中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022 55 7 1399 1410 Scientia Agricultura Sinica doi 10 3864 j issn 0578 1752 2022 07 011 收稿日期 2021 07 02 接受日期 2021 09 09 基金項目 國家重點(diǎn)研發(fā)計劃 2016YFD0201010 北京市葉類蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊 BAIC07 北京市教育委員會科技計劃 KM2019100200012 聯(lián)系方式 余琦隆 E mail 18879853952 通信作者劉超杰 E mail cliu 通信作者范雙喜 E mail fsx20 開放科學(xué) 資源服務(wù) 標(biāo)識碼 OSID 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜氮代謝的影響 余琦隆 1 韓瑩琰 1 郝敬虹 1 秦曉曉 1 劉超杰 1 范雙喜 2 1 北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 北京 102206 2 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 北京 102442 摘要 目的 在高溫季節(jié)種植的生菜產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)不佳 而與生菜產(chǎn)量最密切的營養(yǎng)元素是氮 研究外源亞精胺 Spd 在生菜抗高溫脅迫中的氮代謝調(diào)控機(jī)理 為降低高溫對生菜產(chǎn)生的危害提供保護(hù)措施 方法 試驗材料為散葉生菜 北散 生3號 試驗處理設(shè)置常溫對照 晝 夜溫度 22 17 CK 高溫脅迫處理 晝 夜溫度 35 30 H 高溫噴施 Spd 處理 HS 觀察 3 個不同處理生菜的生長形態(tài)變化 研究生菜根系離子流速 含氮化合物 總氮 氨態(tài)氮 硝態(tài)氮 含量 氮代謝關(guān)鍵酶活性及基因相對表達(dá)水平的變化 此外 分析 CK H 和 HS 處理對生菜葉片游離氨基酸含量的影響 結(jié) 果 與對照 CK 相比 生菜生長在 H 處理受到抑制 與 H 處理相比 HS 處理的生菜總鮮重 總干重 葉長 葉寬 根長 根 系體積和根系表面積均有所增加 分別增加了 24 00 24 62 14 97 11 83 23 24 29 47 和 3 6 98 CK H 和 HS 處理的生菜總氮含量變化與生菜的生長趨勢一致 CK H 和 HS 處理的生菜根系 NO 3 凈吸收量遠(yuǎn)小于 NH 4 即生菜根系主要以 吸收 NH 4 為主 H 處理使根系 NO 3 外排而 HS 處理促進(jìn)根系 NO 3 內(nèi)流 HS 處理有效抑制高溫導(dǎo)致的葉片和根系氨態(tài)氮含量的積 累 同時 與 H 處理相比 HS 處理增加了葉片和根系的硝酸還原酶 NR 谷氨酰胺合酶 GS 谷氨酸合酶 GOGAT 谷 氨酸脫氫酶 GDH 的活性及上調(diào) LsNR LsGS LsGOGAT1 LsGDH 的相對表達(dá)水平 與 CK 相比 H 處理的總游離氨基酸 TAA 含量顯著減少 P 0 05 HS 處理緩解了高溫導(dǎo)致的 TAA 含量減少 處理 CK H 和 HS 之間的鮮味氨基酸 UAA 甜味氨基 酸 SAA 和苦味氨基酸 BAA 的變化趨勢與 TAA 一致 與其呈相反趨勢的是芳香族氨基酸 AAA 處理 CK H 和 HS 之間 的天冬氨酸 Asp 蘇氨酸 Thr 谷氨酸 Glu 甘氨酸 Gly 纈氨酸 Val 賴氨酸 Lys 組氨酸 His 精氨酸 Arg 和脯氨酸 Pro 這 9 種氨基酸與 TAA 的變化趨勢一致 其中 檢測的游離氨基酸中變異系數(shù)最大的是 Arg 結(jié)論 高溫噴施 Spd 處理抑制了高溫導(dǎo)致的生菜生物量積累的降低 與高溫處理相比 高溫噴施 Spd 處理緩解了高溫脅迫導(dǎo)致的氮 代謝紊亂 增加了葉片總游離氨基酸含量和呈味氨基酸中的甜味氨基酸 鮮味氨基酸 苦味氨基酸含量 有效地改善了生菜 的耐高溫能力 提升了高溫脅迫下生菜的營養(yǎng)品質(zhì) 關(guān)鍵詞 高溫 生菜 氮代謝 亞精胺 離子流速 氨基酸 Effect of Exogenous Spermidine on Nitrogen Metabolism of Lettuce Under High Temperature Stress YU QiLong 1 HAN YingYan 1 HAO JingHong 1 QIN XiaoXiao 1 LIU ChaoJie 1 FAN ShuangXi 2 1 College of Plant Science and Technology Beijing University of Agriculture Beijing 102206 2 Beijing Vocational College of Agriculture Beijing 102442 Abstract Objective The lettuce yield and nutritional quality planted in high temperature seasons are not good Nitrogen is the most closely related nutrient element to lettuce yield In this study the regulation mechanism of exogenous spermidine Spd on nitrogen metabolism of lettuce under high temperature stress was studied and the changes of amino acid nutritional quality were 1400 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 observed so as to provide some protective measures to reduce the harm of high temperature on lettuce Method The test material was leaf lettuce Beisansheng 3 The test treatments were set as normal temperature day night 22 17 control CK high temperature stress day night 35 30 treatment H and high temperature spraying Spd treatment HS The changes of lettuce morphology were observed and the changes of the lettuce root ion flow rate nitrogen compounds contents total nitrogen ammonia nitrogen and nitrate nitrogen and the activities of key enzymes in nitrogen metabolism as well as their relative expression levels were analyzed In addition the effects of the CK H and HS treatments on the lettuce leaf free amino acids content were studied Result Compared with the CK the lettuce growth of the H treatment was inhibited Compared with the H treatment the HS treatment increased total fresh weight total dry weight leaf length leaf width root length root volume and root surface area of lettuce by 24 00 24 62 14 97 11 83 23 24 29 47 and 36 98 respectively The changes in the total nitrogen content of lettuce treated by CK H and HS were consistent with the growing trend of lettuce The net absorption amount of NO 3 in lettuce roots treated with CK H and HS were much smaller than that of NH 4 indicating that lettuce roots mainly absorbed NH 4 The H treatment resulted in the outflow of NO 3 from roots while the HS treatment promoted the influx of NO 3 from roots The accumulation of ammonia nitrogen content in leaves under the HS treatment was effectively inhibited Meanwhile the activities of nitrate reductase NR glutamine synthase GS glutamate synthase GOGAT and glutamate dehydrogenase GDH under the HS treatment were increased and the relative gene expression levels of LsNR LsGS LsGOGAT1 and LsGDH in leaves and roots were up regulated Compared with the CK treatment the H treatment reduced the total free amino acid TAA content P 0 05 the HS treatment alleviated the reduction in TAA content caused by high temperature The changes of umami amino acids UAA sweet amino acids SAA and bitter amino acids BAA among the CK H and HS treatment were consistent with those of TAA while aromatic amino acids AAA were the opposite The changes of aspartic acid Asp threonine Thr glutamic acid Glu glycine Gly valine Val lysine Lys histidine His arginine Arg and proline Pro among the CK H and HS treatment were consistent with those of TAA Among the free amino acids tested Arg had the largest coefficient of variation Conclusion Spraying Spd treatment inhibited the decrease of lettuce biomass accumulation under high temperature For spraying Spd treatment the nitrogen metabolism disorders under high temperature stress was alleviated and the leaf total free amino acid content flavor amino acids of umami amino acids sweet amino acids and bitter amino acids were increased while the high temperature resistant capacity of lettuce was effectively enhanced and the nutritional quality of lettuce was improved Key words high temperature Lactuca sativa L nitrogen metabolism spermidine ion flow rate amino acid 0 引言 研究意義 葉用萵苣 Lactuca sativa L 屬于 菊科萵苣屬喜冷涼環(huán)境的一年生草本植物 1 俗名生 菜 生菜是北京地區(qū)播種面積最大的葉類蔬菜 每年 高溫季節(jié) 5月底至9月初 生菜的營養(yǎng)品質(zhì)和 產(chǎn)量降低 2 3 導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失 與生菜產(chǎn)量最密切相 關(guān)的營養(yǎng)元素是氮 4 5 高溫通常會造成植物氮代謝 失衡 6 研究噴施外源物質(zhì)以調(diào)控高溫脅迫下生菜的 氮代謝穩(wěn)態(tài) 對提高生菜的耐高溫能力具有重要意義 前人研究進(jìn)展 亞精胺 Spd 是具有生物活性的 低分子量脂肪族含氮堿 廣泛分布于生物體內(nèi) 7 8 Spd 不僅是逆境脅迫下的重要保護(hù)物質(zhì) 而且是參與植物 抗逆機(jī)制的信號分子 研究發(fā)現(xiàn) Spd能通過調(diào)控氮 代謝水平來提高番茄幼苗葉片的耐高溫能力 9 植物 氮元素來源于根系在營養(yǎng)液或土壤中的NH 4 和NO 3 的吸收 10 11 研究發(fā)現(xiàn) 根系吸收的NH 4 和NO 3 凈 離子流速影響植物對氮元素的獲取 12 14 植物吸收獲 取的NH 4 和NO 3 進(jìn)入氮代謝途徑 即NO 3 的代謝還 原和NH 4 的同化等 15 NO 3 的代謝還原包括NO 3 在 細(xì)胞內(nèi)通過NR進(jìn)行一系列反應(yīng)還原為NH 4 氮的同 化是植物吸收NH 4 的氨通過GS GOGAT循環(huán)途徑 和 或GDH途徑合成谷氨酸和 或谷氨酰胺 谷氨酸 和谷氨酰胺再進(jìn)一步形成其他氨基酸或酰胺以供植 物體利用 15 16 田婧等 17 研究Spd對高溫脅迫下黃瓜 幼苗氮素代謝的影響發(fā)現(xiàn) 短期高溫脅迫下噴施Spd 預(yù)處理 幼苗體內(nèi)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量升高且NR活 性增強(qiáng) 較長期高溫脅迫噴施Spd處理 Spd促進(jìn)根 系吸收硝態(tài)氮且向地上部運(yùn)輸 增強(qiáng)根系和葉片NR 活性 抑制銨態(tài)氮過度積累 SHAN等 9 研究發(fā)現(xiàn) 外源Spd顯著增加了高溫脅迫下番茄葉片中NR和 GDH的活性 與此同時 高溫脅迫下施用Spd顯著上 調(diào)leNR leGS leGDH 和leGDH的轉(zhuǎn)錄水平 可見 外源Spd可能通過調(diào)節(jié)含氮化合物 氮代謝關(guān)鍵酶的 活性及其基因表達(dá)來改善氮代謝 從而賦予蔬菜作物 黃瓜和番茄 的耐高溫能力 氮同化代謝過程合成 的游離氨基酸不僅是衡量蔬菜作物營養(yǎng)價值的重要指 標(biāo) 還能直接或間接對逆境脅迫做出響應(yīng) 18 19 DU 7期 余琦隆等 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜氮代謝的影響 1401 等 20 研究發(fā)現(xiàn) 外源Spd能調(diào)控黃瓜葉片中游離氨基 酸含量的變化 這有助于減輕脅迫的傷害 因此 高 溫脅迫下施用Spd可能也引起蔬菜作物中游離氨基酸 含量的變化 本研究切入點(diǎn) 生菜作為喜積累NO 3 的葉類蔬菜 易因處理的變化而影響生菜對氮營養(yǎng)元 素的吸收 轉(zhuǎn)化和代謝 4 雖然已有關(guān)于外源Spd能 調(diào)控高溫脅迫下黃瓜 17 和番茄 9 氮代謝的研究 也有 研究證實高溫脅迫下生菜體內(nèi)較高水平的Spd含量能 增強(qiáng)其耐高溫能力 21 22 但是外源Spd是如何調(diào)控生 菜氮元素的吸收 轉(zhuǎn)化和代謝途徑來影響生菜耐高溫 能力和營養(yǎng)品質(zhì)的變化還未可知 擬解決的關(guān)鍵問 題 本試驗以散葉生菜 北散生3號 為試材 研究 外源Spd對高溫脅迫下生菜幼苗的生長 NH 4 和NO 3 離子流速 氮代謝和游離氨基酸含量的影響 探明Spd 在生菜抗高溫逆境中的氮代謝調(diào)控機(jī)理 1 材料與方法 試驗于2020年8月至2021年4月在北京農(nóng)學(xué)院 蔬菜重點(diǎn)實驗室進(jìn)行 1 1 植物材料和處理方法 試驗采用的生菜品種由北京農(nóng)學(xué)院生菜研究組提 供 為 北散生3號 選取顆粒飽滿的生菜種子放 于鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中催芽48 h后 播于 1 2 2 3霍格蘭配方的營養(yǎng)液 23 水培育苗托盤中 放 于人工氣候箱 GXZ型光照培養(yǎng)箱 中國 中培養(yǎng) 光周期為14 h 10 h 晝夜溫度為22 17 相對濕 度在70 75 光照強(qiáng)度為 350 10 mol m 2 s 1 待幼苗長至一葉一心時 挑選長勢一致的幼苗移栽至 含有霍格蘭營養(yǎng)液的規(guī)格為10 L的水培箱中 移栽適 應(yīng)一周后開始處理 挑選1 3生長狀況相同的生菜幼 苗留在人工氣候培養(yǎng)箱中 作為常溫對照 剩下2 3 轉(zhuǎn)移至光周期為14 h 10 h 晝夜溫度為35 30 相對濕度為70 75 光照強(qiáng)度為 350 10 mol m 2 s 1 的人工氣候培養(yǎng)箱中 后續(xù)處理再將剩下 2 3的生菜均分為高溫處理和高溫噴施Spd處理 植株處理方式是每天上午8 00 9 00對葉片均 勻噴施 以葉面和葉背全部濕潤且不下滴為準(zhǔn) 經(jīng)過 前期試驗發(fā)現(xiàn) Spd濃度在1 mmol L 1 時 生菜抗高 溫脅迫的效果最佳 因此 后續(xù)試驗Spd濃度設(shè)置為 1 mmol L 1 24 Spd于SIGMA公司購買 配置成1 mol L 1 的母液后儲存在4 冰箱 使用時稀釋成1 mmol L 1 本試驗共設(shè)置3個處理 常溫對照 CK 晝夜溫度22 17 噴施純水 高溫脅迫 H 晝 夜溫度35 30 噴施純水 高溫脅迫噴施Spd HS 晝夜溫度35 30 噴施1 mmol L 1 Spd 每個處理 30株 3次重復(fù) 1 2 生長指標(biāo)測定 處理第8天時 在各個處理中均隨機(jī)選取6株生 菜 用直尺測定每株生菜的葉長 葉寬和根長 采用 根系掃描儀 Expression 12000XL 中國 捕獲根形態(tài) 隨后將捕獲的圖像加載到Imege WinRHIZO 加拿大 中 進(jìn)行每株生菜根系形態(tài)的測定 根系體積和根系 表面積 用電子秤稱量每株生菜的總鮮重 之后再 將其放置在電熱鼓風(fēng)干燥箱 BGZ 140型 中國 中 105 殺青30 min后 75 烘干至恒重以測定每株生 菜的總干重 1 3 硝態(tài)氮 氨態(tài)氮和總氮含量的測定 硝態(tài)氮含量的測定采用水楊酸法 25 氨態(tài)氮含量 的測定采用靛酚藍(lán)比色法 25 試驗處理第0 2 4 6 8天時 在CK H和HS處理中均隨機(jī)選擇生長一致 的生菜 稱取同部位的鮮樣保存于 80 用于測定生 菜葉片和根系的硝態(tài)氮及氨態(tài)氮含量 總氮含量的測定采用凱氏定氮法 25 第0 2 4 6 8天時 在CK H和HS處理中均各隨機(jī)選擇生 長一致的生菜 烘干后粉碎至粉狀樣品保存 稱取0 5 g干樣放于消化管 加入1 5 g催化劑 CuSO 4 5H 2 O K 2 SO 4 1 9 和10 mL濃硫酸消煮過夜后 用FOSS 凱氏定氮儀 Kjeltec 2300型 中國 測量葉片和根系 的總氮含量 1 4 NH4 NO 3 離子流速的測定 利用旭月 北京 科技有限公司的 非損傷微測 技術(shù) NMT 系統(tǒng) Younger USA LLC 美國 監(jiān) 測處理第3天時根表面的凈NH 4 和NO 3 通量 從每個處理的植物根系中隨機(jī)抽取8根白色細(xì)根 直徑約1 0 mm 將白色細(xì)根浸入含有10 20 mL 測量溶液 1 0 mmol L 1 NaNO 3 1 0 mmol L 1 Ca NO 3 2 1 0 mmol L 1 NH 4 H 2 PO 4 pH 6 9 0 1 的培養(yǎng)皿中 將其平衡20 30 min 然后轉(zhuǎn)移到另一個含有測量溶 液的培養(yǎng)皿中 以對照中的生菜根系不同位置進(jìn)行初 步試驗以確定出現(xiàn)NH 4 和NO 3 最大凈通量的位置 在距根尖0 3 0 8 1 5 2 5 3 0和15 mm的區(qū)域內(nèi) 進(jìn)行初始測量 初步試驗結(jié)果確定為距根尖2 5 mm 處為凈通量最大的位置 之后進(jìn)一步測量H和HS處 理中根系的NH 4 和NO 3 凈通量 離子通量的記錄速率 為每4 s一次 每個測量點(diǎn)持續(xù)監(jiān)測3 min 去除前期 不穩(wěn)定的數(shù)據(jù) 得到穩(wěn)定的NH 4 和NO 3 流速曲線 14 26 1402 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 1 5 游離氨基酸含量的測定 游離氨基酸含量的測定參考AURISANO等 27 的 方法 試驗處理第8天時 在CK H和HS處理中均 隨機(jī)選擇生長一致的生菜 稱取新鮮葉片2 50 g 勻 漿后加入8 mL 0 1 mol L 1 HCL 定容至10 mL 超聲 震蕩30 min 離心 10 000 g 4 15 min 取2 mL上清液與2 mL 5 磺基水楊酸暗反應(yīng)30 min 離 心 10 000 g 4 15 min 取上清液過0 22 m 微孔濾膜后進(jìn)L 8800ASM氨基酸分析儀 Hitachi 日本 測定游離氨基酸含量 1 6 氮代謝相關(guān)酶活性的測定 NR活性的測定方法參考H GBERG等 28 的方 法 GS活性的測定方法參考WANG等 29 的方法 GOGAT活性的測定方法參考LIN等 30 的方法 GDH 活性的測定參考SINGH等 31 的方法 試驗處理第0 2 4 6和8天時 在各個處理 CK H和HS 中 均選擇生長一致的生菜 稱取同部位的生菜各0 5 g 于 80 保存 之后用于測定生菜葉片和根系的NR GS GOGAT和GDH活性 1 7 總 RNA 提取和 qRT PCR 分析 處理第8天時 采用qRT PCR方法分析生菜葉片 和根系中LsNR LsGS LsGOGAT LsGOGAT1和 LsGDH的相對mRNA表達(dá)水平 生菜葉片和根的總 RNA提取使用華越洋試劑盒 中國 使用天根反轉(zhuǎn) 錄試劑盒 中國 合成cDNA第一鏈 從NCBI的 GenBank庫中分別下載相關(guān)基因引物序列 引物設(shè)計 見表1 以反轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物cDNA作為模板 進(jìn)行 qRT PCR分析 18S作為內(nèi)參基因 qRT PCR使用 TB Green Premix Ex Taq II 2 Tli RNaseH Plus 試 劑盒 TaKaRa 日本 在CFX96 Real Time PCR Detection System儀器 Bio Rad Laboratories 美國 進(jìn)行試驗 基因表達(dá)變化倍數(shù)分析使用2 CT 進(jìn)行計 算 相對mRNA表達(dá)水平用18S進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 所有處 理設(shè)定3次生物學(xué)重復(fù) 1 8 數(shù)據(jù)處理與分析 數(shù)據(jù)分析采用SPSS version 26 美國 和WPS 2019 中國 進(jìn)行方差和顯著性分析 P 0 05 2 結(jié)果 2 1 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜生長的影響 如表2所示 與CK對照相比 高溫脅迫顯著降 低生菜的總鮮重 葉寬 根長 根系體積和根系表面 積 與H處理相比 HS處理的生菜的總鮮重 總 干重 葉長 葉寬 根長 根系體積和根系表面積均 表 1 用于 qPCR 分析的相關(guān)基因的引物序列信息 Table 1 Primer sequence information of genes of interest used in qPCR assay 基因名稱Gene name 上游引物 Forward primer 5 3 下游引物 Reverse primer 5 3 LsNR CTCCGAGCCACCTTTGACTAAGC CGCATATCTCCACCGTCCAATCC LsGS CTTCGCCACGCAGACCACATC ATGGAGCAACCACGGTTAGCAAC LsGOGAT GCAGTTCGTGAGAAGCGTGAGAG TGAAGCAGCGGATTCCACCTTTC LsGOGAT1 CGTGAGGAAGATGTGCTGAAGGAG GATGGTCGGGTTGCCTGTTCG LsGDH CCGTATGGTGGTGCGAAAGGTG GAGCAGGAACATCGGTGTGGATTC 18S GTGAGTGAAGAAGGGCAATG CACTTTCAACCCGATTCACC 表 2 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜形態(tài)指標(biāo)的影響 Table 2 Effects of exogenous Spd on the morphological indexes of lettuce under high temperature stress 處理 Treatment 總鮮重 Total fresh weight g plant 總干重 Total dry weight g plant 葉長 Leaf length cm 葉寬 Leaf width cm 根長 Root length cm 根系體積 Root volume cm 3 根系表面積 Root surface area cm 2 CK 15 60 0 49a 0 65 0 04b 13 78 0 25c 11 08 0 46a 24 30 0 98a 5 75 0 16a 281 96 10 49a H 10 96 0 38c 0 65 0 73b 14 90 0 31b 7 86 0 24c 18 50 0 05c 3 19 0 35c 169 06 15 86c HS 13 59 0 38b 0 81 0 11a 17 13 0 40a 8 79 0 28b 22 80 2 25b 4 13 0 40b 231 57 13 52b 不同小寫字母表示不同處理間根據(jù)Duncan多極差檢驗在 P 0 05 存在顯著差異 下同 The different letters indicate significant differences at P 0 05 according to Duncan s multiple range test The same as below 7期 余琦隆等 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜氮代謝的影響 1403 有所增加 分別增加了24 00 24 62 14 97 11 83 23 24 29 47 和36 98 以上結(jié)果表明 高溫脅迫會抑制生菜的生長 Spd能促進(jìn)生菜在高溫 脅迫下生物量的積累 2 2 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜根系 NH 4 NO 3 離子 流速的影響 如圖1所示 生菜根系NO 3 的凈吸收量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于NH 4 表明生菜根系主要以吸收NH 4 為主 如 圖1 A所示 3個處理的生菜根系NH 4 離子流速均 表現(xiàn)為內(nèi)流狀態(tài) 但是NH 4 流速在不同處理間差異 不顯著 如圖1 B所示 3個處理的生菜根系NO 3 離子流速有內(nèi)流和外排兩種狀態(tài) 其中H處理的 NO 3 離子為外排狀態(tài) 為2 23 pmol cm 2 s 1 CK和 HS處理的NO 3 離子均為內(nèi)流狀態(tài) HS處理的根系 NO 3 內(nèi)流流速顯著高于CK 為51 43 pmol cm 2 s 1 說明NO 3 離子流速對于處理的反應(yīng)比NH 4 靈敏 H處理導(dǎo)致根系NO 3 外排 HS處理促進(jìn)根系NO 3 內(nèi)流 NH 4 凈通量 NH 4 net fl ux pi c o mol cm 2 s 1 NO 3 凈通量 NO 3 net fl ux p ico mol cm 2 s 1 離子流速值為距根尖頂點(diǎn)的距離2 5 mm處 正值代表外排 負(fù)值代表內(nèi)流 不同小寫字母表示差異顯著 P 0 05 下同 The ion velocity value is 2 5 mm from the apex of the root tip A positive value represents external discharge and a negative value represents internal flow Different lowercase letters indicate significant difference P 0 05 The same as below 圖 1 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜根系 NH 4 NO 3 離子流速的影響 Fig 1 The effect of exogenous Spd on the flow rate of NH 4 and NO 3 ions in the roots of lettuce under high temperature stress 2 3 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜總氮 硝態(tài)氮和氨態(tài) 氮的影響 隨著處理時間的增加 外源Spd的噴施緩解了高 溫脅迫下根系總氮含量的下降 圖2 A B 如圖 2 C所示 葉片中硝態(tài)氮含量隨著H處理時間的增加 而逐漸低于對照 并且在H處理的第8天硝態(tài)氮含量 最低 在處理的第8天 HS處理的葉片中硝態(tài)氮含量 顯著高于H處理 P 0 05 但H和HS處理的根 系中硝態(tài)氮含量均高于對照 H和HS處理之間的硝 態(tài)氮含量差異不顯著 圖2 D 高溫脅迫下 葉片 和根系的氨態(tài)氮含量均高于對照和HS處理 圖2 E F 表明外源Spd的噴施抑制高溫下生菜葉片和根 系氨態(tài)氮含量的積累 2 4 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜的氮代謝關(guān)鍵酶活 性的影響 如圖3 A和圖3 B所示 隨著處理時間的增加 H處理的生菜葉片和根系中NR活性低于對照 與H 處理相比 HS處理的葉片和根系NR活性增強(qiáng) 其中 葉片NR活性顯著高于對照 P 0 05 H處理下 葉片中GS的活性顯著高于對照 而HS處理的GS 活性又顯著高于H處理 圖3 C H處理的根系 GS活性先上升后下降 最終在處理第8天時顯著低 于對照和HS處理 圖3 D 在處理的第6 8天 H處理的葉片和根系GOGAT活性顯著低于對照 HS處理顯著抑制高溫脅迫下的GOGAT活性降低 圖3 E F 不同處理的葉片和根系GDH 圖 3 G H 與GOGAT活性的變化趨勢相似 上述結(jié) 果表明 與H處理相比 HS處理的葉片和根系氮代 謝關(guān)鍵酶 NR GS GOGAT GDH 活性均呈增 加的趨勢 2 5 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜氮代謝關(guān)鍵酶基因 表達(dá)的影響 從圖4 A和圖4 B可知 H處理的葉片和根系中 LsNR相對表達(dá)水平顯著低于對照和HS處理 說明 外源噴施Spd抑制了高溫脅迫對LsNR相對表達(dá)水 平的下調(diào) HS處理的根系LsNR相對表達(dá)水平顯著 1404 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 a b a b b a a a b c a b a a a 0 10 20 30 40 50 60 70 02468 A a a a a a a b c c b a b b ba 0 10 20 30 40 50 60 70 02468 B a a b a a a bb b b a c a a a 0 10 20 30 40 50 60 70 02468 C a b c b b a b b a a a a a ab ab 0 10 20 30 40 50 60 70 80 02468 D a b b b b a a a a a a b b a b 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 02468 E a a b c ca a a a a a a b bb 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 02468 時間 Time d F CK H HS 時間 Time d 葉片總氮含量 Tot a l ni trog en cont ent in t h e leav es mg g 1 DW 根系總氮含量 To tal nit rogen co ntent in th e ro ots mg g 1 DW 葉片硝態(tài)氮含量 Ni trate ni trogen cont en t i n t h e leaves g g 1 FW 根系硝態(tài)氮含量 Ni trate ni trogen cont en t i n t h e root s g g 1 FW 葉片氨態(tài)氮含量 Ammo ni a ni trog en cont ent in the leaves g g 1 FW 根系氨態(tài)氮含量 Ammo ni a ni trog en cont ent in t h e root s g g 1 FW 圖 2 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜總氮 硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的影響 Fig 2 Effects of exogenous Spd on total nitrogen nitrate nitrogen and ammonia nitrogen of lettuce under high temperature stress 高于對照 P 0 05 不同處理間 葉片和根系LsGS LsGDH相對表達(dá)水平與LsNR相對表達(dá)水平的趨勢類 似 圖4 C D 圖4 I J 與CK相比 H和HS 處理的葉片中LsGOGAT幾乎不表達(dá) 圖4 E 葉片 中GOGAT酶的另外一個相關(guān)基因LsGOGAT1與LsNR 的變化趨勢一致 圖4 G 在根系中 與CK相比 LsGOGAT和LsGOGAT1相對表達(dá)水平在高溫脅迫下均 顯著上調(diào) 與H處理相比 HS處理進(jìn)一步上調(diào)相關(guān)基 因的相對表達(dá)水平 圖4 F H 上述結(jié)果表明 與H 處理相比 HS處理上調(diào)了葉片 LsNR LsGS LsGOGAT1 和LsGDH 和根系 LsNR LsGS LsGOGAT LsGOGAT1 和LsGDH 的氮代謝關(guān)鍵酶基因的相對表達(dá)水平 2 6 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜葉片氨基酸含量的 影響 外源Spd對高溫脅迫下生菜葉片游離氨基酸含量 的影響見表3 與CK相比 H處理的生菜TAA含量 顯著減少 HS處理能抑制高溫脅迫導(dǎo)致的TAA含量 減少 其中 Asp Thr Glu Gly Val Lys His Arg和Pro這9種氨基酸與TAA的變化趨勢一致 Tyr 與TAA的變化趨勢相反 3個處理中含量無差異的氨 基酸包括Cys和Met 各個處理間 檢測的17種游離 氨基酸中變異系數(shù)最大的是Arg 說明生菜葉片中Arg 的含量在不同處理間的變化差異最大 外源Spd對高 溫脅迫下生菜葉片呈味氨基酸含量的影響見表4 17 種游離氨基酸按照呈味特征分為UAA Asp Glu Gly Ala Lys SAA Ser Thr His Pro AAA Cys Tyr Phe 和BAA Arg Val Met Ile Leu UAA SAA和BAA的變化趨勢與TAA一致 與之相反的是AAA 根據(jù)表4發(fā)現(xiàn)SAA的均值最高 其次是UAA BAA的變異系數(shù)最大 其次是SAA 7期 余琦隆等 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜氮代謝的影響 1405 葉片 NR 活性 NR activity in the leaves nka t g 1 FW 根系 NR 活性 NR acti vit y i n t h e root s nka t g 1 FW 葉片 GS 活性 GS activity in the leaves n kat g 1 FW 根系 GS 活性 GS acti vit y i n t h e root s n kat g 1 FW 葉片 GOGA T 活性 GOGAT activity in the leaves nka t g 1 FW 根系 GOGA T 活性 G A G A T act iv it y in th e ro ot s nka t g 1 FW 葉片 GD H 活性 GDH activity in the leaves nkat g 1 FW 根系 GD H 活性 GDH acti v i ty i n t h e roo t s nkat g 1 FW 圖 3 外源 Spd 對高溫脅迫下生菜氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響 Fig 3 Effects of exogenous Spd on activities of key enzymes