高粱分泌硝化抑制物对羟基苯丙酸与质子泵的关系研究

来源：土壤学报杂志2015年第3期北京时间：

作者：周金泉,张明超,魏志军,胡 军,朱毅勇

单位：周金泉，南京农业大学资源与环境科学学院；2012103159@njau.edu.cn,张明超，南京农业大学资源与环境科学学院；2013203053@njau.edu.cn,魏志军，南京农业大学资源与环境科学学院；13612128@njau.edu.cn,胡 军，南京农业大学资源与环境科学学院；hujun@njau.edu.cn,朱毅勇，南京农业大学资源与环境科学学院；Yiyong1973@njau.edu.cn,

摘要：硝化作用是导致农田氮素损失的一个重要原因，自然界中一些植物根系能分泌抑制土壤氨氧化细菌的物质，统称为生物硝化抑制剂。高粱根系分泌的对羟基苯丙酸（简称MHPP），具有很好的抑制效果。为了研究MHPP的分泌机制，本实验用铵态氮与硝态氮两种不同氮素形态水培高粱幼苗，在一定时间内收集根系分泌物。将根系分泌物通过高效液相色谱法（HPLC）测定其中的MHPP含量，通过微量滴定法测定氢离子含量。同时，将根系采样后，用两相法分离根系细胞膜，测定质子泵活性。结果表明，在铵态氮营养下，高粱分泌MHPP的速率在3.52 μmol g-1 d-1左右，而硝态氮营养下几乎不分泌MHPP。在铵态氮营养下，根系分泌氢离子的速率为16.49 μmol g-1 d-1，而硝态氮营养下没有氢离子的分泌。而且，随着根系分泌物收集液中铵离子浓度的增加，也促进了根系分泌MHPP和氢离子的速率。因此，铵态氮营养促进了根系分泌MHPP。进一步研究发现，虽然在表观上MHPP的分泌受氮素形态影响，但是在这一过程中MHPP分泌与氢离子的分泌速率是偶合的。而细胞分泌氢离子是由细胞膜上质子泵活性决定的。因此，本实验结果发现，MHPP的分泌实质上是通过根系细胞膜质子泵活性来调控的：在没有氮源的情况下，只要通过壳梭孢菌素（Fusicoccin）或钒酸盐（Vanadate）改变质子泵活性就可以影响MHPP的分泌。所有实验数据的统计结果发现，MHPP分泌与质子分泌之间的比例大约为1: 4，且相关系数r=0.98。因此，铵态氮营养下高粱根系大量分泌生物硝化抑制剂MHPP在一定程度上是由于铵离子的吸收刺激了质子泵活性提高所引起的，这也是防止根际铵态氮被氧化、提高氮素利用率的一个重要生理机制。

关键词：高粱;生物硝化抑制剂;细胞膜质子泵

基金资助：国家自然科学基金面上项目（31172035）、教育部新世纪优秀人才项目（NCET－11－0672）和国家级大学生创新创业训练计划项目（201410307023）资助