不同氮素水平對(duì)飼用苧麻氮代謝關(guān)鍵酶的影響

陳繼康,譚龍濤,喻春明,朱愛(ài)國(guó),陳平,王延周,朱濤濤,熊和平

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

不同氮素水平對(duì)飼用苧麻氮代謝關(guān)鍵酶的影響

陳繼康**,譚龍濤**,喻春明,朱愛(ài)國(guó),陳平,王延周,朱濤濤,熊和平*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

苧麻是適于中國(guó)南方種植的優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)飼料作物，但缺乏氮素利用的生理基礎(chǔ)研究。為了明確氮素水平對(duì)飼用苧麻氮代謝相關(guān)酶的影響，本研究以氮高效基因型苧麻H2000-03和氮低效基因型苧麻冊(cè)亨家麻為材料進(jìn)行了盆栽試驗(yàn)，設(shè)置0、6、9、12、15 mmol/L氮素處理水平，分析了苧麻幼苗期(15 d)、旺長(zhǎng)期(40 d)和成熟期(54 d)氮代謝及抗性關(guān)鍵酶活性的動(dòng)態(tài)變化特征及相關(guān)關(guān)系，并采用模糊隸屬函數(shù)法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：(1)隨著氮素處理濃度的增加，兩個(gè)苧麻品種的株高、鮮重及葉片蛋白質(zhì)含量呈先增加后下降或趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，表明苧麻對(duì)氮素需求存在最適量，低于或高于最適水平將導(dǎo)致顯著的產(chǎn)量降低或報(bào)酬遞減現(xiàn)象。H2000-03在不同氮素水平下的株高和鮮產(chǎn)均顯著高于冊(cè)亨家麻，在適宜氮素水平下(9～12 mmol/L)葉片蛋白質(zhì)含量也顯著較高，并在高氮脅迫下可維持鮮產(chǎn)，整體表現(xiàn)出較高的生產(chǎn)力和穩(wěn)產(chǎn)性。(2)在不同生長(zhǎng)時(shí)期，兩個(gè)苧麻品種NR活性隨氮素濃度的提高逐漸升高，而GS、GOGAT、GLDH、CAT、SOD和POD等酶活呈單峰變化趨勢(shì)。H2000-03的NR、GS、GOGAT、CAT活性及高氮水平下的SOD、POD活性均高于冊(cè)亨家麻，而GLDH和低氮水平下的SOD和POD活性較低，整體表現(xiàn)出較高的生理響應(yīng)和適應(yīng)能力。(3)苧麻氮代謝與抗性關(guān)鍵酶與其產(chǎn)量和品質(zhì)變化特征一致，可用于監(jiān)測(cè)、表征苧麻基因型間氮素利用的差異。本研究認(rèn)為：相對(duì)于持續(xù)提高氮素用量，苧麻可在適宜的氮素水平下達(dá)到生理特性與生產(chǎn)性能的契合，旺長(zhǎng)期氮代謝相關(guān)酶活性可作為飼用苧麻品種選育的指標(biāo)之一。

飼用苧麻；氮效率；氮代謝；抗性；酶活性

苧麻(Boehmerianivea)是適于我國(guó)南方種植的優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)飼料作物之一[1-2]。大量研究表明充分利用苧麻高蛋白的特性，是其產(chǎn)業(yè)高效、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3-6]。其合成蛋白質(zhì)主要依賴土壤氮素的吸收和利用，為獲得更高產(chǎn)量的粗蛋白，生產(chǎn)中普遍存在重施氮肥的現(xiàn)象，平均年施氮量達(dá)到300～552 kg/hm2[7]。氮肥施用量的持續(xù)增高，不僅對(duì)作物的貢獻(xiàn)越來(lái)越小，造成氮肥利用效率普遍偏低，而且可能導(dǎo)致飼料原料中硝態(tài)氮含量超標(biāo)[8]和面源污染問(wèn)題[9-10]。因此，實(shí)施苧麻種植氮肥減施和提高苧麻氮素利用效率具有重要意義。

氮效率的基因型差異在作物間、品種間普遍存在，明確氮高效基因型的生理機(jī)制、篩選氮高效基因型，進(jìn)行品種改良是提高氮素利用效率最有效的措施之一[11-12]。硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)是氮素同化過(guò)程中的關(guān)鍵酶[13]，GS/GOGAT偶聯(lián)形成的循環(huán)是高等植物氨同化的主要途徑，在無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮的過(guò)程中起關(guān)鍵作用[14]。作物氮代謝及抗性相關(guān)酶對(duì)氮素的響應(yīng)機(jī)制，決定其生產(chǎn)性能和氮素利用效率[15-16]。大量研究分析了施氮水平對(duì)苧麻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[17-19]，Deng等[20]進(jìn)行了氮素缺失下苧麻蛋白質(zhì)組的分析，Zheng等[16]克隆了GS相關(guān)基因BnGS1-2并在煙草(Nicotianatabacum)中進(jìn)行了超量表達(dá)，Liu等[15]研究了干旱脅迫及噴施GA3對(duì)苧麻POD等酶活性的影響。但目前尚未見(jiàn)不同氮素水平下苧麻相關(guān)關(guān)鍵酶的變化特征研究。本研究以氮高效和氮低效苧麻品種為材料設(shè)置不同氮素處理水平，對(duì)苧麻氮代謝及抗性相關(guān)酶進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比分析，明確飼用苧麻對(duì)不同氮素水平的生理響應(yīng)特征，為苧麻氮素利用提升和品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)域概況

采用盆栽試驗(yàn)，于2014年在位于湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所溫室進(jìn)行。供試的苧麻基因型為前期水培試驗(yàn)，從30個(gè)苧麻資源中篩選出氮低效基因型冊(cè)亨家麻和氮高效基因型H2000-03，其中冊(cè)亨家麻在9 mmol/L氮素營(yíng)養(yǎng)液中的氮素利用效率為15.81%，H2000-03為46.01%。

選取生長(zhǎng)狀況一致的、嫩梢扦插培育的種苗進(jìn)行試驗(yàn)。采用盆栽試驗(yàn)，每盆一株。試驗(yàn)塑料盆直徑60 cm，高55 cm，每盆裝干土30 kg。盆栽用土壤自然風(fēng)干、過(guò)篩去雜后裝盆，用水沉實(shí)，土壤最大持水量為63.8%，土壤養(yǎng)分含量為：全氮1.01 g/kg，速效氮75.1 mg/kg，速效磷16.25 mg/kg，速效鉀37.41 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量2.35 mg/kg。

1.2試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，用氮素水平分別為0、6、9、12、15 mmol/L的營(yíng)養(yǎng)液澆灌，代號(hào)分別為N0、N6、N9、N12和N15，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15株。為避免水分脅迫影響，每3 d澆300～500 mL營(yíng)養(yǎng)液，在第3天上午8:00-10:00一次性完成，各處理澆灌量一致。營(yíng)養(yǎng)液的全生育期60 d，共澆灌20次，總灌水量為8 L。大量元素營(yíng)養(yǎng)液配方參考Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配方，微量元素營(yíng)養(yǎng)液配方參考[21]，具體見(jiàn)表1。

表1 大量元素培養(yǎng)液配方Table 1 Components of mass elements in nutrient solution mg/L

2014年5月10日將苧麻扦插苗移栽至花盆中，用清水澆灌培養(yǎng)至7月14日，剪除地上部進(jìn)行破稈，正式開(kāi)始氮素處理試驗(yàn)。分別在幼苗期(第15天，7月29日)、旺長(zhǎng)期(第40天，8月23日)、成熟期(第54天，9月6日)取樣，取樣時(shí)間為上午10點(diǎn)，取樣部位為從頂部數(shù)第3～8片功能葉和植株中部韌皮組織，先用液氮固定30 s，然后放入-80 ℃冰箱中保存，用以測(cè)定樣品相關(guān)酶活性，每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)。每隔6 d測(cè)定一次苧麻株高，測(cè)定時(shí)間為上午9點(diǎn)，測(cè)定方法為地面至主莖葉尖的拉直長(zhǎng)度，測(cè)定全部植株后平均，觀察苧麻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。至60 d，收獲苧麻，并測(cè)定鮮重。目前飼用苧麻以利用鮮株為主，因此本研究選取鮮重為產(chǎn)量指標(biāo)。

收獲后對(duì)整個(gè)植株稱取鮮重。之后用自來(lái)水和蒸餾水沖洗干凈，將植株在105 ℃下殺青30 min，再將溫度調(diào)到75 ℃烘干24 h，最后用粉碎機(jī)粉碎。粉碎后的樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消化后[15]，對(duì)樣品中的蛋白質(zhì)含量按GB/T 6432-1994進(jìn)行測(cè)定。

酶活性的測(cè)定，谷氨酸合成酶(GOGAT)活性測(cè)定參照鄭朝峰等[22]的方法；硝酸還原酶(NR)，谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脫氫酶(GLDH)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》[23]；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性用H2O2紫外吸收法測(cè)定[24]。

1.3數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)法進(jìn)行排序，隸屬函數(shù)公式為：R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，其中Xi代表指標(biāo)測(cè)定值，Xmin和Xmax代表某一指標(biāo)的最小值和最大值。

采用Microsoft Excel 2016對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和圖表繪制，用IBM SPSS statistics 19.0軟件進(jìn)行方差分析和一般線性相關(guān)分析。采用Duncan法在0.05和0.01水平上進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1不同氮素水平對(duì)苧麻生長(zhǎng)的影響

從苧麻株高的動(dòng)態(tài)變化特征可以看出(圖1)，兩個(gè)不同氮效率的苧麻基因型在0～18 d生長(zhǎng)速率較為一致，不同氮素水平下沒(méi)有顯著差異。從6 d開(kāi)始，苧麻生長(zhǎng)速率迅速提升，H2000-03在不同氮素水平下的株高增長(zhǎng)速率較冊(cè)亨家麻平均高22.9%，最大達(dá)到33.3%。從18 d開(kāi)始，施氮與不施氮(N0)相比株高差異迅速加大，且氮高效基因型H2000-03株高增長(zhǎng)顯著高于氮低效基因型冊(cè)亨家麻。至60 d收獲時(shí)，H2000-03在N0、N6、N9、N12和N15處理下的株高分別較冊(cè)亨家麻高40.1%、71.4%、27.4%、97.6%和73.8%。

分析不同氮素水平下苧麻鮮重產(chǎn)量可知(圖2)，在0～9 mmol/L的范圍內(nèi)，隨著氮素水平的提高，苧麻鮮重顯著增加(P<0.01)。超過(guò)9 mmol/L后，H2000-03維持了較高的產(chǎn)量，而冊(cè)亨家麻則顯著下降(P<0.01)。5個(gè)氮素水平下H2000-03的鮮重均顯著高于冊(cè)亨家麻。可見(jiàn)，氮高效基因型一方面能夠適應(yīng)較高氮素水平，另一方面能夠通過(guò)獲得更高的產(chǎn)量而顯著提升氮素利用效率。

兩個(gè)基因型苧麻的葉片蛋白質(zhì)含量均隨氮素水平的提高而提高。H2000-03葉片蛋白質(zhì)含量在N9、N12和N15處理下沒(méi)有顯著差異，但均極顯著高于N6和N0處理，N6處理又極顯著高于N0處理。冊(cè)亨家麻葉片蛋白質(zhì)含量隨氮素水平提高的增長(zhǎng)趨勢(shì)與H2000-03相似，但在低氮素水平(N0～N9)的增長(zhǎng)率較低，而在高氮素水平(N9～N15)的增長(zhǎng)率較高，其中N9處理相對(duì)于N0處理冊(cè)亨家麻增長(zhǎng)29.0%，小于H2000-03的65.8%；N15處理相對(duì)于N9處理冊(cè)亨家麻增長(zhǎng)10.6%，大于H2000-03的6.2%。

圖1 不同氮素水平下苧麻株高動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic of plant height of ramie at different nitrogen levels

圖2 不同氮素水平對(duì)單株苧麻鮮重和葉片蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2 Effects of different nitrogen levels on fresh yield of single ramie plant and its leaf protein content 同一基因型不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異顯著性(t測(cè)驗(yàn)), * 表示兩個(gè)基因型在同一氮素水平下差異顯著(P<0.05)。下同。Small letters indicate significant difference among nitrogen levels (P<0.05), * indicate significant difference between genotypes at the same nitrogen level (P<0.05). The same below.

2.2不同氮素水平對(duì)苧麻氮代謝相關(guān)酶活性的影響

NR活性隨苧麻生長(zhǎng)時(shí)間表現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象，而各時(shí)期內(nèi)均表現(xiàn)為隨氮素水平的增加而逐漸升高的現(xiàn)象(圖3)。H2000-03的NR活性在幼苗期和旺長(zhǎng)期提高比率高于冊(cè)亨家麻，其中幼苗期兩個(gè)基因型NR活性N15較N0分別提高80.2%和76.2%，旺長(zhǎng)期則分別提高126.4%和74.7%。成熟期N0處理下冊(cè)亨家麻NR活性僅為29.36 μg/(g·h)，其隨氮素濃度提高的增長(zhǎng)比率較大。比較兩個(gè)基因型的差異發(fā)現(xiàn)，氮高效基因型H2000-03在所有處理和生育時(shí)期均高于氮低效基因型冊(cè)亨家麻，且在旺長(zhǎng)期和成熟期的N15處理下達(dá)到顯著差異(P<0.05)。

GS活性隨苧麻生長(zhǎng)時(shí)間也表現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象，而在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)則表現(xiàn)為隨氮素水平的提高呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢(shì)(圖4)。H2000-03各生長(zhǎng)階段苧麻GS活性均在N9處理下達(dá)到最大值，并在較高濃度氮素處理間保持了較高的水平和比冊(cè)亨家麻更緩和的變化幅度，尤以旺長(zhǎng)期明顯。冊(cè)亨家麻則表現(xiàn)為在N12處理下達(dá)到最大值，說(shuō)明氮低效基因型苧麻需要更高濃度的氮素來(lái)促進(jìn)GS活性的提高。至成熟期，H2000-03的GS活性在低濃度氮素條件下(N0、N6)顯著較高，而在高濃度氮素條件下(N9、N12、N15)顯著較低(P<0.05)。在同一氮素水平上，幼苗期和旺長(zhǎng)期表現(xiàn)為H2000-03顯著高于冊(cè)亨家麻。

GOGAT活性隨苧麻生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)與GS活性相似，表現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象，但各生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)僅H2000-03表現(xiàn)為隨氮素水平的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)(圖5)。冊(cè)亨家麻在各生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的變化規(guī)律不一致，其GOGAT活性變化幅度隨苧麻生長(zhǎng)推進(jìn)逐步變小，至成熟期，不同氮素水平間沒(méi)有顯著差異。兩個(gè)基因型在N9、N12處理下達(dá)到GOGAT活性的最大值。H2000-03較冊(cè)亨家麻不僅在生育期內(nèi)GOGAT活性較高，還表現(xiàn)出對(duì)氮素水平更敏感的特征。

圖3 不同氮素水平對(duì)各生長(zhǎng)時(shí)期苧麻硝酸還原酶(NR)活性的影響Fig.3 Effects of different nitrogen levels on nitrate reductase (NR) activity of ramie at different growth periods

圖4 不同氮素水平對(duì)各生長(zhǎng)時(shí)期苧麻谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影響Fig.4 Effects of different nitrogen levels on glutamine synthetase (GS) activity of ramie at different growth periods

圖5 不同氮素水平對(duì)各生長(zhǎng)時(shí)期苧麻谷氨酸合成酶(GOGAT)活性的影響Fig.5 Effects of different nitrogen levels on glutamate synthase (GOGAT) activity of ramie at different growth periods

各生長(zhǎng)時(shí)期冊(cè)亨家麻的GLDH活性往往顯著高于H2000-03(圖6)。各時(shí)期內(nèi)苧麻GLDH活性均表現(xiàn)為隨著氮素水平升高逐漸增大的趨勢(shì)，但當(dāng)?shù)貪舛?9 mmol/L時(shí)，變化趨于平緩，N9、N12和N15處理間均沒(méi)有顯著差異。GLDH活性隨苧麻生長(zhǎng)時(shí)間的推進(jìn)表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，其中H2000-03和冊(cè)亨家麻在N9處理下成熟期較幼苗期分別增加88.7%和85.8%，N15處理分別增加109.7%和112.8%。

由表2可以看出，在幼苗期和成熟期，苧麻葉片蛋白質(zhì)含量與GLDH、NR活性顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān)，而與GS、GOGAT活性相關(guān)不顯著。旺長(zhǎng)期苧麻葉片蛋白質(zhì)含量則與GS、GOGAT和NR活性顯著正相關(guān)，而且各個(gè)酶的活性均顯著或極顯著正相關(guān)。NR活性在各個(gè)時(shí)期均與葉片蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖6 不同氮素水平對(duì)各生長(zhǎng)時(shí)期苧麻谷氨酸脫氫酶(GLDH)活性的影響Fig.6 Effects of different nitrogen levels on glutamic dehydrogenase (GLDH) activity of ramie at different growth periods

表2 不同氮素水平葉片蛋白質(zhì)含量與氮代謝相關(guān)酶活性間的相關(guān)系數(shù)Table 2 The correlation coefficient of leaf protein content and enzyme activity related to nitrogen metabolism at different nitrogen levels

NR: 硝酸還原酶Nitrate reductase; GS: 谷氨酰胺合成酶Glutamine synthetase; GOGAT: 谷氨酸合成酶Glutamate synthase; GLDH：谷氨酸脫氫酶Glutamic dehydrogenase.*P<0.05. **P<0.01.

2.3不同氮素水平對(duì)苧麻抗性相關(guān)酶活性的影響

兩個(gè)基因型苧麻CAT活性隨氮素水平的提高均表現(xiàn)出明顯的先升高后下降的趨勢(shì)，并在N9處理下達(dá)到最大值(圖7)。H2000-03在各生長(zhǎng)時(shí)期均高于冊(cè)亨家麻。N6、N9、N12下兩者之間差異往往大于N0、N15，其中旺長(zhǎng)期N6處理下兩者存在顯著差異(P<0.05)，N9、N12處理下H2000-03分別為冊(cè)亨家麻的21.4%和23.2%，而N0、N15處理下差異均小于10%。

兩個(gè)基因型苧麻的SOD活性隨生長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)在低氮水平下整體表現(xiàn)增加，而在高氮水平下整體表現(xiàn)降低的趨勢(shì)(圖8)。在各生長(zhǎng)階段內(nèi)，隨著氮素水平的提高，H2000-03整體表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，而冊(cè)亨家麻表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。幼苗期和旺長(zhǎng)期，H2000-03的SOD活性在低氮水平低于冊(cè)亨家麻，而在高氮水平下相對(duì)較高；成熟期則均低于冊(cè)亨家麻。

兩個(gè)基因型苧麻POD活性在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期隨著氮素水平的提高均呈現(xiàn)先升高后下降的現(xiàn)象，同一氮素水平下POD活性具有相同的變化特征(圖9)。兩個(gè)基因型在3個(gè)時(shí)期均表現(xiàn)為N9處理時(shí)呈現(xiàn)最大值，且顯著高于其他處理(P<0.05)。兩個(gè)基因型間的差異與SOD相似，表現(xiàn)為幼苗期和旺長(zhǎng)期，H2000-03的在低氮水平低于冊(cè)亨家麻，而在高氮水平下較高；成熟期則均低于冊(cè)亨家麻。

圖7 不同氮素水平對(duì)不同時(shí)期苧麻CAT活性的影響Fig.7 Effects of different nitrogen levels on catalase (CAT) activity of ramie at different growth periods

圖8 不同氮素水平對(duì)不同時(shí)期苧麻SOD活性的影響Fig.8 Effects of different nitrogen levels on superoxide dismutase (SOD) activity of ramie at different growth periods

圖9 不同氮素水平對(duì)不同時(shí)期苧麻POD活性的影響Fig.9 Effects of different nitrogen levels on peroxidase (POD) activity of ramie at different growth periods

2.4不同氮素水平下苧麻相關(guān)酶活性的綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)法，計(jì)算上述8個(gè)相關(guān)酶活性的隸屬度函數(shù)值，進(jìn)行排序后發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)基因型苧麻在不同氮素水平下的平均隸屬度函數(shù)值排序均表現(xiàn)為N9>N12>N15>N6>N0(表3)?？梢?jiàn)，苧麻對(duì)氮素的需求具有最適水平，較低或者較高均顯著影響到苧麻氮代謝及抗性相關(guān)酶活性，進(jìn)而會(huì)降低氮素利用效率。相對(duì)于低氮水平，苧麻更容易在高氮水平下表現(xiàn)出較強(qiáng)的氮代謝能力。結(jié)合苧麻株高和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。

表3 旺長(zhǎng)期苧麻若干生理變化影響的綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive assessment on several physiological changes of ramie at rapid growth phase

3 討論

3.1不同氮素水平對(duì)苧麻生長(zhǎng)的影響

株高、鮮重和蛋白質(zhì)含量是表征飼草生長(zhǎng)速率、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要指標(biāo)。研究得出，氮高效基因型苧麻在同一氮素水平下的生產(chǎn)力、氮素脅迫條件下的穩(wěn)產(chǎn)性上均優(yōu)于較氮低效基因型，具體表現(xiàn)在同一氮素水平下較高的株高、鮮重，適宜氮素水平下的葉片蛋白質(zhì)含量及在持續(xù)提高氮素水平時(shí)穩(wěn)產(chǎn)的特性上。研究還發(fā)現(xiàn)，苧麻對(duì)氮素的需要存在最適量，低于或高于最適水平將導(dǎo)致顯著的產(chǎn)量降低或報(bào)酬遞減現(xiàn)象，適宜氮素水平下不僅可獲得氮肥投入與產(chǎn)量、品質(zhì)的契合。這與文中對(duì)氮代謝及抗性相關(guān)酶的分析結(jié)果是一致的。

本研究采用的是盆栽試驗(yàn)，較嚴(yán)格地控制了溫度、土壤水分和營(yíng)養(yǎng)供給等條件，在對(duì)比不同氮素水平處理和苧麻基因型間的差異中可獲得更客觀的數(shù)據(jù)。但這與大田復(fù)雜的影響因素不同，因此進(jìn)一步研究還須綜合考慮多因素的互作。同時(shí)，盆栽試驗(yàn)針對(duì)單株苧麻，忽略了作物群體內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及綜合表現(xiàn)等因素，還需要進(jìn)一步的研究來(lái)論證。

3.2不同氮素水平對(duì)苧麻氮代謝相關(guān)酶活性的影響

NR是硝酸氮同化的限速酶和調(diào)節(jié)酶，對(duì)植物吸收氮素至關(guān)重要，其活性的大小受植物體內(nèi)氮素影響顯著。胡潤(rùn)芳等[25]用不同形態(tài)氮素處理大豆(Glycinemax)，發(fā)現(xiàn)大豆花莢期高蛋白品種功能葉片中NR活性高于低蛋白大豆品種。張磊等[26]的研究得出了相似的結(jié)論。本研究中NR活性隨著氮素水平增加而持續(xù)升高，而且兩個(gè)基因型的差距越來(lái)越大，并在生長(zhǎng)中后期的N15處理下差異顯著(P<0.05)。表明氮高效基因型具有對(duì)氮素高吸收高轉(zhuǎn)化能力，而且更高的施氮水平能夠促進(jìn)苧麻NR活性的提高。

GS/GOGAT是高等植物體內(nèi)氨同化的主要途徑[14,27]，可以把無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，作為氨的貯存庫(kù)，可以形成有機(jī)氮形式的有效轉(zhuǎn)化，解除植物體內(nèi)多余的氨態(tài)氮。GS是氮代謝中心的多功能酶，參與多種氮代謝的調(diào)節(jié)，GOGAT可以直接反映氨同化的強(qiáng)弱[28]。張國(guó)英[29]對(duì)水稻(Oryzasativa)碳氮代謝關(guān)鍵酶的研究表明，隨著氮素的增加，GS活性不斷升高，加速了無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，在品種間和氮素水平處理間均表現(xiàn)為顯著性差異；在高氮條件下，GOGAT活性升高增加了谷氨酸的合成，加強(qiáng)了體內(nèi)氮素代謝，低氮條件下，側(cè)重于增加氮素的吸收。本研究結(jié)果表明，苧麻在幼苗期和旺長(zhǎng)期GS和GOGAT活性隨著氮素水平提高而增加，說(shuō)明此時(shí)對(duì)氨的同化較為活躍，氮高效基因型GS和GOGAT酶活性更強(qiáng)，主要表現(xiàn)為氮素的形式轉(zhuǎn)化，成熟期后活性降低較為明顯，說(shuō)明隨著植物葉片的衰老，其GS和GOGAT活性下降，氨同化合成受阻。H2000-03的GS和GOGAT活性高于冊(cè)亨家麻，表明氮高效基因型具有更高的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化成有機(jī)氮的能力。

GLDH具有對(duì)GS/GOGAT循環(huán)的輔助作用。張國(guó)英[29]對(duì)水稻在低氮和高氮條件下對(duì)GLDH活性研究表明，由于GLDH對(duì)氨的親和力較低，在氨同化作用中發(fā)揮的作用較小，GS/GOGAT循環(huán)在體內(nèi)發(fā)揮主要作用，減少GLDH作用，可減少能量消耗。本研究發(fā)現(xiàn)苧麻H2000-03的GLDH活性較冊(cè)亨家麻低，可見(jiàn)氮高效基因型更節(jié)約氮代謝的能量，而且氮低效基因型苧麻的GS/GOGAT循環(huán)能力較弱，需要通過(guò)GLDH增加對(duì)氨的吸收，來(lái)輔助苧麻對(duì)氮素的利用。GLDH活性也是隨著氮素水平升高和生長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著苧麻的生長(zhǎng)，需要越來(lái)越強(qiáng)的GLDH活性來(lái)加強(qiáng)氮的吸收。

張智猛等[30]對(duì)花生(Arachishypogaea)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量與GS、GLDH和NR活性的關(guān)系研究表明，可溶性蛋白含量與GS和GLDH活性間的相互關(guān)系均不明顯，但與NR活性達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。李晶等[31]研究表明，小黑麥(Triticalerimpau)花后各時(shí)期，旗葉可溶性蛋白含量與NR和GS活性呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，增施氮肥可以增強(qiáng)小黑麥花后葉片對(duì)氮素的同化能力，而GS活性與蛋白質(zhì)合成關(guān)系密切，GS活性越高越有利于蛋白質(zhì)合成[32]。也有研究表明NR活性的增加可以誘導(dǎo)GS和GLDH酶活性的提高[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，苧麻生長(zhǎng)較弱的幼苗期和成熟期，其葉片蛋白質(zhì)含量與GLDH、NR活性顯著相關(guān)，在旺長(zhǎng)期則與GS、GOGAT和NR活性顯著或極顯著正相關(guān)，而且各個(gè)酶的活性均顯著或極顯著正相關(guān)。旺長(zhǎng)期是決定苧麻產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期，將該時(shí)期的氮代謝相關(guān)酶作為高蛋白苧麻品種的選育指標(biāo)之一，有利于提高苧麻的氮素利用效率和生產(chǎn)性能。

3.3不同氮素水平對(duì)苧麻抗性相關(guān)酶活性的影響

CAT、SOD和POD的高低可以衡量作物在逆境條件下的適應(yīng)能力，間接通過(guò)改善植物的生理狀況而增強(qiáng)作物氮代謝能力，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[34-35]。謝美玲[36]通過(guò)提高氮素水平增加了烤煙苗期葉片中CAT的活性，降低了MDA的含量，減輕了煙株膜脂氧化程度，并認(rèn)為高氮水平處理可增加葉片SOD活性，延緩了葉片的衰老，利于烤煙苗期的生長(zhǎng)。本研究結(jié)果表明，各時(shí)期苧麻CAT、SOD、POD隨氮素水平的提高有先上升后下降的趨勢(shì)，并在N9處理時(shí)達(dá)到最大值，這與王賀正等[37]的研究結(jié)果相似，說(shuō)明合理施用氮肥可以提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)苧麻對(duì)逆境的抵抗能力，延長(zhǎng)葉片功能期，但施氮過(guò)量對(duì)抗氧化酶活性將起到抑制作用。劉連濤等[27]研究表明從盛鈴末期開(kāi)始，與中氮、高氮相比，低氮處理棉花(Gossypiumhirsutum)的SOD和POD活性降低，組織含水量和干物質(zhì)積累量快速下降，而MDA含量快速升高，加速了棉株衰老的進(jìn)程。增加氮素營(yíng)養(yǎng)能夠明顯提高葉片的生理活性，延緩衰老。此研究結(jié)果與本研究中成熟期一致，氮素水平能提高抗氧化酶活性，有效清除體內(nèi)活性氧，延緩成熟期苧麻葉片衰老速度。

3.4不同氮素水平下苧麻相關(guān)酶活性的綜合評(píng)價(jià)

植物對(duì)氮素的生理生化反應(yīng)受到許多因素的影響，不同的生理生化指標(biāo)對(duì)氮素的影響也不盡相同，所以單個(gè)生理生化指標(biāo)不能充分反映某一氮素濃度對(duì)其有害還是有利，因此需對(duì)多個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。本研究對(duì)苧麻氮代謝關(guān)鍵酶(直接因素)和抗性關(guān)鍵酶(間接因素)進(jìn)行了比較分析，并通過(guò)隸屬函數(shù)法將影響苧麻氮代謝的兩類因素，進(jìn)行綜合分析，有利于全面評(píng)價(jià)苧麻氮代謝能力。對(duì)旺長(zhǎng)期苧麻的生理指標(biāo)平均隸屬函數(shù)值的比較，氮高效和氮低效基因型在不同氮素濃度的平均隸屬函數(shù)值均表現(xiàn)為N9>N12>N15>N6>N0?？梢?jiàn)苧麻在氮素代謝能力上存在較明顯的最適水平，較高或較低均會(huì)降低苧麻氮素代謝能力。苧麻更偏向于高氮水平與苧麻品種選育中長(zhǎng)期以耐重肥為主要選擇性狀之一有關(guān)。

另外，本研究的綜合分析采用各項(xiàng)生理指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值為參考，由于本研究的各項(xiàng)指標(biāo)隨氮素水平的提高變化規(guī)律較明顯，不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，但尚沒(méi)有考慮到各指標(biāo)的權(quán)重，沒(méi)有充分反映出不同氮素水平間的差距，這需要進(jìn)一步的分析方法創(chuàng)新。

4 結(jié)論

氮高效基因型苧麻較氮低效基因型，在同一氮素水平下具有較高的生產(chǎn)力，在氮素脅迫條件下具有較高的穩(wěn)產(chǎn)性。不同氮效率苧麻氮代謝關(guān)鍵酶和抗性相關(guān)關(guān)鍵酶隨氮素水平的變化特征，及隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化特征相似。氮高效基因型苧麻NR、GS、GOGAT、CAT活性及高氮水平下的SOD、POD活性均高于氮低效基因型，GLDH和低氮水平下的SOD和POD活性較低，整體表現(xiàn)出較高的生理響應(yīng)和適應(yīng)能力。苧麻各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期NR活性隨氮素濃度的提高逐漸升高，GS、GOGAT、GLDH、CAT、SOD、POD等酶活隨氮素水平提高表現(xiàn)出較明顯的先升高后下降的趨勢(shì)，并可在適宜氮素水平下達(dá)到最大值。苧麻產(chǎn)量和株高可在該氮素水平下與氮代謝生理響應(yīng)特征契合。苧麻更容易在高氮水平下表現(xiàn)出較強(qiáng)的氮代謝能力。旺長(zhǎng)期氮代謝相關(guān)酶活性可作為品種選育的指標(biāo)之一。

References：

[1] Kipriotis E, Heping X, Vafeiadakis T,etal. Ramie and kenaf as feed crops. Industrial Crops and Products, 2015, 68: 126-130.

[2] Xiong H P, Yu C M, Wang Y Z,etal. Study on selection and breeding of new feed ramie variety Zhongsizhu No.1. Plant Fibers and Products, 2005, 27(1): 2-5.

熊和平, 喻春明, 王延周, 等. 飼料用苧麻新品種中飼苧1號(hào)的選育研究. 中國(guó)麻業(yè), 2005, 27(1): 2-5.

[3] Contò G, Carfì F, Pace V. Chemical composition and nutritive value of ramie plant [Boehmerianivea(L.) Gaud] and its by-products from the textile industry as feed for ruminants. Journal of Agricultural Science and Technology: A, 2011, 13(5): 641-646.

[4] Zhu T T, Yu C M, Wang Y Z,etal. Preliminary evaluation on nutritional value for ramie [Boehmerianivea(L.) Gaud.] Zhongzhu No.1 and Zhongzhu No.2. Plant Fiber Sciences in China, 2014, 36(3): 113-121.

朱濤濤, 喻春明, 王延周, 等. “中苧1號(hào)”和“中苧2號(hào)”苧麻營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的初步評(píng)價(jià). 中國(guó)麻業(yè)科學(xué), 2014, 36(3): 113-121.

[5] Van Tuyen D, Duy P B, Van Huy H. Evaluation of ramie (Boehmerianivea) foliage as a feed for the ruminant: MEKARN Regional Conference 2007: Matching Livestock Systems with Available Resources[Z]. Vietnam: 2007.

[6] Chen J K, Xiong H P, Yu C M,etal. Ramie fodder for grazing animals and preparation method thereof[P]. Chinese Patent: ZL201410144366. 6, 2014-07-02.

陳繼康, 熊和平, 喻春明, 等. 一種草食動(dòng)物用苧麻飼料及其制備方法[P]. 中國(guó)專利: ZL201410144366. 6, 2014-07-02.

[7] Chen J K, Xiong H P. Advances and suggestions of nitrogen fertilization in ramie production. Plant Fiber Sciences in China, 2016, 38(5): 229-236.

陳繼康, 熊和平. 苧麻氮肥利用研究現(xiàn)狀與建議. 中國(guó)麻業(yè)科學(xué), 2016, 38(5): 229-236.

[8] Lominadze S, Nakashidze N. The influence of nitrogen fertilizers on nitrate accumulation in leaves of orange Washington Navel. Annals of Agrarian Science, 2016, 14(3): 233-236.

[9] Jiao J X, Yang W, Li Y Y,etal. Impact of combined manure and chemical fertilization on nitrogen leaching from paddy field in red earth hilly area of China. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(6): 1159-1166.

焦軍霞, 楊文, 李裕元, 等. 有機(jī)肥化肥配施對(duì)紅壤丘陵區(qū)稻田土壤氮淋失特征的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 33(6): 1159-1166.

[10] Foley J A, Ramankutty N, Brauman K A,etal. Solutions for a cultivated planet. Nature, 2011, 478(7369): 337-342.

[11] Koutroubas S D, Ntanos D A. Genotypic differences for grain yield and nitrogen utilization in Indica and Japonica rice under Mediterranean conditions. Field Crops Research, 2003, 83(3): 251-260.

[12] Barraclough P B, Lopez-Bellido R, Hawkesford M J. Genotypic variation in the uptake, partitioning and remobilisation of nitrogen during grain-filling in wheat. Field Crops Research, 2014, 156(2): 242-248.

[13] Lam H M, Coschigano K T, Oliveira I C,etal. The molecular-genetics of nitrogen assimilation into amino acids in higher plants. Plant Biology, 1996, 47(47): 569-593.

[14] Lea P J, Miflin B J. Alternative route for nitrogen assimilation in higher plants. Nature, 1974, 251(5476): 614-616.

[15] Liu T M, Zhu S Y, Fu L L,etal. Morphological and physiological changes of ramie (BoehmerianiveaL. Gaud) in response to drought stress and GA3treatment. Russian Journal of Plant Physiology, 2013, 60(6): 749-755.

[16] Zheng J S, Yu C M, Chen P,etal. Characterization of a glutamine synthetase geneBnGS1-2 from ramie (BoehmerianiveaL. Gaud) and biochemical assays of BnGS1-2-over-expressing transgenic tobacco. Acta Physiologiae Plantarum, 2015, 37(1): 1-10.

[17] Liu L J, Chen H Q, Dai X B,etal. Effect of planting density and fertilizer application on fiber yield of ramie (Boehmerianivea). Journal of Integrative Agriculture, 2012, 11(7): 1199-1206.

[18] Bai Y C, Guo T, Yang R F,etal. Effect of nitrogen fertilization rate and cutting height on yields, nutritive values and root-rot incidence in forage ramie. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12): 112-120.

白玉超, 郭婷, 楊瑞芳, 等. 氮肥用量、刈割高度對(duì)飼用苧麻產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及敗蔸的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(12): 112-120.

[19] Zhu C, Dai X B, Tang D L,etal. Effect of nitrogen and potassium fertilization on net photosynthetic rate and chlorophyll relative content of ramie. Plant Fiber Sciences in China, 2013, 35(5): 244-248.

朱聰, 代小兵, 湯滌洛, 等. 氮鉀施肥對(duì)苧麻光合速率及葉綠素相對(duì)含量的影響. 中國(guó)麻業(yè)科學(xué), 2013, 35(5): 244-248.

[20] Deng G, Liu L J, Zhong X Y,etal. Comparative proteome analysis of the response of ramie under N, P and K deficiency. Planta, 2014, 239(6): 1175-1186.

[21] Tang D L. Preliminary Study of Rooting Characteristics and Nitrogen Nutrition Based on Different Ramie Species[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2012.

湯滌洛. 苧麻不同品種生根特性及氮素營(yíng)養(yǎng)初步研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[22] Zheng C F, Lin Z W. Rapid determination of glutamate synthase activity. Plant Physiology Communications, 1985, 21(4): 43-46.

鄭朝峰, 林振武. 谷氨酸合酶活力的快速測(cè)定. 植物生理學(xué)通訊, 1985, 21(4): 43-46.

[23] Shanghai Institute of Plant Physiology CAS, Shanghai Society of Plant Physiology. Guide for Modern Plant Physiology Experiments[M]. Beijing: Science Press, 1999.

中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所. 現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M]. 北京: 科技出版社, 1999.

[24] Zhang J, Kirkham M B. Antioxidant responses to drought in sunflower and sorghum seedlings. New Phytologist, 1996, 132(3): 361-373.

[25] Hu R F, Zhang G Q, Teng Z Y,etal. Effect of different nitrogens on activities of nitrate reductase, glutamine synthetase, and seed protein contents in soybean cultivars. Journal of Northeast Agricultural University, 2012, 43(1): 31-35.

胡潤(rùn)芳, 張廣慶, 滕振勇, 等. 不同形態(tài)氮素對(duì)大豆硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性劑蛋白質(zhì)含量的影響. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 43(1): 31-35.

[26] Zhang L, Song Q L, Ma C M,etal. Study on dynamics of nitrate reductase activity in soybean leaves. Journal of Northeast Agricultural University, 2008, 39(6): 73-76.

張磊, 宋秋來(lái), 馬春梅, 等. 大豆葉片硝酸還原酶活性動(dòng)態(tài)研究. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 39(6): 73-76.

[27] Liu L T, Li C D, Sun H C,etal. Effects of nitrogen on cotton senescence and the corresponding physiological mechanisms. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(5): 1575-1581.

劉連濤, 李存東, 孫紅春, 等. 氮素營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)棉花衰老的影響及其生理機(jī)制. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(5): 1575-1581.

[28] Mo L Y, Wu L H, Tao Q N. Research advances on GS/GOGAT cycle in higher plants. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2001, 7(2): 223-231.

莫良玉, 吳良?xì)g, 陶勤南. 高等植物GS/GOGAT循環(huán)研究進(jìn)展. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2001, 7(2): 223-231.

[29] Zhang G Y. Effects of Different Nitrogen Levels on GS and GLDH Activity and Expression of Key Enzymes of Carbon and Nitrogen Metabolism in Rice[D]. Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2012.

張國(guó)英. 不同氮素水平處理對(duì)水稻碳氮代謝關(guān)鍵酶GS和GLDH活性及表達(dá)的影響[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2012.

[30] Zhang Z M, Wan S B, Dai L X,etal. Effects of nitrogen application rates on nitrogen metabolism and related enzyme activities of two different peanut cultivars. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(2): 280-290.

張智猛, 萬(wàn)書(shū)波, 戴良香, 等. 施氮水平對(duì)不同花生品種氮代謝及相關(guān)酶活性的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(2): 280-290.

[31] Li J, Ji B, Shang W N,etal. Effects of density and nitrogen on relevant enzyme activity of nitrogen metabolism and nutritional quality of grain in triticale. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(5): 1063-1068.

李晶, 吉彪, 商文楠, 等. 密度和氮素水平對(duì)小黑麥氮代謝相關(guān)酶活性和子粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(5): 1063-1068.

[32] Wang X Y, Yu Z W. Differences in characteristics of quality and related enzymes activity of different wheat cultivars. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(10): 1980-1988.

王小燕, 于振文. 不同小麥品種主要品質(zhì)性狀及相關(guān)酶活性研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(10): 1980-1988.

[33] Wang Y F, Yu Z W, Li S X,etal. Effect of nitrogen nutrition on the change of key enzyme activity during the nitrogen metabolism and kernel protein content in winter wheat. Acta Agronomica Sinica, 2002, 28(6): 743-748.

王月福, 于振文, 李尚霞, 等. 氮素營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)冬小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性變化和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2002, 28(6): 743-748.

[34] Fernandez-Crespo E, Gomez-Pastor R, Scalschi L,etal. NH4+induces antioxidant cellular machinery and provides resistance to salt stress in citrus plants. Trees-Structure and Function, 2014, 28(6): 1693-1704.

[35] Almeselmani M, Deshmukh P S, Sairam R K,etal. Protective role of antioxidant enzymes under high temperature stress. Plant Science, 2006, 171(3): 382-388.

[36] Xie M L. Physiologicals and Differential Proteomic Analysis of Flue-cured Tobacco Seeding under Different Nitrogen Level[D]. Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2011.

謝美玲. 不同氮素水平下烤煙苗期生理特性及差異蛋白組學(xué)研究[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2011.

[37] Wang H Z, Zhang J, Wu J Z,etal. Effect of different levels of nitrogen on physiological characteristics of flag leaves and grain yield of wheat. Acta Prataculturae Sinica, 2013, 22(4): 69-75.

王賀正, 張均, 吳金芝, 等. 不同氮素水平對(duì)小麥旗葉生理特性和產(chǎn)量的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 22(4): 69-75.

Effectsofdifferentnitrogenlevelsonkeyenzymeactivitiesassociatedwithnitrogenmetabolismoffeedramie

CHEN Ji-Kang**, TAN Long-Tao**, YU Chun-Ming, ZHU Ai-Guo, CHEN Ping, WANG Yan-Zhou, ZHU Tao-Tao, XIONG He-Ping*

InstituteofBastFiberCrops,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Changsha410205,China

Ramie (Boehmerianivea) is an important source of plant protein in South China. Few studies investigating the physiological mechanisms of nitrogen utilization in feed ramie have been reported. To evaluate the activities of key enzymes associated with nitrogen metabolism in ramie, a potted experiment was conducted under different nitrogen levels. Two ramie varieties, H2000-03 which has high nitrogen utilization efficiency (NUE, 46.01%) and Ceheng Jiama with low NUE (15.81%) were treated with 0, 6, 9, 12 and 15 mmol/L nitrogen, and enzyme activity tested at the seedling stage (15 days), maximum growth (40 days) and at maturity (54 days). The results showed that as nitrogen concentration increased plant height, fresh yield and leaf protein content of both varieties increased and subsequently decreased or plateaued, indicating that the range of treatments imposed was able to meet the nitrogen requirement of the ramie plants. Plant height and fresh yield of H2000-03 were significantly higher than that of Ceheng Jiama under all treatments. The leaf protein content of H2000-03 was distinctly higher than that of Ceheng Jiama under a range of nitrogen levels (9-12 mmol/L). These results suggest that H2000-03 has better productivity under a range of nitrogen availabilities and more stable production under nitrogen deficient conditions. At different growth periods, the activity of NR (nitrate reductase) in H2000-03 and Ceheng Jiama gradually increased with increased nitrogen supply, while the activities of glutamine synthetase (GS), glutamate synthase (GOGAT), glutamic dehydrogenase (GLDH), catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) first increased and then decreased. The activities of POD, GS, GOGAT, CAT in H2000-03 under all nitrogen levels and the activities of SOD and POD under high nitrogen levels were higher than in Ceheng Jiama, while lower GLDH at all nitrogen levels and lower SOD and POD at low nitrogen levels were detected in H2000-03 compared to Ceheng Jiama. These results indicate that H2000-03 had a better physiological response and adaptability to different nitrogen fertility levels. The dynamic characteristics of ramie yield and quality were consistent with enzyme activity related to nitrogen metabolism and resistance which could be used to monitor and characterize nitrogen utilization differences among genotypes. Our research suggests that an appropriate nitrogen fertility range, rather than continuously increasing nitrogen should be ascertained to coordinate productivity with physiological characteristics. The activity of key enzymes during the rapid growth phase is suggested as an important trait for feed ramie breeding.

feed ramie; nitrogen use efficiency; nitrogen metabolism; plant resistance; enzyme activity

10.11686/cyxb2016501http//cyxb.lzu.edu.cn

陳繼康, 譚龍濤, 喻春明, 朱愛(ài)國(guó), 陳平, 王延周, 朱濤濤, 熊和平. 不同氮素水平對(duì)飼用苧麻氮代謝關(guān)鍵酶的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(10): 207-218.

CHEN Ji-Kang, TAN Long-Tao, YU Chun-Ming, ZHU Ai-Guo, CHEN Ping, WANG Yan-Zhou, ZHU Tao-Tao, XIONG He-Ping. Effects of different nitrogen levels on key enzyme activities associated with nitrogen metabolism of feed ramie. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(10): 207-218.

2016-12-28；改回日期：2017-03-14

湖南省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016NK2205)，國(guó)家麻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-19)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程多年生麻類作物遺傳改良團(tuán)隊(duì)資金(ASTIP-IBFC04)資助。

陳繼康(1985-)，男，寧夏海原人，助理研究員。E-mail: chenjikang@caas.cn。譚龍濤(1984-)，男，黑龍江佳木斯人，在讀博士。E-mail: 3828134@163.com。**共同第一作者These authors contributed equally to this work.

*通信作者Corresponding author. E-mail: ramiexhp@vip.163.com