全 文 ：中国生态农业学报 2011年 7月 第 19卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2011, 19(4): 783−787


* 天津市科技攻关项目(06YFGZNC02300)资助
黄俊(1975~), 男, 讲师, 博士, 主要从事植物生理生态研究。E-mail: huangjun@tju.edu.cn
收稿日期: 2010-07-14 接受日期: 2011-01-19
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00783
不同铵硝配比对弱光下白菜氮素吸收及相关酶的影响*
黄 俊 1 周旭燕 2 刘 莉 1
(1. 天津大学农业与生物工程学院 天津 300072; 2. 无锡市胡埭镇人民政府农业办公室 无锡 214161)
摘 要 以黑色遮阳网覆盖模仿弱光环境, 使光照强度为自然光的 20%左右, 以自然光照为对照, 采用精确
控制水培溶液氮素营养, 研究 NH4+-N/NO3−-N 比例分别为 0/100、25/75、50/50、75/25、100/0 对弱光下白菜氮
代谢及硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的影响。结果表明 , 弱光下 , 白菜的鲜重及叶片总氮量以
NH4+-N/NO3−-N比为 25/75时最大, NH4+-N/NO3−-N比为 100/0时最低。随弱光处理的进行, 白菜叶片中硝酸还原酶
活性及谷氨酰胺合成酶活性均呈下降趋势, 但 NH4+-N/NO3−-N 比为 25/75 时, 可维持叶片内较高的硝酸还原酶
活性及谷氨酰胺合成酶活性。试验表明, NH4+-N/NO3−-N比 25/75是白菜在弱光下生长的较适宜氮素形态配比。
关键词 白菜 弱光 铵硝配比 硝酸还原酶 谷氨酰胺合成酶
中图分类号: S634.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)04-0783-05
Effects of NH4＋-N/NO3−-N ratio on pak-choi nitrogen metabolism and
enzyme activity under weak-light
HUANG Jun1, ZHOU Xu-Yan2, LIU Li1
(1. College of Agriculture and Bioengineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China;
2. Agricultural Office of Hudai of Wuxi City, Wuxi 214161, China)
Abstract Pak-choi (Brassica campestris ssp. chinensis Makino) is a native vegetable of China, which is critical for vegetable
consumption. Pak-choi cultivation is often under weak-light environments. Studying the effects of different forms of nitrogen
fertilizer on the growth, nitrogen uptake and related enzymes under weak-light conditions benefits proper application of
ammonium nitrate for the optimum production of pak-choi. In this experiment, low-light environment was imitated using black
shade net covers with the light intensity at about 20% of natural light. Then the natural light condition was used as the control.
A controlled hydroponics experiment was conducted to determine the effects of five NH4+-N/NO3−-N ratios (0/100, 25/75,
50/50, 75/25 and 100/0) on nitrogen metabolism and key enzymes [glutamine synthetase (GS) and nitrate reductase (NR)]
activities of pak-choi under weak-light conditions. The indicators for nitrogen metabolism and key enzymes were determined
after 0 d, 5 d, 10 d and 15 d of treatments. The results showed that under weak-light, plant fresh weight, leaf nitrogen content,
and GS and NR activities were significantly lower than under the natural light. Appropriate NH4+-N/NO3−-N ratio promoted
pak-choi growth, maintained high nitrogen absorption, and higher enzyme activity. The total fresh weight, total nitrogen
content, and NR and GS activities were highest at NH4+-N/NO3−-N ratio of 25/75, and lowest at NH4+-N/NO3−-N ratio of 100/0.
Sustained high levels of NR enhanced the absorption of NO3−-N, which in turn improved the growth and quality of the plant.
High GS activity promoted the growth of pak-choi under weak-light conditions. The results suggested that increasing the
proportion of NH4+-N reduced energy consumption during nitrogen absorption, which enhanced the plant to adapt to
weak-light conditions. The best effect was achieved under NH4+-N/NO3−-N ratio of 25/75.
Key words Pak-choi, Weak-light condition, NH4+-N/NO3−-N ratio, Nitrate reductase (NR), Glutamine synthetase (GS)
(Received Jul. 14, 2010; accepted Jan. 19, 2011)
白菜(Brassica campestris ssp. chinensis Makino)
属十字花科芸薹属白菜亚种的一个变种, 又称小白
菜、青菜、油菜, 原产中国, 在居民蔬菜消费中占重
要地位[1]。由于夏季高温、多病虫, 常采用遮阳网、
784 中国生态农业学报 2011 第 19卷


防虫网覆盖栽培, 从而人为造成弱光环境。此外, 白
菜工厂化立体栽培中, 也存在下层植株光照较弱的
情况。
氮素是植物需求量最大的矿质营养元素, 是植
物体内蛋白质、核酸、酶、叶绿素等以及许多内源
激素的组成部分, 是植物体最重要的结构物质, 参
与调控植物体生化反应的关键物质—— 酶及其辅基
的合成[2]。
氮素既可以被作物以阴离子 NO3−-N 形式吸收,
也可以被作物以阳离子 NH4+-N形式吸收。对于大多
作物而言, 植株在 NO3−-N营养下生长良好。研究表
明, 不同 NH4+-N/NO3−-N 比例的氮素营养, 对许多
作物的光合作用和碳代谢产生一定的影响[3]。经弱
光处理的番茄植株叶片内氮含量升高 [4], 弱光下水
稻的干物质积累速率降低 , 但植株体内氮含量上
升[5]。硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)是植
物体氮素代谢中最重要的 2 个关键酶[6]。研究认为,
弱光会导致叶片内硝酸还原酶活性降低 , 影响
NO3−-N 的吸收利用, 为满足对氮素的需求, 弱光下
应适当施加铵态氮肥[7]。但目前弱光环境下, 适合植
物生长的 NH4+-N/NO3−-N 比例尚缺乏研究报道。因
此, 研究不同铵硝比例的营养供给对弱光下植物生
长的影响显得尤为重要。
本试验以水培白菜为材料, 研究不同氮素形态配
比对弱光下白菜氮素吸收及相关酶的影响, 从而进一
步了解弱光下白菜的氮素吸收机理, 找出合适的铵硝
比例, 以期为生产中改善白菜在弱光环境下的生长提
供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试验设计
试验于 2009 年 8~11 月在天津大学农业与生物
工程学院试验基地进行 , 供试白菜品种为“绿优 1
号”。种子经 1 g·kg−1KMnO4消毒后, 用蒸馏水浸种
1~2 h, 种子放在铺有滤纸的培养皿内, 25 ℃催芽,
将发芽的种子播种于装有石英砂的 30 cm×25 cm周
转箱中育苗, 昼温 25~26 ℃, 夜温 16~18 ℃, 自然光
照。当子叶展开后, 每隔 2 d浇 1次 1/2倍 Hoagland
营养液, pH 5.5±0.1, EC值 1.1~1.3[8]。待 2叶 1心时,
选整齐一致的植株定植于盛有 1/2 倍 Hoagland营养
液的栽培箱中进行预培养。用气泵通气(20 min·h−1),
维持营养液溶氧浓度(DO)值为 8.0~8.5 mg·L−1, 溶氧
调节监控仪为 Q25D型(美国 QUANTUM), 每 2 d换
1次营养液, 营养液 pH每天用 0.1 mmol·L−1KOH和
HCl调至 5.5左右。待生长至 3叶 1心时开始进行处
理, 将栽培箱内的营养液换为各处理营养液, 根据
不同 NH4+-N/NO3−-N比例设 5个处理: (1) 0/100; (2)
25/75; (3) 50/50; (4) 75/25; (5) 100/0。以自然光照下
生长作为对照, 对照营养液 NH4+-N/NO3−-N 比例为
50/50。微量元素配方与 Hongland营养液一致, 营养
液组成见表 1。

表 1 同一总氮浓度(5.0 mmol·L−1)下不同
NH4+-N/NO3−-N 比例的营养液组成
Table 1 Nutrition composition of hydroponics solutions with
different NH4+-N/NO3−-N ratios under the same nitrogen nutrition
level (5.0 mmol·L−1) mmol·L−1
NH4+-N/NO3−-N 盐类
Salt 0/100 25/75 50/50 75/25 100/0
Ca(NO3)2 1.5 1.0 0.5 0.5 0
KNO3 2.00 1.75 1.50 0.25 0
(NH4)2SO4 0 0.625 1.250 1.875 2.500
K2SO4 0 0.125 0.250 0.875 1.000
CaSO4 0 0.25 0.50 0.50 1.00
CaCl2 0 0.25 0.50 0.50 0.50
KH2PO4 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
MgSO4 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

对照在自然光照下生长, 同时将各处理以黑色
遮阳网覆盖进行弱光处理, 处理的光照强度为自然
光的 20%左右(睛天中午时, 处理光照约为 200~240
µmol·m−2·s−1)。分别于处理的第 0 d、5 d、10 d、15 d
测定各项指标, 每处理 20株, 3次重复。
1.2 测定项目与方法
白菜鲜重测定: 取样洗净后, 以电子天平按照
常规方法测定。
叶片中 NH4+-N/NO3−-N测定: 参照李合生[9]的
提取方法 , 上清液过滤后用流动分析仪测定(德国
BRAN LUEBBE公司, 型号为 AA3)。
总氮含量测定 : 将各待测材料烘干研成粉状 ,
置于 100 mL凯氏瓶中, 用H2SO4-H2O2消化, 采用凯
氏定氮法测定[10]。
可溶性蛋白、硝酸还原酶的测定: 参考李合生[9]
测定方法进行。
谷氨酰胺合成酶的测定: 用 γ-谷氨酰基异羟肟
酸(Sigma 公司产品)制作标准曲线。酶液提取: 取
4~5片白菜叶, 避开中脉部分, 剪碎后称取 0.5 g, 加
入 6 mL (pH 8.0)50 mmo1·L−1的咪唑-HCl缓冲提取
液(含 2 mmo1·L−1的 MgSO4, 0.5 mmo1·L−1 EDTA, 10
mmo1·L−1 β-巯基乙醇), 冰浴研磨, 4 ℃下 15 000×g
离心 20 min, 上清液即为酶的粗提液用于GS活性测
定[11]。
所有数据用Microsoft excel 2003文件进行处理,
采用 SPSS 13.0 数据处理软件进行方差分析 , 用
第 4期 黄 俊等: 不同铵硝配比对弱光下白菜氮素吸收及相关酶的影响 785


Duncan’s新复极差法进行平均数的显著检验。
2 结果与分析
2.1 不同氮素形态对弱光下白菜鲜重的影响
弱光处理对白菜生长有显著抑制作用, 弱光处
理 5 d 后, 所有弱光处理的白菜鲜重均显著低于对
照(P<0.05)。不同氮素形态对弱光下白菜鲜重有显著
影响(图 1), 当 NH4+-N/NO3−-N比例为 100/0、75/25
时 , 鲜 重 随 处 理 时 间 的 进 行 而 下 降 。 当
NH4+-N/NO3−-N比例分别为 50/50和 0/100时, 白菜
鲜重在前 5 d 有小幅上升, 但随后呈下降趋势。当
NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时, 白菜鲜重在前 10 d
内处于上升趋势, 在处理第 15 d 时有小幅下降, 仍
显著高于其他弱光处理(P<0.05)。单一 NH4+-N营养
下, 弱光处理后白菜生长速度均减缓, 鲜重在各处
理中最低。而单一 NO3−-N营养下, 在弱光处理前期
白菜还可以保持较高的鲜重增长, 但在较长时期的
弱光处理后, 鲜重开始下降。说明生长介质中配入
适当的 NH4+-N可以有效地维持弱光下白菜的生长。


图 1 不同 NH4+-N/NO3−-N 比例对弱光下白菜鲜重的影响
Fig. 1 Effect of different NH4+-N/NO3−-N ratios on fresh
weight of pak-chio under weak-light condition
CK: 自然光对照, NH4+-N/NO3−-N=50/50 Natural light intensity
with 50/50 of NH4+-N/NO3−-N ratio.下同 The same below.

2.2 不同氮素形态对弱光下白菜叶片总氮含量的
影响
不同氮素形态对弱光下白菜叶片总氮含量有显
著影响(图 2)。弱光处理后, 各处理白菜叶片内的总
氮含量均显著低于对照(P<0.05)。其中, 单一NH4+-N
营养处理下, 叶片总氮含量随处理时间的进行而下
降, 且在各处理间含量最低。而单一 NO3−-N营养处
理下, 弱光处理第 5 d叶片总氮含量有所上升, 但在
较长时期弱光处理后 , 其总氮含量开始下降。当
NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时, 白菜叶片总氮含量
随弱光处理的进行有增加趋势, 说明生长介质中配
入适当的 NH4+-N 可以有效提高弱光下白菜叶片的
总氮含量。


图 2 不同 NH4+-N/NO3−-N 比例对弱光下白菜叶片总
氮含量的影响
Fig. 2 Effect of different NH4+-N/NO3−-N ratios on nitrogen
content in leaves of pak-chio under weak-light condition

2.3 不同氮素形态对弱光下白菜叶片 NO3−-N 和
NH4+-N含量的影响
图 3表明, 弱光处理后, 单一 NO3−-N营养下白
菜叶片NO3−-N含量最高, 并随弱光处理有上升趋势,
处理 15 d后显著高于对照和其他处理。单一 NH4+-N
营养下, 叶片内的 NO3−-N含量最低, 处理 15 d后显
著低于对照和其他处理。当 NH4+-N/NO3−-N 比例为
25/75时叶片内的 NO3−-N含量在弱光处理后有小幅
上升, 随后呈下降趋势, 处理 15 d 后显著低于对照
和其他处理。
图 4 表明, 在单一 NO3−-N 营养下, 叶片内的
NH4+-N 含量最低 , 显著低于其他处理和对照
(P<0.05)。在加入 NH4+-N的处理中, 弱光处理第 5 d,
叶片中 NH4+-N含量均有显著提高(P<0.05)。处理第
10 d及 15 d, NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时 NH4+-N
保持较稳定水平, 其他加 NH4+-N 处理叶片 NH4+-N
含量均呈上升趋势。
2.4 不同氮素形态对弱光下白菜叶片硝酸还原酶
活性和谷氨酰胺合成酶活性的影响
图 4 表明, 弱光处理后, 白菜叶片中的硝酸还
原酶活性均呈下降趋势, 处理 15 d 后, 各处理中硝
酸还原酶活性均显著低于对照(P<0.05)。弱光处理中,
NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时, 叶片硝酸还原酶活
性最高, 仅次于对照, 其他各处理的叶片硝酸还原
酶活性呈降低趋势。单一 NH4+-N营养下, 叶片硝酸
还原酶活性最低, 随弱光处理进行逐步下降, 且显
著低于其他处理(P<0.05)。
弱光处理后, 白菜叶片中的谷氨酰胺合成酶活性
均呈下降趋势, 处理 15 d 后, 各处理中谷氨酰胺合成
酶活性均显著低于对照(P<0.05)。各弱光处理的谷氨酰
胺 合 成 酶 活 性 随 弱 光 处 理 进 行 逐 步 下 降 ,
NH4+-N/NO3−-N比例为25/75时下降最少, 能维持较高
的活性水平, 活性显著高于其他弱光处理(P<0.05),
786 中国生态农业学报 2011 第 19卷




图 3 不同 NH4+-N/NO3−-N 比例对弱光下白菜叶片 NO3−-N 和 NH4+-N 含量的影响
Fig. 3 Effect of different NH4+-N/NO3−-N ratios on NO3−-N and NH4+-N contents in leaves of pak-chio under weak-light condition



图 4 不同 NH4+-N/NO3−-N 比例对弱光下白菜叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的影响
Fig. 4 Effect of different NH4+-N/NO3−-N ratios on nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) activities
in leaves of pak-chio under weak-light condition

较对照仅下降 7.3%; 单一NO3−-N营养下, 谷氨酰胺
合成酶活性下降最多 ,显著低于其他处理 (P<0.05),
下降 49%。
3 讨论
碳氮代谢是作物最基本的代谢过程, 其变化动
态直接影响着光合产物的形成、转化以及矿质营养
的吸收和蛋白质的合成等[12]。弱光处理后, 各处理
的鲜重、叶片总氮均显著低于对照, 但不同铵硝比
例下, 各处理的差异显著。当 NH4+-N/NO3−-N 比例
为 25/75时, 白菜叶片的鲜重、氮含量最高, 仅次于
对照, 说明适宜的 NH4+-N/NO3−-N 配比有利于白菜
的耐弱光生长, 维持氮元素吸收水平, 对叶片内蛋
白质、酶、叶绿素等合成有促进作用。
试验表明, 生长光强对植物硝酸还原酶(NR)有
影响, 在光强较弱时, 硝酸还原酶含量与活性下降,
导致硝酸盐无法被植物吸收与利用, 因此适当配比
NH4+-N, 有利于植物吸收氮元素 , 增加叶绿素和
Rubisco 含量[13]。单一 NO3−-N 营养下, 白菜总氮含
量能维持在一定水平, 但其叶片中NO3−-N含量较高,
达 1 484 µg·g−1(FW)。NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75
时, 白菜叶片中 NO3−-N含量为 656 µg·g−1(FW)。从
无公害生产的角度分析 , NH4+-N/NO3−-N 比例为
25/75 时 , 白菜产品更加安全卫生 [14]。而在单一
NH4+-N 营养下, 白菜的鲜重与总氮含量最低, 呈现
出生长不良的趋势, 这与叶片内硝酸还原酶活性、
谷氨酰胺合成酶活性太低有关。
试验中, 弱光处理后, 白菜叶片内的硝酸还原
酶活性(NR)有下降趋势, 但当 NH4+-N/NO3−-N 比例
为 25/75 时,白菜叶片内的硝酸还原酶活性能维持较
高水平, 有利于 NO3−的吸收, 与 Magalhaes 等[15]和
戴廷波等[16]报道一致。
当植物受到胁迫时, 谷氨酰胺合成酶(GS)活性
会受到抑制[17], 弱光处理后白菜叶片内的 GS 活性
均有下降。但 NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时, 叶片
GS活性均显著高于其他弱光处理, 有利于植物吸收
较多的铵态氨 , 这与董园园、杨阳等的研究一
致[18−19]。谷氨酰胺合成酶不仅是高等植物铵同化途
径中一种重要的酶 , 也是光呼吸过程中的关键酶 ,
活性的高低直接影响到植物的光呼吸速率, 维持较
高的 GS活性对弱光下植物生长起着重要作用[20]。
弱光逆境下, 植株的羧化效率降低, 从而生长
第 4期 黄 俊等: 不同铵硝配比对弱光下白菜氮素吸收及相关酶的影响 787


受阻[21]。弱光下, 植株生长发育失调的一个主要原
因是氮素同化还原过程需要光合作用产生的碳作骨
架, 并与暗反应碳还原竞争同化力 ATP 和 NADH/
NADPH, 使植株体内碳水化合物合成和积累受阻[22]。
增加 NH4+-N可以减少氮素吸收过程中 NO3−-N还原
为NH4+-N时的消耗能量, 从而保证植物在弱光下的
生长。本试验结果表明, 在营养液中增加 NH4+-N,
当NH4+-N/NO3−-N比例为 25/75时, 可以提高白菜的
耐弱光生长能力 , 其产量与品质可以维持较高的
水平。
参考文献
[1] 黄俊, 吴震, 郭世荣, 等. 固体肥种类与施肥量对穴盘小白
菜生长及产量品质的影响 [J]. 中国生态农业学报 , 2009,
15(1): 45−48
[2] 潘炽瑞 . 植物生理学 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 2004:
30−31
[3] 肖凯, 张树华, 邹定辉, 等. 不同形态氮素营养对小麦光合
特性的影响[J]. 作物学报, 2000, 26(1): 53−58
[4] El-Gizawy A M, Gomaa H M, El-Habbasha K M, et al. Effect
of different shading levels on tomato plants1. growth,
flowering and chemical composition[J]. Acta Horticulturae,
1992, 323: 341−347
[5] 蔡昆争 , 骆世明 . 不同生育期遮光对水稻生长发育和产量
形成的影响[J]. 应用生态学报, 1999, 10(2): 193−196
[6] Claussen W, Lenz F. Effect of ammonium or nitrate nutrition
on net photosynthesis, growth, and activity of the enzymes
nitrate reductase and glutamine synthetase in blueberry,
raspberry and strawberry[J]. Plant and Soil, 1999, 208(1):
95−102
[7] Takahashi H, Shennan C. The effect of zinc concentration in
nutrient solution culture and the level of shade on growth,
nitrogen content and nitrateredutase activity in tomato
plants[J]. Jap J Tropic Agric, 1993, 6(37): 12−27
[8] 郭世荣 . 无土栽培学 [M]. 北京 : 中国农业出版社 , 2003:
114−115
[9] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教
育出版社, 2000: 123−128
[10] 赵世杰. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 中国农业科学技
术出版社, 2002: 43−46
[11] 吕伟仙, 葛滢, 吴建之, 等. 植物中硝态氮、氨态氮、总氮
测定方法的比较研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2004, 24(2):
204−206
[12] 王树起, 韩晓增, 乔云发, 等. 施氮对大豆根系形态和氮素
吸收积累的影响 [J]. 中国生态农业学报 , 2009, 17(6):
1069−1073
[13] Warren C R, Chen Z L, Adams M A. Effects of N source on
concentration of Rubisco in Eucalyptus diversicolor, as
measured by capillary electrophoresis[J]. Physiologia
Plantarum, 2002, 110(1): 52−58
[14] 周永祥, 袁玲. 小白菜(Brassica chinensis)叶片硝酸盐与矿
质元素含量的研究 [J]. 西南农业大学学报 , 2000, 22(3):
254−256
[15] Magalhaes J R, Huber D M. Response of ammonium
assimilation enzymes to nitrogen form treatments in different
plant species[J]. Journal of Plant Nutrition, 1991, 14(2):
175−185
[16] 戴廷波, 曹卫星, 孙传范, 等. 增铵营养对小麦光合作用及
硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的影响[J]. 应用生态学报 ,
2003, 14(9): 1529−1532
[17] 孙弘, 刘合刚, 崔谨谨, 等. 外源甘氨酸对镉胁迫下苜蓿幼
苗生长和氧化损伤的影响 [J]. 中国生态农业学报 , 2010,
18(5): 1022−1025
[18] 董园园, 董彩霞, 卢颖林, 等. NH4＋−N部分代替NO3−−N对
番茄生育中后期氮代谢相关酶活性的影响[J]. 土壤学报 ,
2006, 43(2): 261−266
[19] 杨阳, 郑秋玲, 裴成国, 等. 不同硝铵比对霞多丽葡萄幼苗
生长和氮素营养的影响 [J]. 植物营养与肥料学报 , 2010,
16(2): 370−375
[20] Kozaki A, Takeba G. Photorespiration protects C3 plants from
photooxidation[J]. Nature, 1996, 384(6609): 557−560
[21] 张志刚, 尚庆茂. 辣椒幼苗叶片光合特性对低温、弱光及盐
胁迫 3 重逆境的响应[J]. 中国生态农业学报, 2010, 18(1):
77−82
[22] Huppe H C, Turpin D H. Effects of drought and inorganic N
form on nitrogen fixation and carbon isotope discrimination
in Trifolium repens[J]. Plant Physiol Biochem, 1994, 35(1):
55−62