全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月 281
菠菜叶片中硝态氮还原与叶柄中硝态氮累积的关系
刘忠 王朝辉* 陈宝明 李生秀
西北农林科技大学资源环境学院，杨凌 712100
提要 测定了不同生长期在不同施氮水平下 3 个菠菜品种各器官的硝态氮含量、叶片的硝酸还原酶活性、叶片细胞硝态
氮的贮存库和代谢库大小。结果表明：叶柄中硝态氮含量远高于其它器官，其含量与叶片内源 / 外源硝酸还原酶活性的
比值呈负相关；叶片细胞中硝态氮代谢库的大小与叶柄中硝态氮含量之间没有确定的关系。
关键词 叶柄；硝态氮；硝酸还原酶活性；硝态氮代谢库
Relationship Between Nitric Nitrogen Reduction in Leaf and Its Accumulation
in Petiole of Spinach
LIU Zhong, WANG Zhao-Hui*, CHEN Bao-Ming, LI Sheng-Xiu
College of Resources and Environment Science, Northwestern Science and Technology University of Agriculture and Forestry,
Yangling 712100
Abstract The results showed that nitrate concentration in petiole is much higher than that in the other organs,
nitrate concentration of petiole was negatively correlated with the ratio of in vivo nitrate reductase activity
(NRA) to in vitro NRA in blade, and the nitrate metabolic pool size (MPS) in blade cell showed no certain
relationship with nitrate concentration in petiole.
Key words petiole; nitrate; nitrate reductase activity; nitrate metabolic pool
收稿 2003-07-31 修定 　 2003-11-24
资助　 国家重点基础研究专项经费项目(G1999011707) 和国家
自然科学基金项目(30370843、39970429和 30070429)。
*通讯作者(E-mail:w-zhaohui@263.net, Tel:029-
87092475)。
叶类蔬菜累积的硝态氮是人类摄入硝态氮的
主要来源[1~3]，严重危害人类健康[4,5]。我们的调
查表明当前蔬菜中硝态氮污染依然严重[6]。作为
植物体内硝态氮还原的限速酶，硝酸还原酶主要
分布于叶片中，其活性与硝态氮累积的关系一直
是植物营养生理研究的热点问题。硝酸还原酶活
性按测定方法可分为内源和外源酶活性。前者代
表实际生长条件下的酶活性；后者则反映了叶片
硝酸还原酶的潜在或最高还原能力。目前研究的
主要是内源酶活性[7~9]，而忽视了外源酶活性与硝
态氮累积的关系，因而难以全面说明两者的关系。
除叶片外，叶柄也是叶类蔬菜的主要构成部
分，占植株生物量的30% 以上[10]。叶柄中硝态氮
含量高低，直接影响蔬菜整株的硝态氮累积水
平。但叶片对硝态氮的还原如何影响叶柄的硝态
氮累积，至今未见报道。植物叶片细胞内的硝态
氮呈区域化分布[11]，大部分进入贮存库(液泡)，
小部分位于代谢库(细胞质)中。硝态氮代谢库大
小是植物氮素代谢能力高低的重要标志，颇受人
们关注。它与叶类蔬菜硝态氮累积的关系又是如
何呢？本文以硝态氮含量差异显著的3个菠菜品种
为试验材料，探讨了叶片中内源和外源硝酸还原
酶活性，以及硝态氮代谢库大小与叶柄硝态氮含
量的关系。
材料与方法
培养试验在本校农业试验站温室进行。土壤
采自大田耕层。土壤有机质含量为14.4 g.kg-1，全
氮为1.4 g.kg-1，硝态氮为47.5 mg.kg-1，铵态氮
为11.2 mg.kg-1，Olsen-P为25.3 mg.kg-1，速效钾
为107.7 mg.kg-1，pH 值为 7.7。菠菜(Spinacia
研究报告Original Papers
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oleracer)来自我国北方不同地区的3个品种：S1、
S19、S20。试验在每公斤土施磷 0.30 g P2O5 的
基础上，设每公斤土施0.30、0.45和0.60 g N 3
个氮水平，每处理重复 4 盆。2001 年 8 月 26 日
种植，试验用盆为红棕色、硬质、不透光塑料
盆，每盆装土4 kg(以干土计)。磷肥为过磷酸钙
(含 P2O512%)，全部与土壤混匀作基肥；氮肥为
尿素，1/2作基肥，1/2于四叶期定苗后(每盆定植
6 株)，随灌水施入。蔬菜生长期间，视土壤干湿
情况灌水，每次灌水保持土壤水分含量为 20%。
菠菜不同器官中硝态氮含量于2001年11月29
日和 2001年 12月 14日测定，硝酸还原酶活性于
2001年 11月 26日和 2001年 12月 13日测定，叶
细胞代谢库与贮存库的测定在 2001年11月25日
和2001年12月13日进行。采样前2 d灌水1 次，
以使采样时土壤湿度适宜，便于取出菠菜根系。
采样在晴天早上8:30~9:30之间进行，采下的植株
立即挂好标签，装入塑料袋，密封袋口，以防
水分散失，带回实验室。根据分析目的将菠菜按
器官分开，以防止硝态氮在各器官之间转移。用
自来水洗去根系表面粘附的泥土，并立即用吸水
纸擦干。迅速称量各器官、部位鲜重后，用于
测定硝态氮含量的样品分别切碎混匀，装入塑料
袋，贴好标签，放入 0~4℃冰箱中保存。硝态氮
的浸取在采样的次日进行，硝酸还原酶活性和叶
细胞代谢库、贮存库的测定在采样当天进行。
植株各部位硝态氮含量采用研磨浸提法[6]，
将新鲜植物样制成待测液，用连续流动分析仪测
定待测液中的硝态氮含量。
叶片中硝酸还原酶活性分别采用内源和外源
基质法[10]，硝酸还原酶活性以每小时每克鲜样形
成的亚硝酸根微克数表示[mg(NO2).g-1(FW).h-1]。
叶片细胞中硝态氮代谢库的测定参照 Steí-
ngröver [12]、陈宝明等[13]的方法；贮存库的大小
根据叶片中硝态氮含量与代谢库硝态氮含量的差值
计算求得。
结果与讨论
1 菠菜各器官的硝态氮含量
测定3 个菠菜品种各器官中硝态氮的结果表
明，叶柄中硝态氮含量最高，且氮肥用量增加，
叶柄中硝态氮含量增加幅度最大。另外，从整株
的硝态氮含量(图1)来看，3个品种的硝态氮含量
存在明显差异：S1 的硝态氮含量最高，S20 次
之，S19 最低。3 个品种的叶柄与根的硝态氮含
量变化与整株一致。叶片却不同，品种 S1 叶片
中硝态氮含量最高，但S20的含量却低于S19。此
外，与根相比，品种间叶柄的硝态氮含量差异更
显著。可见，叶柄中硝态氮含量差异更能明显地
反映品种间的差异。
2 叶柄中硝态氮含量与叶片硝酸还原酶活性的关系
表 1 表明：
图1 菠菜各器官的硝态氮含量
Fig.1 Nitric nitrogen contents in different organs of spinach
a.施氮量为0.3 g(N)·kg-1(土); b.施氮量为0.45 g(N)·kg-1(土)。采样时间：2001年12月13日。
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(1)叶柄的硝态氮含量依然是S1最高，S20次
之，S19 最低，与图 1 的顺序一致；叶片的硝态
氮含量则无确定顺序。进一步说明，叶柄的硝态
氮含量可以反映品种间硝态氮累积的差异。不同
时间采样，品种间叶片硝态含量高低变化的不确
定性，可能是叶片硝态氮含量与硝酸还原酶之间
没有确定相关关系的原因之一。
(2)叶柄中硝态氮含量与叶片内源硝酸还原酶活
性呈明显的负相关，与外源硝酸还原酶活性呈正相
关。由于内源酶活性反映了植物实际生长条件下的
酶活性，外源酶活性代表着硝酸还原酶的潜在或最
高还原能力，所以内源与外源硝酸还原酶活性的比
值反映了潜在硝酸还原酶活性得以实际表达的程
度。3个品种间，叶柄硝态氮含量与叶片内源/外
源硝酸还原酶活性的比值呈明显的负相关(表 1)，
说明潜在硝态氮还原能力实际表达的程度越高，还
原的硝态氮就越多，植株的硝态氮累积就越少，
是影响硝态氮累积的一个重要因素。
3 叶柄中硝态氮含量与叶片中硝态氮代谢库的关系
在施氮0.6 g.kg-1(土)的情况下(表2)，植株叶
柄的硝态氮含量依然是 S1 最高，S20 次之，S19
最低，与前述结果(图 1、表 1)均一致；而叶片
硝态氮含量在品种间仍无确定顺序。测定叶片细
胞中硝态氮贮存与代谢库的结果(表2)表明，两者
与叶柄的硝态氮含量间无确定的关系。虽然品种
S1 和 S19、S19 和 S20 之间，叶片代谢库硝态氮
含量高时，叶柄的硝态氮含量较低，但在品种S1
和 S20 之间，这一趋势并不存在，且品种 S1 和
S19 的硝态氮代谢库差异亦不明显。就叶片代谢
库与贮存库的硝态氮含量比值来看，第 2 次采样
表1 菠菜不同器官中硝态氮含量与叶片硝酸还原酶活性
Table 1 Nitric nitrogen contents in different organs and nitrate reductase activity in leaf of spinach

测定时间 品种
硝态氮含量/mg.kg-1

叶片硝酸还原酶活性
叶柄 叶片 内源/mg(NO2).g-1(FW).h-1 外源/mg(NO2).g-1(FW).h-1 内源/外源(%)
11月26日 S19 944 571 18.1 36.4 49.7
S20 1 473 606 17.7 42.7 41.3
S1 1 481 593 14.1 61.1 23.1
12月 13日 S19 686 342 10.4 17.8 58.4
S20 1 171 232 8.5 18.9 45.1
S1 1 454 345 9.9 29.0 34.1
　　土壤施氮量为0.3 g.kg-1(土)。
表2 菠菜不同器官中硝态氮含量与叶片细胞硝态氮代谢库和贮存库大小
Table 2 Nitric nitrogen contents in different organs, and MPS and storage pool size (SPS) of nitrate in the leaf blade cell of spinach

测定时间 品种
硝态氮含量/mg.kg-1 叶片细胞硝态氮代谢库和贮存库


叶柄 叶片

代谢库/mg(N).kg-1 贮存库/mg(N).kg-1 代谢库/贮存库(%)
11月25日 S19 1 196 724 13 711 1.9
S20 1 695 782 9 773 1.1
S1 1 889 765 12 753 1.6
12月13日 S19 775 429 23 406 5.7
S20 1 392 369 18 351 5.1
S1 1 768 535 22 513 4.3
土壤施氮量为0.6 g.kg-1(土)。
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时，其与品种间叶柄的硝态氮含量呈负相关，但
第 1 次采样却未见有这一关系。
总之，虽然人们越来越认为叶片细胞中硝
态氮代谢库的大小可以反映植物还原硝态氮的能
力[14,15]，但它能否解释叶类蔬菜品种间硝态氮累
积的差异？硝态氮代谢库与贮存库的比值是反映硝
态氮在细胞质与液泡之间的分配，但这种分配上
的差异是如何影响叶柄中硝态氮含量的，它与品
种间硝态氮累积的差异又有何关系，均待进一步
研究。
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