蒙古櫟生長性狀與硝酸還原酶和可溶性蛋白的關系

蒙古橡樹，又稱蒙古橡樹和蒙古橡樹，是地殼斗科的一種落葉樹種。主要分布在東北三省和內蒙古。它是中國東北次葉落林的主要樹種和主要材料。蒙古橡樹木材堅硬、耐腐、質地優美，是優質經濟材料。樹枝發熱量高，是良好的芯收材料。種子含有富含淀粉的粘液，樹皮和外殼桶含有水分，可以提取各種工業材料。葉子可以飼養蠶和動物。鋸末的屑狀物和鋸末可以喂養秦耳。它的根發達，適應性強，抗風。在抗侵蝕、保護傾斜、蓄水和土壤侵蝕方面發揮了良好的作用。蒙古橡樹已被用作二級保護樹種。蒙古橡樹具有較高的繁殖價值，但屬于繁殖周期相對緩慢的品種。早期選擇生長快、品質好的種子，以便早期選擇經濟效益。這無疑是一個必須盡快解決的問題。利用亞硝酸鹽還原酶和可溶性固形物含量的測定結果可以為早期選擇樹木提供一定的理論依據。硝酸還原酶(NitrateReductase,簡稱NR)是植物氮素代謝生理的關鍵酶.它對植物生長發育、產量形成和蛋白質含量都有重要影響.國外在60年代就開始了NR的研究,我國從70年代末80年代初也開展了這方面的工作,近些年來,眾多國內學者對農作物的NR活性、性狀及測定方法作了許多的研究;在林業上,中國林科院亞林所周國璋等人研究了杉木NR的活性但蒙古櫟目前這方面的研究還是空白.目前,對可溶性蛋白的研究在作物上較為深入,但在林木上還不多見.本文研究了東北三省25個不同的蒙古櫟種源在6月及9月份的硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量的比較及其與生長性狀之間的關系.這為蒙古櫟早期選擇的初步依據,進而為蒙古櫟的遺傳育種、森林營造提供重要參考.1材料和方法1.1穗條的誘導誘導試驗材料來源于黑龍江省帶嶺林科所的種源實驗林,選取沿著緯度梯度分布的東北三省的25個蒙古櫟種群,試驗于2004年6月和9月份兩次采樣.25個種源中,每種源選取20株樣木,在樹冠中部東、西、南、北四個方向剪取穗條,每次采集500個樣品,測硝酸還原酶活性的材料需誘導.將穗條插入50mmol/L的KNO3溶液中,先暗誘導12h,再光誘導12h.測可溶性蛋白的材料迅速放入冰箱中-70℃保存待測.1.2牛血清蛋白標準曲線的繪制硝酸還原酶的測定以活體法測定硝酸還原酶活性,硝酸還原酶活性可由植物體內產生的亞硝態氮的量表示.可溶性蛋白的提取及測定采用Brandford法(1976),參考汪家政編著《蛋白質技術手冊》中的方法,并作如下修改.稱取牛血清蛋白用上樣緩沖液配成2mg/mL標準溶液,取8個4mL塑料離心管,分別加入0μL、1.5μL、2.5μL、4μL、6μL、8μL、10μL.加3mLBrandford工作液,反應5min后,在595nm處測吸光度.用蛋白量和吸光度進行線性回歸,制作標準曲線.2結果與分析2.1蒙古櫟生長的地理特征通過對6年生蒙古櫟不同種源生長性狀的方差分析表明:不同種源之間高生長和徑生長的差異均達到極顯著水平,F樹高=2.150**,F地徑=2.988**(**α<0.01).圖1圖2說明,蒙古櫟不論是高生長還是徑生長均具有明顯的地理分化,其中葦河、東方紅、集安種源長勢最好,敦化、撫順、穆棱、汪清種源生長較差,其余種源居中.2.2不同種源蒙古櫟羧酸還原酶活性硝酸還原酶(NR,nitratereductase)活性被認為是判斷植物生長速度的生化指標;是硝酸鹽同化過程中的起始酶,也是限速酶,在氮素代謝作用中處于關鍵地位.它作用于NO-3使之還原為NO-2:NO-3+NADH+H+→NO-2+NAD+H2O.硝酸還原酶活性(NRA)高低不僅表明了植物體內硝酸鹽的吸收、積累水平,也反映著植物對氮素的利用水平,在植物氮代謝的研究中,硝酸還原酶活性是研究重點之一.從圖3中可以看出(方差分析表略),25個種源的蒙古櫟硝酸還原酶活性在6月和9月的變化趨勢基本一致,大致為:隨著植株的生長,葉片的生理功能增加,硝酸還原酶活性也逐漸增大;以后隨著葉齡的增大,葉片的生理功能減弱,硝酸還原酶活性也逐漸下降.同時,不同植物硝酸還原酶活性差異較大,6月和9月平均硝酸還原酶活性均較大的是集安種源,每克鮮葉硝酸還原酶平均含量分別為2.480μg·g-1·h-1和1.525μg·g-1·h-1,其次是汪清、葦河種源,最低的是長白市種源,平均含量只有0.890μg·g-1·h-1和0.395μg·g-1·h-1.表明不同種源硝酸還原酶活性的高低與生理周期及自身代謝活性有關.6月,葉逐漸發育成熟,葉綠素含量達到最大,此時光照充足,降水充沛,氣溫升高,在這樣的條件下十分有利于光合作用,導致凈光合速率較大,硝酸還原酶活性較高.而9月以后由于日照縮短、氣溫下降,葉綠素逐漸分解,光合能力逐漸降低.硝酸還原酶活性變化與凈光合速率有著相似的變化趨勢.這是因為,一方面光合作用提供氮代謝所需要的碳水化合物,通過光調節酶活性,并通過光呼吸提供還原劑NADH,因此,硝酸還原酶活性受光和光合作用促進;另一方面硝酸還原酶活力的提高使氮素同化過程加快,蛋白質合成加快,幼葉中葉綠體成長加快,就會促進光合能力的提高.2.3不同季節動態植株對葉綠素含量的影響由圖4可見,蒙古櫟不同種源間可溶性蛋白含量存在著明顯的差異.不論是6月份還是9月份的結果,集安種源含量均為最高,平均含量分別為174.220μg·g-1FW和81.750μg·g-1FW;帶嶺種源最低,平均含量僅為133.750μg·g-1FW和37.230μg·g-1FW.種源間出現這種差異,除了與其它各種代謝水平變化的相互聯系外,還由于自然環境對葉片中可溶性蛋白質的含量有很大影響,因為植株所處的自然環境的變化會影響葉片中可溶性蛋白質的合成和供應.而可溶性蛋白質多為未與膜系統特異結合的酶,其含量越高該部位的生理生化反應與代謝活動就越旺盛.另外,由圖4可知,來自6月份的種源樣品可溶性蛋白含量明顯高于9月份,這與宋松泉、蘇衛珍等在水稻離體葉片試驗結果一致.其原因可能在于:6月份的種源樣品可溶性蛋白含量明顯高于9月份,可溶性蛋白含量的降低,表明葉片在衰老過程中可溶性蛋白發生了轉移或再分配;處于生長旺盛時期的植株具有較高的光合速率,光合作用大于呼吸作用,日均光合速率高,有機物積累多,因而可溶性蛋白質含量較高;秋季氣候干燥,水分缺乏,植物為防止水分蒸騰過多而降低氣孔導度,導致CO2的供應減少,同時,由于葉的生理年齡增大,從而影響了凈光合速率,導致可溶性蛋白含量減少;在落葉前蛋白質和其他細胞組分的水溶性增強,易于從葉片中移出,導致葉片內有機物質含量的大量降低,可溶性蛋白含量減少.2.4還原酶活性與蛋白質含量的關系硝酸還原酶活性的變化可能反映了植株吸收還原氮素量的變化,硝酸還原酶活性越強,越持久,還原轉化成的NO-2越多,氮素代謝越旺盛,蛋白質含量可能越高,因此硝酸還原酶活性是衡量氮素代謝強弱的一個重要生理參數.蛋白質的含量也涉及到植物體內許多新陳代謝過程,在品質育種中也可把它作為選擇的參考生理指標.在硝酸還原酶等酶的作用下,NO-3生成各種氨基酸,而氨基酸是蛋白質合成的前身,硝酸還原酶活性的提高使氮同化過程和蛋白質合成加快.因此,硝酸還原酶活性的高低與蛋白質含量有著緊密的關系.在植物硝酸還原酶活性與蛋白質含量的關系方面,國內外學者進行過許多研究,結論很不一致.Hageman等以玉米為材料研究表明,葉片硝酸還原酶活力與蛋白質含量之間存在顯著的正相關性,主張將硝酸還原酶活力作為蛋白質含量的生化指標.李豪哲等也提出把大豆葉片硝酸還原酶活性作為蛋白質育種的生化指標,他認為高蛋白品種苗期葉片硝酸還原酶活性高,低蛋白品種硝酸還原酶活性低.許多學者報道了燕麥、南瓜等植物的蛋白質含量和硝酸還原酶活性通常具有重要的相關性.但是,也有一些人研究認為硝酸還原酶活性與蛋白質含量相關不顯著.王月福認為小麥旗葉中硝酸還原酶活性大小與品種籽粒蛋白質含量高低并不一致.朱長甫等研究認為大豆籽粒蛋白質與葉片硝酸還原酶活性呈顯著負相關.本研究顯示,蒙古櫟種源間生長性狀、硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量指標間存在著顯著或極顯著的正相關(見表1).即高、徑生長好的種源,硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量高;硝酸還原酶活性大的種源,可溶性蛋白含量也高.筆者支持Hageman等人的觀點,可以把蒙古櫟葉片的硝酸還原酶活性作為選擇高蛋白、生長快的植株的參考指標之一.但是氮素代謝是一個很復雜的生理過程,在運用這個指標時應結合其他方面綜合考慮.3蒙古櫟不同種源間可溶性蛋白和可溶性糖含量的差異⑴6月份蒙古櫟種源的硝酸還原酶活性高于9月份,并且不同種源間差異顯著.其中,集安種源最高;其次是葦河和汪清種源;最低的是長白市種源.說明硝酸還原酶活性與生長勢密切相關,生長快的植株對氮素的吸收同化與貯藏能力比生長慢的植株強.⑵蒙古櫟不同種源間,可溶性蛋白含量存在著明顯的差異.不論是6月份還是9月份的結果,集安種源含量均為最高,而帶嶺種源最低.6月份的種源樣品