全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第2期，2006年4月 217
不同品种菠菜叶肉及叶柄中硝态氮累积与硝酸还原酶活性的关系
王海华1 魏永胜1,* 王朝辉2
西北农林科技大学1 生命科学学院，2 资源环境学院，陕西杨凌 712100
提要 盆栽试验条件下，菠菜体内的硝态氮含量及硝酸还原酶(NR)活性因品种和部位而异。硝态氮含量以短缩茎中最高，
叶和叶柄中次之，根中最低，且根 / 冠比越大的品种，其整体植株中的硝态氮含量越低; 根尤其是侧根 NR 活性较高；叶
肉和叶柄中硝态氮含量均与根中以内、外源硝酸盐为底物的 NR 活性呈一定的负相关。
关键词 菠菜；根；硝酸还酶活性；叶柄；硝态氮
Relationship between NO3--N Accumulation and Nitrate Reductase Activity in
Mesophyll and Petiole of Different Spinach (Spinacia oleacea L.) Cultivars
WANG Hai-Hua1, WEI Yong-Sheng1,*, WANG Zhao-Hui2
1College of Life Sciences, 2College of Resources and Environmental Science, Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi
712100, China
Abstract The mechanism of nitrate accumulation in six spinach (Spinacia oleacea L.) varieties under low
nitrogen level was studied in a pot experiment. The results showed that, NO-3-N contents and nitrate reductase
(NR) activity had obvious diversity in different spinach varieties and different organs of the same plant. The
NO-3-N contents in stem were the highest, followed by petioles, then mesophylls, and were the lowest in roots.
When the ratio of root to shoot was higher, the NO-3-N contents in plants were lower. NR activity was higher
in root especially in lateral root. The NO-3-N contents in mesophyll and petiole were negative correlated with the
in vitro-NR activity and in vivo-NR activity in roots.
Key words spinach (Spinacia oleacea L.); root; nitrate reductase activity; petiole; NO-3 -N
收稿 2005-09-16 修定 　2006-01-20
资助 国家自然科学基金(30370843、40201028、39970429)、
农业部 “948” 重大研究项目(2003-Z53)、西北农林科
技大学拔尖人才项目。
*通讯作者(E-mail: wysh70@126.com)。
氮素是植物需要量多、需要通过施肥重点补
充的营养元素，但硝态氮在作物尤其是在蔬菜内
的大量累积，对人类身体健康会构成严重威胁
(Dich 等 1996；Walker 1990)。据报道，食物中
的硝酸盐在体内还原成亚硝酸盐后，可在胃酸的
作用下与仲胺等胺类化合物反应生成N-亚硝基化
合物，引起核酸代谢紊乱或突变，从而诱发消化
器官癌变，并有造成胎儿畸形的危险。此外，人
体中的硝酸盐还原成亚硝酸盐并进入血液后，可
与血红蛋白结合，使其失去携氧能力，导致高铁
血红蛋白症，严重者可致死(王利群等2003)。为
此，欧美国家都对一些主要叶类蔬菜的硝态氮含
量作了严格规定(CECSCF 1992)。在我国的蔬菜
中，蔬菜硝态氮累积更加严重。王朝辉等(2002)
在不同季节对11 类、48 种蔬菜的调查结果表明，
达到 4 级污染水平，不宜生食、用盐腌制和熟食
的有 20 种，占蔬菜调查总数的 42%，包括全部
的叶菜类、部分瓜菜类、根菜类和葱蒜类蔬菜。
因此，蔬菜中硝态氮积累已经成为植物氮素营养
研究中的热点问题。不同种类和品种之间硝态氮
含量有差异(Barker和Manynard 1971；Cantiliffe
1972；Behr和 Wiebe 1992；陈新平等2000)，同
一植株不同部位间硝态氮含量也有差异。由根尖
进入植物体的硝态氮大约有30%可被还原(Jiang 等
2002)，而叶柄累积的硝态氮可占整株累积总量的
60%~80% 以上(陈宝明 2002；刘忠等 2004)。由
于硝态氮在植物体内同化的第一步是由硝酸还原酶
(nitrate reductase，NR)还原为亚硝态氮，所以硝
态氮累积与植株体内NR活性之间的关系成为硝态
氮累积研究中的主要课题。硝态氮累积与 NR 活
性的关系有两种完全相反的观点，一种认为呈正
相关，另一种认为呈负相关(Campbell 1988；
Tischner 2000)。而对于蔬菜不同器官中的NR活
植物生理学通讯 第42卷 第2期，2006年4月218
性与地上部分硝态氮累积的关系研究甚少。为
此，本文对菠菜不同器官中体外NR活性(in vitro
nitrate reductase activity)和活体NR活性(in vivo ni-
trate reductase activity)与叶柄及叶肉中硝态氮累积
的关系进行了探讨。
材料与方法
盆栽试验在本校生命科学学院的网室内进
行，土壤取自农作一站。菠菜(Spinacia oleacea
L . )分别来自甘肃( ‘S1 ’)、河北( ‘S1 7 ’)、新疆
(‘S19’)、宁夏(‘S20’)、辽宁(‘S23’)、内蒙(‘S31’)
的 6 个圆叶品种。试验采用容积为 5 L 的暗棕色
塑料盆，按土壤∶蛭石 =7∶1 (体积比)混合均
匀，每盆装混合物4.0 kg (干土)。施硝酸钾、三
料磷肥各0.3 g·kg-1，其中1/2在装盆时施入，余
下的 1/2 在四叶期定苗时施入；以称重法控制水
分，保持含水量为 20%±1.5%。每品种 12 盆，每
盆定植4株。2004 年 9 月 24 日播种，2004 年 12
月 1 6 日收获。测定时将植株分为叶肉、叶脉、
叶柄、短缩茎、主根、侧根 6 个部分，分别测
定组织中硝态氮含量和 NR 活性。硝态氮采用研
磨法浸提，浸提液中的硝态氮用流动分析仪测
定，NR活性分别采用内源基质法和外源基质法测
定(张志良和瞿伟菁2002)。按以下公式计算：硝
态氮绝对含量(mg)= 各部位硝态氮含量[mg·kg-1
(FW)]×各部位的生物量(g); 各部位硝态氮所占比例
(%)=[各部位硝态氮绝对含量(mg) /整株的硝态氮
绝对含量(mg)]×100。
实验结果
1 不同品种菠菜间和植株各部位的生物量
表1 结果表明，不同品种菠菜单株生物量和
其各部位所占比例存在显著差异。‘S19’单株总鲜
重最小，‘S17’、‘S23’ 的单株总鲜重最大。‘S23’
表1 不同品种菠菜和植株各部位的生物量
Table 1 Biomasses of different organs and entire plant of spinach varieties

品种
生物量/g (FW)·株-1
根/冠
叶肉 叶脉 叶柄 短缩茎 主根 侧根 地上部 地下部 单株重
‘S1’ 6.0abc 0.6b 1.5b 0.7c 0.6a 2.9a 8.8bc 3.5a 12.2abc 0.40ab
‘S17’ 7.1a 0.7ab 2.5a 0.8bc 0.7a 3.1a 11.0a 3.8a 14.8a 0.34bc
‘S19’ 4.5c 0.4b 1.3b 0.7c 0.5a 3.1a 6.9d 3.6a 10.5c 0.53a
‘S20’ 5.0bc 0.5b 1.7b 0.6c 0.6a 3.1a 7.8cd 3.7a 11.5bc 0.48ab
‘S23’ 7.6a 1.0a 2.3a 1.2ab 0.7a 1.9a 12.1a 2.6a 14.6a 0.21c
‘S31’ 6.6ab 0.7ab 1.7b 1.3a 0.6a 2.7a 10.3ab 3.2a 13.5ab 0.31bc
　　表中数据为各处理为 3 次重复，每个重复 4 株。数据后小写字母为 Duncan 多重比较结果，相同字母表示两个品种的差异不显
著(a=0.05)。以下同此。
不仅单株生物量很高，其地上部分的生物量(可食
用部分) 和所占比例也最高，根冠比最小；而
‘S19’ 单株生物量最低，可食部分生物量也较低，
但根冠比最高。各品种根系的生物量差异不大，
但 ‘S23’、‘S31’ 主根相对较发达，而 ‘S20’ 的侧
根很发达。由此可见，不同品种菠菜生物量的差
异主要是由地上部分产量决定的。‘S23’ 的叶脉、
叶柄所占比例明显比其它品种高，因此输导组织
比较发达；而 ‘S19’ 生物量最低，而且叶脉、叶
柄所占比例也最低。由此可见，发达的输导组织
可能是其高生物量的结构基础。
2 不同品种菠菜间及植株各部位中的硝态氮累积
表2 表明，菠菜地上部分硝态氮含量远高于
地下部分。从硝态氮在各部位的分布看，除 ‘S20’
外，其它品种均以短缩茎含量较高。‘S19 ’ 总体
上各部分硝态氮含量均较低；‘S23’ 和 ‘S20’ 植株
各部分的含量均较其它品种高，但二者地上各部
位中的硝态氮累积量不同，‘S20’叶肉中硝态氮累
积量最高，而 ‘S23’则以短缩茎中硝态氮累积量最
高；‘S31 ’ 的地下部分硝态氮含量很低。从各部
位硝态氮在植株中所占比例来看，各品种菠菜的
硝态氮大部分分布在叶肉中，约占整个植株硝态
植物生理学通讯 第42卷 第2期，2006年4月 219
氮含量的一半(平均50.9%)，其次为叶柄(平均15.2%)
和侧根(平均16.3%); 叶脉(平均5.2%)和主根(平均
2.9%)中硝态氮含量较低，这可能是其为输导组
织，可将吸收的硝态氮迅速输出而积累硝态氮较
少之故。
3 不同品种菠菜间及植株各部位NR活性
由于NR 是底物诱导酶，一般体外 NR 活性都
比活体 NR 活性高。表 3 和 4 表明，无论是活体
NR 活性还是体外 NR 活性，均以侧根和主根的 NR
活性较高，其次是叶肉与叶脉 NR 活性，而叶柄
和短缩茎的较低。但同一部位的 NR 活性因品种
不同而有很大差异。叶肉中 ‘S1’ 的体外和活体NR
活性均较高，而 ‘S19’ 的均较低；在叶脉中 ‘S19’
和 ‘S23’ 的体外 NR 活性较高，而活体 NR 活性以
‘S17’ 和 ‘S23’ 较高；在叶柄中，‘S23’ 的体外和
活体 NR 活性均较高，而 ‘S31’ 体外和活体 NR 活
性均比较低；在短缩茎中，‘S31 ’、‘S1 ’ 的体外
和活体 NR 活性相对较高，而 ‘S 1 9 ’ 相对较低；
在主根中，‘S19’ 的活体NR 活性和 ‘S1’ 的体外NR
活性较高；在侧根中，‘S 1 9 ’ 的活体 NR 活性和
‘S20 ’ 的体外 NR 活性较高。
在不同品种菠菜中，根系的硝态氮含量均是
最低的(表 2)，而根系的体外和活体NR活性与其
它器官相比均比较高，显示根系不仅是吸收硝态
氮的主要器官，更是一个还原硝态氮的主要器
官。侧根的 NR 活性高于主根，其在硝酸盐还原
中的地位比主根重要。
4 不同部位NR 活性与叶柄和叶肉中硝态氮含量
的关系
相关关系分析(表 3、4)表明，植株不同部位
活体、体外 NR 活性与菠菜叶柄和叶肉中硝态氮
含量相关性均不显著。叶肉的硝态氮含量与其体
外和活体 NR 活性的关系变化方向是一致的，均
呈负相关。但叶肉中硝态氮含量与其它部位活体
NR 活性的相关性和它们与体外 NR 活性相关性之
间的变化方向相反，即如果与某一部位活体NR活
性呈正相关，则与该部位体外 NR 活性呈负相关。
此外，叶肉中硝态氮积累量与侧根及主根中活体
NR 活性呈负相关关系。因此，叶肉中硝态氮积
表3 不同部位活体NR活性与叶柄及叶肉中硝态氮含量
Table 3 In vivo NR activities in different organs and NO-3-N contents in petiole and mesophyll

品种
活体NR活性/mg (NO-2)·g-1 (FW)·h-1 硝态氮含量/mg·kg-1 (FW)
叶肉 叶脉 叶柄 短缩茎 主根 侧根 叶柄 叶肉
‘S1’ 0.019 0.007 0.004 0.018 0.008 0.013 62 59
‘S17’ 0.010 0.012 0.005 0.006 0.006 0.013 68 54
‘S19’ 0.006 0.009 0.006 0.002 0.030 0.025 43 46
‘S20’ 0.002 0.006 0.003 0.002 0.012 0.005 100 138
‘S23’ 0.019 0.012 0.016 0.001 0.005 0.019 94 84
‘S31’ 0.006 0.007 0.002 0.020 0.005 0.001 51 50
平均 0.0103 0.0088 0.0060 0.0082 0.0110 0.0127 — —
r叶柄 0.10 0.42 0.41 -0.49 -0.43 -0.19 — —
r叶肉 -0.27 -0.31 0.06 -0.45 -0.14 -0.37 — —
　　r 叶柄：各部位 N R 活性与叶柄硝态氮含量相关性系数；r 叶肉：各部位 N R 活性与叶肉硝态氮含量相关性系数。
表2 不同品种菠菜各部位中硝态氮含量
Table 2 NO-3-N contents in different
organs of spinach varieties

品种
硝态氮含量/mg·kg-1 (FW)
叶肉 叶脉 叶柄 短缩茎 主根 侧根
‘S1’ 59 58 62 88 32 53
‘S17’ 54 65 68 65 46 39
‘S19’ 46 41 43 51 35 43
‘S20’ 138 123 100 115 37 49
‘S23’ 84 79 94 172 54 50
‘S31’ 50 51 51 57 28 27
平均 72 70 70 91 39 44
植物生理学通讯 第42卷 第2期，2006年4月220
累不仅与原位 NR 活性相关，而且更多地受根系，
尤其是侧根中 N R 活性的影响。
叶柄中硝态氮含量与原位活体、体外 NR 活
性均呈正相关，与根系活体 N R 活性呈负相关。
因此，叶柄中硝态氮累积同样受根系，尤其是侧
根中 N R 活性的影响。
讨　　论
从整株来看，单株重与硝态氮含量无明显关
系，地上部分的硝态氮积累量远高于地下部分，
其中短缩茎中硝态氮累积量最高。除 ‘S 3 1 ’、
‘S20 ’ 外，根冠比越大的品种，其整体植株的硝
态氮含量就越小。这可能是侧根将大部分硝态氮
还原，以致输送给地上部分的量减少所致。体外
NR活性一般都比活体高，但不同品种间硝态氮含
量有很大差异，其 NR 活性也有很大差异，同一
品种不同部位间硝态氮含量和 NR 活性也有差异，
说明不同品种菠菜和同一菠菜品种的不同部位累积
和还原硝态氮的能力是不同的。叶肉、叶柄和侧
根中的 NR 活性对硝态氮累积的影响较大。侧根
是菠菜硝态氮还原的一个主要器官，菠菜植株通
过侧根吸收硝态氮并可能在侧根中还原掉一部分，
然后通过主根输送到短缩茎，进而输送到叶柄中
还原，最后硝态氮通过叶脉输送入叶肉，在这一
运输过程中有可能被还原，并影响向上运输的硝
态氮量，叶肉中的硝态氮可能不再外运，如不还
原即可能就地大量累积。至于短缩茎中硝态氮累
积与其输导组织结构之间的关系尚待进一步研究。
参考文献
陈宝明(2002). 蔬菜的硝态氮临界含量及其影响因素[硕士论文].
杨凌: 西北农林科技大学
陈新平, 邹春琴, 刘亚萍, 张福锁(2000). 菠菜不同品种累积硝酸
盐能力的差异及其原因. 植物营养与肥料学报, 6 (1): 30~34
刘忠, 王朝辉, 陈宝明, 李生秀(2004). 菠菜叶片中硝态氮还原与
叶柄中硝态氮累积的关系. 植物生理学通讯, (3): 281~284
王利群, 王文兵, 吴守一, 董英(2003). 蔬菜硝酸盐含量与硝酸还
原酶活性的研究. 食品科学, 24 (12): 37~40
王朝辉, 宗志强, 李生秀(2002). 蔬菜的硝态氮累积和菜地土壤
的硝态氮残留. 环境科学, 23 (3): 79~83
张志良, 瞿伟菁(2002). 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出
版社, 41~44
Barker AV, Manynard DN (1971). Nutritional factors affecting
nitrate accumulation in spinach. Commun Soil Sci Plant Anal,
2: 471~478
Behr U, Wiebe HJ (1992). Relationship between photosynthesis
and nitrate content of lettuce cultivars. Sci Hortic, 49,
175~179
Campbell WH (1988). Nitrate reductase and its role in nitrate
assimilation in plants. Plant Physiol, 74: 214~219
Cantiliffe DJ (1972). Nitrate accumulation in spinach growth at
different temperatures. J Am Soc Hortic Sci, 97: 674~676
CECSCF (Commission of the European Communities Scientific
Committee for Food) (1992). Reports of the Scientific Com-
mittee for Food on Nitrate and Nitrite. 26th Series Opinion
Expressed, EUR 13913
Dich J, Jrvinen R, Knekt P, Penttil PL (1996). Dietary intakes of
nitrate, nitrite and NDMA in the finish Mobile Clinic Health
Examination Survey. Food Add Contam, 13: 541~552
Jiang Z, Hull RJ, Sullivan WM (2002). Nitrate uptake and reduc-
tion in C3 and C4 grasses. J Plant Nutr, 25 (6): 1303~1314
Tischner R (2000). Nitrate uptake and reduction in higher and
lower plants. Plant Cell Environ, 23: 1005~1024
Walker R (1990). Nitrate, nitrite and N-nitroso compounds: a
review of the occurrence in food and diet and the toxicologi-
cal implications. Food Add Cont, 7: 717~768
表4 不同部位体外NR活性与叶柄及叶肉中硝态氮含量
Table 4 In vitro NR activities in different organs and NO-3-N contents in petiole and mesophyll

品种
体外NR活性/mg (NO-2)·g-1 (FW)·h-1 硝态氮含量/mg·kg-1 (FW)
叶肉 叶脉 叶柄 短缩茎 主根 侧根 叶柄 叶肉
‘S1’ 0.023 0.015 0.011 0.018 0.025 0.004 62 59
‘S17’ 0.012 0.012 0.017 0.004 0.011 0.022 68 54
‘S19’ 0.006 0.021 0.009 0.002 0.010 0.006 43 46
‘S20’ 0.013 0.012 0.008 0.010 0.019 0.031 100 138
‘S23’ 0.010 0.019 0.021 0.008 0.016 0.016 94 84
‘S31’ 0.025 0.015 0.006 0.012 0.012 0.016 51 50
平均 0.0148 0.0157 0.0120 0.0090 0.0155 0.0158 — —
r叶柄 -0.21 -0.35 0.43 0.11 0.40 0.70 — —
r叶肉 -0.17 -0.39 -0.02 0.14 0.41 0.74 — —