谷氨酰胺合成酶抑制剂对衰老期烟叶氮代谢的影响

　　摘要：通过质外体提取和测定氮素代谢相关酶等方法，调查了不同浓度谷氨酰胺合成酶（GS）抑制剂（Glufosinate）对2个氮效率烤烟品种氮代谢相关生理指标的影响。结果表明，GS抑制剂可以有效抑制衰老期间烟叶GS活性，使氮素再同化能力下降，促进氮素营养物质的降解，并诱导谷氨酸脱氢酶（GDH）活性升高和硝酸还原酶（NR）活性下降，使叶片NH4+积累，增大了氨气挥发潜力，且随着GS抑制剂浓度的升高，抑制效果更加明显。氮低效品种与氮高效品种相比，衰老速度快，叶片NH4+的积累量小，氨气挥发潜力大，品种间差异显著。GS抑制剂可以加速叶片衰老，促进氮素降解和再转移。
　　关键词：烤烟；氮代谢；氮利用率；谷氨酰胺合成酶抑制剂
　　中图分类号：S572.01文章编号：1007-5119（2014）01-0037-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.007
　　The Influence of Glutamine Synthetase Inhibitors on Nitrogen Metabolism of Tobacco Leaves during Senescence Period
　　WU Yunjie, YANG Tiezhao*, ZHANG Xiaoquan
　　(Collage of Tobacco, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)
　　Abstract: By using the method of apoplast extraction and determination of enzymes related nitrogen metabolism, the influence of Glufosinate (GS) inhibitor concentrations on nitrogen metabolism physiological indices of flue-cured tobacco varieties with two nitrogen use efficiency were studied. The results show that GS inhibitors could inhibit GS activity of tobacco leaf during senescence, reduce the ability of nitrogen assimilation, promote the degradation of nitrogen nutrient, induct the increasing of glutamate dehydrogenase (GDH) activity and decreasing of nitrate reductase (NR) activity and promote accumulation of leaf NH4+, increase ammonia volatilization potential. These inhibition effects became more obvious with increasing GS inhibitor concentration. Compared with high nitrogen efficiency varieties, low nitrogen efficiency varieties aged more rapidly and had a lower NH4+ accumulation and ammonia volatilization potential. There was significant difference between varieties. This shows that GS inhibitors can accelerate leaf senescence and promote nitrogen degradation and transfer.
　　Keywords: flue-cured tobacco; nitrogen metabolism; physiological N utilization efficiency; glutamine synthesis inhibitors
　　
　　基金项目：中国烟草总公司重大专项（Ts-01-2011003）；中国烟草总公司项目（110201602008）
　　作者简介：武云杰，男，硕士研究生，研究方向为烟草遗传育种与品质改良。E-mail：wuyunjie6@163.com。*通信作者，E-mal1：yangtiezhao@126.com
　　收稿日期：2012-04-24
　　
　　氮是影响烟叶产量和品质的重要营养元素之一，不同品种烤烟具有不同的氮代谢特性[1-2]。烟叶衰老期是碳氮代谢转化的关键时期，叶片衰老的主要目的是进行营养的再分解和再转移，氮素再转移速率与叶片衰老程度有关[3]。谷氨酰胺合成酶（GS）是烟株氮代谢关键酶，植物体内95%的NH4+首先通过GS催化合成谷氨酰胺[4-5]，GS也是调控植物和大气氨气交流的关键酶，叶片GS活性对植物叶片NH4+浓度有显著影响[6]，是造成品种间氨气补偿点和氨气挥发量差异的决定因素[7-8]。GS抑制剂（Glufosinate，4-[羟基（甲基）膦酰基]-D/L一高丙氨酸）的靶标酶是GS[9]，其作用是通过降低GS活性，减少氮素化合物的合成，在植物体内传导能力强，半衰期短[10]，而且对哺乳动物安全[11]。相关研究表明，GS抑制剂处理小麦叶片后，叶片氮含量显著下降，并转移到其他器官[12]。由于烤烟生产是以叶片为收获目标的，衰老期氮素合成量过大，使烟株生长过旺，氮代谢延长，烟叶成熟期推迟，造成烟叶品质低劣[13]。生产上通过减少生育后期的土壤肥力和控制打顶时间等方法来控制烟叶衰老速度，但是通过GS抑制剂控制GS活性来调控烤烟叶片氮素代谢的研究未见报道。本试验选用氮高效品种K326和氮低效品种中烟100为试验材料[14-15]，在烟叶衰老期间通过喷施不同浓度的GS抑制剂，研究烤烟氮素代谢生理指标的变化及其品种间差异，为调控烟叶氮素代谢和指导优质烟叶生产提供参考。
　　1材料与方法
　　1.1试验材料与设计
　　试验于2011年在河南农业大学科教园区进行（郑州），采用盆栽培养方法。供试土壤为壤质潮土（取自河南农业大学科教园区），耕层土壤的基本理化性状为有机质9.58 g/kg、全氮0.87 g/kg、速效氮64.46 mg/kg、速效磷25.42 mg/kg、速效钾105.00 mg/kg，pH 7.88。参试烤烟品种为K326和中烟100。5月15日选取生长一致的壮苗，分别移栽于装有15 kg土壤的塑料盆中，每盆1株。分别施用分析纯NH4NO3、NaH2PO4和K2SO4，N、P、K的用量分别为0.13、0.13、0.39 g/kg，穴施，分移栽时、移栽后第1周、第2周3次施入，3次施肥量比例为2:1:1。每品种300株，常规水分管理。每个品种各选取整齐一致的单株100株，以第11片叶（自下向上数）为试验对象，在叶龄40 d用浓度0.005%和0.01%的GS抑制剂均匀喷施叶片（第11片叶），以清水处理为对照，第1次取样在喷施后6 h，之后在叶龄50 d（即喷施后10 d，以此类推）、60 d和70 d（以幼叶长1 cm，宽0.5 cm时作为叶龄第1天）取不同浓度GS抑制剂和清水处理的叶片为待测样品。各项指标测定重复3次。

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