蒙古栎生长性状与硝酸还原酶和可溶性蛋白的关系

蒙古栎生长性状与硝酸还原酶和可溶性蛋白的关系

蒙古橡树，又称蒙古橡树和蒙古橡树，是地壳斗科的一种落叶树种。主要分布在东北三省和内蒙古。它是中国东北次叶落林的主要树种和主要材料。蒙古橡树木材坚硬、耐腐、质地优美，是优质经济材料。树枝发热量高，是良好的芯收材料。种子含有富含淀粉的粘液，树皮和外壳桶含有水分，可以提取各种工业材料。叶子可以饲养蚕和动物。锯末的屑状物和锯末可以喂养秦耳。它的根发达，适应性强，抗风。在抗侵蚀、保护倾斜、蓄水和土壤侵蚀方面发挥了良好的作用。蒙古橡树已被用作二级保护树种。蒙古橡树具有较高的繁殖价值，但属于繁殖周期相对缓慢的品种。早期选择生长快、品质好的种子，以便早期选择经济效益。这无疑是一个必须尽快解决的问题。利用亚硝酸盐还原酶和可溶性固形物含量的测定结果可以为早期选择树木提供一定的理论依据。硝酸还原酶(NitrateReductase,简称NR)是植物氮素代谢生理的关键酶.它对植物生长发育、产量形成和蛋白质含量都有重要影响.国外在60年代就开始了NR的研究,我国从70年代末80年代初也开展了这方面的工作,近些年来,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.本文研究了东北三省25个不同的蒙古栎种源在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其与生长性状之间的关系.这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材料和方法1.1穗条的诱导诱导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25个蒙古栎种群,试验于2004年6月和9月份两次采样.25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500个样品,测硝酸还原酶活性的材料需诱导.将穗条插入50mmol/L的KNO3溶液中,先暗诱导12h,再光诱导12h.测可溶性蛋白的材料迅速放入冰箱中-70℃保存待测.1.2牛血清蛋白标准曲线的绘制硝酸还原酶的测定以活体法测定硝酸还原酶活性,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),参考汪家政编著《蛋白质技术手册》中的方法,并作如下修改.称取牛血清蛋白用上样缓冲液配成2mg/mL标准溶液,取8个4mL塑料离心管,分别加入0μL、1.5μL、2.5μL、4μL、6μL、8μL、10μL.加3mLBrandford工作液,反应5min后,在595nm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蒙古栎生长的地理特征通过对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=2.150**,F地径=2.988**(**α<0.01).图1图2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,其中苇河、东方红、集安种源长势最好,敦化、抚顺、穆棱、汪清种源生长较差,其余种源居中.2.2不同种源蒙古栎羧酸还原酶活性硝酸还原酶(NR,nitratereductase)活性被认为是判断植物生长速度的生化指标;是硝酸盐同化过程中的起始酶,也是限速酶,在氮素代谢作用中处于关键地位.它作用于NO-3使之还原为NO-2:NO-3+NADH+H+→NO-2+NAD+H2O.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.从图3中可以看出(方差分析表略),25个种源的蒙古栎硝酸还原酶活性在6月和9月的变化趋势基本一致,大致为:随着植株的生长,叶片的生理功能增加,硝酸还原酶活性也逐渐增大;以后随着叶龄的增大,叶片的生理功能减弱,硝酸还原酶活性也逐渐下降.同时,不同植物硝酸还原酶活性差异较大,6月和9月平均硝酸还原酶活性均较大的是集安种源,每克鲜叶硝酸还原酶平均含量分别为2.480μg·g-1·h-1和1.525μg·g-1·h-1,其次是汪清、苇河种源,最低的是长白市种源,平均含量只有0.890μg·g-1·h-1和0.395μg·g-1·h-1.表明不同种源硝酸还原酶活性的高低与生理周期及自身代谢活性有关.6月,叶逐渐发育成熟,叶绿素含量达到最大,此时光照充足,降水充沛,气温升高,在这样的条件下十分有利于光合作用,导致净光合速率较大,硝酸还原酶活性较高.而9月以后由于日照缩短、气温下降,叶绿素逐渐分解,光合能力逐渐降低.硝酸还原酶活性变化与净光合速率有着相似的变化趋势.这是因为,一方面光合作用提供氮代谢所需要的碳水化合物,通过光调节酶活性,并通过光呼吸提供还原剂NADH,因此,硝酸还原酶活性受光和光合作用促进;另一方面硝酸还原酶活力的提高使氮素同化过程加快,蛋白质合成加快,幼叶中叶绿体成长加快,就会促进光合能力的提高.2.3不同季节动态植株对叶绿素含量的影响由图4可见,蒙古栎不同种源间可溶性蛋白含量存在着明显的差异.不论是6月份还是9月份的结果,集安种源含量均为最高,平均含量分别为174.220μg·g-1FW和81.750μg·g-1FW;带岭种源最低,平均含量仅为133.750μg·g-1FW和37.230μg·g-1FW.种源间出现这种差异,除了与其它各种代谢水平变化的相互联系外,还由于自然环境对叶片中可溶性蛋白质的含量有很大影响,因为植株所处的自然环境的变化会影响叶片中可溶性蛋白质的合成和供应.而可溶性蛋白质多为未与膜系统特异结合的酶,其含量越高该部位的生理生化反应与代谢活动就越旺盛.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,这与宋松泉、苏卫珍等在水稻离体叶片试验结果一致.其原因可能在于:6月份的种源样品可溶性蛋白含量明显高于9月份,可溶性蛋白含量的降低,表明叶片在衰老过程中可溶性蛋白发生了转移或再分配;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,同时,由于叶的生理年龄增大,从而影响了净光合速率,导致可溶性蛋白含量减少;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,可溶性蛋白含量减少.2.4还原酶活性与蛋白质含量的关系硝酸还原酶活性的变化可能反映了植株吸收还原氮素量的变化,硝酸还原酶活性越强,越持久,还原转化成的NO-2越多,氮素代谢越旺盛,蛋白质含量可能越高,因此硝酸还原酶活性是衡量氮素代谢强弱的一个重要生理参数.蛋白质的含量也涉及到植物体内许多新陈代谢过程,在品质育种中也可把它作为选择的参考生理指标.在硝酸还原酶等酶的作用下,NO-3生成各种氨基酸,而氨基酸是蛋白质合成的前身,硝酸还原酶活性的提高使氮同化过程和蛋白质合成加快.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.在植物硝酸还原酶活性与蛋白质含量的关系方面,国内外学者进行过许多研究,结论很不一致.Hageman等以玉米为材料研究表明,叶片硝酸还原酶活力与蛋白质含量之间存在显著的正相关性,主张将硝酸还原酶活力作为蛋白质含量的生化指标.李豪哲等也提出把大豆叶片硝酸还原酶活性作为蛋白质育种的生化指标,他认为高蛋白品种苗期叶片硝酸还原酶活性高,低蛋白品种硝酸还原酶活性低.许多学者报道了燕麦、南瓜等植物的蛋白质含量和硝酸还原酶活性通常具有重要的相关性.但是,也有一些人研究认为硝酸还原酶活性与蛋白质含量相关不显著.王月福认为小麦旗叶中硝酸还原酶活性大小与品种籽粒蛋白质含量高低并不一致.朱长甫等研究认为大豆籽粒蛋白质与叶片硝酸还原酶活性呈显著负相关.本研究显示,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1).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.笔者支持Hageman等人的观点,可以把蒙古栎叶片的硝酸还原酶活性作为选择高蛋白、生长快的植株的参考指标之一.但是氮素代谢是一个很复杂的生理过程,在运用这个指标时应结合其他方面综合考虑.3蒙古栎不同种源间可溶性蛋白和可溶性糖含量的差异⑴6月份蒙古栎种源的硝酸还原酶活性高于9月份,并且不同种源间差异显著.其中,集安种源最高;其次是苇河和汪清种源;最低的是长白市种源.说明硝酸还原酶活性与生长势密切相关,生长快的植株对氮素的吸收同化与贮藏能力比生长慢的植株强.⑵蒙古栎不同种源间,可溶性蛋白含量存在着明显的差异.不论是6月份还是9月份的结果,集安种源含量均为最高,而带岭种源最低.6月份的种源样品