全 文 ：第 27 卷 第 4 期 作　物　学　报 V ol. 27, N o. 4
2001 年 7 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA July, 2001
施氮对花生叶片多胺代谢及衰老的调控作用Ξ
王晓云1　李向东2　邹　琦ΞΞ , 1
(1山东农业大学, 生命科学学院; 2山东农业大学 农学系, 山东泰安 271018)
提　要　以大田条件下两个花生品种为材料, 研究了施氮后对叶片多胺含量、乙烯释放速率及其它一
些生理生化指标的影响。结果表明: 叶片多胺含量与衰老状况有关, 随叶片衰老多胺含量下降; 施氮
提高了叶片内源多胺含量, 降低了乙烯释放速率, 延缓了叶绿素、蛋白质的降解, 提高了活性氧清除
酶类的活性, 降低了膜脂过氧化程度。施氮延缓衰老的机制可能与施氮后调节了生理活性物质多胺有
关。
关键词　花生; 氮肥; 多胺; 衰老
Regula tion Effects of N itrogen Appl ica tion on the Polyam ine
M etabol ism and Senescence of Peanut L eaves
WAN G X iao2Yun　L I X iang2Dong　ZOU Q i3 3
(College of L if e S ciences, S hand ong A g ricultural U niversity 271018, China)
Abstract　　N itrogen fertilizer w as app lied on two popular peanut varieties to study the regula2
tion effects of n itrogen on the po lyam ine m etabo lism , ethylene release rate and o ther physio logical
and biochem ical criteria changes in peanut leaves. T he results indicated that endogenous
po lyam ines w ere related to the senescence of the leaves. N itrogen app lication could raise the levels
of endogenous po lyam ines, decrease the ethylene release rate, delay decomposition of ch lo rophyll
and so luble p ro tein, and elevate the activities of enzym es that could clear active oxygen. It w as
suggested that the m echan ism of delayed senescence by n itrogen app lication m igh t be related to
po lyam ine m etabo lism.
Key words　　Po lyam ines; N itrogen fertilizer; Peanut leaves; Senescence
自 70 年代以来人们注意到多胺具有延缓叶片衰老的作用[ 1～ 3 ], 在多胺生物合成中, 腐胺
(Put)以精氨酸或鸟氨酸为底物脱羧形成, 亚精胺 (Spd) 和精胺 (Spm ) 的合成以蛋氨酸为底
物, 形成腺苷蛋氨酸 (SAM ) , SAM 的脱羧产物 dSAM 直接连续地向 Put 提供氨丙基形成
Spd 和 Spm。同时 SAM 也是乙烯合成的前体物质, SAM 在A CC 合酶催化下形成氨基环丙烷
羧酸 (A CC) , A CC 在A CC 氧化酶的催化下形成乙烯[ 4 ]。多胺和乙烯对衰老起相反作用, 施
氮对多胺、乙烯代谢以及衰老有何影响, 这方面的研究未见报道, 为此本文通过大田追施氮
肥试验, 研究氮素对多胺、乙烯代谢及一些衰老指标的影响, 探索多胺延缓衰老的机制。ΞΞΞ 通信联系人。Corresponding author
收稿日期: 2000203224, 接受日期: 2000209222
Received on: 2000203224, A ccep ted on: 2000209222国家重点基础研究发展规划项目 (G1998010100)资助

1　材料与方法
1. 1　供试材料与处理　　选用 2 个花生品种, 鲁花 11 和辐 8707。5 月初播种于山东农业大
学实习农场, 密度为 14 墩öm 2, 试验地土壤为壤土, 0～ 20 cm 土壤有机质 1. 2% , 全氮
0. 085% , 碱解氮 110 Λgög, 速效磷 30. 2 Λgög, 速效钾 80 Λgög。基肥施用量为 15000 kgöhm 2
有机肥, 750 kgöhm 2 过磷酸钙, 150 kgöhm 2 K2SO 4。处理于始花前 (6 月 25 日)进行追肥, 300
kgöhm 2 尿素, 以不追肥为对照, 小区面积 20 m 2, 随机区组排列, 3 次重复。
1. 2　取样方法　　于 7 月中旬 (花针期) 选择生长一致植株主茎, 选取 10d 叶龄的倒 3 叶进
行标记, 随着叶龄增加, 每 10d 左右, 采标记叶片一次, 每次采 30 株共 120 片叶。
1. 3　测试项目　　多胺参照H agege[ 5 ]薄层2分析法略做修改。取样品冰冻 1h, 研成粉末, 加
5% 高氯酸提取, 取 0. 4 mL 上清液加入 0. 4 mL 丹磺酰氯丙酮液和 0. 3 mL 饱和N a2CO 3, 置
于 60℃恒温水浴中 15 m in, 加苯抽提随后进行薄层层析, 展开剂为氯仿: 三乙胺 (100ö20, vö
v) , 展层后在紫外灯下画出荧光斑点, 用乙酸乙酯提取, 用荧光光度计测定, 激发波长 337
nm , 发射波长 495 nm。标准多胺及丹磺酰氯均为 F luka 产品。A rnon [ 6 ]法测定叶绿素含量,
L ow ry [ 7 ]法测定可溶性蛋白质含量, 丙二醛 (M DA ) 含量及超氧化物歧化酶 (SOD )、过氧化氢
酶 (CA T )、过氧化物酶 (POD ) 等的活性参照李柏林和梅慧生[ 7 ]方法测定, 蛋白酶活性按
Kar[ 8 ]法测定。A CC (12氨基环丙烷212羧酶) 含量和乙烯释放速率参照陈益民[ 9 ]方法用气相色
谱法测定。
2　结果与分析
2. 1　施氮对产量的影响　　施氮明显延缓了叶片衰老, 并提高了产量。鲁花 11 的对照产量
为 5370 kgöhm 2, 施氮处理为 6229 kgöhm 2, 增产 16%。辐 8707 的对照产量为 4920 kgöhm 2,
施氮处理产量为 5345 kgöhm 2, 增产 18. 8%。
2. 2　施氮对叶片多胺含量的影响　　从鲁花 11 和辐 8707 两个花生品种叶片中检测出 3 种
多胺 (表 1) : 精胺 (Spm )、亚精胺 (Spd)和腐胺 (Put)。Spm 和 Spd 含量, 总的来看, 幼嫩叶和
功能叶含量较高, 而衰老叶含量较低。施氮有提高 Spm 和 Spd 含量的趋势, 施氮后鲁花 11 的
Spm 含量在叶龄 30～ 70d 内显著高于对照, 辐 8707 在叶龄 30d、40d 和 50d 时显著高于对照。
施氮也提高了 Spd 含量, 叶龄 50d (辐 8707)、60d (鲁花 11)时的测试结果均显著高于对照。
　　3 种多胺中 Put 含量最高, 叶片 Put 含量的变化, 从叶片展开到叶龄 30d, Put 随叶龄增
加而增加, 30d 后随叶龄增加而减少, 即从幼嫩叶到成熟叶再到衰老叶, Put 含量先上升后下
降。施氮处理后除鲁花 11 在叶龄 10d 和辐 8707 在叶龄 70d 时无显著差异外, 施氮处理的 Put
含量显著高于对照, 叶龄 20～ 50d 内提高幅度为 13. 7%～ 74. 9%。由于 3 种多胺中 Put 含量
最高, 比 Spm 和 Spd 高出一个数量级, 所以多胺总量的变化趋势与 Put 的变化趋势相似。
2. 3　氮肥对叶片叶绿素、可溶性蛋白质含量的影响　　叶绿素及可溶性蛋白质含量是反映
叶片功能及衰老的可靠指标。通过检测同一叶位叶片叶绿素含量的动态变化发现, 叶绿素含
量的变化呈单峰曲线 (图 1, A )。从叶片展开到叶龄 30d 左右, 叶绿素含量为上升期, 达到峰
值后叶绿素含量下降。叶绿素分解是叶片衰老的特征之一, 施氮提高了两品种花生叶片整个
生育阶段特别是衰老阶段的叶绿素含量。可溶性蛋白质含量的变化与叶绿素含量的变化相似
(图 1, B) , 叶龄 30d 时可溶性蛋白质含量达峰值, 后随叶片衰老逐渐下降, 施氮也明显提高
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了叶片整个生长发育阶段的蛋白质含量。衰老阶段叶绿素、蛋白质含量的明显提高有利于维
持叶片的功能。辐 8707 叶绿素、蛋白质的变化情况与鲁花 11 相似。
表 1　　施氮对花生叶片 Spm、Spd、Put 含量及多胺总量的影响 (nmol·g- 1FW )
Table 1　　Effects of n itrogen appl ication on contents of polyam ines in peanut leaves
品种
V ariety
处理
T reatm ent
叶龄　leaf age (d)
10 20 30 40 50 60 70
Spm 鲁花 11 CK 45. 08 48. 92 68. 42 61. 42 52. 28 48. 39 45. 18
L uhua 11 N app l. 50. 76 50. 83 79. 343 103. 73 72. 063 65. 523 57. 083
辐 8707 CK 45. 91 46. 62 55. 99 50. 08 50. 66 45. 08 30. 74
Fu8707 N app l. 53. 03 49. 11 69. 813 65. 863 51. 61 49. 323 30. 98
Spd 鲁花 11 CK 66. 28 73. 07 57. 47 48. 36 42. 83 41. 32 39. 91
L uhua 11 N app l. 83. 733 90. 743 73. 163 74. 133 61. 453 47. 133 43. 33
辐 8707 CK 56. 23 59. 85 47. 28 40. 13 40. 86 39. 15 38. 60
Fu8707 N app l. 67. 513 71. 943 78. 263 67. 543 69. 173 40. 87 46. 67
Put 鲁花 11 CK 296. 1 655. 2 859. 6 654. 7 376. 5 326. 8 203. 7
L uhua 11 N app l. 300. 0 10163 968. 43 945. 43 619. 53 376. 13 320. 43
辐 8707 CK 246. 2 635. 7 668. 7 525. 0 407. 4 319. 7 181. 8
Fu8707 N app l. 612. 03 10943 987. 63 943. 03 508. 23 463. 03 202. 7
PA s 鲁花 11 CK 407. 5 777. 2 985. 5 764. 5 471. 6 416. 5 288. 8
L uhua 11 N app l. 430. 6 11583 11213 11233 753. 03 488. 83 420. 83
辐 8707 CK 348. 3 742. 2 772. 0 615. 2 498. 9 403. 9 251. 1
Fu8707 N app l. 732. 53 12153 11363 10763 629. 03 553. 23 280. 4
　　注: 3 为 5% 显著水平。下同。　　Note: 3 Significant at 5% level. The sam e as below.
图 1　　施氮对鲁花 11 叶片叶绿素含量 (A )、蛋白质含量 (B)的影响
F ig. 1　　Effect of nitrogen app lication on the content ch lorophyll(A ) and so luble
p ro tein (B) in peanut leaves of L uhua 11
2. 4　施氮对蛋白酶活性的影响　　蛋白酶为水解酶, 叶片衰老过程中催化蛋白质水解为氨
基酸, 它的活性强弱也是反映衰老的一个指标。叶片蛋白酶活性的变化显示 (表 2) , 叶片衰
老的阶段, 随叶龄增加蛋白酶活性上升, 施氮处理的叶片蛋白酶活性显著低于对照, 说明施
氮条件下, 蛋白质降解速度减慢。
2. 5　施氮对活性氧代谢状况的影响　　叶片衰老时, 由于清除活性氧毒害的内源保护酶
(SOD、POD、CA T ) 活力降低, 清除细胞内活性氧的能力下降, 从而使细胞内活性氧大量存
在, 加快了膜脂不饱和脂肪酸的过氧化, 形成大量过氧化产物丙二醛 (M DA )。因此, 叶片保
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护酶活性的下降及丙二醛含量的升高也可作为评价叶片衰老的指标。对叶龄 50 天和 60 天叶
片的测试结果显示 (表 3) , 施氮提高了保护酶活性, 减少了M DA 含量, 表明施氮延缓叶片衰
老与活性氧的清除有关。
表 2　　施氮对花生叶片蛋白酶活性的影响 (△O. D 580g- 1 FW h- 1)
Table 2　　Effect of n itrogen appl ication on the activ ity of protease in peanut leaves
品种
V ariety
处理
T reatm ent
叶龄　L eaf age (d)
30 40 50 60 70
鲁花 11 CK 1. 080 1. 404 1. 800 2. 891 3. 740
L uhua 11 N app l. 0. 8433 0. 5403 1. 4903 2. 3403 2. 6403
辐 8707 CK 0. 576 2. 340 3. 744 3. 474 5. 328
Fu8707 N app l. 0. 3633 1. 9083 2. 3003 2. 6803 2. 6633
表 3　施氮对花生叶片MDA 含量及 SOD、POD、CAT 活性的影响
Table 3　Effects of n itrogen appl ication on the content of MDA and activ ities of SOD , POD and CAT in peanut leaves
品种
V ariety
处理
T reatm ent
叶龄　L eaf age (d)
50
SOD POD CA T MDA
60
SOD POD CA T MDA
鲁花 11 CK 419. 2 20. 55 22. 23 20. 04 256. 0 14. 18 21. 67 21. 68
L uhua 11 N app l. 464. 03 27. 723 26. 723 16. 353 421. 13 18. 893 24. 23 16. 773
辐 8707 CK 422. 4 17. 10 30. 60 23. 09 262. 4 12. 81 11. 30 25. 32
FU 8707 N app l. 519. 73 25. 463 36. 473 18. 103 419. 23 16. 843 16. 503 20. 613
　　注: SOD unit·g- 1; POD　△O. D 470·g- 1·m in- 1; CA T H 2O 2m g·g- 1·m in- 1; MDA Λmol·g- 1
2. 6　施氮对乙烯产生及 ACC 含量的影响　　多胺和乙烯的合成有共同的前体物质 SAM ,
SAM 在脱羧酶的催化下形成脱羧腺苷蛋氨酸 (dSAM ) , 由 dSAM 向 Put 连续提供氨丙基形
成 Spd 和 Spm , 同时 SAM 也可形成A CC, 进而在A CC 氧化酶的催化下, 通过活性氧刺激转
化为乙烯。试验结果显示 (图 2)叶龄 50d 后, 随叶片衰老A CC 含量和乙烯释放速率有一明显
上升过程, 施氮处理抑制了A CC 的积累和乙烯的释放。
图 2　　施氮对鲁花 11 叶片ACC 含量 (A )和乙烯产生速率 (B)的影响
F ig. 2　　Effect of nitrogen app lication on the content of ACC (A ) and ethylene release
rate (B) in peanut leaves of L uhua11
5444 期　　　　　　　　　王晓云等: 施氮对花生叶片多胺代谢及衰老的调控作用　　　　　　　　　　　　

3　讨论
本试验以两个大田花生品种为材料研究表明: 叶片进入最大功能期后, 随叶片衰老多胺
含量逐渐下降, 叶片衰老程度越重, 多胺含量越低。施氮提高了叶绿素、蛋白质含量, 降低了
衰老后期蛋白酶活性及活性氧代谢, 也缓解了后期A CC 含量和乙烯释放速率的急剧增加。
多胺和乙烯生物合成有共同的前体物质 SAM , 促进多胺合成时, 便影响了A CC 合成,
减少了乙烯生成。不少试验用多胺合成抑制剂和乙烯合成抑制剂研究花和叶片的衰老, 证明
多胺和乙烯合成存在竞争关系[ 10～ 12 ]。根据本试验结果, 施氮后 Spd 和 Spm 含量增加, 而
A CC 含量降低, 这似乎显示多胺可通过竞争共同前体抑制乙烯合成。然而施氮后 Put 含量也
显著高于对照, 是否对乙烯合成也起作用? 已有试验发现, 多胺除通过竞争机制抑制乙烯合
成外, 对A CC 的形成和A CC 的转化都有调节作用。L i[ 14 ]发现多胺参与A CC 合酶转录水平
的调节, Spm 比其它多胺有更强的抑制作用[ 13 ]。多胺含量多少也影响膜系统的物理性质进而
影响A CC 氧化酶的性质, 多胺还可直接猝灭自由基或通过提高保护酶活性, 降低活性氧代
谢, 抑制依赖于活性氧刺激的A CC 转化成乙烯的过程[ 15 ]。从测定结果看, 施氮提高了保护酶
活性, 降低了活性氧代谢, 推断多胺抑制乙烯的合成可能是几种机制共同起作用。
试验结果也显示: 施氮后, A CC 含量和乙烯释放速率与对照的显著差异在 50d 后, 而从
叶绿素和蛋白质含量看, 30d 时即达最大值, 30d 后随叶片衰老, 施氮处理的多胺、叶绿素、
蛋白质含量均显著高于对照, 因而认为多胺延缓衰老的作用不仅仅是通过抑制乙烯合成, 多
胺还具有稳定叶绿体类囊体膜, 降低水解酶活性, 防止叶绿素、蛋白质降解, 清除活性氧等
作用。已观察到在光合组织中多胺使叶绿体发育良好, 组织排列紧密, 具有维持类囊体膜的
完整性和稳定膜上关键蛋白质D 1、D 2、Cytf 和R ubisco 的大亚基的功能[ 16 ]。施氮具有延缓叶
片衰老的作用, 是否是先调节诸如多胺这样的生理活性物质, 再对代谢进行调节, 这方面机
制的阐明具有重要意义, 因为不仅可以通过增施氮肥, 还可以通过其它措施来调节体内多胺
代谢, 从而对叶片功能进行调节。这方面还需更深入的探讨。
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