不同生育期花生葉片蛋白質(zhì)含量及氮代謝相關(guān)酶活性分析

翁伯琦, 鄭向麗, 趙 婷, 徐國忠, 王俊宏, 葉花蘭

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 福建省山地草業(yè)工程技術(shù)研究中心福建省丘陵地區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心， 福建 福州 350013)

福建是個多山省份，山地面積達(dá)10×104km2，其中海拔80 m以上的丘陵山地占89%，全省人均耕地僅為0.037 hm2， 低于FAO規(guī)定的耕地安全警戒線(0.067 hm2)，土地資源緊張的現(xiàn)狀迫使人們將農(nóng)業(yè)開發(fā)目標(biāo)轉(zhuǎn)向占福建省總面積84.1%的丘陵山地?；ㄉ?ArachishypogaeaLinn.)是重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，也是發(fā)展中國家重要的食用植物油和蛋白質(zhì)來源[1]。目前福建省的花生種植面積約107 km2，總產(chǎn)量達(dá)到25×104t[2]，但只能滿足自身需求的50%。因此，篩選或選育出適宜紅壤丘陵山地種植的花生品種，且使花生莢果及花生稈的產(chǎn)量提高，是當(dāng)前花生育種的重要目標(biāo)之一。

大量的研究結(jié)果[3-11]表明：農(nóng)作物體內(nèi)的酶活性以及蛋白質(zhì)代謝水平受品種基因型、光照、溫度以及栽培管理措施等多種因素的影響。在花生植株中氮素營養(yǎng)代謝是一個重要的生理過程，直接影響花生的產(chǎn)量和品質(zhì)[12]；硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)和谷氨酸脫氫酶(GDH)等是植物氮代謝過程中的關(guān)鍵酶，它們的活性直接影響花生對無機氮的利用；而蛋白質(zhì)作為氮素代謝的終極產(chǎn)物，也與花生的品質(zhì)正相關(guān)。近年來，有關(guān)干旱脅迫、氮肥施用量及其種類、植物生長調(diào)節(jié)劑以及微量元素對花生葉片NR及根瘤固氮酶活性方面的研究報道較多[13-17]，且在不同粒型花生全生育期內(nèi)各器官氮代謝相關(guān)酶活性方面也取得了一些研究結(jié)果[12]，但有關(guān)紅壤條件下仁稈兩用型花生新品種(系)不同生育期內(nèi)葉片氮代謝相關(guān)酶活性的研究尚未見報道。

作者以福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所篩選的5個珍珠豆型花生品種(系)為研究對象，對影響花生產(chǎn)量及品質(zhì)的3個關(guān)鍵生育期(花針期、結(jié)莢期和飽果期)內(nèi)葉片氮代謝相關(guān)酶活性和蛋白質(zhì)含量的變化狀況進(jìn)行了分析，并比較了收獲期花生的莢果產(chǎn)量和稈產(chǎn)量，旨在為紅壤條件下花生的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培及品種選育提供實驗數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試5個花生品種(系)為福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所輻射選育的仁稈兩用型花生新品系‘汕G’(‘Shan G’)(經(jīng)250 KR劑量輻照后品種‘汕油71’的后代)和‘TJ’(經(jīng)250 KR劑量輻照后品種‘閩科TA’的后代)及篩選的仁稈兩用型花生新品種‘汕E’(‘Shan E’)(來源于‘汕油71’)、‘TH’(來源于‘閩科TA’)和‘泉花7號’(‘Quanhua No.7’)(福建省當(dāng)家品種)。原始育種材料均由泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 播種和栽培及采樣方法 實驗于2011年在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。采用盆栽方式，花盆直徑35 cm、高25 cm，每盆裝干土23 kg。所用土壤為紅壤，含有機質(zhì)11.65 g·kg-1、速效氮73.8 mg·kg-1、速效磷3.04 mg·kg-1和速效鉀60.75 mg·kg-1。按氮肥(尿素)300 kg·hm-2、磷肥(磷酸鈣，12% P2O5)150 kg·hm-2和鉀肥(硫酸鉀，45% K2O)300 kg·hm-2的施用量在播種前施肥。于3月31日播種，每盆3穴，每穴播2粒，于“三葉一心”期間苗，每穴留苗1株。每個品種(系)為1個處理，共5個處理，每處理各設(shè)6次重復(fù)，隨機排列。

觀察花生植株的生長發(fā)育情況，并分別于花針期、結(jié)莢期和飽果期采集供試樣品。葉片樣品于上午9:00至11:00采集；采集主莖上倒數(shù)第3及第4片復(fù)葉，每盆采集3株，每處理各采集3盆；混合后用濕紗布包好并保存于-4 ℃條件下，迅速帶回實驗室，用于可溶性蛋白質(zhì)及酶活性的測定。另外3盆則在收獲期分別收獲后考種計產(chǎn)。

1.2.2 可溶性蛋白質(zhì)含量及酶活性測定 參照文獻(xiàn)[18]中的Lorry法測定可溶性蛋白質(zhì)含量，以牛血清蛋白做標(biāo)準(zhǔn)曲線，用考馬斯亮藍(lán)G-250顯色，并于波長595 nm處測定OD值。參照文獻(xiàn)[19]的方法測定葉片中硝酸還原酶(NR)活性；參照文獻(xiàn)[20]的方法測定葉片中谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脫氫酶(GDH)活性。

1.2.3 產(chǎn)量測定 大田收獲時，各品種(系)取余下的3盆共9株，收獲莢果及稈，分別稱取單株莢果鮮質(zhì)量和單株稈鮮質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同生育期可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

不同生育期(花針期、結(jié)莢期和飽果期)供試的5個花生品種(系)葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化見表1。結(jié)果顯示：不同生育期供試的5個花生品種(系)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的變化趨勢基本一致，但含量高低有差異；總體上看，各品種(系)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在花針期較低，至結(jié)莢期達(dá)到最高，飽果期則略有下降，呈現(xiàn)“低—高—低”的變化趨勢。

花針期和結(jié)莢期‘泉花7號’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量均最高，‘汕E’ 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量均最低；飽果期‘汕G’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量最高，而‘TH’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量最低，其中，‘TJ’、‘汕E’、‘泉花7號’和‘TH’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量分別比‘汕G’低21.55%、22.62%、23.94%和33.14%。差異顯著性分析結(jié)果顯示：花針期‘汕E’ 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量顯著低于其他品種(系)(P<0.05)；結(jié)莢期‘汕E’和‘TH’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量顯著低于其他品種(系)(P<0.05)；飽果期‘汕G’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量極顯著高于其他品種(系)(P<0.01)。

總體上看，5個花生品種(系)中，‘汕G’和‘泉花7號’葉片可溶性蛋白質(zhì)含量較高，‘汕E’ 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量較低。

2.2 不同生育期氮代謝相關(guān)酶活性的變化

2.2.1 硝酸還原酶(NR)活性的變化 不同生育期(花針期、結(jié)莢期和飽果期)供試的5個花生品種(系)葉片中硝酸還原酶(NR)活性的變化見表2。結(jié)果顯示：在3個生育期內(nèi)，‘泉花7號’葉片NR活性呈“高—低—高”的變化趨勢，表現(xiàn)為花針期最高、結(jié)莢期降低、飽果期則略有上升；而其他4個品種(系)葉片NR活性均逐漸降低，變化趨勢基本一致。

在花針期、結(jié)莢期和飽果期，5個品種(系)中，‘泉花7號’葉片的NR活性均最高，花針期和飽果期‘TJ’葉片的NR活性均最低，結(jié)莢期‘汕G’ 葉片的NR活性最低。差異顯著性分析結(jié)果顯示：在花針期，‘泉花7號’、‘汕E’和‘汕G’葉片的NR活性差異不顯著(P>0.05)，但均顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于‘TH’或‘TJ’葉片的NR活性；在結(jié)莢期，‘泉花7號’、‘汕E’和‘TH’葉片的NR活性差異不顯著(P>0.05)，但均顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于‘TJ’或‘汕G’葉片的NR活性；在飽果期，‘汕E’、‘汕G’、‘TH’和‘TJ’葉片的NR活性差異不顯著，但均極顯著(P<0.01)低于‘泉花7號’葉片的NR活性。

表1 不同生育期5個花生品種(系)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的比較

表2 不同生育期5個花生品種(系)葉片硝酸還原酶(NR)活性的比較

總體上看，5個品種(系)中，‘泉花7號’、‘汕E’和‘汕G’葉片的NR活性較高，‘TJ’葉片的NR活性較低。

2.2.2 谷氨酰胺合成酶(GS)活性的變化 不同生育期(花針期、結(jié)莢期和飽果期)供試的5個花生品種(系)葉片中谷氨酰胺合成酶(GS)活性的變化見表3。結(jié)果顯示：在3個生育期內(nèi)，供試的5個花生品種(系)葉片GS活性的變化趨勢有一定差異。

在3個生育期內(nèi)，‘汕E’、‘TJ’和‘泉花7號’葉片的GS活性呈逐漸降低趨勢，即GS活性在花針期最高、飽果期降至最低；‘汕G’和‘TH’葉片GS活性呈“低—高—低”的變化趨勢，但花針期和結(jié)莢期GS活性差異較小，而飽果期GS活性明顯降低。差異顯著性分析結(jié)果顯示：在花針期，‘TJ’葉片GS活性最高，極顯著高于其他4個品種(系)；而‘汕G’和‘TH’葉片GS活性則極顯著低于其他品種(系)。在結(jié)莢期，‘汕E’葉片GS活性極顯著高于其他4個品種(系)，而‘TJ’葉片GS活性顯著或極顯著低于其他4個品種(系)。在飽果期，5個花生品種(系)葉片GS活性差異不大，僅‘汕G’葉片的GS活性顯著低于其他4個品種(系)。

總體上看，5個品種(系)中，‘汕E’葉片GS活性較高，而‘汕G’和‘TH’葉片GS活性較低。

表3 不同生育期5個花生品種(系)葉片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的比較

2.2.3 谷氨酸脫氫酶(GDH)活性的變化 不同生育期(花針期、結(jié)莢期和飽果期)供試的5個花生品種(系)葉片中谷氨酸脫氫酶(GDH)活性的變化見表4。結(jié)果顯示：在3個生育期內(nèi)，供試的5個花生品種(系)葉片GDH活性的變化趨勢基本一致，均呈逐漸升高的趨勢，在飽果期達(dá)最高，但不同品種(系)葉片GDH活性水平及變化幅度有一定差異。

在3個生育期內(nèi)，‘泉花7號’葉片的GDH活性均最高，而‘汕E’葉片的GDH活性均最低。差異顯著性分析結(jié)果顯示：在花針期，僅‘泉花7號’葉片GDH活性分別與‘汕E’和‘TJ’有極顯著或顯著差異；在結(jié)莢期，‘泉花7號’、‘TH’ 和‘汕G’葉片GDH活性分別與‘汕E’和‘TJ’有極顯著或顯著差異，其中‘汕E’葉片GDH活性均極顯著低于其他4個品種(系)；而在飽果期，‘汕E’葉片GDH活性也均極顯著低于其他4個品種(系)。

總體上看，5個花生品種(系)中，‘泉花7號’、‘汕G’和‘TH’葉片GDH活性較高，而‘汕E’葉片GDH活性最低。

表4 不同生育期5個花生品種(系)葉片谷氨酸脫氫酶(GDH)活性的比較

2.3 不同品種(系)單株莢果和單株稈產(chǎn)量的比較

以單株莢果鮮質(zhì)量和單株稈鮮質(zhì)量作為供試5個花生品種(系)的產(chǎn)量指標(biāo)，收獲期2個產(chǎn)量指標(biāo)的測定結(jié)果見表5。在供試的5個花生品種(系)中，‘汕G’的單株莢果鮮質(zhì)量最高，分別較‘泉花7號’、‘TH’、‘汕E’和‘TJ’高1.76%、6.18%、17.65%和22.65%；按照單株莢果鮮質(zhì)量從高至低排序，5個品種(系)依次為‘汕G’、‘泉花7號’、‘TH’、‘汕E’、‘TJ’，其中，‘汕G’和‘泉花7號’的單株莢果鮮質(zhì)量無顯著差異，但與‘汕E’和‘TJ’有極顯著差異。5個品種(系)中，‘TH’的單株稈鮮質(zhì)量最高，分別較‘泉花7號’、 ‘汕G’、 ‘TJ’和‘汕E’高19.30%、 19.80%、22.67%和32.63%；按照單株稈鮮質(zhì)量從高至低排序，5個品種(系)依次為‘TH’、‘泉花7號’、‘汕G’、‘TJ’、‘汕E’，其中，‘TH’和‘汕E’的單株稈鮮質(zhì)量分別極顯著高于或低于其他品種(系)。

表5 不同花生品種(系)單株莢果鮮質(zhì)量和單株稈鮮質(zhì)量的比較

總體上看，‘汕G’的莢果和稈產(chǎn)量均較高，其次為‘泉花7號’，而‘汕E’的莢果和稈產(chǎn)量均較低。

3 討論和結(jié)論

植物葉片可溶性蛋白質(zhì)是多種酶系構(gòu)成的非膜結(jié)合蛋白體系，反映了葉片酶蛋白功能的變化，其含量代表葉片氮代謝水平和葉片生活力的高低，也是反映葉片衰老的指標(biāo)之一。上述實驗結(jié)果表明：供試的5個花生品種(系)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在結(jié)莢期均最高、飽果期降低，表明在結(jié)莢期花生葉片蛋白質(zhì)合成能力較高，可以為花生結(jié)實提供氮儲備;飽果期葉片可溶性蛋白質(zhì)含量較低則表明植株進(jìn)入衰老進(jìn)程。這一現(xiàn)象與張智猛等[12]、李向東等[13]和王才斌等[14]獲得的研究結(jié)果基本一致。

硝酸還原酶(NR)是NO3--N同化的限速酶，是植物氮代謝的關(guān)鍵酶；葉片中NR活性的高低控制著整個同化過程，其強弱在一定程度上反映了光合作用、呼吸作用及蛋白質(zhì)合成的強度和氮代謝活性[1]；此外，NR活性與土壤含氮量和施肥量也有密切關(guān)系，土壤含氮量和施肥量越高、植株體內(nèi)的NR活性也越強，其氮素代謝也越旺盛[21]。在花針期、結(jié)莢期和飽果期，雖然供試的5個花生品種(系)的NR活性有一定差異，但均以花針期最高、并在結(jié)莢期有所下降，表明花針期植株體內(nèi)的氮代謝均較為旺盛；但在飽果期，‘泉花7號’的NR活性卻明顯高于結(jié)莢期，說明在生育后期‘泉花7號’葉片的氮代謝還維持在比較高的水平。

谷氨酰胺合成酶(GS)參與多種氮代謝的調(diào)節(jié)，是氮代謝中心的多功能酶[17]。在不同生育期，供試的5個花生品種(系)葉片的GS活性有不同的變化趨勢，其中，‘汕G’和‘TH’葉片GS活性在結(jié)莢期高于花針期及飽果期，表明結(jié)莢期這2個品種(系)的氨同化能力較高，而這2個品種(系)的單株莢果鮮質(zhì)量也均較高，與此現(xiàn)象可能有一定的關(guān)系；‘汕E’、‘TJ’和‘泉花7號’葉片GS活性均表現(xiàn)為花針期高于結(jié)莢期和飽果期，可能與土壤基礎(chǔ)肥力過低導(dǎo)致的花生葉片提早衰老有關(guān)。在花針期、結(jié)莢期和飽果期，供試的5個花生品種(系)葉片的GDH活性均逐漸升高，其中飽果期與結(jié)莢期葉片的GDH活性差異較小，表明花生葉片GDH活性的變化趨勢與GS活性的變化趨勢不完全一致。

在紅壤條件下，不同生育期供試的5個花生品種(系)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量以及NR和GDH活性的變化趨勢基本一致，但其水平有一定差異。而花生莢果產(chǎn)量與葉片氮代謝相關(guān)酶活性有一定的相關(guān)性，莢果產(chǎn)量較高的‘汕G’和‘泉花7號’，其葉片NR和GDH活性均相對較高；而莢果產(chǎn)量最低的‘TJ’，其葉片的NR和GDH活性也均較低。但花生莢果的產(chǎn)量和質(zhì)量并不取決于單一或某一生理因子，而是外部環(huán)境與內(nèi)在遺傳及生理代謝因子共同作用的結(jié)果。因此，在花生的生長發(fā)育過程中應(yīng)采取不同的管理栽培措施，提高各器官氮代謝的生理機能，延緩衰老，增強光合效率，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

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