甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）是我国重要的大宗中药材之一,由于近十几年的过度采挖,野生资源日益匮乏,而人工栽培甘草活性成分含量低且不稳定,如何提高人工栽培甘草质量成为急需解决的问题。植物的呼吸代谢为物质的转换提供重要的中间产物及能量,与次生代谢产物的合成与积累具有密切的联系。氮素是植物生长发育所需的大量营养元素之一,对植物根系呼吸作用的影响较为显著。植物可以吸收利用硝态氮（NO3-）和铵态氮（NH4+）两种氮素形态,而硝态氮进入植物根系后需要经过一系列还原反应生成铵态氮后参与代谢的相关活动,同时硝态氮既可在地下部分也可在地上部分完成同化,而几乎所有的铵态氮直接进入植物根系,随后发生同化作用进入氮代谢的各个过程,本课题选择铵态氮（NH4+）作为试验影响因素,以甘草播种苗作为试验材料,研究铵态氮对甘草呼吸代谢及活性成分积累的动态影响,并进行相关性分析,初步探讨呼吸代谢中关键物质γ-氨基丁酸与甘草活性成分合成积累的关系,在此基础上,进一步研究铵态氮对呼吸作用的影响机理,揭示谷氨酸代谢通路在呼吸代谢中的地位和作用,进一步探讨γ-氨基丁酸对甘草呼吸代谢的调控机制,明确γ-氨基丁酸的调控作用,为揭示碳氮代谢与甘草活性成分积累的相关机制奠定研究基础,对提高人工栽培甘草的质量具有重要意义。其主要研究结果如下:1、甘草根系总呼吸速率随时间逐渐减小,不同NH4+浓度处理下,甘草根系呼吸速率呈单峰型曲线,从8月份开始,与对照组相比各处理组甘草呼吸速率具有显著促进作用（p＜0.05）,在6mmol·L-1处理浓度时呼吸速率最大（3.922 nmo1O2·s-1·g-1FW）,随着NH4+浓度的升高,甘草根系呼吸速率下降;不同NH4+浓度处理下,呼吸底物可溶性糖和淀粉的含量、可溶性蛋白的含量和γ-氨基丁酸的含量随处理时间逐渐增大,4个处理组的可溶性糖含量从9月份开始具有显著性差异（p＜0.05）,淀粉的含量从7月份开始具有显著性差异（p＜0.05）,6mmol·L-1处理组的可溶性糖在10月份有最大值（0.1697mg·g-1）,12mmol·L-1处理组的淀粉在9月份有最大值（0.3869mg·g-1）;可溶性蛋白从7月份开始表现出显著性差异（p＜0.05）,12mmol·L-1处理组在10月份时有最大值（10.7326 mg·g-1）;γ-氨基丁酸的含量从8月份开始具有显著性差异（p＜0.05）,6mmol·L-1处理组在10月份具有最大值（0.0920 mg·g-1）;不同NH4+浓度处理下,甘草活性成分含量随时间逐渐增大,甘草酸、甘草素、异甘草素和异甘草苷含量成单峰型曲线,甘草苷含量逐渐增大,甘草酸、甘草素和异甘草苷在6mmol·L-1NH4+处理时有最大值,分别为 0.0107mg·mg-1,0.00125 mg·mg-1 和 0.000348 mg·mg-1,异甘草素在2mmol·L-1处理时有最大值0.0001 13 mg·mg-1,甘草苷在12mmol·L-1处理时有最大值0.0026 mg·mg-1;γ-氨基丁酸与甘草呼吸速率及活性成分含量的相关性极显著,其与呼吸速率相关系数为0.712,与甘草苷、甘草酸、异甘草苷、异甘草素和甘草素相关系数分别为0.896、0.851、0.828、0.636和0.589。本试验的结果表明铵态氮对呼吸代谢及活性物质合成的影响主要在8、9、10月份,不同浓度铵态氮对甘草活性成分积累的影响不同,γ-氨基丁酸与呼吸作用和活性成分含量之间具有显著的相关性。2、不同NH4+浓度处理下,甘草幼苗的呼吸速率随处理浓度先升高后降低,1mmol·L-1处理组较其它处理组能显著的促进甘草呼吸速率（p＜0.05）;甘草呼吸底物可溶性糖的含量随处理浓度的增加含量降低,可溶性蛋白的含量逐渐升高;三羧酸循环中有机酸的含量与对照组相比均显著降低,琥珀酸的含量在1mmol·L-1和2.5mmol·L-1处理时没有显著性差异;游离氨基酸中谷氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺的含量与对照组相比显著升高,相差最大时分别为对照组的1.87倍、3.41倍、14.63倍和3.41倍,Y-氨基丁酸的含量随NH4+处理浓度的增加呈单峰型曲线,在1mmol·L-1时有最大值,比对照组含量增加了近1.96倍。结果表明NH4+进入甘草根系内主要合成转化为天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺,同时引起三羧酸循环中的α-酮戊二酸、柠檬酸、苹果酸和琥珀酸的大量消耗,促进能量与物质的快速更新,进而促进甘草的根系呼吸速率,导致呼吸底物含量的降低。3、谷氨酸不同浓度处理条件下,1mmol·L-1和2.5 mmol·L-1处理组较其它处理组呼吸速率高,2.5 mmol·L-1处理组在处理第5天有最大值（7.8183 nmo1O2·s-1·g-1FW）;甘草呼吸底物可溶性糖的含量无显著性变化,可溶性蛋白的含量逐渐升高;柠檬酸、琥珀酸和苹果酸的含量随处理时间逐渐降低,α-酮戊二酸的含量随处理时间先升高后降低,相同时间内三羧酸循环中有机酸的含量与对照组相比均显著增加;不同谷氨酸浓度处理下,游离氨基酸中谷氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和γ-氨基丁酸的含量变化最大,分别比对照组提高了 11.16倍、85.66倍、18.84倍、2.21倍和6.00倍,在2.5mmol·L-1时有最大值,谷氨酰胺和天冬酰胺的含量随时间逐渐降低,相对应的谷氨酸和天冬氨酸的含量逐渐升高。结果表明谷氨酸进入甘草根系内首先合成转化为谷氨酰胺和天冬酰胺将氮素贮存,在处理的第3天谷氨酰胺和天冬酰胺分解生成谷氨酸和天冬氨酸进行代谢活动,谷氨酸脱酸生成γ-氨基丁酸,γ-氨基丁酸转氨生成琥珀酸进入三羧酸循环,促使有机酸含量升高,进而促进甘草的呼吸速率。4、γ-氨基丁酸不同浓度处理条件下,1mmol·L-1和2.5 mmol·L-1处理组较其它处理组呼吸速率高,1mmol·L-1和2.5 mmol·L-1处理组之间无显著性差异;γ-氨基丁酸对甘草幼苗呼吸代谢三个生化途径中的三羧酸循环途径具有显著的促进作用;在γ-氨基丁酸同分异构体β-氨基丁酸的作用下,甘草幼苗的呼吸速率显著降低,加入琥珀酸时呼吸速率升高并且不受BABA的抑制,说明γ-氨基丁酸是经过γ-氨基丁酸旁路代谢进入三羧酸循环引起呼吸强度的改变;不同γ-氨基丁酸浓度处理下,甘草呼吸底物可溶性糖的含量在第6天表现出显著性差异,随着γ-氨基丁酸浓度的增加含量减小,可溶性蛋白的含量逐渐升高;柠檬酸、琥珀酸、α-酮戊二酸和苹果酸的含量随处理时间逐渐降低,相同时间内三羧酸循环中有机酸的含量与对照组相比均显著增加;不同γ-氨基丁酸浓度处理下,游离氨基酸中谷氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和γ-氨基丁酸的含量变化最大,分别比对照组提高了 5.24倍、9.77倍、13.75倍、5.66倍和33.67倍,在2.5mmol·L-1时有最大值,谷氨酰胺和天冬酰胺的含量随时间含量逐渐降低。结果表明γ-氨基丁酸进入甘草根系内主要合成天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺将氮素贮存,在处理时间内,三羧酸循环中的有机酸含量逐渐降低,谷氨酰胺和天冬酰胺的含量逐渐升高,表明γ-氨基丁酸转氨基下来的-NH2通过与三羧酸循环中的α-酮戊二酸和草酰乙酸合成转化进行贮藏,这个过程与NH4+和谷氨酸贮存氮素的过程一致。