水平 (莱州 953 小麦旗叶 Rubisco
的15N 丰度从 1143 降至 0147 ,扬麦 5 号旗叶中 Rubisco
的15N 丰度从 1124 降至 0151) ,表明此期有 Rubisco 重
新合成 ;在旗叶光合功能不可逆衰退期 ,Rubisco 的15 N
丰度基本不变 ,表明此期不再有 Rubisco 的重新合成过
程发生。
图 7 　小麦旗叶 Rubisco 的15N 丰度变化
Fig. 7 　Change of Rubisco 15N abundance in
flag leaves of wheat
214 　叶片中蛋白水解酶活力的变化
两品种小麦旗叶全展后的蛋白水解酶活力变化结
果 (图 8 ,图 9) 表明 ,抽穗期施氮肥可引起旗叶蛋白水
解酶活力降低 ,且酶活力最大值低于 CK( P = 01497 >
0105 ,差异不显著) 。
3 　讨论
禾谷类作物抽穗结实期间 ,光合作用下降 ,干物质
392　3 期 抽穗期施氮肥对延缓小麦旗叶衰老的机理初探
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图 8 　扬麦 5 号旗叶蛋白水解酶活力的变化
Fig. 8 　Change of protease activities of flag
leaf of Yangmai No. 5
图 9 　莱州 953 旗叶蛋白水解酶活力的变化
Fig. 9 　Change of protease activities of flag
laeaves of Laizhou 953
积累减少 ,主要是由于光合器官叶片的衰老所引起。
张荣铣等[8 ]通过对大豆、水稻、小麦叶片全展后光合速
率的测定发现 ,光合速率的变化可分为高值持续期与
速降期 ,两个时期的分界点是光合速率下降至初值的
50 %。叶片老化是植物生活史中的一个必然的过程 ,
伴随着这一过程发生许多既相互联系又相互制约的变
化。通过抽穗期施氮肥可促进 Rubisco 等蛋白质的进
一步合成 ,减慢了它们的被降解速率 ,延缓小麦旗叶的
　　　
老化进程 ,表现为小麦旗叶净光合速率的提高 ,旗叶全
氮及 Rubisco 等含量增加 ,蛋白水解酶活力下降等。
15N 丰度的测定结果表明 ,抽穗期施氮肥处理旗叶
全氮及 Rubisco 的15 N 丰度均高于 CK。说明旗叶全展
后仍有蛋白质的重新合成过程的发生。进一步研究分
析发现 ,在小麦旗叶光合功能可逆衰退期内全氮与
Rubisco 15N 丰度的数值维持在较高水平 ,表明此期有
蛋白质特别是 Rubisco 重新合成 ;在旗叶光合功能不可
逆衰退期 ,Rubisco 的15N 丰度基本不变 ,表明此期不再
有 Rubisco 重新合成。
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