«——【·前言·】——»
为了评估干旱胁迫对不同氮水平下小白菜生长和氮营养状况的影响，研究了氮积累和氮同化酶活性的变化。通过在水培条件下添加聚乙二醇来诱导干旱。将小白菜幼苗暴露于不同氮浓度和渗透势的改良营养液中。
采用全析因、重复随机区组设计，短时间的干旱胁迫导致植物含水量、蒸腾速率、地上部生物量和地上部氮浓度显著下降。
增加氮素利用率可提高根部总游离氨基酸含量，促进根部生物量积累加速，提高硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性，从而显著缓解干旱胁迫。这将减少水分限制，施氮量相对较高的小白菜在干旱胁迫下具有更好的生长性能。
«——【·简介·】——»
水和氮是作物生长和生产力的两个主要限制因素，特别是在温室条件下生长的作物，更严格的用水限制以及与社会其他部门的竞争正在加大压力，减少用于灌溉的淡水份额，从而导致中国农业用水减少。
一般来说，缺水会抑制根部对氮的吸收以及向地上部分的运输，因为蒸腾速率受到限制，影响了主动运输和膜渗透性。
氮是作物生长的关键矿质营养素，几乎涉及植物的所有生理过程，如三磷酸腺苷合成、光合作用和主动防御机制。为了确保作物的高生产力，更好地了解氮代谢以及作物应对水分亏缺的利用尤为重要。
硝酸盐是土壤中作物的主要氮源，一旦被植物吸收，氮氧化物-3被还原为亚硝酸盐通过硝酸还原酶然后转化为铵通过亚硝酸还原酶。
这NH _+4通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶掺入谷氨酸，谷氨酸草乙酸转氨酶和谷氨酸丙酮酸转氨酶等氨基转移酶负责氨基酸之间的转化和合成。
有充分证据表明植物的氮吸收、分配和同化受到包括水分胁迫在内的不利条件的调节，聚乙二醇诱导的干旱胁迫降低了高羊茅、意大利黑麦草和鸡眼草的总氮含量，干旱胁迫会影响氮氧化物-3杏仁中的吸收，当 Ψ w低于 -0.18 MPa 时会产生有害影响。
小白菜是最受欢迎的蔬菜之一，在中国从北到南的广大范围内种植，为了确保蔬菜种植的足够产量和盈利能力，经常使用过量的氮肥，导致大部分氮在土壤中积累或因径流或浸渗而流失。
大白菜生产中土壤残留氮甚至很高，足以避免下一季额外的氮需求，许多研究在生理和分子水平上探讨了小白菜对不同氮水平和氮形态的反应，关于干旱胁迫对氮同化过程和氮营养状况影响的信息较少。
在本研究中，为了了解小白菜在不同氮水平下对干旱胁迫的生长和生理反应，我们检测了形态和生理变化，氮氧化物-3-N,NH _+4-N 和总游离氨基酸与 N 代谢相关。
增加氮的有效性可能有助于增强缺水小白菜的氮同化能力和渗透物质的积累，从而缓解生长限制。
«——【·材料和方法·】——»
1. 植物栽培和处理
该实验在上海交通大学农业与生物学院的玻璃温室中进行。2017年2月27日，将小白菜种子播种在蔬菜育苗基质中。发芽21天后，将幼苗转移到黑色容器，水培栽培。幼苗分别接受蒸馏水、半浓度营养液和全营养液3、3和6天。
对于氮处理，向植物提供含有 2 mM NaNO 3、9 mM NaNO 3和 18 mM NaNO 3的营养液。通过添加 PEG 6000 来控制溶液的渗透势。植物每 6 小时接受三分之一剂量的 PEG 6000，直至达到设定量。
施用的PEG 6000的剂量分别为0、60和120g·L -1。总共有 9 个处理，3 个区块，每个区块 21 次重复，共 567 株植物。干旱胁迫持续一周；小白菜的老叶子变黄了，甚至脱落了。这氮氧化物-3使用 García-Robledo 等人描述的光学方法测量营养液中的浓度。
并在第4天添加NaNO 3以将矿物质浓度恢复到其初始值。通过称重方法评估水分损失，并在整个期间每天晚上补充水分。
2.生长参数测定
测定每个容器中四株植物的生长参数，并将平均值视为一次重复。在干旱第七天的上午 9:00 至 11:00 之间测量了最新叶子的蒸腾作用。使用与发光二极管光源耦合的便携式光合作用测量系统测量蒸腾速率。
处理7天后收获实验植物并分为芽和根。在电子秤上测定鲜重和干重，并计算植物含水量。用 EPSON 扫描仪扫描叶子，并通过 Image J 免费软件计算总叶面积。而根部则通过 WinRHIZO 根部分析系统进行扫描和分析。
3. -3-N,+4-N，总游离氨基酸测量
这氮氧化物-3如前所述，对根和叶中的氮含量进行分光光度分析，将总共 1.00 g 新鲜样品添加到 5 mL 去离子水中，并在 95 °C 下孵育 30 分钟。过滤后，滤液用水稀释至25mL。
将适当的溶液与0.4mL 5％水杨酸的浓H 2 SO 4溶液充分混合，然后在室温下孵育20分钟。这氮氧化物-3浓度在 410 nm 处测量。
对于铵定量，将1.00 g新鲜样品与8 mL蒸馏水一起研磨。然后将匀浆在4 °C下离心。将所得上清液用去离子水按 1:30稀释，将 3 mL 溶液与 0.5 mL 1%苯酚-0.01% 硝普钠溶液和 0.5 mL混合。
mL 1%次氯酸钠-0.5%氢氧化钠溶液，将混合物在 37°C 下孵育 30 分钟后，加入 5.9 mL 去离子水和 0.1 mL 8%加入酒石酸钾钠、2%乙二胺四乙酸二钠和0.08%氢氧化钠溶液，并在625 nm处测量吸光度。
总游离氨基酸根据 Shabbir RN 等人描述的方法测定，将含有 0.3 mL 提取物、1 mL 吡啶和 1 mL 茚三酮溶液的样品混合物在沸水浴中加热 15 分钟。冷却至室温后，添加5mL乙醇并在570nm处记录光密度。通过丙氨酸构建的标准曲线估算总游离氨基酸。
«——【·结果·】——»
1.植物含水量
干旱胁迫7 d后，中度干旱组植株含水量显着下降，但轻度干旱组与空白组在3个施氮水平上无差异，植株含水量受施氮水平的调节，中、高施氮组显着高于低施氮处理。
2. 生长参数
经过7天的干旱胁迫后，小白菜地上部分表现出明显的生长抑制，导致叶面积和地上部生物量减少。干旱胁迫也显着降低了蒸腾速率。氮的有效性对干旱胁迫和空白组下的芽生长有显着影响。
在干旱胁迫下，与低氮供应的小白菜相比，高氮供应的小白菜具有更高的叶面积和地上部生物量。
PEG 6000诱导的干旱促进了根系生长。干旱胁迫增加了根系生物量和根冠比，干旱胁迫条件下总根长和根表面积明显增加，且仅在低氮用量下效果显着，干旱胁迫也显着增加了根体积和平均根直径，且升高程度与施氮量呈正相关。
3.氮含量
测量了氮积累对干旱胁迫的响应，在正常和高施氮条件下，随着干旱程度的增加，地上部的氮浓度降低。轻度和中度干旱胁迫导致正常施氮量下地上部氮浓度分别下降6.00%和6.87%。高施氮量可以缓解干旱胁迫。
在高施氮量下，与正常施氮量相比，轻度和中度干旱胁迫下地上部氮浓度分别增加了11.61%和23.75%，干旱胁迫下根系氮浓度受到外源施氮量的调节。
干旱胁迫在低氮供应下降低了根部氮浓度，但在正常氮供应下增加了，在高氮供应之间没有观察到显着差异。
随着干旱程度的增加，地上部的总氮含量降低，但根部的总氮含量增加，轻度和中度干旱胁迫导致正常施氮量下地上部全氮含量分别下降15.09%和25.32%，在干旱胁迫下，地上部的总氮含量随着施氮量的增加而增加。
高施氮量下，轻度和中度干旱胁迫下地上部全氮含量较正常施氮量分别增加30.24%和54.92%，根系氮素积累受外源施氮量和干旱胁迫共同调节。
干旱胁迫在正常和高氮供应下显着增加了根系氮含量，但在低氮供应下没有发现显着变化。干旱胁迫下，随着施氮量的增加，根部氮素积累量增加。
«——【·讨论·】——»
1.干旱限制了氮素从根部到地上的运输
根的大小和结构与水分和养分的吸收直接相关，因为它们直接与生长介质中的养分接触，具有较大细根表面积的较大根系具有较高的水分和养分吸收率，适度干旱胁迫显着促进小白菜总根体积和干重的增加。
硝酸盐被根部吸收，但只有一小部分保留在根部并参与氨基酸和蛋白质的构建。大部分氮通过蒸腾作用通过木质部运输到地上，并参与叶子的各种生理和代谢过程。干旱胁迫显着降低了叶片蒸腾量和地上部氮浓度，这一发现与Delhon等人的研究结果一致。
他们观察到蒸腾速率的实验降低导致氮吸收降低，同时根部氮浓度增加。关于小麦，尼古拉斯等人，水分亏缺通过大幅减少木质部的水通量来限制氮从根部到芽的转移，根部到茎部易位的限制和库尺寸的减小是缺水情况下三种草类氮吸收有限的原因。
干旱可能会限制氮从根部到地上部的转移，并且这种限制可能进一步限制生长，根冠比随着干旱而增加，这主要是由于水分亏缺对地上部生长的负面影响比对根生长的负面影响更大，这与早期的报道一致。
2.干旱扰乱了氮代谢过程
干旱可能通过调节参与氮同化的酶来改变氮代谢和氮分配，水分亏缺改变了NR、GS和GOGAT的活性，谁观察到缺水会改变玉米的氮吸收。由于干旱会降低作物生长，由于叶面积扩张对植物水分状况高度敏感，因此缺水也会影响氮需求。
叶面积可以作为氮需求的指标，我们发现总叶面积和植物含水量随着干旱而减少，表明水分限制导致芽氮需求减少，从而导致酶活性降低。
干旱还会导致氮同化途径中间体的积累，硝酸盐还原产生的铵通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶结合成氨基酸，在这项研究中，中度干旱导致了积累的增加氮H+4，中氮和高氮条件下NR活性增加，GS活性降低，表明氮H+4干旱下的干旱可能归因于硝酸盐减少的增强。
除了硝酸盐还原之外，氨还可以通过库组织从氮运输化合物以及通过其他含氮化合物的分解被释放以重新同化。
植物对抗干旱胁迫主要依靠渗透调节，渗透调节能力直接反映抗旱能力，氨基酸作为重要的渗透物质，在维持细胞膨胀压和减少组织脱水方面发挥着至关重要的作用，适度的干旱胁迫显着增加了总游离氨基酸的积累，这有助于降低细胞渗透势并维持细胞膨压。
GOT 和 GPT 是植物中氨基酸转氨的两种关键酶。GOT和GPT的不同活动表明干旱影响氨基酸的转化，氨基氮含量不受干旱影响，并且干旱没有改变刺槐木质部和韧皮部的氨基氮组成。
响应干旱的氨基化合物的组成取决于植物种类，因此需要进一步阐明干旱介导的小白菜中氨基氮的变化。
3. 高施氮量可减轻干旱胁迫对小白菜的不利影响
干旱胁迫降低了地上部的叶面积、生物量和氮浓度，而较高的施氮量减轻了干旱胁迫的负面影响，在中度干旱胁迫下，高施氮条件下，根部总游离氨基酸和干重加速积累。
增加氮的利用率可能有助于通过增加根部的渗透调节剂来缓解干旱胁迫，并促进根部生物量积累的加速，从而减少水分限制。
我们还发现，在中度干旱胁迫下，随着施氮量的增加，叶片和根部的NR活性增加，我们的结果与之前报道的结果非常吻合，较高水平的硝酸盐运输和同化有助于增强AtTGA4转基因植物的抗旱性。
因此我们推测氮同化能力的增强也缓解了小白菜缺水造成的生长限制，需要确定与氮转运和同化相关的基因的表达，以从分子水平揭示氮转运和同化是否有助于增强小白菜的抗旱性。
«——【·结论·】——»
PEG 6000 诱导的干旱胁迫限制了小白菜的发育和氮营养，增加氮的有效性可以通过增加根部的渗透调节剂来缓解干旱胁迫，促进根部生物量积累的加速，并提高氮同化能力，从而减少水分限制，我们的结果表明，提供相对较高氮的小白菜在干旱胁迫下具有更好的生长性能。
«——【·参考文献·】——»
【1】马丁内斯，《渗透胁迫对鹰嘴豆品种渗透物积累和氨同化酶的影响》，慕尼黑工业大学出版社，2010年。
【2】帕瓦尔，《干旱增强玉米根部的氮吸收和同化》，阿姆斯特丹大学出版社，2016年。
【3】沙比尔，《两种苔藓物种对水分亏缺和氮沉积增加的联合胁迫的生理反应》，2008年。
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