李 祎，楊順瑛，郝東利，蘇彥華

李 祎1,2，楊順瑛1，郝東利1，蘇彥華1*

(1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

以擬南芥col-0、和為試驗材料，采取基質(zhì)培養(yǎng)的方法，以常規(guī)營養(yǎng)液(4 mmol/L NH4+)處理為對照，設(shè)置高NH4+(20 mmol/L)營養(yǎng)液中分別添加0% 蔗糖(T1)、5% 蔗糖(T2)處理，通過測定植株地上部分的鮮重，葉綠素、游離NH4+、可溶性糖、可溶性蛋白、礦質(zhì)元素含量及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脫氫酶(GDH)酶活性等指標(biāo)，研究外源蔗糖對NH4+脅迫擬南芥碳氮代謝的影響。結(jié)果表明：與CK相比，T1處理下，3個擬南芥株系植株生長均受到嚴(yán)重的抑制。鮮重及GS、GDH活性降低，游離NH4+、葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量增加；植株的氮、磷、鉀、鈣含量增加，鎂、鐵含量減少。其中col-0植株在T1處理下受到的抑制比和植株更為顯著。與T1處理相比，T2處理增加了擬南芥植株的鮮重，顯著提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高了GS和GDH活性；降低了葉綠素和游離NH4+的含量，提高了植株的氮、磷、鉀、鈣、鎂含量，降低了植株鐵含量，其中，外源蔗糖對col-0植株高NH4+毒害的緩解較兩個突變體植株更為顯著。

蔗糖；高NH4+脅迫；擬南芥；碳代謝；氮代謝

碳和氮是植物體內(nèi)兩大重要元素，其化合物在植物的生命代謝過程中起著至關(guān)重要的作用，因此碳和氮代謝是植物體內(nèi)最重要的兩大代謝過程[1]。碳氮代謝相互影響，相互制約。氮主要通過銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO– 3-N)兩種離子形態(tài)吸收進(jìn)入植物體內(nèi)[2-3]。適量的NH4+能夠促進(jìn)植物生長[4-6]，但是過量的NH4+則會對植株的生長產(chǎn)生毒害作用[7-8]，主要表現(xiàn)有植物根系粗短，根冠比下降，葉子黃化，同時還會抑制種子發(fā)芽，甚至嚴(yán)重的會導(dǎo)致植株死亡。已有研究表明，植物對銨態(tài)氮的吸收主要是通過銨轉(zhuǎn)運蛋白家族(ammonium transporter，AMT)來負(fù)責(zé)[9-10]。當(dāng)根系周圍因施用氮肥而出現(xiàn)局部NH4+濃度較高(≥1 mmol/L)時，由AMT所介導(dǎo)的NH4+吸收作用達(dá)到飽和，根系的NH4+吸收能力不再隨NH4+濃度的增加而增強[11]。

糖作為植物體內(nèi)重要的大分子物質(zhì)，不僅參與光合作用中的碳代謝，為氮代謝提供能量和碳架[12]，還可以作為信號分子被植物細(xì)胞感知[13]，在己糖激酶、糖代謝中間物以及糖分子水平展開其調(diào)節(jié)能力[14]。除此之外，糖也能參與植物氮同化酶的調(diào)節(jié)，可以促進(jìn)離體植物葉片中硝酸還原酶(NR)在轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)[15]；外源蔗糖還可以顯著提高煙草葉片中谷氨酰胺合成酶(GS)的活性[16]，緩解高NO– 3脅迫對葉用萵苣生長的抑制[17]。

本試驗以擬南芥銨轉(zhuǎn)運蛋白基因的T-DNA突變體和野生型為材料，通過比較外源添加蔗糖下，AMT的T-DNA缺陷體及野生型在高NH4+脅迫下碳、氮代謝關(guān)鍵酶活性等指標(biāo)的變化，探索高NH4+脅迫下外源蔗糖維持?jǐn)M南芥碳、氮代謝平衡機理，為減輕NH4+脅迫對作物的毒害作用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

野生型擬南芥(, Columbia)為本實驗室保存(下文簡稱col-0)。Salk-063887C (下文簡稱)和CS372164 (下文簡稱) 這兩個 AMT的T-DNA插入突變體購自ABRC (www.ar-abidopsis.org)。

2Mix rTaq，RNAiso Plus和 PrimeScriptTMIIRT 試劑盒以及 TaKaRa Ex Taq購自寶生物工程(大連)有限公司。引物由生工生物工程(上海)有限公司合成。其他生化試劑均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2 試驗方法

1.2.1 擬南芥植株幼苗準(zhǔn)備 擬南芥植株幼苗培養(yǎng)方法參考文獻(xiàn)[18]，光照培養(yǎng)箱的溫度為 23℃ ± 1 ℃，光周期為16 h光照、8 h黑暗，光照強度為100 μmol/ (m2·s)。培養(yǎng)基成分根據(jù)Yuan等[19]修改得：2 mmol/L NH4NO3，1 mmol/L KH2PO4，1 mmol/L MgSO4，250 μmol/L K2SO4，250 μmol/L CaCl2，100 μmol/L Na-Fe- EDTA，50 μmol/L KCl，50 μmol/L H3BO3，5 μmol/L MnSO4，1 μmol/L ZnSO4，1 μmol/L CuSO4，1 μmol/L Na2MoO4，1 mmol/L MES-KOH(2-碼啉已磺酸)，1% (/)蔗糖，0.8%(/)瓊脂，pH 5.7。純合體擬南芥種子先用10% ()的次氯酸鈉和0.1%(/)SDS(十二烷基硫酸鈉)消毒 5 min，然后用滅菌水清洗干凈(5 次)，置4 ℃低溫避光保存48 h后播種于培養(yǎng)基(10 cm×10 cm)上，密封。將培養(yǎng)皿直立地置于光照培養(yǎng)箱中，讓根沿瓊脂表面向下生長。

1.3 測定項目及方法

1.3.1和突變體純合體鑒定和的基因名稱及引物序列見表1。

表1 擬南芥T-DNA突變體株系及引物序列

取樣生長21 d的擬南芥葉片，采用蔗糖法[20-21]提取基因組DNA，隨后進(jìn)行PCR反應(yīng)，PCR所用引物序列如表1所示。反應(yīng)體系如下：模板DNA 1 μl，正向引物(10 μmol/L)0.4 μl，反向引物(10 μmol/L)0.4 μl，2×Mix rTaq 10 μl，雙蒸水8.2 μl，總體積20 μl，混勻后進(jìn)行PCR 反應(yīng)。PCR 反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性 3 min；94 ℃變性 30 s，60 ℃退火 45 s，72 ℃延伸 90 s，30次循環(huán)；最后 72 ℃延伸 10 min。PCR 產(chǎn)物利用1.0% 瓊脂糖凝膠電泳檢測，所用的電泳緩沖溶液為1×TAE，電泳電壓為 120 V。

利用 TaKaRa的RNAiso Plus 試劑提取擬南芥野生型與待檢測T-DNA 插入株系葉片的 RNA。用 NanoDrop 2000超微量分光光度計測定RNA的濃度。利用 Prime-Script TMIIRT試劑盒合成 cDNA。然后，利用基因的特異引物-F(5′- CATCAACCTTAACCTCTCAGACTCCA-3′)和- R(5′-GGTTTGGCCCATCAGAATCG-3′)進(jìn)行 RT- PCR 檢測的表達(dá)；利用基因的特異引物-F(5′-CATCAACCTTAACC-TCTCAGACTCCA-3′)和-R(5′-GGTTTGG-CCCATCAGAATCG-3′)進(jìn)行 RT-PCR 檢測的表達(dá)?；蜃鳛閮?nèi)參，引物序列為 ACTIN1-F：5′-ACACCAGACATAGTAG-CAGAAATCAAG-3′，ACTIN1-R：5′-GAGCCTTAC-AACGCTACTCTGTCTGTC-3′。擴增條件：94 ℃ 3 min；94 ℃ 3 min，58 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，25個循環(huán)；最后 72 ℃延伸 5 min。擴增產(chǎn)物用 1.0% 瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行分析。

1.3.2 植株生理生化指標(biāo)測定 將外源添加蔗糖處理4周的擬南芥植株收樣，并且測定其地上部分的鮮重。參照文獻(xiàn)[22-23]，測定葉綠素含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白含量；采用靛酚藍(lán)比色法測定游離NH4+含量。

稱取0.2 g鮮樣葉片，放入預(yù)冷的研缽中，加入 1.5 ml 預(yù)冷的提取緩沖液，添加少量石英砂在冰上研磨，勻漿收集至1個 2.0 ml離心管中，4 ℃，16 000離心20 min，然后將上清液轉(zhuǎn)移到新的離心管中測定相關(guān)酶活性。提取緩沖液組成：50 mmol/L Tris-HCl (pH 7.5)，10 mmol/L MgCl2，1 mmol/L EDTA，1 mmol/L EGTA，1 mmol/L苯甲脒，1 mmol/L ε-氨基乙酸和10 μmol/L亮抑酶肽。采用Magalhaes和Huber[24]方法測定GS和GDH酶活性。

1.3.3 植株礦質(zhì)元素含量測定 用天平稱量擬南芥地上部新鮮樣品，參照文獻(xiàn)[23]，采用凱氏定氮法測定全氮含量；采用H2SO4-H2O2–釩鉬黃比色法測定全磷含量；采用H2SO4-H2O2火焰原子吸收分光光度法測定全鉀含量；采用干灰化–稀HCl溶解–火焰原子吸收分光光度法[23]，測定鈣、鎂、鐵含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件和SPSS13.0軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和相關(guān)性分析，采用Duncan’s檢驗法進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 amt1.1和amt1.3插入純合體的鑒定

圖1中A是擬南芥株系鑒定的示意圖。對擬南芥和株系鑒定結(jié)果如圖1中B、D所示，結(jié)果顯示，該和突變體有非常清晰的插入特異性擴增條帶，產(chǎn)物大約為700 bp。對兩個株系DNA 樣品利用 T-DNA 插入兩端的LP 和 RP 引物進(jìn)行了PCR 擴增，其結(jié)果如圖 1 中C和E所示，野生型樣品有預(yù)測的 1 057 bp和1 101 bp 大小的特異 PCR 產(chǎn)物，而和株系樣品并沒有擴增條帶，說明和為純合的T-DNA插入。對其進(jìn)行定量PCR，結(jié)果如F所示，在株系中，幾乎檢測不到，表明株系在T-DNA 插入的作用下，基因完全被敲除。在株系中，幾乎檢測不到，表明株系在T-DNA 插入的作用下，基因完全被敲除。

2.2 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株鮮重的影響

從圖2可以看出，CK處理下，col-0和、三種植株地上部分鮮重沒有顯著差異。與CK處理相比，T1處理下擬南芥植株的鮮重出現(xiàn)降低，3種植株的降幅分別降低了13.9%、5.2% 和3.6%，其中col-0植株的降低幅度最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于和植株。與T1處理相比，T2處理下3種植株的鮮重有所增加，增加的幅度依次為4.8%、1.2% 和2.1%，其中，col-0植株的增加幅度大于和植株，表明蔗糖可以緩解高NH4+脅迫對擬南芥生長的抑制，其中對col-0植株的效果更為明顯。

4) 系統(tǒng)所需的控制器不能與現(xiàn)有部件干涉，并且處理速度要快，環(huán)境要求度不能太高。因此選用嵌入式開發(fā)板作為控制處理單元以滿足上述要求。

2.3 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株游離NH4+ 和葉綠素含量的影響

從圖3 中可以看出，和CK處理相比，T1處理下，col-0、和植株體內(nèi)的游離NH4+含量分別增加了34.9%、17.3% 和22.5%，其中，col-0的游離NH4+含量增加最為明顯；和T1處理相比，T2處理下，游離NH4+含量分別降低了12.5%、5.9% 和8.1%。外源添加蔗糖可以在一定程度上減少植物體內(nèi)游離NH4+含量，相較而言，外源添加蔗糖對高NH4+脅迫下col-0植株緩解能力更強。

(A：T-DNA突變體插入片段PCR鑒定模式圖；B：col-0和amt1.1的LBb1和LP引物擴增結(jié)果；C：col-0和amt1.1的RP和LP引物擴增結(jié)果，其中M為Takara DL 2000 DNA Marker，1為col-0，2是amt1.1；D：col-0和amt1.3的LBb1和LP引物擴增結(jié)果；E：col-0和amt1.3的RP和LP引物擴增結(jié)果，M為Takara DL 2000 DNA Marker，1為col-0，3是amt1.3；F：col-0、amt1.1、amt1.3株系在At4g13510和At3g24300的表達(dá)結(jié)果，ACTIN1為內(nèi)參)

(柱體上方不同小寫字母表示相同處理下不同株系植株間差異在P<0.05水平顯著，下同)

葉綠素含量也是反映植物體中氮含量的一個重要指標(biāo)。從圖3可以看出，和CK處理相比，T1處理下，植物體內(nèi)的葉綠素含量分別增加了35.1%、26.4% 和26.9%，其中，col-0植株的葉綠素含量變化最為明顯，和T1處理相比，T2處理下，植株體內(nèi)的葉綠素含量分別降低了8.5%、5.5% 和7.9%。可以看出，外源添加蔗糖可以在一定程度上緩解高NH4+對擬南芥植株的脅迫，其中，對col-0植株的影響更為明顯。

2.4 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

植物中碳水化合物是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖4可見，CK處理下，col-0、和植株的可溶性糖含量并沒有明顯差異；T1處理下，與CK處理相比，col-0、和植株的可溶性糖含量分別增加21.5%、12.1% 和12.3%，其中col-0植株的增長明顯高于和植株，col-0和、植株間達(dá)到顯著性差異。與T1處理相比，T2處理下，col-0、和植株的可溶性糖含量分別增加17.7%、11.2% 和8.4%，col-0植株的增長更為明顯，col-0和、植株間達(dá)到顯著性差異。

圖3 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株的游離NH4+ 和葉綠素含量的影響

圖4 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

和CK處理相比，T1處理下，col-0、和植株的可溶性蛋白含量都出現(xiàn)增加，分別增加了22.8%、21.8% 和23.2%；col-0和、植株間達(dá)到顯著性差異。與T1處理相比，T2處理下，3種植株的可溶性蛋白含量出現(xiàn)增加，分別增加了9.2%、15.5% 和18.9%。CK和T2處理下，col-0和、植株間差異不顯著。

高NH4+脅迫下，擬南芥植株的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量會出現(xiàn)增加，添加外源蔗糖在一定程度上增加了植株體內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量，從而增加植株的碳水化合物含量，維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓的平衡，從而提高了植物的抗逆性，同時為氮代謝提供碳源，維持碳氮代謝。

2.5 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株GS和GDH活性的影響

GS、GDH是氮代謝中的關(guān)鍵酶，GS是無機氮轉(zhuǎn)化為有機氮的關(guān)鍵酶，GDH是連接碳、氮代謝的關(guān)鍵點。從圖5可知，與CK處理相比，T1處理下，葉片中GS的活性呈現(xiàn)大幅度的降低，col-0、和植株分別下降了35.1%、35.6% 和29.2%，其中col-0植株的降低幅度最大，說明高NH4+脅迫降低了GS的活性，對col-0植株的脅迫最為明顯，但是3個株系植株之間并沒有顯著性差異；與T1處理相比，T2處理下，3個株系植株的GS活性出現(xiàn)不同程度的增加，分別提高了38.1%、44.8% 和35.8%，說明外源蔗糖可以提高植株中GS的活性，促進(jìn)植物中無機氮轉(zhuǎn)化為有機氮的過程。

與CK處理相比，T1處理下，col-0、和植株的GDH活性分別降低了30.6%、17.3%和10.6%，其中col-0植株的降低幅度最為顯著，3個株系植株之間達(dá)到顯著性差異；與T1處理相比，T2處理下提高了植物的GDH活性，3個株系植株分別提高了38.5%、19.7% 和12.1%，其中col-0植株的提高幅度最大，表明外源蔗糖可以一定程度上提高植物中GDH活性，對col-0植株的GDH活性提高最為明顯。

圖5 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株的GS和GDH活性的影響

2.6 外源添加蔗糖對高NH4+ 脅迫下植株礦質(zhì)元素含量的影響

表2是外源添加蔗糖后，植物體內(nèi)礦質(zhì)元素的含量。從表2中可知，3個株系植株的氮、磷、鉀、鈣含量變化規(guī)律都為T2>T1>CK。與CK處理相比，T1處理下擬南芥植株的氮含量增加，3個株系分別增加了49.6%、23.9% 和25.9%；與T1處理相比，T2處理下，植株氮含量顯著增加了20.0%、30.1% 和34.8%。對于植株磷含量，T1處理下比CK處理增加了41.7%、32.9% 和28.1%；T2處理下，和T1處理相比，分別增加了25.7%、11.1% 和1.7%。對于植株鉀含量，與CK處理相比，T1處理下col-0、、植株分別增加了11.2%、16.1% 和13.8%；與T1處理相比，T2處理下分別增加了14.0%、9.8% 和8.8%。對于植株鈣含量，變化幅度和其他元素相比較低，與CK處理相比，T1處理下col-0、、植株分別增加了1.0%、1.9% 和5.2%，T2處理和T1處理相比提高了1.6%、3.8% 和1.3%。高NH4+脅迫下，植株的氮、磷、鉀、鈣含量都表現(xiàn)出不同程度的增加，外源添加蔗糖后，氮、磷、鉀、鈣含量也都出現(xiàn)不同幅度的提高。

表2 外源蔗糖對高NH4+ 脅迫下擬南芥植株礦質(zhì)元素含量的影響(mg/g, FW)

注：表中同行不同小寫字母表示相同處理下不同株系植株間差異在<0.05水平顯著。

植株鎂含量的變化規(guī)律是CK>T2>T1，與CK處理相比，T1處理下降低了20.3%、8.1% 和5.6%，T2處理和T1處理相比，分別提高了1.0%、8.0% 和4.0%，高NH4+脅迫下植株鎂含量減少，外源添加蔗糖在一定程度上提高了植株鎂含量。植株鐵含量的變化規(guī)律是T1>CK>T2，和CK處理相比，T1處理下，植株鐵含量分別增加了37.5%、40.0% 和13.7%，T2處理和T1處理相比減少了30.3%、31.4% 和36.3%。高NH4+脅迫下植株鐵含量增加，外源添加蔗糖在一定程度下減少植株的鐵含量。

3 討論

氮是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素[25-26]。而NH4+是植物重要的氮素來源之一，但是其在植株體內(nèi)的過量累積會對植株造成傷害。植物的鮮重可直觀地反映植株生長狀況[27-28]。高濃度的NH4+甚至還抑制植物的生長，降低植株的含水量及產(chǎn)量[29-30]。Togoro等[31]試驗結(jié)果表明，供應(yīng)NH4+的植株體內(nèi)非常容易積累大量的游離NH4+，猜測這可能是植株生長受到抑制的原因之一。缺失AMT會導(dǎo)致植物的NH4+吸收能力顯著下降[11]。葉綠素含量也是反映植物體中氮含量的一個重要指標(biāo)。李保海和施衛(wèi)明[32]報道高NH4+能增加擬南芥植株的葉綠素含量。羅金葵等[33]也報道適當(dāng)增加NH4+會提高小白菜的葉綠素含量，促進(jìn)葉面積的生長，隨NH4+濃度升高葉綠素含量逐漸變高。本文試驗結(jié)果也與之符合，高NH4+脅迫下擬南芥植株的鮮重減少，體內(nèi)游離NH4+積累量增多，葉綠素含量增加。col-0和、植株相比，受高NH4+毒害更為嚴(yán)重，可能是因為和植株缺失相關(guān)AMT基因，NH4+吸收能力降低，游離NH4+積累較少，從而降低了高NH4+毒害。

本試驗中，高NH4+脅迫的同時外源添加蔗糖可以顯著緩解高NH4+對植株生長的抑制作用。為了排除因為蔗糖本身營養(yǎng)對植株鮮重的提高，在試驗前進(jìn)行了正常NH4+外源添加5% 蔗糖處理，結(jié)果顯示，該處理植物的鮮重、氮含量和CK處理相比，并沒有顯著性差異(數(shù)據(jù)未顯示)，因此排除因為蔗糖營養(yǎng)的緣故?，F(xiàn)有大量研究表明[34-36]，植株在逆境脅迫下會通過滲透調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境，而可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸作為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均可作為衡量植物抗逆性的指標(biāo)。常麗麗等[17]報道外源蔗糖可以緩解高NO– 3 脅迫對葉用萵苣生長的抑制，提高葉用萵苣的可溶性糖含量，降低NH4+含量；李小剛[37]通過葉面噴施蔗糖提高了NO– 3脅迫下黃瓜幼苗中碳水化合物含量，提高了碳、氮代謝相關(guān)酶活性。而本試驗中，在T1高NH4+脅迫處理下，擬南芥可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，可能是植物為了更好地適應(yīng)高NH4+脅迫，通過滲透調(diào)節(jié)緩解高NH4+脅迫的影響；T2處理下外源添加蔗糖后，擬南芥植株中可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，說明外源蔗糖可以使植株中的碳水化合物含量增加，維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓平衡，從而提高植株的抗逆性，同時為氮代謝提供碳源，維持碳、氮平衡。

GS在植物體內(nèi)主要參與無機氮轉(zhuǎn)化為有機氮這一過程，在ATP供能下，催化NH4+和谷氨酸合成可溶性物質(zhì)[38]。因此，植物GS基因表達(dá)受到NH4+的影響，會因植物種類、NH4+濃度及器官的不同而表現(xiàn)出不同的情況，有些植物里面NH4+即可誘導(dǎo)GS基因的表達(dá)，增加GS的活性，而在另外一些植物中則會抑制其GS基因的表達(dá)，降低GS的活性[39-41]。本試驗中，高NH4+脅迫下降低了GS活性，抑制了無機氮轉(zhuǎn)化為有機氮的過程，從而抑制了整個植株的氮代謝過程，外源添加蔗糖可以提高GS活性，緩解高NH4+脅迫對氮代謝的抑制。GDH是連接碳、氮代謝的關(guān)鍵酶[42]，一般在植物體內(nèi)氨濃度較高時起作用。在本研究中，與T1處理相比，T2處理增加外源添加蔗糖后，GDH活性增加，可能是由于高NH4+脅迫下植株體內(nèi)NH4+含量增加，而外源蔗糖可以通過提高GDH的活性來轉(zhuǎn)化植株體內(nèi)的NH4+，提高植株對氮的利用率，減輕NH4+毒性，同時為氨同化提供碳骨架。

鹽逆境條件下，植株體內(nèi)的離子含量發(fā)生改變，會對原來的離子平衡關(guān)系造成影響，對植株的生長發(fā)育產(chǎn)生不利的影響[43]。研究表明，硝酸鹽脅迫下，黃瓜葉片中鈣、鉀含量增加，鐵、鎂含量降低[44]。本研究結(jié)果表明，高NH4+處理下，添加外源蔗糖后，擬南芥植株的氮、磷、鉀、鈣、鎂含量都出現(xiàn)增加，其中氮、磷、鉀含量增加比較顯著。氮含量增加，表明植株利用氮的能力增強，加快植株對氮的吸收利用，一定程度上緩解了高NH4+毒害。但外源蔗糖不能提高植株鐵含量。已有文獻(xiàn)報道[45]，高NH4+脅迫會降低植株的含鉀量，而本試驗中隨著NH4+濃度的增加，植株含鉀量也隨之增加，推測可能是因為本試驗測定的是以鮮重為基礎(chǔ)的含鉀量，高NH4+降低了植株的含水量，因此植株鮮重的含鉀量增加。高NH4+脅迫顯著抑制了擬南芥的生長，影響了礦質(zhì)元素在植株中的含量，外源蔗糖可緩解高NH4+脅迫對擬南芥生長的抑制作用，并提高了各礦質(zhì)元素的含量，說明外源蔗糖可通過影響礦質(zhì)元素的吸收積累，維持離子之間的平衡，減輕高NH4+脅迫對擬南芥的毒害作用。

4 結(jié)論

NH4+脅迫顯著抑制了擬南芥植株的生長，外源添加蔗糖可以緩解高NH4+脅迫的抑制，這可能是由于外源蔗糖可以提高植株體內(nèi)碳水化合物的含量，維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓平衡，從而提高植株的抗逆性；另外，外源蔗糖處理增加了GS和GDH活性，加速氨同化作用，減少植株體內(nèi)游離NH4+含量；其還可以通過礦質(zhì)元素的吸收積累，減輕高NH4+脅迫對擬南芥的毒害作用。

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Effect of Exogenous Sucrose on Nitrogen and Carbon Metabolism ofUnder High NHStress

LI Yi1,2, YANG Shunying1, HAO Dongli1, SU Yanhua1*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

col-0,andwere used as materials. By adding 0% (T1) or 5% (T2) sucrose to the culture solution, the influences of exogenous sucrose on nitrogen and carbon metabolism of threelines in nutrient solution under 20 mmol/L NH4+were investigated. Plants grown under 4 mmol/L NH4+were used as controls (CK). The fresh weight, the contents of chlorophyll, NH4+, soluble sugar and protein, the activity of glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH), the mineral element contents of aboveground parts ofwere determined in this study. The results showed that, the growth of threelines was significantly restrained under 20 mmol/L NH4+condition (T1) compared with 4 mmol/L NH4+(CK). With the increasing of NH4+concentration, the fresh weight and the GS and GDH activities were reduced, but the contents of NH4+, chlorophyll, soluble sugar, soluble proteins, N, P, K and Ca ofwere increased, while the contents of Mg and Fe ofwere reduced. Compared withand, col-0 was more sensitive to high NH4+. Compared with T1 treatment, T2 treatment increased the fresh weight of, significantly increased the contents of soluble sugar and protein, enhanced the activities of GS and GDH, reduced the contents of NH4+and chlorophyll of, increased the contents of N, P, K, Ca and Mg but reduced the content of Fe in. Compared withand, exogenous addition of sucrose (T2) showed a better alleviation effect on high NH4+-stress in col-0.

Sucrose; High NH4+stress;;Carbon metabolism; Nitrogen metabolism

Q945.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.004

李祎, 楊順瑛, 郝東利, 等. 外源蔗糖對高NH4+脅迫下擬南芥碳氮代謝的影響. 土壤, 2020, 52(6): 1120–1128.

中國科學(xué)院南京土壤研究所“一三五”計劃和領(lǐng)域前沿項目(ISSASIP1609)資助。

(yhsu@issas.ac.cn)

李祎(1988—)，女，江蘇揚州人，博士研究生，主要從事植物銨吸收同化的分子機制及調(diào)控研究。E-mail: liyi@issas.ac.cn