全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，12(5)：455—458
Journal ofTropical and SubtropicalBotany
气候因子对三种豆科树种固氮的影响
黄维南，黄志宏，林清洪，章 宁，蔡克强，邹小鲁
(福建亚热带植物研究所，福建 厦门361006)
摘要：研究了气候因子对台湾相思 cacia confus 、大叶相思 ．auriculaeformis)和南岭黄檀(Oalbergia balansae)根瘤固
氮酶和吸氢酶活性的影响。3种树木根瘤均具有吸氢酶活性，外源 H：可提高固氮酶活性，表明吸氢酶有助于固氮效率
的提高。3树种根瘤的固氮活性有明显季节变化，夏秋活性较高，早春及冬季活性较低。离体根瘤固氮和吸 H：活性表
达的最适温度为 25—30℃。光照强度及土壤湿度均显著影响根瘤固氮和吸 H，活性。
关键词：气候因子：台湾相思：大叶相思：南岭黄檀：根瘤：固氮酶：吸氢酶
中图分类号：Q945．13 文献标识码 ：A 文章编号：1005—3395(2004)05—0455—04
Efect of Climatic Factors on Nitrogen Fixation
in Three Leguminous Trees
HUANG Wei-nan，HUANG Zhi-hong，LIN Qing-hong，ZHANG Ning，CAI Ke-qiang，ZOU Xiao．1u
(F~jian Institute ofSubtropical Botany，Xiamen 361006，China)
Abstract：Effect of climatic factors on nitrogenase and hydrogenase activities in nodules of A cacia confusa,A．
auriculaeformis and Dalbergia balansae were investigated．Hydrogen uptake activity was found in the nodules of al
the three leguminous trees． In the presence of exogenous hydrogen， nitrogenase activity in nodules increased
markedly， indicating that hydrogenase played an important role in increasing the efi ciency of nitrogen-fixation in
symbiotic system．Seasonal changes were obvious in nodulation and nitrogen fixation of leguminous species grown
in
．
Xiamen area．Results showed that more nodules produced and higher C2HE-reducing activity were observed in
summer and autumn than in early spring and winter．The optimun temperature for both nitrogenase and hydrogenase
activities in nodules was 25-30~C．Minor soil water deficit did not affect the C2H2-reducing activities，but serious
soil drought markedly reduced the activities of nitrogen-fixation and hydrogen uptake．Shading reduced both
nitrogenase and hydrogenase activities in nodules．
Key words：Climatic factors；A cacia confusa；A cacia auriculaeformis；Dalberga balansae；Nodules；Nitrogenase；
Hydrogenase
树木固氮是重要的固氮资源，在陆地生态系统
的氮素循环和生态平衡中起重要作用。许多豆科树
木不仅能结瘤固氮，而且是重要的经济林木。台湾
相思 cacia confus 、大叶相思 ．auriculaeformis)
和南岭黄檀(Dalbe嘲口ba／ansae)都是豆科常绿乔木，
生长迅速，适应性广，萌发力强，是华南地区荒山造
林、水土保持和沿海防护林的重要树种，南岭黄檀
还是优 良的紫胶虫寄主树[1]。近年来，南方各地大面
收稿 日期 ：2003一 lO—l3 接受 日期 ：2OO4一O4—05
基金项目：福建省科委资助项目(94一J一9和C95053)资助
积营造这些树种，在营林学和生态学方面已有较多
研究 ]，但对其固氮特性研究较少。不同生境条件
下树木固氮效率不同，根据不同条件选择抗逆性
强、固氮效率高的树种，采取有效的农业措施，提高
现有共生体系的固氮效率，有重要的实际意义。本
文主要研究气候因子对三树种根瘤固氮酶和吸氢
酶活性的影响，并探讨两种酶的关系，为因地制宜
地筛选优良树种提供科学依据。
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456 热带亚热带植物学报 第 12卷
1材料和方法
台湾相思 cacia confus 、大叶相思 ．auricu．
1aeformis)和南岭黄檀(Dalbergia ba／ansae)种子取 自
本所实验地，经沸水处理后分期播种于沙中，出苗
后移至大试管中水培，或盛有沙质红壤的盆中，部
分苗木种于沙质红壤的实验地。土培管理粗放，不
施肥料，分期取样测定。
根瘤固氮酶活性测定用 乙炔还原法[51，盛有根
瘤样品的密封小瓶中，注入 10％的 C，H2，反应 2 h
后，用带有氢焰检测器的 102．G型气相色谱仪(上分
厂)测反应瓶中C2I-h的形成量。吸氢酶活性测定参
照汪化的方法[61，样品加入 5％H：后，用装有热导检
测器的 103型气相色谱仪测 H：的消耗量。土壤含
水量按烘干法【7】，根瘤含水量按 自然鲜重法测定 。
每个实验 3—5个重复。
2结果和讨论
2．1吸氢酶活性及其对固氮作用的影响
固氮过程伴随放 H：，放 H：是固氮酶反应固有
的特征，固氮酶催化放 H：需 ATP和还原剂，是一种
耗能反应，但不少固氮生物具有吸氢酶，能重新利
用由固氮酶催化反应所生成的 H：，通过 H 的氧化，
保护固氮酶免受氧破坏，消除 H2对固氮酶的抑制
作用，重新获得能量，继续固氮作用[81。经多次测定，
台湾相思、大叶相思和南岭黄檀的根瘤均未测出放
H2活性，但均有吸氢能力，表明含有吸氢酶(表 1)。
在有根瘤的反应瓶中，注入 5％外源 H 后，可
明显提高固氮酶活性(表 2)，3树种根瘤固氮活性分
别提高 26．8％、61．6％和53．6％，表明通过吸氢酶催
化的吸 H 反应，有助于固氮效率的提高。
表 1 3树种根瘤的吸氢酶活性(1tmol H2 g FW h )
Table l Hydrogenase activity(I．Lmol H2 g FW h )in
nodules of 3 species leguminous trees
反应时间Incubation time(h)
l 2 3 4 5
台湾相思A．confusa 3．8 4．0 3．7 3．5 3．2
大叶相思A．auriculaeformis 1．3 2．5 2．7 2．7 2．7
南岭黄檀D．balansae 1．5 1．6 1．6 1．9 1．8
盆栽实验，1996年 6月 l5日测定 Datawere obtainedon 15 June
1996，from seedlingsgrowninpots．
表2 外源H2对根瘤同氮酶活性( nol C }I4 g-i FW h )的影响
Table 2 Efect ofexogenous H2 on nitrogenase activity(~mol C#I,g。 FW h-1)in nodules
盆栽实验，1996年 6月 15日测定Data were obtained on 15 June，1996，from seedlings grown in pots．
2．2气候因子对根瘤固氮酶和吸氢酶活性的影响 测地表温度。结果(表 3)表明，与其它豆科树种一
季节变化 1998—1999年将台湾相思、大叶 样 Ⅻ，3树种根瘤的固氮酶活性有明显的季节性变
相思和南岭黄檀幼苗种植于沙质红壤的实验地，于 化，7-9月份活性较高，10月份和翌年 5月份活性
不同季节分别取样测定根瘤的固氮酶活性，同时观 仍维持一定水平，12月份和 3月份活性 已显著降
表 3不同季节对根瘤同氮酶活性的影响
Table 3 Efect ofseasonal variations on nitrogenase activity in nodules
大田实验 Seedlingsgrown inthefield．
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第 5期 黄维南等：气候因子对三种豆科树种固氮的影响 457
低，I一2月份活性最低。由于气候因子(温度、光照、
降水等)综合作用的结果，不同年份的根瘤固氮酶活
性的月变化也有差异，但其趋势是夏秋结瘤较多，
固氮酶活性也较高，冬天和早春新瘤形成少，固氮
酶活性显著下降，甚至测不出。
温度 挖取盆栽苗木的根瘤，按常规处理，
分别于反应系统中注入 C H2或 H2，置于不同温度
下反应，定时测定 C H4生成量或 H 减少量，结果如
表4所示，在 25—3O℃，3树种根瘤的固氮酶活性均
较高，2O℃以下和 35℃以上活性明显下降。
表 4还表明温度也影响吸氢酶活性的表达。温
度不仅影响根瘤固氮酶活性，且影响结瘤率和结瘤
数。将接菌后的台湾相思水培苗分别置于 15℃、
25℃和35℃的光照培养箱中培养，观测结瘤状况。
表 5表明在 15℃条件下，台湾相思结瘤能力低于
25。C和 35℃，低温下，根瘤菌感染慢 ，严重影响结
瘤，低温下形成的根瘤较小，含类菌体组织的量较
少。这 3树种的结瘤固氮对低温较敏感，可能与其
属热带亚热带植物有关。
光照 我们于 1O月上旬将台湾相思和大叶
相思的盆栽幼苗置于阳台自然光照 (对照)和荫棚
下，一周后测定根瘤固氮酶和吸氢酶活性，取样时测
定光照强度 (光照强度分别为48 000和 I 500 Lx)。
结果(表 6)表明，遮荫 7 d的台湾相思和大叶相思固
氮活性分别只有对照的 14％和 10％，吸氢活性仅有
对照的 13％和 5％，光照强度不足明显抑制根瘤的
固氮酶和吸氢酶活性。由于遮荫使光照强度降低，
植株获得的光照减弱，光合产物减少，因而严重抑
制固氮作用。
土壤含水量 有研究认为降雨量对豆科树
木根瘤固氮活性有显著影响【-0]，我们将盆栽幼苗分
3组，第 1组连续 4 d不浇水，第 Ⅱ组 2 d浇一次水，
表 4 温度对根瘤 固氮酶 和吸氢酶活性的 影响
Table 4 Efect oftemperature Oil nitrogenase and hydrogenase activities in nodules
盆栽实验，1997年 7月20日测定 Datawere obtainedon 20 July，1997，from seedlings growninpots
表 5 温度对 台湾相思绪癯的影 响
Table 5 Efect oftemperature On nodulation ofA．co， 口
水培实验，1998年 5-8月测定 Data were obtained in May to Aug．，1998，from seedlings grown in water
表 6一光强对根瘤 固氮酶 和吸氢酶活性的 影响
Table 6 Efect oflight intensity On nitrogenase an d hydrogenase activities in nodules
盆栽实验，1997年 10月6日测定 Datawere obtainedon 6 Oct．，1997，from seedlingsgrown in pots．
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458 热带亚热带植物学报 第 l2卷
第 m 组每天浇水 (对照)，4 d后测定盆栽土壤含
水量、根瘤含水量以及根瘤固氮酶和吸氢酶活性，
结果(表 7)表明，持续干旱使植株出现轻度萎蔫，根
瘤含水量明显降低，固氮酶和吸氢酶活性锐减，但
短期土壤干旱对根瘤含水量影响不大，固氮酶和吸
氢酶仍维持一定水平，台湾相思在短期缺水下活性
仍较高，表明该树种对干旱有一定耐受力。缺水导
致根瘤固氮作用减弱，失水如不严重，浇水后活性
可恢复，但失水过多就会造成根瘤结构的永久性损
伤，因此要保持根瘤固氮功能良好，必须适当补充
水分，以补偿由于干旱以及根瘤表面蒸发或从根瘤
输出含氮物质而损失的水分。
表 7 土壤含水 ■对根瘤 固氮酶和 吸氢酶活性的影响
Table 7 Efect ofsoil moisture on nitrogenase and hydrogenase activities ofnodules
盆栽实验 ，1998年 l0月 16日测定 Datawere obtainedon 16 Oct．，1998，from seedlings growninpots．’I，indicatesthatthe
experiment seedlings in pots were not irigated within four days；I，irrigated once at intervals ofone day；1I，once a day(contro1)．
综上所述，气候因子对树木的固氮作用有显著
影响，虽然不同树种对气候的反应不一，但有共同
的规律，高温或低温、严重缺水、光照不足都会抑制
根瘤的固氮作用。3树种根瘤都有吸氢酶，固氮酶和
吸氢酶活性存在正相关，表明吸氢酶的存在有利于
固氮活性的提高。在 3树种中，台湾相思根瘤的固
氮和吸氢活性较其它两个树种的高，这可能与其更
适应本地区的生境条件有关。
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