氮锌交互作用对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响_cropped

氮锌交互作用对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响_cropped 农业环境科学学报 % 200524(6):1048- 1053 Journal of Agro-Environment Science 氮锌交互作用对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响 21 何忠俊 ，华珞 (云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 ;首都师范大学地理系，北京 ) 1. 6502012.100037 摘 要:在砂培条件下，研究了不同水平氮锌配施对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响。结果表明，在缺锌条件下，随氮水平增加，植株干物重、叶片叶绿素、、类胡萝卜素含量显著下降，含量则明显增加，即白三叶 SODMDA 草叶片光合作用和清除活性氧的能力显著下降，氮锌配施在缺锌条件下表现为拮抗效应。在足量供锌条件下，中量供 氮，植株干物重、叶片叶绿素、、葫萝卜素含量高于低量供氮，含量则相反，氮锌配施表现为协同效应;与中低 SODMDA 水平供氮相比，当高水平供氮时，各组分干物重、叶片叶绿素、、类胡萝卜素含量等显著下降，含量显著增加SOD MDA , 氮锌配施表现为拮抗效应。叶片超显微结构表明，低锌条件下，随供氮水平增加，叶绿体结构变差，基粒及基粒片层、基 质片层数量下降甚至解体，光合能力显著下降;足量供锌时，以中量供氮叶绿体基粒及基粒片层、基质片层数量最 部结构有序性最高，光合能力最强。叶绿体超显微结构变化与叶绿素、、类胡萝卜素含量变化趋势相一致。 多，内 SOD 关键词:氮;锌;交互作用;白三叶草;活性氧;叶绿体超微结构 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: Q256A1672- 2043(2005)06-1048 - 06 Effect of the Inter action Between N and Zn on Active Oxygen Metabolism and Chlor oplast Ultr a- str uctur e of White Clover Leaves 12HE Zhong-jun, HUA Luo (1. Resource and Environmental College, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. Department of Geography, Capital Normal University, Beijing 100037, China) Abstr act: Sand culture experiment was carried out to study the effect of interaction between N and Zn on active oxygen metabolism and chloroplast ultrastructure of white clover leaves. The main results indicated that the dry matter weight, the con- tent of chlorophyll, SOD and carotinoid of leaves significantly decreased and MDA content of leaves remarkably increased with the increase of N rate; N and Zn combined application showed antagonism effect in the condition with deficient Zn, while, in the condition with sufficient Zn, the dry matter weight, the content of chlorophyll, SOD and carotinoid of leaves were higher and MDA content of leaves was lower at moderate N rate than those at high and low N rates, suggesting that N and Zn combined application showed synergism effect; at high amount of N supply, the dry matter weight, the content of chlorophyll, SOD and carotinoid of leaves significantly decreased and MDA content of leaves remarkably increased compared with those at moderate and low N rate, implying that N and Zn combined application showed antagonisme ffect. The chloroplast ultrastructure of mesophyll cell of white clover leaves showed that in the condition of Zn deficiency, with the increasing rate of applied N, the inner structure of chloro- plast ruined, in which the number of the grana and grana lamellae as well as stroma lamellae decreased and disintegrated, which resulted in the low photosynthesis capacity of chloroplast. In the condition with sufficient supply of Zn, the numbers of the grana, 收稿日期: 2004- 11- 14 基金项目:国家自然科学基金资助() 作者简介:何忠俊(—)，男，博士，副教授，主要从事植物营养生理和土壤398701271962 污染方面的研究。E- mail:hezhongjun@hotmail.com 联 系 人:华 珞 1049 grana lamellae and stroma lamellae as well as the order of the combination of them in chloroplast were the highest at moderate rate of N application, the volume of chloroplast reduced and the system of lamellae swelled and couldn' t form grana at high rate of N application. The change of chloroplast ultrastructure was correspondent with that of chlorophyll, SOD and carotinoid content. :Keywor dsnitrogen; zinc; interaction; active oxygen; chloroplast ultrastructure ; white clover leaves 在植物营养方面，对氮锌关系早在 世纪 年 液中()固定数日，再经 锇酸缓冲液固定，丙 20 30 pH7.01% [1]酮系列脱水，包埋，切成厚度为 的超薄 代以来就有不同的认识。一些研究者认为氮锌之间 Epon812 50nm [2~7]有拮抗效应，而另一些研究者则认为氮锌之间存在 切片，再经醋酸铀和柠檬酸铅双染色后，用日立 H- [8~11]型透射电子显微镜观察和摄影，电压 。 协同效应。以上研究均是基于对植株干物质产量、 500 80 kV氮锌浓度及吸收量的分析得出的结论，关于氮锌交互 结果与分析2 [12]作用的细胞生物学机理研究甚少。为此，本文采用 砂培试验、生化分析及电子显微技术，研究了氮锌交 氮锌配施对白三叶草生长和叶绿素含量的影响 2.1 互作用对植株生长状况、活性氧代谢和叶绿体超微结 图 表明，在缺锌条件下，随供氮水平增加，白三 1 构的影响，以期为阐明氮锌交互作用的细胞生物学机 叶草全株、地上和根系干物重显著降低(Duncan' s 理提供理论依据。 检验达 显著水平)。与缺锌处理比较，相同供SSR 1% 氮水平下，足量供锌极显著提高了全株、地上和根系 材料与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 1 干物重(检验达 显著水平)。足量 Duncan' s SSR 1% 供锌条件下，与低量氮相比，中量供氮对地上干物重 试验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与材料 1.1 增加较小，但对根系干物重则有显著增加;高量供氮 沙培试验于 年 至 月在中国农业科学2001 9 10 极显著降低了全株、地上和根系干物重(Duncan' s - 1院原子能所示踪网室进行，试验 设 、、? N 51530 mmolL检验达 显著水平)。 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 中氮和足锌处理SSR 1% 个水平，分别代表低量氮(营养液 浓度 3 Hoagland N ()对白三叶草生长(尤其是根系生长)有显著的 NZn12 的 )、中量氮(营养液正常 浓度)和高 1/3Hoagland N 促进作用，缺锌或高氮条件下对白三叶草生长有显著 量氮(营养液 浓度的 倍)，以 、、Hoagland N 2 NNN 123 抑制作用。- 1 表示。设 、?个水平分别代表缺锌Zn 0.12.0 μmolL2 , [13] 和足量锌(按郑绍建等磷锌关系研究中的锌浓度确 定)，以 、表示，共 个处理，各处理组合为: ZnZn6 12 、、、、、。用 ， NZnNZnNZnNZnNZnNZnN NHNO11213112223243 用 ?(皆为分析纯)，每处理重复 次。 Zn ZnSO7HO3 42 植物生长所需的其他营养液以 营养液为基 Hoagland 础，以 微量元素营养液补充微量元素。供试白 Arnon 三叶草品种为 ，其种子用 Trifolium repens L0.1%Hg- 灭菌，用根瘤菌()接种。ClTrifolium Rhizobium- 908 2 月 日播种，采用 米氏盆酸洗石英砂培养， 28 3.5 kg - 每天淋浇营养液 ，每 用蒸馏水淋洗 次。 300 mL3 d 1 每盆留苗 株。20 生化测定1.2 氮锌配施对白三叶干物重的影响 图 1生长 后进行生化测定，月 日收获后测 40 d 10 28 Figure 1 Effect of N and Zn combined application on the dry 定生物学产量。叶绿素及类胡萝卜素含量测定用 matter weight of white clover 丙酮提取，、、处比色。、80%665649470 nm SODMDA 叶绿素是光合作用的基本物质，其含量与叶片光 采用试剂盒法测定(南京建成生物工程研究所提供)。 合作用强弱密切相关。图 表明无论低锌还是足量供 2 叶肉细胞叶绿体超微结构观察1.3 锌，叶绿素含量均以高量氮最低，与低锌处理相比，足 收获前取第 片展开叶片中部约 样 1 4 mm×4 mm 量供锌极显著地提高了叶绿素含量(Duncan' s SSR - 1 品，立即放入含 戊二醛的 ?磷酸缓冲2.5%0.1 molL 年 月 200512 何忠俊等:氮锌交互作用对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响 1050 表 氮锌配施对叶片 、、类胡萝卜素含量的影响 1 SODMDA ，Table 1 Effect of N and Zn combined application on SODMDA and carotin content of white clover leaves 活性氧产生的主要部位，也是光合作用的唯一场所 [14] 图 不同水平氮锌配施对白三叶叶绿素含量的影响 2 、酶主要存在于叶绿体中。用透射电镜 CuZn- SOD Figure 2 Effect of N and Zn combined application on the 察了白三叶栅栏组织细胞叶绿体超显微结构，见 chlorophyll content in white clover leaves 、图 。结果表明:34 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 达 显著水平)。说明足量供锌提高了白三叶 在缺锌条件下，低氮处理，叶绿体外膜凸凹不平1% 草叶片的光合能力。 形状为不规则菱形，叶绿体内淀粉粒较多，表明叶 体尚能进行光合作用。叶绿体内基粒和基质片层较 氮锌配施对叶片自由基代谢的影响2.2 富、清晰，但基粒片层数量较少，一般为 个，基3~6 - 植物可通过多种途径产生 、?、?、等OOHOHO 2 222 自由基，同时细胞内也存在清除这些活性氧的多种途片层断裂，表明基粒之间联系较差，见图 之 ; 3 1~3径。细胞为了维持正常生命活动其自由基必须处于较 量氮处理，叶绿体内基粒及基粒片层较多，但基质低的状态。植物体内活性氧清除物质有 大类:一类 2 层较少，结构性差，基粒和基质片层模糊、呈解体 为保护酶系统，主要有 、超氧化物歧化酶、 SOD(CuZn )态，叶绿体内淀粉粒小，表明叶绿体光合作用能力 过氧化物酶、过氧化氢酶另一类为抗氧化 POD()CAT();弱，见图 之 ;高氮处理，叶绿体严重畸形，体 3 4~6剂系统，主要为一些小分子物质，如维生素 、抗坏血 E变小，叶绿体内无基粒和基质片层分化，内部结构 [14、15]酸、类葫萝卜素等。丙二醛是膜脂过氧化的 (MDA)混沌状态，叶绿体内淀粉粒很少，表明叶绿体光合 产物，其含量高低是衡量细胞膜受损伤程度的指标之 用极弱，见图 之 。说明在缺锌条件下，随氮水 3 7~9一。表 表明，与缺锌条件相比较，足量供锌显著提高 1 增加，叶绿体内部结构变差，光合能力显著下降。 了叶片 酶活性和类葫萝卜素含量，显著降低了 SOD 在足量供锌条件下，低氮处理，叶绿体为规则 含量。说明缺锌植物体清除活性氧的能力下降， MDA 细胞结构受损，从而影响了植物生长。此结果和前人 [14、16~17]研究结论一致。但不同氮锌水平下，叶片 、 SOD 形，与缺锌处理相比较，单个细胞内叶绿体数量增多、和类葫萝卜素变化规律不同。在缺锌条件下， MDA 叶绿体变大，叶绿体内淀粉粒大而多，表明叶绿体叶片 及类葫萝卜素含量随施氮水平增加而下 SOD 合能力增强，叶绿体内基粒及基粒片层丰富，见图 降，而 含量呈相反的变化趋势。在足量供锌条 MDA 之 ;中量氮处理，叶绿体为规则菱形，叶绿体体 1~3件下，叶片以中量供氮 、类葫萝卜素含量最高， SOD大，叶绿体内淀粉粒较低氮处理大且多，叶绿体内 含量最低。MDA 粒及基粒片层丰富，基粒和基质片层排列有序化程 氮锌配施对叶肉细胞叶绿体超微结构的影响 2.3 作较低氮处理高，表明叶绿体光合能力很强，见图 4 物组织结构的变化在一定程度上可以反映作 ;高氮处理，叶绿体为弯月型，与中氮和低氮处4~6 物的营养状况。关于氮或锌单施对小麦、玉米、苹果等 [18~20] 叶片超显微结构影响的报道较多，但关于氮锌配 相比，叶绿体体积变小，单个细胞内叶绿体数量减少 施对植物叶片超显微结构的影响尚无资料报道。叶片 叶绿体片层系统肿胀，不能堆叠成基粒，叶绿体内 粉粒小而少，表明叶绿体光合能力下降，见图 之 4 7 光合主要在栅栏组织细胞的叶绿体中进行，叶绿体是 。说明足量供锌条件下，中量氮叶绿体结构性最好 9 低量氮次之，高氮最差。与缺锌处理相比较，相同氮 平下，足量供锌显著增加了叶绿体的基粒、基粒片 1051 说明:从上到下分别为N Zn、NZn、NZn，从左到右分别显示相同处理叶绿体内部结构3.0 ( 万倍)、单个叶绿体结构(1.0 万倍)和叶 112131 肉细胞结构(倍)1 500~2 000 基粒;基粒片层;基质片层;叶绿体。淀粉粒;G- grana GL- grana lamellae SL- stroma lamellae SG- starch grain C- chloroplast 图 缺锌条件下，不同氮水平对叶绿体超显微结构的影响3 Figure 3 Effect of different N levels on chloroplast ultrastructure of mesphyll cells of white clover under Zn deficiency 和基质片层数量，增大了叶绿体体积，提高了叶绿体发育和超微结构的研究发现，与其他处理相比，低氮内部结构的有序性，从而提高了叶片的光合能力。 )根瘤数量、单瘤重、根瘤固氮酶活 足锌处理(ZnN12[21]根据何忠俊等在相同试验中对白三叶草根瘤 性、根瘤细胞内类菌体数量最大，类菌体周膜空间最 年 月 200512 何忠俊等:氮锌交互作用对白三叶草叶片活性氧代谢和叶绿体超微结构的影响 1052 说明:从上到下分别为N Zn、NZn、NZn，从左到右分别显示相同处理叶绿体内部结构3.0 ( 万倍)、单个叶绿体结构(1.0 万倍)和 122232 肉细胞结构(倍)。1 500~2 000 基粒;基粒片层;基质片层;叶绿体。淀粉粒;G- grana GL- grana lamellae SL- stroma lamellae SG- starch grain C- chloroplast 足量供锌条件下，不同氮水平对叶绿体超显微结构的影响图 4 Figure 4 Effect of different N levels on chloroplast ultrastructure of mesphyll cells of white clover under Zn sufficient supply 小，细胞壁、细胞膜和类菌体周膜完整性和均匀性最粒片层、基质片层数量最多，内部结构有序性最高， 高。而本文中以中氮足锌处理()植株干物重、叶 合能力最强。说明中量供氮抑制了根瘤发育和根瘤NZn22 固氮能力，但不影响白三叶草的正常生长，高量供 片叶绿素、、葫萝卜素含量最高，叶绿体基粒及基SOD 1053 pearl millet: 1. Effect of nitrogen and Zinc levels on dry matter yield and 显著抑制了白三叶草的正常生长。因为本试验盆栽时 concentration and uptake of nitrogen and zinc in pearl millet [J]. Soil 间短，根瘤从形成到具有固氮能力需要一定的时间， ，Science1985, 139(4):351- 356. 所以本试验中白三叶草生长所需的大部分氮素主要 [6] Ozanne P G. The effect of nitrogen on Zinc deficiencyin subterranean 由营养液提供。 clover[J]. Aust J:Biol Sci, 1955, 8:47- 55. ，[7] Abdul MSaeed A S. Nitrogen response of barley plants to nitrogen and 小结 学校三防设施建设情况幼儿园教研工作小结高血压知识讲座小结防范电信网络诈骗宣传幼儿园师德小结 3 zinc fertilization in calcareous soils[J]. Agrochimca, 1979, 23(3- 4):288- 293. ()在不同氮锌水平下，氮锌配施对白三叶草生 1，，[8] Soliman M FSolima N FFarah M A. Response of barley plants to 长和活性氧代谢的影响不同。在缺锌条件下，随供氮 nitrogen and zinc fertilization in calcareous soils[J]. Agrochimca, 1979, 水平增加，全株、地上、根系的干物重、叶片叶绿素、 23(3- 4), 288- 293. 、类胡萝卜素含量呈下降趋势，含量则明显 SODMDA [9] Karimian N. Effect of nitrogen and phosphorous on zinc nutrition of corn 增加。表明缺锌条件下，随施氮水平增加，白三叶草叶 ，in a calcareous soil[J]. J of Plant Nutrition, 199518(10) 2261- 2271. 片光合及清除活性氧能力下降，氮锌配施在缺锌条件 ，[10] Langin E J, War R COlsen R S. Factors responsible for poor response 下表现为拮抗效应。在足量供锌条件下，中量供氮，各 of corn and grain sorghum to phosphorus fertilization. II. Lime and 组分干物重、叶片叶绿素、、类胡萝卜素含量高于 SODphosphorus placement effect on phosphorus- zinc relations[J]. Soil Sci 低量供氮，则相反，氮锌配施表现为协同效应; MDA ，Soc Am Proc1962, 26:574- 575. 当高水平供氮时，各组分干物重、叶片叶绿素、、 SOD [11] Singh D V. Effect of soil applied zinc on nitrogen and phosphorus nu- 类胡萝卜素含量等显著下降，含量则增加氮 MDA , trition of wheat[J]. Balwant Vidyapeeth Journal of Agricultral and Sci- 锌配施表现为拮抗效应。 ，entific Research1974, 16:2, 125- 128. ()白三叶草叶片超显微结构表明，低锌条件下， 2何忠俊，华 珞，白玲玉，等土壤植物系统中氮锌交互作用研究 [12] . - 随供氮水平增加，叶绿体结构变差，基粒及基粒片层、 进展土壤与环境，，()，[J].2001122133- 137. 基质片层数量下降甚至解体，光合能力显著下降。足 郑绍建，杨志敏，胡蔼堂玉米、小麦细胞、磷锌营养及交互作用的 [13] . 量供锌时，以中量供氮叶绿体基粒及基粒片层、基质 研究植物营养与肥料学报，，():[J].199952150- 155. 片层数量最多，内部结构有序性最高。叶绿体超显微 [14] 张福锁.环境胁迫与植物营养[M]. 北京:北京农业大学出版社，结构变化与叶绿素、、类胡萝卜素变化趋势相一 SOD1993.83- 100. 徐竹生，刘道友水稻叶片衰老的研究华中农业大学学报，[15] . [J]. 致。 ，()198615133- 39. ，，，[16] Cakmak IEkiz HYilmaz A. Torun BKoleli. Diferential response of ，，ryetriticalebread and durum wheats to zinc deficiency in calcareous ，，soils[J]. Plant and Soil1997a188(1):1-10. [17] Cakmak I, Ozturk L, Eker S. Concentration of zinc and activity of cop- per/zinc - superoxide dismutase in leaves of rye and cultivars differing 参考文献: in sensitivityto deficiency[J]. J Plant Physiol,1997b, 151:91- 95. [1] Chapman H D. Relation between nitrogen and Zinc in crop nutrition[J]. J 王振林，沈成国，余松烈小麦供锌状况对叶片结构和叶绿体超微[18] . ，，Agr Res193755:365- 379. 结构的影响作物学报，，()，[J]. 1993196559- 559. 陈保生崔 徵锌氮比例对蕃茄生长的影响与氮代谢的关系植 [2] ,. [J]. 曲桂敏，黄天栋，顾曼如锌与苹果叶片的显微结构及其超微分布[19] . 物生理学报，，19663(1):25- 33. 园艺学报，，()[J]. 1993204339- 342. ，[3] Valle B LGaldes A. The metallo- biochemistry of Zinc enzymes[J]. Adv 左宝玉玉米不同层次叶片叶绿体的超微结构和叶绿素含量变化[20] . ，，Enzymol198456:284- 430. 作物学报，():[J]. 123213- 216. ，[4] Singh B KSingh R P. Zinc deficiency symptoms in lowland rice as in- 何忠俊，梁社往，华 珞氮锌复合作用对白三叶草根瘤超显微结 [21] . 构的影响云南农业大学学报，():[J].202209- 213. duced by modified - urea materials applied at different rates of nitrogen ，，in calcareous soil[J]. Plant and Soil198587:439- 440. ，[5] kumar V, Ahlawat V SAntil R S. Interactions of nitrogen and Zinc in