局部供应硝酸盐诱导玉米侧根生长的基因型差异

以两个玉米(Zea.mays.L.)自交系478和Wu312为研究材料,采用琼脂培养方法,研究局部供应不同浓度的硝酸盐(NO3-)对侧根生长的影响。结果表明,根系局部供应0.5mmol/L硝酸盐,可以促进两个基因型相应部位的侧根长度,对478的促进效果显著高于Wu312。在双层局部供应0.5mmol/L硝酸盐时,能够刺激两个层次478局部侧根伸长,而Wu312只在上层表现出促进作用。多浓度试验结果表明,在0.5～25mmol/L范围内,局部供应硝酸盐均能在478上表现促进效果。而在Wu312上,当局部硝酸盐浓度超过5mmol/L,刺激作用消失。在低浓度范围内,局部供氮不影响侧根。当局部供应的硝酸盐浓度超过5mmol/L时,Wu312的侧根数量急剧下降,超过15mmol/L后,478的侧根数量开始下降。478侧根对局部硝酸盐刺激的响应能力显著高于Wu312。     

水氮耦合供应对温室番茄果实硝酸盐累积的影响

采用2水平灌水量(W1:4541.0、W2:2270.6 m3/hm2)×3水平氮肥追施量(N1:747.4、N2:373.7及N3:0 kg/hm2),研究了不同灌溉、施氮量对日光温室番茄果实硝酸盐累积的影响。结果表明,番茄果实硝酸盐含量随果实成熟度的提高而降低、随结果部位的提高而提高。水氮耦合供应可以显著影响番茄果实中硝酸盐含量。在施氮量相同的情况下,果实硝酸盐含量随着灌水量的增加而降低;而在灌水量相同的情况下,果实硝酸盐含量随施氮量的增加而增加。     

氮素形态对菠菜可食部分硝酸盐和草酸累积的影响

采用溶液培养试验研究了营养液中硝态氮/铵态氮比例对菠菜地上部可食部分不同器官硝酸盐以及不同形态草酸累积的影响。结果表明,菠菜地上部生物量随供铵比例从0%提高到50%呈增加趋势而后显著下降。叶片和地上部可食部分的硝酸盐含量和累积量均随供铵比例增加而显著下降;叶柄的硝酸盐含量随供铵比例提高而降低,而硝酸盐积累量则先升高后显著下降。叶片是菠菜积累草酸的主要器官,可溶态草酸与草酸总量分别占地上部的56.3%～89.8%和76.6%～87.4%。可溶态草酸是菠菜体内草酸的主要形态,在叶片、叶柄及地上部中所占草酸总量的比例分别在36.7%～83.5%,79.0%～93.3%以及50.0%～83.0%之间。地上部各器官的可溶态草酸含量、难溶态草酸含量和草酸总量以及积累量均随着供铵比例的增加而显著下降,叶片和地上部的草酸含量和积累量的下降幅度均高于叶柄。可见,调节营养液中硝态氮/铵态氮比例可以有效降低菠菜地上部可食部分硝酸盐和草酸的含量和积累量,50/50是营养液中适宜的硝态氮/铵态氮比例,不仅菠菜的生物量最高,而且硝酸盐和各形态草酸的含量以及累积量较低,从而大大减轻了硝酸盐和草酸对人体健康产生的负面影响。     

土壤养分状况系统研究法在菠菜平衡施肥上的应用

利用ASI土壤养分状况系统研究法研究平衡施肥对菠菜产量和品质的影响。结果表明,海南花岗岩砖红壤土壤养分为缺钙缺氮缺铜;随着施氮量的增加,菠菜产量提高,体内的硝酸盐含量增加;氮肥施用量与硝酸盐含量呈正相关关系(化学氮肥r=0.9876,有机氮肥r=0.8175)。氮肥用量超过ASI系统研究法的推荐用量,硝酸盐积累量达显著水平。在最佳施氮量情况下,(尿素240kg/hm2)随施钙量的增加,菠菜产量增加。ASI土壤系统研究法推荐的施钙处理叶片硝酸盐积累量最低,硝酸还原酶活性随钙用量的增加而提高。试验施用钾和镁肥对菠菜产量有负效应,且菠菜硝酸盐的积累量增加。ASI土壤养分状况系统研究法的诊断结果与菠菜产量和品质的提高具有较好的相关性,对菠菜平衡施肥有一定的指导作用。     

不同水氮处理对菠菜硝酸盐累积和土体硝态氮淋洗的影响

利用土柱模拟方法，研究了两种水分供应条件下的5种氮素水平对菠菜生长、植株叶柄硝酸盐累积及土体硝态氮淋洗的影响。结果表明，低供水量抑制了波菜的生长，极大地限制了作物根系对氮素的吸收利用。而在水分供应量较高的条件下，植株干重随肥用量的增加而增大，同时体内硝酸盐含量也随之升高。土柱施氮（N）量达1．33g时，植株体内硝酸盐含量超过了3000mg.kg^-1的蔬菜限量标准。     

陕西关中设施栽培蔬菜的硝酸盐累积状况分析

研究了陕西关中主要蔬菜产区设施栽培蔬菜的硝酸盐累积现状,探讨了施氮量对蔬菜硝酸盐累积的影响。结果表明,宝鸡、杨凌、咸阳、西安四地的新鲜大棚蔬菜硝酸盐污染严重,部分对硝酸盐敏感的蔬菜如萝卜、芹菜等硝酸盐含量超过无公害蔬菜卫生限量标准。施氮对蔬菜硝酸盐累积量的影响显著,随施氮量的增加,蔬菜可食部分的硝酸盐含量增加。     

施用不同氮、钾肥水平对卷心菜中硝酸盐含量积累的影响

通过施用不同含量的氮、钾，对卷心菜中硝酸盐含量积累的田间试验得出：影响蔬菜中硝酸盐含量的主要因素是氮，而钾对蔬菜中硝酸盐含量的积累和减少无明显的影响。这是因为影响植物吸收钾的因素很多，光照、温度、水分等外界条件的改变会直接影响植物对钾的吸收，并使植物体内的氮代谢和硝酸盐积累也受到影响。     

施氮量对白萝卜硝酸盐含量和土壤硝态氮淋溶的影响

在保护地栽培条件下,通过6个施氮水平的田间小区试验,结合土层原位渗滤装置,研究了施用氮肥对白萝卜（Raphanus sativus L.）产量和硝酸盐含量及土壤硝态氮淋溶的影响。结果表明,施氮处理白萝卜产量比不施氮处理仅增加6.04%～10.92%,当尿素氮施用量大于N 100 kg/hm2时,增产幅度开始下降。不同施氮处理白萝卜产量没有显著差异,说明在土壤基础肥力较高的情况下,增施氮肥不能明显提高白萝卜的产量;单施有机肥白萝卜体内硝酸盐含量为 196.86 mg/kg,比不施氮处理降低 5.08%。在此基础上加施尿素后,硝酸盐含量随氮肥施用量的增加显著升高（p0.05）;0—100cm土壤剖面硝态氮累积量随氮肥施用量的增加而增加,且与氮肥施用量显著正相关（r=0.993, r0.01=0.917）;白萝卜生长期间收集到的土壤淋溶液中硝态氮浓度较高,平均为32.88 mg/L,硝态氮的淋失量为 4.42～6.14 kg/hm2,不同施氮量处理之间没有显著差异。     

小白菜硝酸盐积累量基因型差异机理研究

以高硝酸盐积累品种四月慢和低硝酸盐积累品种华冠青梗菜为材料,采用溶液培养方法,测定了0.2和2mmol/L NO3-处理下的硝酸盐积累量和硝酸还原酶活性,并应用Real-Time PCR技术检测了NO3-吸收基因NRT1和NRT2的表达量。结果表明:(1)除0.2 mmol/L NO3-处理时的叶片硝酸盐含量没有显著差异外,四月慢植株各部位的硝酸盐含量都显著高于华冠青梗菜,高浓度培养使品种间硝酸盐积累量差异增加,四月慢对NO3-水平增加的响应能力强于华冠青梗菜。(2)吸收液NO3-浓度12~0 mmol/L范围内,四月慢对NO3-离子吸收速率显著高于华冠青梗菜,且在高浓度下表现更显著。(3)在2 mmol/L NO3-处理下,NRT2在根、叶片、叶柄中的表达量都是四月慢显著高于华冠青梗菜,NRT1的表达量只有在根中四月慢显著高于华冠青梗菜,而在叶片和叶柄中都没有显著差异;在0.2 mmol/L NO3-处理下,NRT1和NRT2表达情况相同,都是在叶片和叶柄中四月慢显著高于华冠青梗菜,而在根中表达量品种间没有显著差异。(4)NRT1和NRT2的表达在一定程度上可以解释硝酸盐积累量的差异,可能还有其他的基因对硝酸盐积累的基因型差异起重要作用,尤其是0.2 mmol/L NO3-处理时。(5)四月慢的硝酸还原酶活性显著高于华冠青梗菜,即四月慢对硝酸根同化利用的能力强于华冠青梗菜。     

沼气发酵残余物对减少叶菜硝酸盐积累的影响研究

利用沼气发酵残余物（沼液、沼渣，以下简称沼肥）生产低硝酸盐蔬菜的可行性试验表明，与化肥相比，适量沼肥或沼肥配合施用，均可明显减少蔬菜体内硝酸盐的积累，等N量的全沼肥较沼肥与化肥配合施用控制效果更好。油菜喷施沼液比灌施降低硝酸盐含量，而菠菜喷施沼液反而比灌施提高硝酸盐含量。相同施肥量下油菜体内硝酸盐含量上等肥力土壤明显高于低等肥力土教育壤；沼肥或沼肥与化肥配施在高肥力土壤上减少硝酸盐积累的作用比低肥力土壤更明显。施用沼肥对减少大棚油菜积累硝酸盐的作用更明显，而对菠菜作用反之，露地菠菜减少硝酸盐积累的作用明显。     

Root size and nitrogen‐uptake activity in two maize (Zea mays) inbred lines differing in nitrogen‐use efficiency

Considerable differences in response to nitrogen (N) availability among plant species and cultivars have been well documented. Focusing on the uptake of N, it is not clear which factor or factors determine efficient N acquisition. Two maize (Zea mays L.) inbred lines (478, N‐efficient; W312, N‐inefficient) were used to compare the relative contribution of root uptake activity and root size to N acquisition. Nitrogen‐efficient inbred 478 had higher yields and accumulated more N under field conditions than W312 under both high‐ (135 kg N ha^–1) and low‐N (no N supplied) conditions. The root system of 478, as indicated by total root length, root biomass, and root‐to‐shoot ratio, was larger and more responsive to low N stress. Especially, 478 developed more and longer axial roots at low N stress. On the contrary, the average N‐accumulation rate in 478 was lower than that of Wu312. In solution culture, ¹³NO₃^– influx in 478 was lower than in W312 after 8 h of nitrate provision. The expression of nitrate‐transporter genes ZmNRT1.1, ZmNRT2.1, ZmNRT2.2, and ZmNAR2.1 was stronger and lasted for a longer time after NO induction in W312. It is concluded that the efficient N acquisition in 478 is due to (1) a larger root system and (2) a stronger response of root growth to low N induction.     

Genotypic Difference in Nitrogen Acquisition Ability in Maize Plants Is Related to the Coordination of Leaf and Root Growth

ABSTRACT

The capacity of a plant to take up nitrate is a function of the activity of its nitrate-transporter systems and the size and architecture of its root system. It is unclear which of the two components, root system or nitrate-uptake system, is more important in nitrogen (N) acquisition under nitrogen-sufficiency conditions. Two maize (Zea mays L.) inbred lines (478 and Wu312) grown in nutrient solution in a controlled environment were compared for their N acquisition at 0.1, 0.5, 2.5, 5, and 10 mmol L^?1 nitrate supply. Genotype 478 could take up more N than Wu312 at all nitrate concentrations, though the shoot biomass of the two genotypes was similar. Genotype 478 had a larger leaf area and longer root length. The specific N uptake rate of 478 (μmol N g^?1 root. d^?1) was lower than that of Wu312. In an independent nitrate-depletion experiment, the potential nitrate uptake rate of 478 was also lower than that of Wu312. No genotypic difference was found in photosynthesis rate. It was concluded that the greater N acquisition ability in 478 involves the coordination of leaf and root growth. Vigorous leaf growth caused a large demand for N. This demand was met by the genotype's large root system. Besides providing a strong sink for N uptake, the larger leaf area of 478 might also guarantee the carbohydrate supply necessary for its greater root growth.     

供氮水平对雄性不育玉米物质生产和氮代谢的影响

在池栽条件下,比较了不同供氮水平下玉米细胞质雄性不育系（CMS）及其同型可育系碳氮代谢的差异。结果表明,两种供氮水平下,CMS玉米子粒产量和收获指数均高于其同型可育系（P0.05）,生物产量差异不显著（P0.05）,根量较多,根/冠比高于其可育系（P0.05）。CMS玉米保绿性好,净同化率高,果穗叶光合速率生育后期优势明显。果穗叶硝酸还原酶（NRase）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性均具有较高活性,两种供氮水平下都表现出相对优势;其叶片、茎秆和根中氮百分含量和氮积累量都表现出花后0—20 d较高,生育后期较低的特点。CMS玉米的氮素转运多,贡献率和氮利用效率高,且不施氮水平下优势更为明显。说明雄性不育植株光合碳生产和果穗叶氮代谢能力强,促进了植株对氮素的转运和利用,有利于子粒灌浆充实和产量提高。     

Comparison of nitrogen accumulation and nitrogen utilization efficiency between elite inbred lines and the landraces of maize

Abstract

Inadequate supply of nitrogen (N) fertilizers results in lower N use efficiency (NUE) and higher N losses which cause environmental deterioration, such as nitrate pollution of groundwater and emission of nitrous greenhouse gases. One way to increase NUE is to use N-efficient cultivars, which grow better under reduced N supplies. Both elite inbred lines and landraces are the basis for hybrid breeding in maize. While inbred lines are mostly selected from high N input conditions, landraces are historically distributed in poor soils with low N availability. Therefore, some potential NUE-related traits conserved in the landraces may have been lost during modern breeding processes. In the present study, the N accumulation and utilization efficiency of 15 elite inbred lines and four landraces of maize were compared at low (LN) and high N (HN) input conditions. In general, the grain yields of the inbred lines and the landraces were similar at both N rates. However, nitrogen accumulation ability in landraces was much higher than that of the inbred lines. The high N accumulation of landraces was closely related to their higher biomass, indicating that growth potential is the main driving force for N accumulation. Nevertheless, N utilization efficiency (grain produced per unit N absorbed) of the landraces was significantly lower than that in inbred lines. Correspondingly, assimilation allocation for grain formation, as indicated by the harvest index, was much lower in landraces than in inbred lines. The higher growth potential, and hence, the ability of N accumulation in landraces may be a valuable trait in breeding programs aiming to further improve N use efficiency.     

增施CO2降低小白菜硝酸盐积累的机理研究

以低硝酸盐积累基因型（东妃）和高硝酸盐积累基因型（高雄甜脆）两种小白菜为材料,采用溶液培养法研究了增施CO2降低蔬菜硝酸盐积累的生理机制。结果表明,CO2浓度升高能显著提高2种基因型小白菜的生物量和硝酸还原酶活性,并降低根、茎叶各部位的硝酸盐含量。CO2浓度升高不仅促进了植株对硝态氮的吸收,而且植株吸收硝酸盐的累积量增幅均高于鲜重的增幅。由此可见,除了鲜重增加的稀释作用,处理后生理机制的变化也可能是CO2浓度升高引起硝酸盐含量降低的重要原因。研究还表明,增施CO2后“东妃”的硝酸盐含量降低百分率与硝酸还原酶活性的增加百分率呈极显著相关,而“高雄甜脆”的硝酸盐含量降低百分率则与鲜重的增加百分率的相关性达极显著水平。说明增施CO2后植株各部位硝酸还原酶活性提高及鲜重的增加均为引起硝酸盐含量降低的重要原因,但贡献率具有明显的基因型差异。     

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。     

氮素形态、用量及施用时期对小青菜产量和硝酸盐含量的影响

采用田间试验研究了氮素形态、用量及施用时期对小青菜产量和硝酸盐含量的影响。结果表明,等氮量施肥下,产量最高的是硝酸钙,尿素+微量元素处理;尿素,有机无机复混肥和碳酸氢铵处理间无显著差异,DMPP处理产量最低;追施微量元素能提高小青菜的产量。硝酸盐含量随着收获时期的延后而降低,有机无机复混肥处理则略有升高,但未达到显著水平;收获期取样时,不同氮肥对硝酸盐的积累是:硝酸钙＞DMPP＞尿素＞有机无机复混肥＞尿素+微量元素＞碳酸氢铵。配施微量元素及氮磷钾的协同吸收均能降低硝酸盐含量。综合考虑产量和品质指标,以有机无机复混肥处理效果较好。小青菜产量和Vc含量随着施氮量的提高而提高,但硝酸盐含量也随之提高;小青菜产量和Vc含量随着施氮时期的延后而降低,硝酸盐含量高峰出现在追肥后20d左右。     

不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮素转运特性

【目的】为明确不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮转运与代谢特性,从溯源的角度探析不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期的氮素吸收、转运与利用特性。【方法】以氮高效型玉米品种‘鲁单818’的亲本自交系 (母本Qx508,父本Qxh0121) 和氮低效型玉米品种‘鲁单981’亲本自交系 (母本Q319,父本Lx9801) 为供试材料,盆栽条件下研究不同氮素供应水平 (N 0 g/盆、7.1 g/盆和14.2 g/盆,记作N0、N1和N2) 对4个不同氮效率玉米亲本自交系花粒期干物质积累、氮素积累、氮素分配与利用效率以及叶片氮代谢关键酶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量变化的影响,并探讨分析不同氮效率玉米品种氮素利用的生理机制与遗传特性。【结果】吐丝后各自交系干物质由营养器官向生殖器官转移,表现为茎叶干物重显著降低,穗和粒的干物重显著增加,且Qxh0121和Q319的干物质重均显著高于其另一亲本。从吐丝到成熟,茎鞘和叶的氮含量均呈降低的趋势,穗和粒的氮含量显著增加,且Qxh0121和Q319自交系叶片、茎鞘、籽粒氮含量均显著高于其另一亲本自交系。花后氮吸收量均表现为Qxh0121显著高于Qx508,Q319显著高于Lx9801。且在低氮 (N1) 和高氮 (N2) 处理下,Qxh0121氮转运效率较Qx508分别高29.2%和14.3%,花后氮转运对籽粒贡献率较Qx508分别高74.0%和17.4%。Q319氮转运效率较Lx9801分别高43.4%和24.7%,花后氮转运对籽粒贡献率较Lx9801分别高75.3%和39.6%。Qxh0121和Q319的产量和氮肥利用效率也高于对应的自交系。在N1和N2水平下,Qxh0121的产量比Qx508分别高43.3%和42.5%,Q319的产量比Lx9801分别高20.2%和10.5%。吐丝至成熟期叶片硝酸还原酶 (NR) 活性和可溶性蛋白含量的变化均呈单峰曲线,高峰期在吐丝后10 d左右。Qxh0121和Q319的NR活性和可溶性蛋白含量在各时期均高于其另一亲本,表现出较强的氮素吸收和同化能力。【结论】氮高效型玉米品种‘鲁单818’表现为父本高效,氮低效型玉米品种‘鲁单981’表现为母本高效。因此,未来育种应充分挖掘‘鲁单818’的父本Qxh0121及‘鲁单981’的母本Q319的氮高效潜力,提高其花前氮的转移效率以及花后氮向籽粒的分配能力,是其对应杂交种进一步实现高产并增加籽粒氮浓度、减少秸秆氮素残留的关键。