不同氮形态对两种基因型水稻根系形态及氮吸收效率的影响

为了探索不同铵硝配比对水稻根系形态和地上部N累积量的影响及其与根系吸N量的关系,以苗期N高效品种桂单4号和N低效品种南光为材料,设置1.0mmol/L NO3--N、0.5mmol/L NH4NO3、1.0mmol/L NH4 -N 3个N处理开展了研究.结果表明:含有NO3--N的处理总根长、总根数和总根表面积均明显高于NH4 -N的处理,且桂单4号和南光两种基因型水稻之间存在差异.两品种均在0.5 mmol/L NH4NO3处理中根系吸N量最高,其次是1.0 mmol/L NH4 -N处理,1.0 mmol/L NO3--N的处理根系吸N量最少.     

不同硝响应型水稻品种苗期根系生长对增硝营养的响应

利用控制条件下的水培试验方法,研究了两种铵硝配比(NH4+/NO3-为100/0和75/25)营养条件对4种不同硝响应型水稻品种苗期根系生长的影响。结果表明,在增硝营养(NH4+/NO3-为75/25)条件下,不同水稻品种NO3-的反应差异明显。与全NH4+营养条件相比,增硝营养条件下对NO3-强响应的水稻品种南光的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达50%和79%;同时南光的根系总根长、总不定根长和总侧根长增幅均达到显著水平;不定根数、新根数和侧根数亦显著增加;平均不定根长和平均侧根长差异不显著;对硝弱响应型的水稻品种上海97、辽粳和Elio在增硝营养培养下的根系不定根、新根和侧根的长度和数量差异均不显著。这表明增NO3-营养仅仅促进了对NO3-强响应型水稻南光根系的不定根和侧根的发生,进而促进根系对氮素的吸收,并没有促进不定根和侧根的伸长。从本试验的结果可推论,水稻根系对硝态氮的响应度强弱可能是水稻品种氮素效率差异性的因子之一。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期硝酸还原酶活性及其表达量的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对两种不同的基因型水稻南光和云粳苗期生长和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达量的影响。结果表明,不同基因型水稻在增NO3-营养下生物量、氮素含量、氮积累量的增幅南光大于云粳。NO3-的存在增强了水稻硝酸还原酶的活力和NR基因OsNia1、OsNia2的表达。不同基因在水稻幼苗中,两个品种OsNia2的相对表达量均高于OsNia1。就品种而言,无论叶片还是根系,增硝后南光OsNia2mRNA表达量都高于云粳;南光叶片OsNia1mRNA表达量也较云粳叶片高。增硝营养提高了水稻NR基因的表达,增加了NR活性,促进了水稻NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化。南光和云粳相比,前者对NO3-的响应更为强烈。     

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。     

CO2与NH4+/NO3-比互作对番茄幼苗培养介质pH、根系生长及根系活力的影响

为探讨CO2浓度升高能否减缓高浓度NH4+-N对番茄根系的毒害作用,本试验在营养液栽培条件下,以番茄为材料,在CO2生长箱中研究2个CO2浓度与5个不同NH4+/NO3-配比的交互作用对生长介质的pH、根系生长及根系活力的影响。结果表明,随着生育期的推进与CO2浓度的升高,pH变化幅度增大。两个CO2浓度均表现为全NO3--N含量营养液的pH呈上升趋势,其它处理营养液的pH均呈现出不同程度的下降趋势,下降的幅度随NH4+/NO3-比例的增加而增加;而且全NH4+-N引起pH值下降的程度大于全NO3--N引起pH增加的程度。CO2浓度升高增加了低NH4+/NO3-比例供应处理的蕃茄幼苗冠干重、根干重、根系活力、根系总吸收面积、活跃吸收面积。这些指标对CO2的响应随NH4+/NO3-比例的降低而加强,冠干重、根干重、根系活力、根系总吸收面积、活跃吸收面积增加分别高达65.8%、78.0%、18.9%、12.9%与18.9%。说明在CO2浓度升高条件下,番茄幼苗根生长潜力在全NO3--N处理中最大,但不能减弱全NH4+-N对番茄根系的毒害作用。     

玉米根系对局部氮磷供应响应的基因型差异

【目的】土壤养分具有异质性,揭示不同基因型玉米根系对于养分异质性的响应规律,对提高不同玉米品种氮、磷利用效率具有重要意义。 【方法】本试验在水培条件下,利用分根系统研究3个玉米杂交种苗期根系对氮、磷两种养分局部供应响应的基因型差异。 【结果】根系对局部供氮的响应存在基因型差异,浚单20和中农玉99侧根生长对局部供氮的响应较敏感,显著提高了局部供氮（+N）一侧的侧根长,增幅达到79%、50%,而NE15无显著响应;浚单20和中农玉99主要提高了+N一侧直径大于0.12 mm的侧根长度。根系生长对于局部供磷（+P）的反应同样存在基因型差异,NE15显著提高+P一侧根系生物量和轴根长,增幅达到38%和24%,中农玉99显著提高+P一侧的侧根长达到35%;在+P侧,浚单20主要增加了直径大于0.12 mm的侧根长度,NE15主要增加直径介于0.12~0.24 mm的侧根长度,而中农玉99主要增加直径小于0.12 mm的极细侧根长度。局部供氮对3个品种侧根生长的促进作用强于局部供磷,而对缺氮一侧根系生长的抑制作用均大于缺磷一侧。不同玉米基因型苗期根系生物量、侧根长（尤其是直径>0.12 mm的侧根）对于局部供应氮、磷存在显著的互作效应,局部供氮对浚单20的侧根生长（尤其是直径>0.12 mm的侧根）的促进作用显著高于局部供磷,而NE15的根系生长（尤其是根系生物量）对局部供磷的响应强度大于局部供氮。 【结论】对于不同养分特性的玉米杂交种,苗期根系对局部供应不同种类养分的响应存在显著的基因型差异,在生产中可以针对品种特性采取不同的施肥措施,以便发挥其生物学潜力。     

不同水、氮条件对水稻苗生长及伤流液的影响

为探明不同水分供应和氮素形态对水稻根苗及伤流液的影响,设正常水分及50 g/L PEG模拟水分胁迫和3种不同质量比例的NH4+-N/NO3--N（9/1,5/5,1/9）氮素营养处理,测定了水稻幼苗生物量,根系形态指标,根系活力及根基伤流量。结果表明,正常水分条件下,NH4+-N促进水稻根系平均直径增大,有利于水稻地上部物质累积;NO3--N则使水稻根系总吸收面积增大,促进根系物质累积;NH4+-N/NO3--N为5/5处理的水稻活跃吸收面积最大,活跃吸收面积比亦最高。水分胁迫条件下,NH4+-N/NO3--N为5/5的处理更有利于水稻地上部分的生长,NO3--N有利于水稻鲜重和干重增加,促进根系平均直径增大,水稻的根系总吸收面积、活跃吸收面积均随NO3--N供应比例的增加呈上升趋势。正常水分条件下,水稻幼苗白天的耗水量随NH4+-N/ NO3--N比例降低呈下降趋势,水分胁迫条件降低了水稻对水分的吸收。水分胁迫显著降低各处理水稻伤流量,正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N为5/5处理的水稻伤流量最大;水分胁迫后,9/1处理的水稻伤流量相对较多。     

氮素形态对不同磷效率基因型小麦生长和氮素吸收及基因型差异的影响

对2种不同磷效率基因型小麦幼苗水培结果表明,NO3-N和NH4NO3-N对小麦植株地上部生长的影响无明显差异,但是对根系生长的影响明显不同。NH4-N对小麦幼苗的生长有明显的抑制作用,且对根系生长的抑制程度显著大于对地上部;对磷低效基因型Jing411的抑制程度明显大于对磷高效基因型Xiaoyan54。NH4NO3-N处理有利于提高植株地上部氮含量和植株的氮吸收效率。Xiaoyan54的植株吸氮量在NH4NO3-N处理中最高,Jing411在NO3-N处理中最高。不同处理对营养液pH值的影响明显不同。NH4NO3-N和NH4-N处理导致营养液pH值降低,NO3-N处理使营养液pH值升高,不同磷效率基因型小麦使营养液pH值降低或升高的程度不同。小麦磷效率基因型差异的表现与否和氮素形态有关,以植株地上部干重为磷效率指标的基因型差异在供应NO3-N时不表现。磷高效基因型Xiaoyan54的生长显著优于磷低效基因型Jing411。     

不同基因型棉花根系对局部供磷的响应特征

【目的】 养分异质性存在于自然土壤或农田土壤,探讨不同基因型棉花根系对异质性养分的响应,对提高棉花磷利用效率具有重要意义。 【方法】 本试验在土培条件下,设磷均质供应和磷局部供应两种供磷方式,根箱自上而下分为三层 (上层0—20 cm、中层20—40 cm、下层40—60 cm)。磷均质供应方式下根箱每一层的磷肥用量均为P₂O₅ 100 mg/kg,磷局部供应方式下磷肥用量为P₂O₅ 300 mg/kg,全部集中施在中层 (20—40 cm),上下两层均不施磷,两种供磷方式下氮钾肥均按N 150 mg/kg和K₂O 5 mg/kg均匀加入至根箱各层 (施钾量按75 kg/hm2计算),利用根箱分层研究2种基因型棉花根系对局部供磷 (20—40 cm) 响应的差异。 【结果】 局部供磷能显著改变棉花的根系形态,磷低效基因型‘新陆早13号’和磷高效基因型‘新陆早19号’总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度分别增加了38.0%、41.9%、97.6%、27.3%、35.9%和34.5%、21.7%、39.0%、22.5%、42.8%。棉花对局部供磷的响应存在基因型差异,磷高效基因型‘新陆早19号’的总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度均显著高于磷低效基因型‘新陆早13号’,分别是磷低效基因型‘新陆早13号’的1.23、1.31、1.73、1.07、1.30倍。主成分分析表明,棉花根系的可塑性主要受养分供应方式影响,而根系的基本构架主要受基因型控制。偏最小二乘回归分析表明,总根长、中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度、根系表面积和根系总体积的VIP值超过1,对地上磷吸收起着明显重要的作用,其中中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度10%的增加量可以引起地上部磷吸收2.33%的增加,即中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度对植株磷吸收的贡献最大。 【结论】 在局部供磷区,磷高效基因型棉花具有更高的环境适应能力。对于高效和低效基因型,都应采取局部供磷的方式,优化根系分布和生长,提高棉花获取异质性磷养分的能力,以发挥棉花的最大生物学潜力,提高养分利用率,减少肥料用量,保护生态环境。      

水培燕麦根系形态和氮吸收流量对硝态氮供应浓度的响应

【目的】苗期根系的形态结构与作物的养分吸收和抗倒伏性密切相关,对燕麦如何合理施肥以达到最大的增产效果,需要对不同燕麦品种的氮吸收利用效率做出评价。【方法】本研究以3个不同燕麦栽培品种(坝莜9号、 坝莜3号和200215)为材料,分析了低、 中、 高NO-3-N浓度下(NO-3浓度为1、3、6 mmol/L)根系生长以及NO-3吸收流量的变化。将燕麦种子萌发至一片真叶展开时,每个品种挑选长势一致的10株幼苗放入含不同NO-3浓度的Hoaglands培养液中培养,培养3周后选取长势基本一致的幼苗,采用非损伤微测技术测定根系NO-3流量并利用根系图像分析系统WinRhizo分析根系形态指标。【结果】NO-3-N浓度对不同燕麦品种节根数影响不显著,对侧根密度、 总根长、 根系平均直径和不同直径范围内根系长度分布均有显著影响; NO-3-N浓度的变化对坝莜3号根系吸氮量有显著影响,对坝莜9号和200215根系吸氮量的影响不显著; 根系NO-3吸收流量的动态变化与侧根数量变化有一致性; NO-3平均吸收流量与总根长、 平均直径及根系平均直径≤0.16 mm的细根在根系中所占比例的变化一致。【结论】不同NO-3-N供应浓度主要影响燕麦苗期侧根(直径≤0.16 mm的细根)的形成和生长,对根系NO-3吸收流量的影响因品种而异; 根系NO-3吸收流量的变化主要受总根长、 根系平均直径及细根在根系中所占比例的影响。     

不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究

采用水培方法研究了不同形态氮素对武育粳 3号 (常规粳稻 )和扬稻 6号 (常规籼稻 )生长的影响及其水稻苗期对NH 4 N和NO-3 N的吸收动力学特征。结果表明 :不同形态氮素对水稻生长影响差异显著 ,铵硝混合营养下水稻的生长最优 ;扬稻 6号比武育粳 3号具有更强的氮素吸收能力 ;不论武育粳 3号或是扬稻 6号 ,单一氮源时NO-3 的Km 值均大于NH 4 ,说明水稻对NH 4 的亲和力大于NO-3 ,武育粳 3号对NH 4 的最大吸收速率小于NO-3 ,而扬稻 6号则极为接近 ;NH 4 的存在均显著降低两个水稻品种对NO-3的吸收速率 ,武育粳 3号和扬稻 6号的NO-3 的Vmax分别比单一硝营养减小 1/ 2和 2 / 3,NO-3 的存在不影响武育粳 3号对NH 4 的吸收速率 ,但使扬稻 6号对NH 4 的吸收速率减小     

不同氮效率水稻品种苗期吸氮效率差异及其机理研究

以大田筛选得到的不同生物学特性的12个水稻品种为材料,研究了水培条件下这些品种苗期的吸N效率差异,结果表明大田N效率不同的品种在苗期水培条件下吸N效率也不相同,并且大田相同类型的品种在苗期N效率也不完全相同。供试7个大田高产品种中只有桂单4号、云粳38和黔育421这3个水稻品种在水培环境中同样保持较其它品种生物量大,N响应高的特性;另外3个大田高产品种南光、予粳7号和4007在苗期N效率表现很差;红稻Vmax虽然很大,但是生物量很小,所以综合表现一般。3个低产品种Elio、抚宁小红芒和黄金糯中,Elio在苗期N效率很高,另外2个品种N效率不高。研究发现,生物量(尤其是根系的生物量)和对NH4 的亲和力(1/Km)以及Vmax是水稻苗期吸N效率的主要决定因素。典型的苗期N高效品种有桂单4号、黔育421、Elio和云粳38,这些品种苗期N累积量高,N响应值高,原因在于桂单4号、黔育421和Elio在水平增加后Vmax都成倍增加,尤其Elio的Vmax一直都很高,而云粳38则主要是靠较高的生物量来获得高吸N量。典型的低效品种有南光、4007、武运粳7号和予粳7号,这些品种N累积量小,N响应值小,原因在于其中前3个品种在N水平增加后Vmax都降低,Km大幅度增加,而予粳7号虽然Vmax稍有增加,但亲和力则降低最大而成为所有品种中最低的,所以综合结果仍是低效。     

铵态氮/硝态氮对水稻铝吸收的影响及其机制研究

选用两个水稻品种武运粳7号（耐铝品种）和扬稻6号（铝敏感品种）作为实验材料,利用水培试验,通过长期和短期处理相结合的方式研究了NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收的影响及其作用机制。结果表明,与NH4+-N相比,NO3--N促进了水稻对Al的吸收。而且随着NO3--N浓度的提高,水稻根中Al含量显著增加,随着NH4+-N浓度的提高,水稻根中Al含量显著降低。这些结果表明NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收的影响具有浓度效应。当向Al溶液添加pH缓冲剂后,NH4+-N和NO3--N对根尖Al累积的影响变小,表明NH4+-N和NO3--N处理下溶液pH的变化可能是NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收影响不同的一个原因。     

地表水NH4和NO3随水体入渗在土壤和地下水中输送过程的土槽试验研究

The infiltration of water contaminants into soil and groundwater systems can greatly affect the quality of groundwater. A laboratory-designed large soil tank with periodic and continuous infiltration models, respectively, was used to simulate the migration of the contaminants NH4 and NO3 in a soil and groundwater system, including unsaturated and saturated zones. The unsaturated soil zone had a significant effect on removing NH4 and NO3 infiltrated from the surface water. The patterns of breakthrough curves of NH4 and NO3 in the unsaturated zone were related to the infiltration time. A short infiltration time resulted in a single sharp peak in the breakthrough curve, while a long infiltration time led to a plateau curve. When NH4 and NO3 migrated from the unsaturated zone to the saturated zone, an interracial retardation was formed, resulting in an increased contaminant concentration on the interface. Under the influence of horizontal groundwater movement, the infiltrated contaminants formed a contamination-prone area downstream. As the contaminants migrated downstream, their concentrations were significantly reduced. Under the same infiltration concentration, the concentration of NO3 was greater than that of NH4 at every corresponding cross-section in the soil and groundwater tank, suggesting that the removal efficiency of NH4 was greater than that of NO3 in the soil and groundwater system.     

水稻钾素营养的基因型特征及分子机制初探

理解水稻(Oryza sativa)的钾素营养特征是提高水稻的钾素利用效率及其生产效应的重要环节。本文针对土壤钾素供应的时空非均匀性,采用水培和分根模拟试验,研究了日本晴(NB)、武育粳18(WYJ18)、南光(NG)及桂单4号(GD4)4个水稻基因型品种的钾素营养特征。结果表明:低钾(0.1 mmol/L K⁺)或高钾(5 mmol/L K⁺)条件均会显著抑制水稻的生长。与高钾条件相比,NB和GD4在低钾及正常供钾(1 mmol/L K⁺)水平下即可保持较高的生物量,推测NB和GD4有更强的钾吸收及转运能力。分根供钾试验表明,4种基因型水稻缺钾一侧的根长和根表面积均受到诱导,而地上部生物量与全根供钾时没有明显差异,说明局部根系供钾即可满足水稻生长需求。进而以NB为材料,通过实时荧光定量PCR,发现水稻根内钾转运基因OsKAT1;1主要定位于根部,且受高钾和低钾抑制,地上部钾分配基因OsAKT2/3主要定位于地上部且受高钾诱导,根–茎钾传输系统OsSKOR基因主要定位于距根尖大于1.5 cm的成熟区,且在根部的表达丰度受低钾诱导;水稻伤流试验结果表明,低钾条件下伤流液的强度和组分与根–茎传输基因OsSKOR的表达特征有较好的吻合度,推测OsSKOR基因可能在根–茎钾转运过程中发挥重要作用。     

水稻NH4+转运蛋白基因OsAMT1.1~1.3，OsAMT3.1和OsAMT4.1表达部位及表达特性初析

以水稻为材料,对水稻NH4 离子转运蛋白基因OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3、OsAMT3.1和OsAMT4.1的表达部位进行了初步的定性研究,并首次将荧光定量PCR技术应用于植物营养研究中,检测了水稻根中OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1在N饥饿48h以后,又转移到1mmol/LNH4 或1mmol/LNO3-中2h后的表达量变化。结果表明,在当时的实验条件下,OsAMT3.1主要在地上部表达,因此推测可能对于根系吸收NH4 没有多大作用;OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1在植株根部和地上部都有表达;经过48h的N饥饿处理以后,在检测的4个基因当中,根中表达量最高的是OsAMT1.1,显著高于OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1,由此认为,对根中NH4 吸收的贡献也是OsAMT1.1最大;OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1表达量在N饥饿48h以后,不论是NH4 或NO3-的加入都显著抑制这3个基因的表达。荧光定量PCR方法的应用可以精确检测到基因表达量的微小变化,尽管没有显著的变化,但从表达量上来讲,OsAMT1.1表达量在加N后有下降的迹象,而且OsAMT1.1、OsAMT1.2和OsAMT4.1受NH4 的抑制效果稍强于NO3-;而OsAMT1.3受NO3-的抑制作用稍强一点,这些都是半定量PCR和Northern杂交所检测不到的。