全 文 ：第 25卷　第 3期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005年　7月
Vo .l 25　No. 3　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTAN ICAL RESEARCH July, 　2005
第一作者简介:张杰(1972— ),女 ,博士研究生 ,讲师 ,从事植物学研究工作。
*　通讯作者 Au th or for correspondence
收稿日期:2004 - 01 - 07
硝酸还原酶和可溶性蛋白对蒙古栎种源生长的影响
张　杰1　邹学忠 2　杨传平 1*　王　宏 3　汪春蕾 1　张桂琴3
(1. 东北林业大学生命科学学院 , 哈尔滨　150040)
(2. 辽宁省林业职业技术学院 , 沈阳　110101)
(3. 黑龙江省带岭林科所 , 伊春　153106)
摘　要　研究了硝酸还原酶和可溶性蛋白含量对蒙古栎种源生长的影响。结果表明:蒙古栎在生
长性状 、硝酸还原酶活性以及可溶性蛋白含量上都存在着显著的差异 ,绥阳种源含量最高 。同时 ,
不同种源的硝酸还原酶活性及可溶性蛋白含量呈现明显的季节变化 ,以 6月份最高 ,这与蒙古栎
在 6月份生长较快相符 。而且生长性状与所研究的两个理化指标之间存在显著的正相关 ,即树木
生长潜力大的种源 、体内硝酸还原酶活性高 、蛋白质积累多。本研究为人们预测树木生长状态 ,提
供了一定的理论依据 。
关键词　蒙古栎;种源;硝酸还原酶;可溶性蛋白
The influence of nitrate reductase and solub le prote in on the
provenance growth ofQuercus mongolica
ZHANG Jie
1　ZHOU Xue-Zhong2　YANG Chuan-P ing1*　WANG Hong3　WANG Chun-Lei1　ZHANG Gui-Q in3
(1. Co lleg e of L ife Sc ience, Northeast Fo restry Un ive rsity, H arbin　150040)
(2. Co lleg e of Forestry P ro fessiona l Technology, Shenyang　110101)
(3. Dailing Forestry Institu te o fH e ilong jiang P rovince, Yichun　153106)
Abstract　The influence of nitrate reductase and so lub le pro te in content on provenance grow th o fQuer-
cusmongolica was investigated. The resu lt show s that g row th charac teristics, nitra te reductase ac tiv ity
and so luble prote in con tent have sign ificant differences among the samp les, the provenances of Suiyang
possess the b iggest value. M eanwhile, nitrate reductase activity and so luble prote in conten t o f different
provenances va ry w ith the seasons obviously. They have max imum va lues in June, which co incide w ith
the fastest g row th velocity. There is prom inen tly positive co rrela tion be tw een the g row th charac te ristics
and the tw o phy siological and biochem ical factors, The provenances w ith stronge r grow th potential have
higher nitrate reductase activ ity and more pro tein con ten.t This investigation has prov ided fundamental
in forma tion of predicting the grow th sta te ofQuercusmongolica.
Key words　Quercusmongolica;provenance;nitrate reductase;so lub le pro tein
蒙古栎 (Quercus mongolica),又称蒙古柞 、柞
树 ,为壳斗科栎属落叶乔木 。主要分布于我国的东
北和华北地区(包括黑龙江省 、吉林省 、辽宁省 、河
北省和内蒙古自治区 ),俄罗斯的远东地区 、西伯
利亚 、蒙古东部 、朝鲜及日本也有分布 [ 1] 。蒙古栎
作为我国北方主要的硬阔用材树种之一 ,由于抗逆
性高 ,萌生能力强 ,使得蒙古栎在人类活动剧烈的
情况下 ,在东北占有显著的优势 ,现已被列为二级
保护树种。
硝酸还原酶 (N itrate Reductase,简称 NR)是植
物氮素代谢生理的关键酶[ 2] 。它对植物生长发
育 、产量形成和蛋白质含量都有重要影响[ 3] 。国
外在 60年代就开始了 NR的研究 [ 4] ,我国从 70年
代末 80年代初也开展了这方面的工作 [ 5] 。近十几
年来 ,众多国内学者对农作物的 NR活性 、性状及
测定方法作了许多的研究;在林业上 ,中国林科院
亚林所周国璋等人研究了杉木 NR的活性[ 6, 7] ,但
蒙古栎目前这方面的研究还是空白。目前 ,对可溶
性蛋白的研究在作物上较为深入 ,但在林木上还不
多见[ 8] 。
本文研究了不同蒙古栎种群在 6月及 9月份
的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量的比较及与
生长性状之间的关系 。这可作为蒙古栎早期选择
的初步依据 ,进而为蒙古栎的遗传育种 、森林营造
提供重要参考。
1　材料与方法
1. 1　试验材料及处理办法
试验材料来源于黑龙江省带岭林科所的种源
实验林 ,选取沿着纬度梯度分布的东北三省的 9个
蒙古栎种群 (详见表 1),试验于 2004年 6月和 9
月份两次采样 。 9个种源中 ,每种源选取 20株样
木 ,在树冠中部东 、西 、南 、北四个方向剪取穗条 ,每
次采集 180个样品 ,测硝酸还原酶活性的材料需诱
图 1　蒙古栎种源的树高生长
1. 带岭;2. 绥棱;3. 沾河;4. 乌伊岭;5. 美溪;
6. 东京城;7. 绥阳;8. 穆棱;9. 东方红
F ig. 1　T ree he ights grow th of the provenance of
Quercusm ongolica
1. Dailing;2. Su iling;3. Zanhe;4. W uy iling;5. M eix i;
6. Dong jingcheng;7. Su iyang;8. M u ling;9. Dongfanghong
表 1　蒙古栎种源地理位置概况
Table 1　The genera l situation of the geograph ic location of
the provenance ofQuercus mongolica
种源
P rovenance
经度
Longitude
纬度
Latitude
海拔
E levation(m)
带岭 Dailing 129°01′ 47°02′ 350
绥棱 Sui ling 127°07′ 47°37′ 204
沾河 Zhanhe 127°05′ 48°47′ 420. 93
乌伊岭 Wuy iling 129°25′ 48°40′ 404
美溪 M eixi 129°08′ 47°31′ 448
东京城 Dongjingch eng 129°50′ 44°10′ 400
绥阳 Suiyang 129°41′ 43°08′ 610
穆棱 M u ling 131°28′ 44°40′ 40～ 600
东方红 Dongfanghong 132°58′ 45°46′ 103
导。将穗条插入 50 mmo l L -1的 KNO3溶液中 ,先
暗诱导12 h,再光诱导 12 h。测可溶性蛋白的材料
迅速放入冰箱中 -70℃保存待测。
1. 2　试验方法
硝酸还原酶的测定以活体法测定硝酸还原酶
活性 [ 9] ,硝酸还原酶活性可由植物体内产生的亚
硝态氮的量表示 。
可溶性蛋白的提取及测定采用 Brandford法
(1976),参考汪家政[ 10]编著《蛋白质技术手册》中
的方法 ,并做如下修改。称取牛血清蛋白用上样缓
冲液配成 2 mg mL -1标准溶液 ,取 8个 4mL塑料
离心管 ,分别加入 0、1. 5、2. 5、4、 6、8、 10 μL。加
3mL B randford工作液 ,反应 5 m in后 ,在 595 nm处
测吸光度。用蛋白量和吸光度进行线性回归 ,制作
标准曲线。
2　结果与分析
2. 1　蒙古栎种源间生长性状的变化
通过对 6年生蒙古栎不同种源生长性状的方
差分析表明不同种源之间高生长和径生长的差异
均达到极显著水平 , F树高 =2. 638** , F地径 =
2. 411
**(α<0. 01)。这说明蒙古栎不论是高生长
还是径生长均具有明显的地理分化 ,其中绥阳 、沾
河 、东京城种源长势最好 ,穆棱 、带岭 、东方红种源生
长较差 ,乌伊岭 、绥棱 、美溪种源居中(图 1, 2)。
2. 2　蒙古栎种源间硝酸还原酶活性的变化
硝酸还原酶 (NR, nitrate reductase)活性被认
为是判断植物生长速度的生化指标;是硝酸盐同化
318 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25卷
图 2　蒙古栎种源的地径生长
F ig. 2　The basa l d iame ter grow th of the provenance of
Quercusm ongolica
过程中的起始酶 ,也是限速酶 [ 11] ,在氮素代谢作用
中处于关键地位。它作用于 NO3 -使之还原为
NO 2
-:NO 3 - +NADH +H +→ NO 2 - +NAD +
H2O
[ 12] 。硝酸还原酶活性 (NRA)高低不仅表明了
植物体内硝酸盐的吸收 、积累水平 ,也反映着植物
对氮素的利用水平 ,在植物氮代谢的研究中 ,硝酸
还原酶活性是研究重点之一。
方差分析及硝酸还原酶活性平均值的差异显
著性检验表明 ,不同种源的硝酸还原酶活性 ,不论
是在 6月份还是在 9月份 ,都存在着显著差异。其
中 ,绥阳种源最高 ,每克鲜叶硝酸还原酶平均含量
分别为 2. 480和 1. 525 μg g- 1 h- 1 ,其次是沾
河 、绥棱种源 ,最低的是穆棱种源 ,平均含量只有
0. 960和0. 475μg g- 1 h- 1。
由图 3可知 ,来自 6月份的种源样品硝酸还原
酶含量明显高于 9月份 ,但各种硝酸还原酶含量变
化的趋势相对稳定。这主要是由于:(1)6月份正
是树木的生长旺盛期 ,光合能力强。光合作用提供
氮代谢所需要的碳水化合物 ,通过光调节酶的活性
和光呼吸提供 NADH ,因此硝酸还原酶活性受光和
光合作用所促进 [ 13] ,其体内的硝酸还原酶活性相
对较高;9月份树木即将停止生长 ,其体内硝酸还
原酶活性相对较低 。 (2)硝酸还原酶活性通过
NO 3
-进行诱导 , 9月份植株生理代谢能力降低 ,引
起单位时间进入叶片的 NO3 -量减小 ,从而使硝酸
还原酶活力减弱 。 (3)硝酸还原酶活性通过 NO 3 -
诱导而提高 ,而因 NH 4 +和各种氨基酸而降低 [ 14] 。
9月份植株枝条输导能力较弱 ,其叶中合成的各种
氨基酸输入其它器官的速率较小 ,引起其叶中氨基
图 3　不同生长时期蒙古栎种源间硝酸还原酶活性比较
F ig. 3　Com parison in n itrate reductase ac tiv ity am ong the
provenance ofQuercus mongolica a t different g row th stages
酸的过量积累 ,抑制了对 NH 4 +的进一步同化 ,进
而降低了硝酸还原酶活性 。
2. 3　蒙古栎种源间可溶性蛋白含量的变化
蛋白质是决定生物属性的基本物质 ,它在生命
活动中发挥巨大的作用 ,可溶性蛋白也不例外 。可
溶性蛋白质是植物所有蛋白质组分中最活跃的一
部分 ,包括各种酶原 、酶分子和代谢调节物 ,在生理
代谢中起着十分重要的作用 。就东北地区蒙古栎
的 6月份和 9月份可溶性蛋白质含量的变化进行
比较 。
不同种源间可溶性蛋白含量存在着明显的差
异(图 4)。不论是 6月份还是 9月份的结果 ,绥阳
种源 含 量 均 为 最 高 , 平 均 含 量 分 别 为
174. 22 μg g -1 FW和81. 75 μg g -1FW;带岭和东
方红种源最低 ,平均含量仅为133. 745 μg g -1 FW
和 37. 45μg g-1 FW。另外 ,由图 4可知 ,来自 6
月份的种源样品可溶性蛋白含量明显高于 9月份 ,
图 4　不同生长时期蒙古栎种源间可溶性蛋白含量比较
F ig. 4　Com pa rison in contents o f so lub le p ro te in among the
provenance grow th ofQuercusmongolica at different g row th stages
3193期 张杰等:硝酸还原酶和可溶性蛋白对蒙古栎种源生长的影响
表 2　不同种源间生长性状与硝酸还原酶活性 、可溶性蛋白含量间的相关分析
Table 2　C orre lation ana ly sis of nitra te reduc tase activ ity and the conten t o f so luble pro tein w ith the
grow th cha racte r among the provenance ofQuercus mongolica
性状
Character
地径
Basal diam eter
树高
Tree heigh t
NR(6月份)
NR( in June)
NR(9月份)
NR( in Sept)
蛋白(6月份)
C on ten t of solub le
p rotein( in June)
树高 Tree heigh t 0. 781**
NR(6月份)NR( in June) 0. 490** 0. 476**
NR(9月份)NR( in Sept) 0. 477** 0. 470** 0. 953**
蛋白(6月份)C onten t of So lub le pro tein( in June) 0. 417* 0. 509** 0. 807** 0. 833**
蛋白(9月份)C onten t of So lub le pro tein( in Sep t) 0. 351* 0. 341* 0. 538** 0. 529** 0. 836**
　　*α<0. 05, **α<0. 01　　　注:NR:硝酸还原酶活性;蛋白:可溶性蛋白含量
这与宋松泉 、苏卫珍等 [ 17]在水稻离体叶片试验结
果一致 。其原因可能在于:处于生长旺盛时期的植
株具有较高的光合速率 ,光合作用大于呼吸作用 ,
日均光合速率高 ,有机物积累多 ,因而可溶性蛋白
质含量较高;秋季气候干燥 ,水分缺乏 ,植物为防止
水分蒸腾过多而降低气孔导度 ,导致 CO2的供应
减少 ,从而影响了净光合速率 [ 15] ,导致可溶性蛋白
含量减少;同时 ,由于叶的生理年龄增大 ,叶片在衰
老过程中可溶性蛋白发生了转移或再分配;在落叶
前蛋白质和其他细胞组分的水溶性增强 ,易于从叶
片中移出 , 导致叶片内有机物质含量的大量降
低 [ 16] ,可溶性蛋白含量减少。
2. 4　蒙古栎种源的生长与硝酸还原酶活性 、可溶
性蛋白含量间的相关性
硝酸还原酶在氮素同化中起关键作用 ,是植物
生长发育和蛋白质合成的限制因子 ,体内蛋白质合
成旺盛 ,硝酸还原酶活性高[ 15] 。在硝酸还原酶等
酶的作用下 , NO3 -生成各种氨基酸 ,而氨基酸是蛋
白质合成的前身 [ 18] ,硝酸还原酶活性的提高使氮
同化过程和蛋白质合成加快 [ 13] 。因此 ,硝酸还原
酶活性的高低与蛋白质含量有着紧密的关系。在
蒙古栎生长旺盛季节 ,其硝酸还原酶活性和可溶性
蛋白含量高;生长快的种源其硝酸还原酶活性和可
溶性蛋白含量也高于生长慢的种源。经相关分析 ,
蒙古栎种源间生长性状 、硝酸还原酶活性和可溶性
蛋白含量指标间存在着显著或极显著的正相关
(见表 2)。即高 、径生长好的种源 ,硝酸还原酶活
性和可溶性蛋白含量高;硝酸还原酶活性大的种
源 ,可溶性蛋白含量也高。
3　结论与建议
3. 1　不同蒙古栎种源的硝酸还原酶活性存在着显
著差异。其中 ,绥阳种源最高;其次是沾河 、绥棱种
源;最低的是穆棱种源。并且来自 6月份的种源样
品硝酸还原酶含量明显高于 9月份 。
3. 2　蒙古栎不同种源间可溶性蛋白含量存在着明
显的差异。绥阳种源含量均为最高 ,而带岭和东方
红种源最低 。来自 6月份的种源样品可溶性蛋白
含量明显高于 9月份 ,这与宋松泉 、苏卫珍等[ 17]在
水稻离体叶片试验结果一致。
3. 3　经相关分析 ,蒙古栎种源间生长性状 、硝酸还
原酶活性和可溶性蛋白含量指标间存在着显著或
极显著的正相关 。即高 、径生长好的种源 ,硝酸还
原酶活性和可溶性蛋白含量高;硝酸还原酶活性大
的种源 ,可溶性蛋白含量也高 。
3. 4　本试验中 ,绥阳种源高 、径生长最快 ,在两项
理化指标中含量均最高 ,根据王秋玉等结论早期生
长快的种源大多数晚期生长也快 ,可初步视绥阳种
源为优质种源;而其与植物产量及品质的应用研究
等方面 ,有待于进一步研究。
3. 5　蒙古栎具有较高的育种价值 ,但其在林木中
属于育种周期更为缓慢的品种 ,如何在早期选择出
生长快 、品质优的种源 ,使其更快发挥出经济效益 ,
这无疑是一个急需解决又十分有意义的课题 ,利用
硝酸还原酶 ,可溶性蛋白含量的测定结果为林木的
早期选择提供了一定的理论依据。
参　考　文　献
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3213期 张杰等:硝酸还原酶和可溶性蛋白对蒙古栎种源生长的影响