全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2009, 36 (3) : 415 - 420
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 11 - 17; 修回日期 : 2009 - 02 - 19
基金项目 : 河北省科学技术厅科技攻关计划项目 (06220110D2223)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: gaozhikui2005@1631com)
外源水杨酸对韭菜硝酸盐累积及还原同化的影响
曹岩坡 1, 3 , 高志奎 13 , 何俊萍 1 , 王　梅 1 , 高荣孚 2
(1 河北农业大学园艺学院 , 河北保定 071001; 2 北京林业大学生物科学与技术学院 , 北京 100083; 3 河北省农林科学
院经济作物研究所 , 石家庄 050051)
摘 　要 : 针对韭菜生产中硝酸盐累积问题 , 研究了叶面喷施水杨酸 ( SA) 对韭菜硝酸盐累积及还原同
化的影响。在不同氮素水平下 , 叶面喷施 310 mmol·L - 1 SA后 6～9 d可明显降低韭菜叶片硝酸盐含量
1519% ～2116% , 而当 SA水平达到 1010 mmol·L - 1时会加重硝酸盐的积累。叶面喷施 310 mmol·L - 1 SA
后 9 d, 韭菜叶片硝酸还原酶 (NR) 和谷胺酰氨合成酶 ( GS) 活性分别比对照增加了 4819%和 4013% ,
净光合速率和可溶性蛋白含量分别提高了 4314%和 2113% ; 同时 , 韭菜叶片谷氨酸草酰乙酸转氨酶
( GOT) 活性和谷氨酸丙酮酸转氨酶 ( GPT) 活性也均有增加。因此 , 叶面喷施外源水杨酸显著提高了氮还
原动力泵 NR活性以及氮同化动力泵 GS活性 , 同时调动光合作用和转氨作用的积极协同配合 , 促进了硝态
氮转化为游离氨基酸和可溶性蛋白 , 减少了硝酸盐进入液泡贮积。
关键词 : 韭菜 ; 水杨酸 ; 硝酸盐累积 ; 硝酸盐还原同化
中图分类号 : S 63313　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2009) 0320415206
Effects of Exogenous Sa licylic Ac id on N itra te Accum ula tion and Reduction
and A ssim ila tion in the L eaves of Ch inese Ch ive
CAO Yan2po1, 3 , GAO Zhi2kui13 , HE Jun2p ing1 , WANG Mei1 , and GAO Rong2fu2
(1 College of Horticulture, A gricu lture U niversity of Hebei, B aoding, Hebei 071001, Ch ina; 2 College of B iolog ica l Sciences and
B iotechnology, B eijing Forestry U niversity, B eijing 100083, Ch ina; 3 Institu te of Cash C rops, Hebei A cadem y of A griculture and
Forestry Sciences, Sh ijiazhuang 050051, Ch ina)
Abstract: In view of nitrate accumulation Chinese chive p roduction, effects of exogenous salicylic acid
on nitrate accumulation and reduction and assim ilation in the leaves of Chinese chive were studied. The results
indicated that the nitrate content of Chinese chives were significantly decreased from 1519% to 2116% with
various concentration SA treatment after 6 to 9 days under different levels of nitrogen. Op timal concentration of
SA was 310 mmol·L - 1 , and SA concentration reached 1010 mmol·L - 1 , nitrate accumulation could be
aggravated. After 9 days with sp raying 310 mmol·L - 1 SA on leaves, the activity of nitrate reductase (NR )
and glutam ine synthetase ( GS) were increased 4819% and 4013% ; Photosynthetic rate and dissolvable
p rotein were increased 4314% and 2113% ; However, the activity of GOT and GPT were slightly higher than
the control. Therefore, activity of NR (which was named as‘N2reducing2driving2pump’) and GS (which was
called‘first driving pump’) were significantly increased by sp raying on leaves with exogenous SA, while
photosynthesis and transam inations were p layed the positive role of coordination, and translation of nitrate into
free am ino acid and dissolvable p rotein were p romoted and nitrate accumulating into the vacuole of Chinese
chives were reduced.
Key words: Chinese chive; salicylic acid; nitrate accumulation; nitrate reduction and assim ilation
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园 　　艺 　　学 　　报 36卷
蔬菜硝酸盐的累积会严重威胁到人体的健康。蔬菜对硝态氮吸收量大于其体内还原同化量是造成
其硝酸盐累积的主要原因。目前一般采取控制氮肥施用量、氮磷钾平衡施肥以及施土壤硝化抑制剂等
减限硝态氮吸收的方法来降低蔬菜体内硝酸盐累积 (朱祝军和蒋有条 , 1994; 王德汉 等 , 2003; 董
燕 等 , 2004)。
为了减少硝酸盐进入液泡累积 , 植物需要在细胞质内高浓度硝酸盐下仍然保持高活性和足够数量
的硝酸还原酶 (NR) , 来加快硝酸盐的还原同化。现已发现 , 植物通过多种机制调节 NR的浓度和活
性来调控氮代谢进程 , NR的转录控制是对信号分子的长期应答 (数小时到数天 ) , 而翻译后的修饰
调控使植物可以快速调节 NR活性 (Bob et al. , 2000)。
水杨酸 ( Salicylic acid, SA ) 参与植物的多种抗性反应 , 被广泛应用于高温、干旱、盐胁迫、强
光抑制等逆境生理的研究 (原永兵和曹宗巽 , 1994; 李国婧和周燮 , 2001)。SA可以诱导提高水稻和
玉米幼苗硝酸还原酶活性 (Jain & Srivastava, 1981; 高夕全 等 , 2000) , 但 SA能否在高氮供应下降
低硝酸盐累积 , 有待于探索。
本研究中针对韭菜 (A llium tuberosum Rottl. ex Sp r. ) 生产中硝酸盐累积问题 , 为了挖掘现有基因
型的氮素利用效能 , 以调控硝酸盐还原同化的限速关键酶为切入点 , 在不同氮素水平下叶面喷洒 SA ,
通过对叶片硝酸盐含量及相关酶分析 , 探索外源 SA降低韭菜硝酸盐累积的化控效应及相关机理 , 以
促进无公害蔬菜生产。
1　材料与方法
试材为 3年生日光温室韭菜 ‘新世纪雪韭 ’, 按常规进行农艺管理。试验地土质为砂壤土 , 容重
1129 g·cm - 3 , 有机质 1174% , 全氮 01101% , 全磷 01096% , 缓效钾 446 mg·kg- 1 , 水解氮 7411
mg·kg- 1 , 速效磷 917 mg·kg- 1 , 速效钾 8012 mg·kg- 1 , pH 719。
2006年 4月 , 对供试韭菜进行 360 kg·hm - 2尿素处理 , 分 3次随水施入。2006年 5月 16日 , 设
5个 SA水平 (015、110、310、510、1010 mmol·L - 1 ) 对韭菜 (曾在 16 d前收割过 ) 进行叶面喷雾
处理 , 以喷施等量清水的处理为对照。每处理重复 3次 , 小区面积 7 m2。分别于处理后 1、3、6、9 d
选取小区内生长一致的韭菜叶片 (顶数第 3叶 ) 采样 , 测定硝酸盐和全氮含量、氮代谢关键酶活性
和叶片净光合速率 ; 于处理后 9 d采收 , 进行维生素 C、可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量的
测定。
设低、中、高 (120、240、360 kg·hm - 2 ) 3个氮素水平 (各处理小区四周深挖 015 m, 用厚塑
料薄膜进行隔离 ) , 所用氮肥为尿素 , 于 2006年 6月 10—20日分 3次随水施入 , 每处理 3次重复 ,
小区面积 7 m2。2006年 6月 20日在各氮素水平下 , 均采用 310 mmol·L - 1 SA对韭菜 (曾在 16 d前收
割 ) 进行叶面喷雾处理。处理后 9 d采收 , 进行硝酸盐含量、硝酸还原酶活性和净光合速率的测定。
硝酸盐含量采用改进的紫外差减法 , 硝酸还原酶活性采用分光光度法 , 维生素 C含量采用
2, 6 -二氯酚靛酚比色法 , 可溶性糖含量采用蒽酮比色法 , 游离氨基酸含量采用水合茚三酮法 , 可溶
性蛋白含量采用考马斯亮蓝 G2250法 , 谷氨酰胺合成酶 ( GS) 活性参照王月福等 ( 2002) 的方法 ,
谷氨酸草酰乙酸转氨酶 ( GOT) 和谷氨酸丙酮酸转氨酶 ( GPT) 活性采用活度比色法测定。
采用英国 PP System s公司生产的 C IRAS22便携式光合测定系统测定净光合速率 , 设定光强 1 500
μmol·m - 2 ·s- 1 , 叶室温度 25 ℃, 叶室 CO2浓度 370μL·L - 1。8: 30—10: 30选取顶数第 3片叶进
行连体 3次重复测定。
试验数据采用 EXCEL 2003进行整理、分析和作图 , 采用 DPS数据分析软件对数据进行统计分
析 , 并按照新复极差法进行多重比较。
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2　结果与分析
211　叶面喷施 SA对韭菜叶片硝酸盐和全氮含量的影响
在施氮 360 kg·hm - 2水平下 , 韭菜叶面喷施 015～1010 mmol·L - 1 SA后 , 短时间内 ( 1～3 d)
叶片硝酸盐含量变化不明显 , 至处理后 9 d, 较低浓度的 SA 可以显著降低其硝酸盐含量 , 以 310
mmol·L - 1处理效果最为明显 , 比对照降低了 1716% , 而 SA浓度达到 1010 mmol·L - 1时 , 硝酸盐含
量反而高于对照 (图 1)。韭菜叶片全氮含量与硝酸盐含量呈相反变化趋势 , 即 SA明显提高了叶片全
氮含量 , 处理后 9 d, 310 mmol·L - 1 SA处理比对照提高了 1713%。
图 1　外源水杨酸 ( SA) 处理对韭菜硝酸盐和全氮含量的影响
F ig. 1　Effects of exogenous sa licylic ac id ( SA) on n itra te and tota l2N con ten t of Ch inese ch ive
从图 2可见 , 韭菜叶片硝酸盐含量随氮素水
平的增加而增加 ( r = 0199333 3 ) , 处理后 9 d,
N 360 kg·hm - 2处理分别比 N 240和 N 120 kg·
hm - 2处理提高了 015倍和 1124倍。SA处理对硝
酸盐的降低效果与施氮水平有关 , 在 N 120、N
240和 N 360 kg·hm - 2水平下 , 310 mmol·L - 1处
理分别比对照降低了 1519%、1712%和 2116%。
212　叶面喷施 SA对韭菜叶片 NR和 GS活性的
影响
韭菜叶片喷施不同浓度 SA, 1 d和 3 d后 ,
015 mmol·L - 1处理 NR活性上升幅度最大 , 比对
照增加了 2517%和 2916% ; 处理后 6 d和 9 d,
310 mmol·L - 1处理 NR活性迅速增加 , 分别比对 图 2　不同氮素水平 ( kg·hm - 2 ) 下 310 mm ol·L - 1 SA处理对韭菜硝酸盐含量的影响F ig. 2　Effects of 310 mm ol·L - 1 SA on n itra te con ten t ofCh inese ch ive under d ifferen t n itrogen levels ( kg·hm - 2 )
照提高了 4917%和 4819% ; 而高浓度 SA (1010 mmol·L - 1 ) 处理使 NR活性显著降低。GS活性的变
化趋势与 NR活性相似 (图 3) , 处理后 9 d, 310 mmol·L - 1处理比对照提高了 4013%。
另外 , NR和 GS作为氮素同化的关键酶 , 其活性大小与氮素供应量密切相关 , 随氮素浓度增加
而增强 (图 4) , 但不论在何种氮素供应水平下 , 叶片喷施 310 mmol·L - 1 SA均可显著提高其活性。
213　叶面喷施 SA对韭菜叶片 GO T和 GPT的影响
谷氨酸草酰乙酸转氨酶 ( GOT) 和谷氨酸丙酮酸转氨酶 ( GPT) 为硝酸盐同化过程中两个重要的
转氨酶。本试验结果表明 , 叶面喷施 SA后 , 较低浓度的 SA (015～310 mmol·L - 1 ) 可使韭菜叶片
GOT和 GPT活性增加 , 而高浓度的 SA (1010 mmol·L - 1 ) 使 GOT和 GPT活性显著降低 (图 5)。
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214　叶面喷施 SA对韭菜光合能力的影响
韭菜叶面喷施不同浓度 SA后 , 短时间内 (处理后 1 d) 叶片净光合速率均明显下降 (图 6) , 这
可能与处理改变了叶片的光合环境有关。较低浓度 SA (015～310 mmol·L - 1 ) 处理的韭菜叶片光合
速率在处理后 3 d基本恢复 , 且随着时间延长逐渐升高 , 至处理后 9 d, 015、110和 310 mmol·L - 1
处理分别比清水对照提高了 3111%、33%和 4314%。另外 , 在不同氮素水平下 , 310 mmol·L - 1 SA
处理对高氮胁迫下韭菜叶片光合速率增幅最为明显 , 比对照提高了 40% ; 而不论 SA处理与否 , 韭菜
叶片光合速率均以中氮水平最高 , 低氮水平最低 (图 7)。
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215　叶面喷施 SA对韭菜营养品质的影响
表 1表明 , 处理后 9 d, 随 SA浓度的提高 , 韭菜叶片可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白含量
均为先上升后下降 , 015～110 mmol·L - 1 SA范围内可溶性糖、游离氨基酸含量上升较快 , 之后下降 ;
015～310 mmol·L - 1 SA 范围内可溶性蛋白含量呈上升趋势 , 310 mmol·L - 1处理比对照提高了
2113%。015～1010 mmol·L - 1 SA处理后 , 韭菜叶片维生素含量均显著高于对照 , 处理间差异不显
著。
表 1　外源 SA不同浓度处理 9 d对韭菜营养品质的影响
Table 1　Effects of exogenous SA on the nutr ition qua lity of Ch inese ch ive / (mg·g - 1 FW )
水杨酸水平 / (mmol·L - 1 )
SA concentration
维生素 C
V itam in C
可溶性糖
Soluble sugar
游离氨基酸
Am ino acid
可溶性蛋白
Soluble p rotein
0 01327b 17155d 012427c 7164c
015 01375a 19189c 012641b 8151b
110 01351a 24151a 013051a 9109a
310 01377a 22172b 012879a 9127a
510 01347a 21119b 012346c 7105c
1010 01354a 19159c 012141c 4172d
　　注 : 不同小写字母表示在 5%水平下的差异显著性。
Note: The small letters indicated the differences were significant at 5% level.
3　讨论
在氮代谢 NO3 - →NO2 - →NH4 + →谷氨酰胺 →谷氨酸 →氨基酸 →蛋白质的整个过程中 , 由于亚硝
酸还原酶 (N iR) 活性远大于 NR活性 , 从而避免了亚硝酸盐累积对组织的毒性。而 NR作为限速关
键酶 , 调控着整个氮素还原同化进程 (Mackown et al. , 1983; Compbell, 1988 )。NR 活性受底物
(细胞质内硝酸盐 ) 浓度诱导 (卢凤刚 等 , 2005) , 但过量的硝态氮会被运输到液泡而贮积备用。
在植物体内 SA不仅具有诱导开花与产热、参与植物抗性反应 ( SAR ) 的信号转导、抑制乙烯的
生物合成、调节根系离子的吸收和转运等许多重要的生理功能 , 还可提高植物 NR活性 ( Jain &
Srivastava, 1981; 高夕全 等 , 2000)。本研究也表明叶面喷施适宜浓度的外源 SA会显著提高氮还原
动力泵 NR活性 (图 3) , 这对推动氮素的还原 , 减少韭菜的硝酸盐累积发挥了重要作用。 Jain和
Srivastava (1981) 认为 , 外源 SA可以通过诱导 NR2mRNA的积累调节其活性 , 而是否对 NR2mRNA
转录水平存在影响还尚未确定。
尽管在整个氮代谢途径中 NR为限速酶 , 但是还需要氨同化、呼吸作用和光合作用、以及转氨作
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用的协同配合 (刘洪展 等 , 2006)。
本研究中叶面喷施 310 mmol·L - 1 SA也提高了韭菜叶片 GS活性 (图 3)。同时显著提高韭菜叶片
光合速率的现象 (图 6) , 这与刘成连等 (1999) 在苹果上的结果一致。重要的是 , 310 mmol·L - 1
SA使韭菜叶片 2个重要的转氨酶 ———GOT和 GPT活性较高 (图 5) , 使叶片的游离氨基酸含量和可
溶性蛋白含量显著增加 (表 1) , 显示出谷氨酸转氨作用在从拉动氮素还原方面发挥着积极的协同配
合效应 , 促进了硝态氮转化为氨基酸和蛋白质 , 减少了硝酸盐进入液泡贮积。但是 , 较高浓度的 SA
(1010 mmol·L - 1 ) 不仅抑制韭菜植株的生长 (数据未列出 ) , 还显著降低了氮还原动力泵 NR和 GS
活性 , 导致硝酸盐累积加重。另外 , SA处理后 , 韭菜叶片的可溶性蛋白和游离氨基酸含量上升 , 它
们进入液泡来维持渗透平衡 , 是否对减少液泡中硝酸盐的数量具有积极作用尚待研究。
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