冬小麦对铵态氮和硝态氮的响应

在陕西省永寿县和河南省洛阳市分别设置了11和7处大田试验,分5层采集0~100 cm土壤样品并测定其起始硝态氮含量。永寿试验设7个处理,分别为不施氮,硝态氮、铵态氮品种、硝态氮与铵态氮2∶1组合各2个处理;洛阳试验设6个处理(硝态氮肥只有1个品种),施氮处理均施N 150 kg hm-2,研究小麦对铵态氮和硝态氮肥响应的差异及其与不同深度土层硝态氮累积量的关系。试验表明,同一形态不同氮肥品种之间的增产差异显著低于不同形态之间的差异。比较不同形态氮肥的小麦产量、增产量和增产率的平均值,硝态氮肥最高,硝态氮、铵态氮组合次之,铵态氮最低。氮肥增产量和增产率随土壤累积硝态氮量增加而显著下降;累积量越低,氮肥增产效果越突出,硝态氮的效果也越显著。由此可见,土壤累积的硝态氮量是决定氮肥肥效的主要因子,也是决定不同形态氮素效果的主要因子。只有在硝态氮累积量低的土壤上,氮肥才能充分发挥作用,硝态氮也才能表现出明显的优势。     

不同氮效率木薯品种根系形态、构型及氮吸收动力学特征

【目的】比较分析低氮 (N) 条件下不同氮效率木薯品种的根系形态、构型及吸收动力学变化,以阐明木薯氮高效吸收机制,为指导木薯生产和木薯品种选育提供理论基础。【方法】于2015年在广西大学国家重点实验室温室大棚内进行了试验。盆栽试验采用双因素 (品种 × 氮水平) 区组设计。供试木薯品种包括氮高效品种华南10号 (SC10) 与氮低效品种华南205(SC205)。氮水平包括不施氮 (N0) 和施N 55.2 mg/kg土 (N1)。每盆装10 kg土,种植1株幼苗。木薯出苗60天后,取出并洗净根系,利用根系扫描仪EPSON2000进行根系图像采集,利用WinRHIZO PRO根系分析软件分析图片,获得根系形态指标。将整株植株分成根、茎、叶三个部分,测量干重和氮含量。根系分层试验在大型根系观测系统中进行。吸收动力学试验采用改进常规耗竭法,并比较分析了木薯根系形态、根系构型特征及硝态氮吸收动力学参数差异。【结果】N1和N0条件下,氮高效品种SC10生物量和氮素积累量均显著高于氮低效品种SC205(P < 0.05)。N0条件下,SC10的整株生物量降幅为37.4%,SC205的降幅为69.4%,品种SC10的降幅显著低于SC205 (P < 0.05);SC10的根、茎、叶和全株氮积累量均显著高于SC205,全株氮积累量为SC205的152%。与N1相比,N0处理的木薯品种SC10总根长、根系表面积和细根根长的降幅分别为11.0%、10.0%和20.4%,SC205的降幅分别高达35.9%、27.7%和50.2%,两个品种下降幅度差异显著 (P < 0.05)。低氮诱导木薯根系分布下移,SC10根系呈上宽下窄三角形,最深可达180 cm土层;SC205根系呈椭圆形,最深达130cm土层。氮素吸收动力学试验结果发现SC10、SC205的Km分别为3.27和7.87 mmol/L,表明SC10根系对NO₃–的亲和性更高。【结论】氮高效品种SC10的根系对硝态氮的亲和力 (Km) 几乎是氮低效品种SC205的两倍。在氮素胁迫条件下,氮高效品种可形成优于氮低效品种的根系构型,特别是根系的总根长、根系表面积和细根根长的下降幅度显著小于氮低效品种,是有效缓解氮胁迫的重要原因。     

硝态氮供应下植物侧根生长发育的响应机制

旱地土壤上硝态氮是作物吸收和利用的主要无机氮形态。硝态氮不仅是植物营养的主要氮源,而且还可以作为信号物质调节植物根系生长发育。为适应土壤中硝态氮非均衡供应,植物侧根发育往往呈现出可塑性反应。本文综述了植物侧根生长发育对硝态氮供应的响应机制。在拟南芥、玉米、大麦等植物上研究表明,硝态氮对植物侧根发育具有双向调节途径,即:1)局部供应硝态氮,硝态氮自身作为信号物质通过信号传导通路发生作用,对侧根具有伸长的刺激效应,硝态氮转运蛋白AtNRT1.1作用于转录因子ANR1的上游,ANR1的转录调节侧根发育;2)植物组织中高浓度的硝态氮对侧根分裂组织活动具有抑制效应,植物激素如生长素和脱落酸可能参与其中的信号传导过程。近些年来研究发现小RNA也参与调控硝态氮供应下植物侧根发育。     

不同水平硝态氮对蚕豆根系质子释放量的影响

为了解豆科植物在加速土壤酸化中的作用及其机制,通过水培试验和恒pH自动电位滴定法研究了4个硝态氮供应水平对蚕豆根系质子释放量和介质pH的影响,分析了蚕豆根系释放质子的机制。结果表明,当不供应外源硝态氮时,蚕豆根系释放的质子数量最多,以干根计算培养10次的累积释放量可达37.5mmol·g-1;此条件下质子释放导致培养液pH下降幅度最大,可达1.93。随着外源硝态氮供应量的增加,蚕豆根系释放的质子数量和介质pH的下降幅度均减小。当培养液NO3-浓度为1.0mmol·L-1时,培养试验前期根系有少量质子释放,培养试验后期有少量OH-释放。研究表明,蚕豆生长介质中的质子主要来源于蚕豆根系质子的直接释放,有机酸对介质质子的贡献可以忽略。蚕豆根系对阴、阳离子的不平衡吸收是根系释放质子的主要原因,添加硝态氮可以减少蚕豆根系质子释放量。     

淹水条件下硝态氮对甜樱桃根系抗氧化酶活性和活性氧含量的影响

为探讨淹水条件下NO3-对根系抗氧化酶活性和活性氧（ROS）含量的影响,以美早/Colt甜樱桃（Prunus pseudocerasus Lindl.）为试验材料,研究了NO3-在淹水过程中对甜樱桃根系抗氧化酶活性和活性氧含量的变化。结果表明,淹水过程中甜樱桃根系超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2—)、丙二醛（MDA）含量变化皆呈先升后降趋势。加入NO3-,甜樱桃根系SOD、POD和CAT活性亦呈先升后降趋势,但均高于对照;而H2O2、O2— 和MDA含量低于对照。因此,淹水条件下,加入NO3-可以提高抗氧化酶活性、降低活性氧含量,从而减轻甜樱桃根系因淹水造成的伤害。     

菠菜叶片硝态氮还原对叶柄硝态氮含量的影响

选用3个菠菜品种,设置N.0.1和0.3.g/kg2个施氮水平进行盆栽试验。在不同时期采样测定叶片内、外源硝酸还原酶活性、硝态氮代谢/贮存库大小,以及加入外源硝态氮培养后叶片硝酸还原酶活性的变化,探讨菠菜叶片的硝态氮还原与叶柄硝态氮含量的关系。结果表明,叶片内源硝酸还原酶活性、内源/外源硝酸还原酶活性比值、叶片的硝态氮代谢库大小及代谢/贮存库比值与叶柄硝态氮含量呈相反趋势。加入外源硝态氮培养后叶片硝酸还原酶活性的增加程度与叶柄硝态氮含量相一致。叶片内源硝酸还原酶活性高低及其发挥程度,叶片硝态氮代谢库大小及硝态氮在代谢、贮存库中的分配是造成品种间叶柄硝态氮含量高低差异的重要原因。     

硝态氮对淹水条件下甜樱桃根系呼吸速率及相关酶活性的影响

以盆栽美早/考特甜樱桃（Prunus avium L.）为试材,测定了在0、10、20、30 mmol/L NO3-溶液中甜樱桃根系呼吸速率和相关酶活性的变化。结果表明,NO3-减缓了淹水过程中甜樱桃根系呼吸速率的下降幅度,且随NO3-浓度的升高其呼吸速率加强。淹水2～3 d后,NO3-处理的植株根系糖酵解途径（EMP）、磷酸戊糖途径（PPP）和三羧酸循环途径（TCA）的呼吸速率均高于对照,同时增强了根系中磷酸果糖激酶(PFK)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PDH ）和苹果酸脱氢酶（MDH）的活性。NO3-的加入可以减轻甜樱桃因淹水带来的危害。     

不同基因型小麦侧根生长对硝态氮的响应差异

以4个小麦品种石麦15、衡观35、H10和L14为供试作物,进行营养液培养试验,研究不同浓度硝态氮供应对小麦侧根发育的影响。结果表明:0.05~25.0 mmol/L硝态氮处理13 d,小麦生物量及侧根形态尚未受到明显影响;硝态氮处理22 d后,植株地上部生物量和氮含量明显增加,石麦15、H10和衡观35增加幅度较大,L14增幅较小;0.05 mmol/L低浓度硝态氮处理下,4个小麦品种的侧根平均长度较长。进一步研究发现,小麦侧根发育对不同浓度硝态氮供应的反应存在明显的基因型差异:0.05 mmol/L硝态氮处理下,石麦15的侧根长度和总根长增加,侧根密度无明显变化;H10的侧根总长度增加,侧根密度减少;衡观35的侧根密度减少,侧根总长度变化不大,而L14的侧根总长度和侧根密度均无明显改变。硝态氮处理浓度在2.5~20.0 mmol/L范围内,小麦侧根数量和长度均没有受到明显影响,在均匀供应硝态氮条件下,高浓度的硝态氮处理未影响小麦的侧根长度和数量。     

农田硝态氮淋溶规律对不同水氮运筹模式的响应

为探明不同水氮运筹对淋溶水中NO_3~--N时空分布特征以及施氮量和灌水定额对NO_3~--N淋失量的影响,进而制定安全有效的水氮运筹模式。试验采用裂区设计,主区为灌水定额,设置3个水平,分别为525(W1),750(W2),975(W3)m~3/hm~2。副区为施氮量,设置5个水平,分别为0(N0),80(N1),160(N2),240(N3),320(N4)kg/hm~2。每个灌水定额下有5种施氮量处理,共15个处理。并于2014—2015年连续2年进行田间试验。采用多孔PVC法和土钻法采集水样和土样,测定淋溶水中NO_3~--N浓度并计算NO_3~--N淋失量。结果表明,0—40cm埋深内,对比第1次灌水前后NO_3~--N浓度发现,随着施氮量的增加,W1水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅远低于W2和W3水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅。随着灌水定额的增加,N1、N2水平下的NO_3~--N浓度平均增幅远低于N3、N4水平下的NO_3~--N浓度平均增幅。NO_3~--N浓度平均增幅最大的为52.5%的W3N3。NO_3~--N浓度平均值最高的为8.29mg/L的W3N4。与0—40cm埋深内的各处理相比,40—80cm埋深的各处理NO_3~--N浓度整体下降,但整个生育期内淋溶水中NO_3~--N浓度的变化趋势与0—40cm埋深内相一致。80—120cm埋深内,施氮量、灌水定额以及两者的交互作用对NO_3~--N淋失量的影响呈极显著。当灌水定额一定时,2014年、2015年2年的NO_3~--N淋失量随着施氮量增加而递增,淋失率随着施氮量的增加而减少;当施氮量一定时,NO_3~--N淋失量及淋失率均随着灌水定额的增加而递增。鉴于根层内需要充足的NO_3~--N以被作物吸收,并保证NO_3~--N淋失量对地下水的污染在可控安全范围内,故推荐W2N3为适用于当地的水氮运筹模式。     

Response of shoot and root growth to supply of different nitrogen forms is not related to carbohydrate and nitrogen status of tobacco plants

In the present study, we investigated effects of homogeneous or localized supply of different nitrogen (N) forms on shoot and root growth of tobacco. While homogeneous supply of NH₄⁺ and N deprivation inhibited shoot growth compared with application of NO₃^—, the N form had no significant effect on root growth. In contrast, in a split-root experiment, application of NH₄⁺ or N deprivation in one half of the root system repressed root growth compared with the other part of the root, which was supplied with NO₃^—. However, shoot growth was not affected by localized NH₄⁺ application or local N deprivation. Inhibitory effects on shoot and root growth by variations of N supply could not be related to limitations in N or C status of the plants or to NH₄⁺ toxicity. A possible involvement of NO₃^— as a signal compound including of phytohormones is discussed.     

不同氮效率水稻品种增硝营养下根系生长的响应特征

试验采用两室分根盒和溶液培养方法,研究了在增硝营养下不同氮效率水稻品种根系生长的响应特征。结果表明,在本试验条件下,与全铵培养下的根系相比,氮高效水稻品种南光在铵硝混合培养下的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达33%和41%;同时其根系表面积、根系体积和侧根数增幅均达到显著水平,但根系长度却无明显增加。氮低效水稻品种Elio在铵硝混合培养下的根系生长差异均不显著。这表明氮高效水稻品种南光的根系生长对增硝营养的响应度强,进而促进了根系对氮素的吸收利用。从本试验的结果可推论,水稻对增硝营养的强响应度可能是水稻氮素高效吸收利用的生理机制之一。     

作物对氮素养分高效吸收的根系形态学研究进展

本文综述了近年来与作物对氮素养分高效吸收有关的根系形态学研究情况，简要比较了解释氮索供应诱导作物根系形态变化的几种观点，着重阐述了用氮素诱导碳水化合物定向分配来解释根系变化的合理性和意义，并提出了根系研究在水分、养分效率和植物营养遗传研究中的展望。     

水稻根系形态与氮素吸收累积的相关性分析

【目的】氮肥过量施用,不仅造成氮肥大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。水稻根系形态作为影响养分吸收和利用的主要因素之一,明确其与氮素吸收累积的相关性是提高氮素利用效率、降低环境污染的有效途径。【方法】利用营养液培养方法,研究了 55 个水稻品种在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 供应条件下苗期植株生物量、氮含量和氮素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】在 NH₄+-N 培养下,水稻营养指标与根系形态指标的相关性高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。在相同供氮水平下,供应 NH₄+-N 的水稻苗期平均生物量为 55.77 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的量高 4.94 mg/plant;水稻苗期平均氮含量为 4.22%,比供应 NO₃–-N 的高 0.72%;水稻苗期平均氮累积量为 1.91 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的苗期平均氮累积量高 0.67 mg/plant。在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 两种氮素形态培养条件下,水稻根系形态指标品种间根尖数变异系数最大,平均根系直径变异系数最小。总根体积、总根面积、总根长、分枝数四个形态指标与植株生物量、植株氮含量、植株氮累积量相关性最为显著,且相关系数 (r) 呈总根体积 > 总根面积 > 总根长 > 分枝数的规律。在 NH₄+-N 培养下的水稻营养指标与根系形态指标的相关性要高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。【结论】水稻苗期总根体积、总根面积、总根长、分枝数可作为水稻氮高效评价的重要指标。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

盐胁迫下硝态氮对囊果碱蓬根系发育和氮吸收的影响

The effiects of NaCl salinity and NO₃^- on growth, root morphology, and nitrogen uptake of a halophyte Suaeda physophora were evaluated in a factorial experiment with four concentrations of NaCl (1, 150, 300, and 450 mmol L^-1) and three NO₃^- levels (0.05, 5, and 10 mmol L^-1) in solution culture for 30 d. Addition of NO₃^- at 10 mmol L^-1 significantly improved the shoot (P < 0.001) and root (P < 0.001) growth and the promotive effect of NO₃^- was more pronounced on root dry weight despite the high NaCl concentration in the culture solution, leading to a significant increase in the root:shoot ratio (P < 0.01). Lateral root length, but not primary root length, considerably increased with increasing NaCl salinity and NO₃^- levels (P < 0.001), implying that Na⁺ and NO₃^- in the culture solution simultaneously stimulated lateral root growth. Concentrations of Na⁺ in plant tissues were also significantly increased by higher NaCl treatments (P < 0.001). At 10 mmol L^-1 NO₃^- , the concentrations of NO₃^- and total nitrogen and nitrate reductase activities in the roots were remarkably reduced by increasing salinity (P < 0.001), but were unaffected in the shoots. The results indicated that the fine lateral root development and effective nitrogen uptake of the shoots might contribute to high salt tolerance of S. physophora under adequate NO₃^- supply.     

玉米苗期根系对氮胁迫反应的配合力分析

研究利用7个玉米自交系,采用NC-Ⅱ设计,分析了玉米苗期根系性状对氮胁迫反应的配合力及遗传参数变化。结果表明,在2个氮水平下,玉米苗期根系性状的一般配合力、特殊配合力都存在显著的基因型差异,而且不同的基因型在氮胁迫下的反应也不尽相同。高氮下,根系性状除轴根长以外均以非加性遗传为主;氮胁迫下,除轴根数以外的根系性状以加性遗传为主。2个氮水平下,根干重、总根长和侧根长的广义遗传力均较高;与高氮处理相比,在低氮胁迫下,根系性状的广义遗传力表现为下降趋势,根干重、总根长和侧根长的狭义遗传力有上升的趋势。     

不同水氮耦合对水稻根系形态生理、产量与氮素利用的影响

为了探讨不同水氮耦合处理对水稻根系形态生理、产量及氮肥利用率的影响,以徐稻3号为材料,进行防雨棚池栽试验,设置浅水层灌溉、轻度水分胁迫(-20 k Pa)和重度水分胁迫(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm2)3种氮水平,研究不同水氮耦合对根系形态、根系吸收面积、根系氧化力、根系氮代谢酶活性的影响。结果表明:灌溉方式与施氮量存在明显的互作效应,轻度水分胁迫增加了主要生育期根长、根质量、根质量密度、根系氧化力、总吸收面积、活跃吸收面积及根系氮代谢酶活性,降低穗分化后水稻根冠比,且与MN耦合后产量及氮肥农学利用率最高,为该试验最佳的水氮耦合运筹模式;重度水分胁迫则降低根长、根质量、根系活力及氮代谢酶活性,增加主要生育期根冠比。相关分析表明:幼穗分化始期至成熟期根冠比与水稻籽粒产量呈负相关关系,而其他根系形态、根系氧化力及氮代谢酶活性均与产量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关;根系质量、根质量密度及根冠比与氮肥农学利用率呈负相关,而穗分化至成熟期根系活跃吸收面积及穗分化至抽穗期根系氧化力均与氮肥农学利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关。表明通过适宜的水氮耦合调控,创造良好的根系形态、提高根系活力和氮代谢酶活性,将更有利于提高产量及氮肥利用效率。该研究对认识水氮耦合下根系形态生理差异、指导水稻高产高效栽培实践提供理论依据。     

Genotypic variation for nitrogen uptake and assimilation using hydroponic culture technique in wheat

Hydroponic culture technique is an alternative way of studying nitrogen metabolism. In this study, the response of six wheat genotypes (PBW 621, PBW 636, GLU 1356, BW 8989, GLU 700, and PBW 343) with respect to nitrogen-metabolizing enzymes in relation to accumulation of soluble proteins and amino acids at two concentrations of nitrogen (2 and 6 mM) was studied. Activities of nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase as well as soluble proteins, amino acids, and nitrogen content increased in all six genotypes with increasing concentration of nitrogen in roots as well as shoots. Shoots maintained higher activities of NR and glutamine synthetase; apparently contents of soluble protein, amino acid, and nitrogen were also higher. The upregulation of NR and glutamine synthetase activities with increased concentration of nitrogen possibly contributes to higher nitrogen assimilation efficiency of three genotypes (PBW 621, PBW 636, and GLU 1356) compared to other genotypes.