CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与甘蓝型油菜对氮胁迫的响应

  【目的】  油菜需氮量高但氮素利用率低，氮素源库分配效率被认为是调控植物氮素利用效率的关键因子。在拟南芥中，NRT1.7基因介导了植物韧皮部硝酸盐由衰老叶片向幼嫩叶片和角果中的再转运过程。通过分析鉴定油菜中的NRT1.7基因及其对供氮水平的响应，为进一步系统研究NRT1.7基因提供参考依据。  【方法】  以AtNRT1.7基因序列为基础序列，采用生物信息学方法鉴定了白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中NRT1.7的同源基因，预测和分析了该基因拷贝数、系统进化、进化选择压力、分子特征、保守基序、跨膜结构域、染色体定位、基因结构及其启动子区域所能结合的顺式作用元件，同时采用荧光定量PCR分析了甘蓝型油菜BnaNRT1.7s的组织表达模式及其对氮胁迫的响应。氮素响应试验以甘蓝型油菜幼苗为材料，在NO₃?-N 9.0 mmol/L溶液中培养10天后，直接测定NRT1.7基因表达量；转入NO₃?-N 0.3 mmol/L 溶液中 (低氮胁迫) 或在无氮溶液中饥饿处理3天后，恢复NO₃?-N 9.0 mmol/L 溶液培养，再测定NRT1.7基因表达量。  【结果】  甘蓝型油菜NRT1.7s家族包含6个成员，系统进化分析表明BnaNRT1.7s与拟南芥进化相似，分布在相近的分支。BnaNRT1.7s家族所有基因成员的Ka/Ks值均小于1.0，受到强烈的纯化选择作用。BnaNRT1.7s家族所有基因成员均属于稳定的两性蛋白，含12～13个跨膜结构域。基因结构相似，均含有3个内含子，且CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB是启动子上丰度较大的顺式作用原件，可能参与了植物对氮素的响应。实时荧光定量PCR结果表明，甘蓝型油菜中NRT1.7基因会受到不同氮素水平的调控。长期 (72 h) 低氮处理，根部BnaA7.NRT1.7b和BnaC6.NRT1.7b基因的表达上调而抑制地上部BnaCn.NRT1.7基因的表达，共同调控植物对低氮胁迫的适应能力。氮饥饿3天后供氮6 h，地上部和根部BnaNRT1.7的基因表达均受到抑制。基因共表达网络分析显示，低氮胁迫下，BnaCn.NRT1.7和BnaC6.NRT1.7b基因分别在地上部和根部氮素再分配中起主导作用。  【结论】  甘蓝型油菜NRT1.7蛋白进化过程相对保守，基因结构相似，启动子上的顺式作用原件CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与了甘蓝型油菜对氮胁迫的响应。     

氮锌配施对冬小麦产量及土壤氮素转化相关酶活性的影响

  【目的】  锌(Zn)能够促进冬小麦对氮(N)素的吸收利用。研究氮锌配施对冬小麦土壤氮素形态转化及相关酶活性的影响，有助于探究氮锌配施促进冬小麦吸收利用氮的可能机制，为通过合理施肥提高冬小麦产量和品质提供理论依据。  【方法】  以‘郑麦379’为试材进行壤质潮土培养试验，设置CK (不施N和Zn)、Zn (施Zn 10 mg/kg)、N (施N 0.2 g/kg)、N+Zn (施N 0.2 g/kg+Zn 10 mg/kg) 共4个处理，分析了冬小麦产量及产量构成要素，测定4个生育期植株各部位N、Zn含量，土壤NO₃–-N和NH₄+-N含量及土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、脲酶和蛋白酶活性。  【结果】  与CK相比，Zn、N及N+Zn显著提高了冬小麦每盆穗数、穗粒数和籽粒产量，提高了不同时期小麦根、茎叶、穗和籽粒中N、Zn含量，且N+Zn处理的提高幅度明显高于Zn和N处理。随着冬小麦生育期的延长，各处理下土壤NO₃–-N和NH₄+-N含量有所降低，亚硝酸还原酶和脲酶活性有所提高，蛋白酶活性有所降低。N和N+Zn处理能显著提高土壤NO₃–-N含量，且N+Zn在冬小麦生育后期提高土壤NO₃–-N含量的幅度显著高于N处理。Zn、N及N+Zn处理能显著提高冬小麦生育后期土壤NH₄+-N的含量，且N+Zn处理提高的幅度高于Zn处理。Zn处理显著降低了拔节期后土壤硝酸还原酶活性，N及N+Zn处理降低了小麦生育后期土壤硝酸还原酶活性，且N+Zn降低硝酸还原酶活性的程度高于N处理；Zn、N和N+Zn处理均降低了土壤亚硝酸还原酶活性；Zn和N处理显著降低拔节期土壤脲酶的活性，但Zn、N和N+Zn处理均显著提高了土壤蛋白酶活性。  【结论】  氮锌配施提高冬小麦籽粒产量，促进冬小麦吸收土壤氮素，这是由于氮锌配施提高了土壤脲酶和蛋白酶活性，促进了土壤有机氮向铵态氮及铵态氮向硝态氮的转化，同时降低了冬小麦生育后期土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性，抑制了硝态氮的反硝化作用，从而提高了土壤中可供冬小麦吸收的铵态氮和硝态氮含量。     

营养液中添加氯化钠降低硫浓度对韭菜硝酸盐累积的减控效应

  【目的】  韭菜易于吸收和累积硝酸盐，研究营养液中添加氯化钠 (NaCl) 和降低硫含量减少韭菜硝酸盐累积的效果，并从氮代谢途径初步探讨其减少硝酸盐累积的机理。  【方法】  采用新型韭菜专用营养液架床栽培系统进行了韭菜水培试验。在营养液中添加NaCl 12 mmol/L的同时，硫浓度设定为3、2、1和0 mmol/L 4个水平，分别用NaCl+S₃, NaCl+S₂, NaCl+S₁ 和 NaCl+S₀表示。韭菜生长30天后，取样分析了不同硫水平下韭菜中的硝酸盐含量及主要氮代谢途径中的氨基酸含量。  【结果】  在营养液硫供应水平3 mmol/L下，与营养液中不添加氯化钠处理 (CK) 相比，NaCl+S₃处理的韭菜硝酸盐累积降低了32.60%，地上部干重、可溶性糖和可溶性蛋白质含量、根系活力显著增加；NaCl+S₁处理的韭菜硝酸盐累积降低了53.30%，地上部干重、可溶性糖和可溶性蛋白质含量、根系活力显著增加。NaCl+S₁处理较NaCl+S₃处理更有利于降低硝酸盐含量。韭菜地上部的全氮含量无显著变化 (NaCl+S₃处理) 或略有增加 (NaCl+S₁处理)，表明添加低浓度氯化钠并未限制氮素吸收。NaCl+S₃和NaCl+S₁处理下，硝态氮还原活性 (硝酸还原酶NR) 和转氨活性 (谷氨酸草酰乙酸转氨酶GOT、谷氨酸丙氨酸转氨酶GPT) 增加，尤其是初级同化活性 (谷氨酰胺合成酶GS) 分别大幅增加了43.57%和71.43%。NaCl+S₃和NaCl+S₁处理下，丝氨酸途径的游离氨基酸代谢和天冬氨酸途径的蛋白质合成得到增强，韭菜的游离氨基酸总量基本保持不变或略有增加，而蛋白质水解氨基酸总量显著增加。  【结论】  韭菜专用营养液中添加NaCl 12 mmol/L并将硫浓度降低到1 mmol/L，可显著提高根系和氮代谢关键酶活性，在一定程度上改变游离氨基酸代谢途径和蛋白质合成途径，进而在显著增加韭菜干物质的同时，大大降低硝酸盐累积。     

镉积累差异水稻品种生长发育对清除NO的响应

  【目的】   研究一氧化氮 (NO) 对镉 (Cd) 胁迫下水稻苗期生理生化及氮代谢响应的调节作用,探讨通过清除NO提高水稻耐Cd能力的措施。   【方法】   以Cd高积累 (TN1) 和Cd低积累 (春江06) 品种为材料,进行了Cd胁迫 (40 μmol/L) 水培试验。以Cd胁迫营养液为对照,在对照基础上设置添加硝普钠 (Cd+SNP)、添加NO清除剂CPTIO (Cd+CPTIO)、添加硝酸还原酶抑制剂钨酸钠 (Cd+TU) 处理,共4个处理。处理后12天,测定不同处理对水稻幼苗生长、NO₃–-N分配、根系特性及光合特性的影响。   【结果】   NO对高Cd和低Cd积累水稻品种的影响不同。与对照相比,Cd+SNP处理降低高Cd积累水稻品种幼苗地上部和地下部NO₃?-N含量,但对幼苗生物量和氮素吸收没有显著抑制效果;Cd+CPTIO处理会提高幼苗生长、氮素积累量及氮效率 (P < 0.05);增加或清除NO处理均显著降低了地上部和地下部的Cd含量。对于低Cd积累水稻品种,Cd+SNP、Cd+CPTIO、Cd+TU处理间幼苗生物量、氮素吸收量均无显著差异。   【结论】   品种基因型对NO信号的调节敏感度不同,高Cd 积累品种清除NO处理可以显著抑制Cd的吸收和向地上部的运转,促进幼苗的生长和对氮素的吸收利用,抑制硝酸还原酶活性处理缓解Cd胁迫促进幼苗生长的效果不稳定。而对于低Cd积累水稻品种,清除NO处理也有一定的缓解Cd吸收和向地上运转的效果,但其重要性不如基因本身的拒Cd能力。因此,Cd胁迫下,高Cd积累水稻品种采用清除NO的措施可有效缓解Cd胁迫,促进水稻的生长,但对于低Cd积累水稻品种,清除NO也可以进一步降低Cd的向上运输,但是对水稻幼苗生长和氮素利用的影响不显著。     

添加外源碳调节植烟土壤氮素供应降低上部烟叶烟碱含量的研究

  【目的】  我国烤烟上部烟叶仍存在因烟碱含量较高而影响其品质的问题。向土壤中添加有效碳源可刺激微生物同化作用，进而能够调控土壤中有效氮含量。因此，本研究尝试利用外源碳降低烤烟上部叶全氮和烟碱含量。  【方法】  设置盆栽试验，烤烟品种为NC55，供试外源碳为葡萄糖 (G) 和木屑 (S)。试验设9个处理:在烤烟移栽后第90天，分别向植烟土壤中添加葡萄糖C 2000 mg/kg (G2)、5000 mg/kg (G5)；在移栽后第90和120天依次添加葡萄糖C 2000 mg/kg和10000 mg/kg (G2+G10)，和依次添加葡萄糖C 5000 mg/kg和10000 mg/kg (G5+G10)；在移栽后第90天分别添加木屑C 2000 mg/kg (S2) 和5000 mg/kg (S5)；在移栽后第90和120天依次添加木屑C 2000 mg/kg和葡萄糖C 10000 mg/kg (S2+G10)，和依次添加木屑C 5000 mg/kg和葡萄糖C 10000 mg/kg处理 (S5+G10)；对照 (CK)为常规施肥处理，在移栽后不添加外源碳。比较不同处理土壤氮素水平、烟叶全氮和烟碱含量。  【结果】  烤烟生长后期添加外源碳可明显降低植烟土壤氮素供应，降低幅度随外源碳添加量的增加而增大，添加二次比添加一次效果更明显，葡萄糖和木屑配合添加较单纯添加葡萄糖更有效。添加二次可降低上部叶的烟碱和全氮含量分别达0.62～1.40个百分点和0.71～1.22个百分点，比添加一次效果更为明显。  【结论】  烤烟生长后期在土壤中分别添加一定量的葡萄糖和木屑，能有效调节土壤碳氮比，抑制烤烟吸收过量的氮素，进而降低烤烟上部叶烟碱和全氮含量，提高烟叶品质。     

低氮胁迫下玉米幼苗氮素和蔗糖分配特性

  【目的】  明确玉米自交系幼苗氮素吸收、转运与利用特性，探究低氮胁迫下其不同表型和生理性状的变化规律。  【方法】  以玉米自交系XY4和PH4CV为供试材料，进行了水培试验。设置正常氮 (N 2 mmol/L，NN) 和低氮 (N 0.04 mmol/L，LN) 两个氮水平，从培养3 h起，每3天测定一次幼苗生物量、光合特性、根系性状及氮素和蔗糖含量，直至第12天。  【结果】  玉米幼苗根系对低氮胁迫的反应早于地上部，与NN处理相比，LN处理PH4CV和XY4的根干重分别在培养第3和第6天时增加了65.15%和84.63%，而从培养第9天开始，LN处理下两自交系幼苗地上部干重显著低于NN处理，由此导致根冠比增加；与NN处理相比，LN处理下除了胞间CO₂浓度 (Ci) 和水分利用效率 (WUE) 外，两自交系幼苗叶片的SPAD值、净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (Tr) 和气孔导度 (Gs) 等光合特性均显著降低，且XY4下降幅度均大于PH4CV；LN处理下两自交系幼苗根干重的变异来源并不一致，XY4根干重的增加与总根长、根表面积、根体积、侧根数和初生根长增加有关，而PH4CV主要与侧根数目增加有关；与NN处理相比，LN处理两自交系幼苗地上部的氮素积累量和蔗糖含量显著降低，且XY4老叶的氮素含量下降速率明显快于PH4CV，而根系的氮素积累量、单株氮素生理利用效率和根中蔗糖含量均显著增加，且XY4增加的幅度均大于PH4CV。  【结论】  低氮胁迫促使玉米幼苗分配给地上部的氮素和蔗糖相对较少，因此限制地上部生物量积累及叶片光合能力的发挥，而分配给根系的氮素和蔗糖相对较多，从而促进根系形态建成，以利于吸收更多的氮素。     

秸秆还田结合减氮调控旱地土壤硝化潜势维持作物产量的机理

  【目的】  氮肥过量使用所导致的氮素利用率低和环境污染等问题严重影响现代农业生产。研究秸秆还田改善旱地农田土壤性质、提升土壤肥力和氮素利用率的潜力和作用机理，为减少氮肥用量、提高作物氮素利用率和土壤肥力提供科学依据。  【方法】  本研究选取河南许昌潮土和云南曲靖红壤两种典型旱作农田，2016～2018年开展了田间玉米－大麦/小麦轮作定位试验，在两地同时设置以下4个处理:不施氮 (CK)、常规施氮 (N)、减氮20% (80%N)、减氮20%配合秸秆还田 (80%NS)，研究不同处理对土壤养分、土壤硝化潜势和作物产量及氮肥利用率的影响。  【结果】  与N处理相比，80%NS处理可稳定保持麦季抽穗期和玉米季抽雄期两种旱地土壤可溶性有机碳氮养分含量，促进土壤中NH₄+-N的积累并降低了NO₃–-N含量；80%NS处理使潮土和红壤硝化潜势分别降低了5.5%～33.9%和7.8%～37.5%；3年连续减施20%氮肥配合秸秆还田能够稳定产量并表现出一定的增产效果 (11.2%～20.4%)，提高氮肥利用率6.4%～10.3%；而80%N处理会使作物产量下降3.9%～13.4%，氮肥利用率降低1.8%～38.9%。  【结论】  连续3年减少常规氮施用量20%配合秸秆还田，不仅增加了土壤有机碳氮含量，还减缓了土壤的硝化作用，增加了土壤铵态氮积累，实现对作物所需养分的持续供应，因而在维持和提高作物产量的同时，提高了氮肥利用率。单纯降低氮肥用量则有降低作物产量的风险。     

有机肥氮替代20%化肥氮提高豫北冬小麦氮肥利用率和土壤肥力

  【目的】  探究有机肥氮替代不同比例化肥氮对冬小麦产量和土壤肥力的影响，为豫北冬小麦筛选适宜有机肥替代比例、提高氮素利用率以及小麦产量提升提供参考。  【方法】  在2018和2019年以小麦新品种百农207为供试材料进行大田试验，试验设置不施氮肥处理 (T1)、常规施氮肥处理 (T2) 和3种有机肥氮替代化肥氮比例 (20%、30%和40%，依次表示为T3、T4、T5)。分析比较成熟期不同处理下小麦产量、产量构成要素、各器官的氮素积累量与分配比例、氮肥利用率以及土壤肥力指标的变化。  【结果】  2018和2019年的产量结果表明，相比T2处理，有机肥氮替代化肥氮比例为20% (T3) 处理能实现小麦产量的稳产增产。2019年T3处理比T2处理小麦产量显著增加16.59%，随着有机肥氮替代化肥氮比例增加，小麦增产效应降低。2019年在T3处理下，植株氮素总积累量比T2处理显著提高25.71%，T3处理相比T2处理籽粒的氮素积累量两年分别显著提高14.45%和22.20%。2019年T3处理氮素偏生产力、氮素回收率和氮肥农学效率都显著高于T2处理。连续两年施用有机肥处理对土壤中全氮含量影响不大，但相比T1和T2处理，2018和2019年在T3处理下土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量显著提高。通过产量与其他因素的相关分析可知，小麦产量与植株氮素总积累量、籽粒氮素积累量、小麦穗数呈极显著正相关，而穗数与土壤养分中的NH₄+-N含量和NO₃–-N含量均呈极显著正相关。  【结论】  在氮施用量为300 kg/hm2时，通过连续两年有机肥与化肥配施可改善土壤肥力水平。本试验条件下，有机肥氮替代化肥氮的比例为总施氮量 20%时，能显著增加籽粒氮素积累量，提高小麦氮素利用效率和产量，实现豫北冬小麦稳产和高产。     

添加NBPT/DMPP/CP的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的施用效应

  【目的】  研究添加脲酶/硝化抑制剂的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的作用效果,为科学合理选择抑制剂提供科学依据。  【方法】  以春玉米为试材,采用东北典型的黑土和褐土进行盆栽试验。供试抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT)、3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、2-氯-6 (三氯甲基)-吡啶 (CP)。试验设不施氮肥 (U0)、施普通尿素 (U),和在尿素中添加NBPT、DMPP、CP、NBPT+DMPP、NBPT+CP、DMPP+CP,共8个处理。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期取样,测定土壤尿素态氮、NH₄+-N和NO₃–-N含量,计算硝化抑制率,玉米抽雄吐丝后测定棒三叶叶面积和叶绿素含量,收获后测定玉米生物量、氮素含量等指标。  【结果】  1) 与普通尿素 (U) 相比,黑土上添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理玉米苗期土壤中NH₄+-N含量分别提高1.32、0.96倍,NO₃–-N含量分别降低1.35、1.04倍,玉米叶面积增加,叶片叶绿素含量增高。褐土中,添加DMPP+CP处理在玉米苗期土壤NH₄+-N含量提高3.09倍,NO₃–-N含量降低1.49倍,玉米叶绿素含量提高1.61倍,显著高于对照和单一抑制剂处理。2) 在黑土中,与普通尿素相比,添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理的玉米籽粒产量分别增加1.64和2.18倍;氮素表观利用率分别提高3.02和3.34倍,高于其他处理。褐土添加DMPP+CP处理的籽粒产量增加1.41倍,氮素表观利用率提高4.98倍,高于其他处理。  【结论】  在黑土中,尿素配施NBPT+DMPP、NBPT+CP可以有效抑制NH₄+-N向NO₃–-N的转化,增加玉米氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而获得较高的产量,是黑土栽培玉米施用氮肥的最佳选择。褐土中,DMPP+CP的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,有效抑制铵态氮的硝化作用,减少氮素损失,增加玉米氮素吸收量,从而使玉米高产,因此,添加DMPP+CP是制备褐土玉米专用高效稳定性尿素的最好选择。     

CO2浓度倍增、增温和轻度干旱对冬小麦根系生长和氮素吸收的影响

  【目的】  根系是作物氮素吸收的主要器官,研究CO₂浓度倍增和增温对根系生长和氮素吸收的影响,为应对气候变化提供科学的养分管理策略。  【方法】  以冬小麦(Triticum aestivum L.)为材料,在人工气候室内进行盆栽试验。设置对照(大气CO₂浓度400 μmol/mol+正常环境温度,CK)、CO₂浓度倍增(CO₂浓度800 μmol/mol+正常环境温度,ECO₂)、增温4℃ (CO₂浓度400 μmol/mol+增温4℃,ETem)和CO₂浓度倍增+增温4℃ (CO₂浓度800 μmol/mol+增温4℃,ECO₂+ETem) 4种气候情景,每种气候情景设置充分供水(80%田间持水量)和轻度干旱(60%田间持水量) 两个水分条件。调查了冬小麦根系生长(根生物量、根冠比、总根长、根总表面积和根总体积)和氮素吸收的情况,分析冬小麦氮素吸收与根系生长的关系。  【结果】  1) CO₂浓度倍增对冬小麦各生育期根系生长均无显著影响,而增温4℃和轻度干旱显著抑制了开花和灌浆期的根系生长。2) CO₂浓度倍增、增温、轻度干旱共同作用均显著抑制了冬小麦根系生长,其中增温和轻度干旱对根系生长具有协同抑制作用。3) CO₂浓度倍增显著降低了冬小麦灌浆期根氮含量,而对地上部氮含量无显著影响;增温4℃显著增加了冬小麦各生育期根氮含量和地上部氮含量;轻度干旱增加了根氮含量和地上部氮含量,且仅对地上部氮含量有显著影响;CO₂浓度倍增与增温交互作用仅对根氮含量增加有显著促进作用;增温与轻度干旱交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均有显著促进作用;CO₂浓度倍增与轻度干旱交互作用,以及CO₂浓度倍增、增温和轻度干旱三者交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均无显著影响。4)根氮积累量及地上部氮积累量均与根系形态指标对CO₂浓度倍增、增温、轻度干旱及其交互作用的响应具有相同变化特征,且根氮积累量和地上部氮积累量与各生育期根系形态指标有显著正相关关系。  【结论】  在本试验条件下增温和轻度干旱对冬小麦根系生长具有较强的抑制作用,且二者对根系生长具有协同抑制作用;CO₂浓度倍增对冬小麦各生育期根部和地上部氮素吸收的影响总体不显著,而增温和轻度干旱对根部和地上部氮含量增加均有一定的促进作用,对根部和地上部氮积累量增加均有抑制作用,增温是影响氮素吸收的主导因子。     

适量施磷有效提高苋菜对镉污染土壤的修复能力

  【目的】  土壤性质和化肥施用均影响作物对重金属污染土壤的修复效果。探究不同磷肥施用量对苋菜镉 (Cd) 吸收和累积的影响，为通过养分管理减少作物对重金属的积累提供依据。  【方法】  以苋菜 (Amaranshus mangostanus L.) 为供试作物，以黄棕壤和赤红壤为供试土壤进行盆栽试验。在两个供试土壤中，加入分析纯CdCl₂?2.5H₂O (Cd 15 mg/kg土), 平衡一个月后，用于苋菜栽培。设置5个磷肥（P）施用水平:0 (CK)、50、100、200、400 mg/kg土，以磷酸二氢铵 (分析纯) 加入。苋菜生长45天后收获，调查地上部和根部生物量，分析其磷、镉含量，并测定土壤中DTPA提取的有效态Cd含量。  【结果】  施用磷肥能提高苋菜的生物量，随着施磷量的增加，苋菜生物量也随之增加，且各处理均与CK处理差异显著。在黄棕壤上，苋菜地上部生物量增幅为9.2%～39.0%，根部为4.0%～15.0%；在赤红壤上，苋菜地上部增幅为7.7%～46.0%，根部为10.0%～100.0%。苋菜Cd含量与CK处理相比均显著降低，在黄棕壤上，苋菜地上部和根部Cd含量的降幅分别为7.4%～50.2%和7.9%～58.8%；在赤红壤上，降幅分别为9.9%～55.8%和21.7%～66.0%。苋菜Cd累积量与CK处理相比均呈上升趋势，黄棕壤上苋菜地上部和根部Cd累积量的增幅分别为36.2%～54.3%和7.4%～38.9%；在赤红壤上，增幅分别为34.3%～62.8%和5.4%～55.4%。当施磷量为P 50 mg/kg土时，苋菜地上部、根部在黄棕壤和赤红壤上的Cd累积量均最大。施磷降低了土壤中镉的生物有效性。随着施磷量的增加，土壤有效态Cd含量显著降低，黄棕壤上的降幅为0.9%～7.2%，赤红壤上的降幅为1.2%～7.9%。植株体内Cd含量与磷含量之间存在一定的负相关性。  【结论】  施用磷肥显著提高苋菜的生物量，同时降低土壤中有效态镉的含量。虽然施磷肥显著降低了苋菜地上部和根部的Cd含量，但显著提高的生物量有效增加了苋菜对土壤Cd的总吸收和累积量，提高了其对镉污染土壤的植物修复效率。盆栽结果表明，在镉浓度为15 mg/kg 土的黄棕壤和赤红壤上，磷肥施用量为50 mg/kg土时修复效果最佳。     

镉安全水稻材料根系细胞壁果胶对镉的响应特征

【目的】研究镉(Cd)处理下水稻根系细胞壁果胶对Cd胁迫的响应,进一步深化Cd安全水稻材料根系细胞壁Cd的固持机制。【方法】以Cd安全水稻材料D62B为研究对象,普通材料Luhui17为对照进行水培试验。设4个Cd质量浓度处理：0 mg/L (CK)、0.5 mg/L (Cd0.5)、1.0 mg/L (Cd1)、2.0 mg/L (Cd2)。在水稻分蘖期采集根系样品,分析细胞壁多糖中果胶、半纤维1、半纤维2以及残渣部分的Cd含量,测定果胶糖醛酸含量、果胶酯化度、果胶甲酯酶(PME)活性、根系过氧化氢(H₂O₂)含量以及细胞壁过氧化物酶(POD)活性,进而分析根系细胞壁果胶对Cd的响应特征。【结果】1) Cd胁迫下,D62B和Luhui17根系细胞壁果胶合成增加,根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量均表现为D62B高于Luhui17。Cd处理下D62B根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量较对照分别增加了13.21%～71.82%和22.10%～64.27%,Luhui17分别增加了24.14%～137.86%和13.12%～41.26%。...     

不同氮肥类型及配施壳聚糖对八宝景天修复镉污染土壤的强化效果

  【目的】  八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 是研究最多的修复Cd污染土壤的植物之一，但还需进一步提高其修复效率以增加其实际应用价值。本研究比较分析了不同氮肥类型以及螯合剂对污染土壤上八宝景天Cd吸收转运的影响及其作用机制，以期为强化八宝景天Cd修复效率提供科学依据和技术支持。  【方法】  采用八宝景天进行了盆栽试验，供试土壤为采自四川绵竹的潴育水稻土和广西阳朔的棕色石灰土，两个土壤Cd含量均超过我国农田土壤污染风险筛选值。在氮磷钾肥料施用量一致的条件下，设置生理中性的碳酸氢铵 (NH₄HCO₃)、生理酸性氯化铵 (NH₄Cl)、生理碱性氨水 (NH₃·H₂O) 以及NH₄HCO₃配施壳聚糖4个处理。八宝景天生长20天后，测定根、茎、叶生物量和Cd含量，并测定了根际土壤pH、有效态Cd含量以及不同形态Cd含量。  【结果】  NH₄Cl较NH₄HCO₃处理降低了两种土壤根际pH，提高了有效态Cd含量。NH₄HCO₃配施壳聚糖处理对根际土壤酸化效果强于NH₄Cl处理，潴育水稻土和棕色石灰土两种土壤根际有效态Cd含量分别较NH₄Cl处理提高18.6%和15.5%。此外，与施用NH₄HCO₃相比，NH₄Cl提高了两种土壤水溶态和弱酸提取态Cd含量，而NH₄HCO₃配施壳聚糖处理虽使水溶态Cd含量增加，但由于壳聚糖与土壤中Cd形成稳定性较强的络合物，同时促进了八宝景天对弱酸提取态Cd的吸收，因此其根际弱酸提取态Cd含量无显著差异。NH₄HCO₃、NH₄Cl和NH₃·H₂O 3种氮肥类型对八宝景天生长和Cd吸收转运的促进作用无显著差别，而NH₄HCO₃配施壳聚糖则使八宝景天生物量较其他施氮处理显著提高了29.6%～79.8%，同时NH₄HCO₃配施壳聚糖对八宝景天Cd吸收转运的促进作用受土壤类型、理化性质和污染程度的影响，对棕色石灰土上八宝景天各部位Cd含量、生物富集系数和转运系数分别提高了16.0%～143.4%、45.8%～137.5%和25.3%～81.6%，而在潴育水稻土上促进作用均较小。  【结论】  在施氮量一致的情况下，施用生理酸性氮肥有利于促进八宝景天Cd吸收，肥料和壳聚糖配施可能是强化八宝景天Cd修复效率的有效措施。其强化效果在中性偏碱性土壤上好于在酸性土壤上。     

大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响

  【目的】  大气二氧化碳 (CO₂) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO₂浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO₂浓度 (CK)、常规大气CO₂浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO₂ (F)、高浓度CO₂ + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO₂分别为400和550 μmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO₂浓度下施生物炭 (B) 及单增CO₂浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO₂浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO₂浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。     

水稻镉安全材料分蘖期根部镉积累分布特征

【目的】镉 (Cd) 低积累作物的培育和应用是减少土壤中Cd通过食物链危害人体健康的重要途径。通过研究Cd处理下水稻分蘖期根部Cd的积累分布特征,揭示水稻Cd安全材料根部Cd的固持机理,为水稻Cd安全品种的培育提供理论依据。【方法】以水稻Cd安全材料D62B为供试材料,普通材料Luhui17为对照,进行水培试验。水稻秧苗于三叶一心时移栽至盆中 (40 cm × 60 cm × 15 cm),以CdCl₂·2.5H₂O加入营养液,设0 (CK)、0.5 (Cd0.5)、1.0 (Cd1)、2.0 (Cd2) mg/L 4个Cd浓度处理,30天后收获,分为根和地上部测定其Cd全量。采用化学试剂逐步提取法和差速离心法分别测定根部Cd化学形态和亚细胞分布特征,并进一步结合细胞壁多糖,研究其对Cd的响应特征。【结果】1) Cd处理下D62B各部位Cd含量显著低于Luhui17,转移系数较小,其根部Cd向地上部转移较少。2) 随Cd处理浓度升高D62B根部水提取态Cd分配比例降低,盐酸提取态Cd、残渣态Cd分配比例升高,Cd移动性减弱。D62B根部Cd以氯化钠提取态为主 (48.9%～52.1%),高浓度Cd处理 (2.0 mg/L) 下其分配比例是Luhui17的1.11倍,水提取态是Luhui17的82.3%,其根中Cd的移动性弱于普通材料。3) D62B根部Cd主要分布于可溶部分和细胞壁,其中细胞壁Cd分配比例为38.6%～41.8%,高于Luhui17。随Cd处理浓度升高,D62B根细胞壁Cd分配比例降幅小于Luhui17,其细胞壁对Cd的固持作用有限但强于普通材料。4) D62B根细胞壁半纤维素1的Cd含量是果胶的7.74～8.40倍,Cd主要与细胞壁中半纤维素1结合。半纤维素1 Cd含量随Cd处理浓度升高而显著增加,2.0 mg/L Cd处理下D62B和Luhui17半纤维素1单位总糖Cd结合量较1.0 mg/L Cd处理分别增加32.6%、11.2%,D62B根细胞壁半纤维素1的Cd结合能力强于Luhui17。【结论】水稻Cd安全材料D62B各部位Cd含量低于Luhui17,其转移系数较小。D62B根中Cd主要为氯化钠提取态,随Cd处理浓度升高,根部Cd向移动性较弱的化学形态转化。D62B根细胞壁中Cd主要与半纤维素1结合,由于其Cd结合能力较强,D62B根细胞壁对Cd的固持作用强于普通材料。因此,D62B对Cd的转移能力弱于普通材料,是其籽粒Cd安全的重要原因。     

干湿交替灌溉与氮肥形态耦合对水稻光合特性及氮素利用的影响

  【目的】  探讨干湿交替灌溉与氮肥形态对水稻光合特性及氮肥利用的影响。  【方法】  以徐稻3号为材料，在防雨棚内按处理数量构建9 m × 1.5 m × 0.4 m水泥池，用于2因素3水平完全区组试验。因素1为灌溉方式:浅水层灌溉 (0 kPa，CK)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa)、重度干湿交替灌溉 (?40 kPa)。因素2为氮素形态:100%NH₄+-N (NH)、50%NH₄+-N+50%NO₃–-N (1/2NH+1/2NN)、100%NO₃–-N (NN)。在水稻分蘖盛期、幼穗分化始期、抽穗期和成熟期取植株样品，测定水稻根系氮代谢酶活性、叶片光合荧光特性及植株各部位氮素含量。  【结果】  在相同氮肥形态下，轻度干湿交替灌溉根系硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT)、谷氨酸脱氢酶 (GDH) 活性与浅水对照相比分别增加6.4%～80.4%、8.1%～85.9%、5.1%～61.8%与13.4%～94.0%；叶片光合速率及最大光化学效率得到提升；水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率明显提高，重度干湿交替灌溉则抑制根系NR、GS、GOGAT及GDH活性，降低叶片光合速率及最大光化学效率，最终导致水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率显著降低 (P < 0.05)。在浅水对照下，NH处理可改善根系氮代谢酶活性，提高叶片光合速率及最大光化学效率，有利于水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率的提升。干湿交替灌溉下，铵硝混合处理提高了根系氮代谢酶活性，增加了叶片光合速率及最大光化学效率，提高了水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率。相关分析表明，根系GS、GOGAT及GDH活性及叶片光合速率、最大光化学效率与氮素农学效率呈显著 (P < 0.05) 或极显著 (P < 0.01) 的正相关关系，而非光化学猝灭系数则与氮肥吸收利用率呈显著的负相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  水稻生长期一直保持浅水层时，供应100%铵态氮可以充分发挥水肥的耦合效应，促进根系氮代谢酶活性，提高叶片的光合速率及最大光化学效率，有利于水稻的高产及氮高效利用。轻度干湿交替灌溉则以施用50%铵态氮和50%硝态氮混合氮肥最佳。     

不同芹菜品种镉吸收和运转差异研究

【目的】 研究镉胁迫下芹菜生长、镉吸收和向上运转品种间差异,为筛选镉低积累型芹菜品种减少镉对人体的危害提供依据。 【方法】 以10个芹菜品种为试材进行基质无土栽培试验,基质为蛭石,营养液采用1/2华南农业大学叶菜类营养液配方,以只浇灌营养液的处理作为对照,浇灌含15 mg/L氯化镉（CdCl₂）的营养液为Cd胁迫处理;每3 d浇灌一次,每次浇灌0.2 L,累计浇灌15次,每盆Cd施用量为45 mg。移栽45 d后,测定生长指标与根、叶柄和叶片Cd含量。计算相对生长量（relative growth yield,RGY）和转运系数（translocation factor,TF）,并筛选出高、低Cd积累品种。分别对高、低Cd积累品种进行穴盘基育苗,14 d后采用华南农业大学叶菜类营养液配方进行营养液栽培,21 d后利用非损伤微测技术（non-invasive micro-test technology,NMT）测定根系分生区、伸长区和根毛区Cd2+离子流速。 【结果】 与非Cd胁迫相比,Cd胁迫使‘速生四季西芹王’、文图拉西芹’、‘四季小香芹’、‘实心香芹’、 ‘雪白芹菜’ 地下部受到显著抑制,对地上部无显著影响;Cd胁迫促进了 ‘四季小香芹’ 地上部生长;而 ‘种都金黄芹菜’、‘红芹’、‘鲍芹’ 地上部受到显著抑制,对地下部则无显著影响;‘马家沟芹菜’ 和 ‘速生香芹’ 地上部和地下部均生长均受到抑制。食用器官叶柄中Cd含量以 ‘种都金黄芹菜’ 和 ‘雪白芹菜’ 最高;‘速生香芹’ 和 ‘实心香芹’ 最低。地上部Cd含量高的 ‘种都金黄芹菜’ 和 ‘雪白芹菜’ 对Cd转运能力也最高;Cd含量低的 ‘速生香芹’ 对Cd转运能力也最低。在根系成熟区（根毛区）,‘种都金黄芹菜’ 较 ‘速生香芹’ 有更高Cd2+ 离子流速。 【结论】 Cd胁迫下,芹菜不同品种生长、Cd吸收、转运和积累存在显著差异。‘四季小香芹’、‘速生四季西芹王’、‘文图拉芹菜’、‘实心香芹’ 和 ‘雪白芹菜’ 较为耐镉;而 ‘种都金黄芹菜’、‘红芹’、‘鲍芹’、‘马家沟芹菜’ 和 ‘速生香芹’ 对镉敏感。‘雪白芹菜’ 和 ‘种都金黄芹菜’ 为高Cd积累型,‘实心香芹’ 和 ‘速生香芹’ 为低Cd积累型,其中 ‘实心香芹’ 表现为低Cd含量和高生长量。高Cd积累型芹菜较低Cd积累型芹菜有更强Cd2+ 吸收能力和Cd转运能力,根部Cd2+ 流速可用于低积累品种的快速筛选。