宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性

为探讨沙棘内生菌提取物作为生物刺激素对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响,于沙棘内生菌宛氏拟青霉(Paecilomyces variotii)中提取了生物刺激素PVE(Paecilomyces variotii extracts),并经液相色谱对PVE的活性物质进行了富集纯化。通过水稻液培试验,设无盐(CK)、添加NaCl(NS)、添加PVE和NaCl(PN1)、添加PVE纯化物和NaCl(PN2)4个处理,研究生物刺激素对水稻的耐盐效应。结果表明,施用生物刺激素能够缓解盐胁迫对水稻生长造成的严重抑制。PN1、PN2处理较NS处理提高了叶片与根系的干质量,减少了植株体内的水分流失,增加了根系的直径和吸收面积,但根长相较于CK处理无显著差异;PN2处理叶片鲜质量、叶片含水量、根系含水量较PN1处理分别增加了12.44%、1.13%和0.42%。与NS处理相比,PN1和PN2处理叶片光合速率分别提高了34.08%和40.82%,蒸腾速率分别提高了23.90%和18.86%,PN1和PN2处理还显著提高了叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,使丙二醛(MDA)含量分别降低了28.36%和20.97%。PN2处理叶片和根系中的Na~+含量较NS处理分别降低了36.31%和10.85%,从而降低了Na~+/K~+,保证了植株体内的离子平衡。研究表明,PVE及PVE纯化物在极低的浓度下具有较高的生理活性,并通过减少水分流失、促进根系生长、提高光合速率来减轻氧化损伤,同时以降低Na+流入的方式缓解盐胁迫对水稻幼苗的影响。     

小分子有机酸钾对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

【目的】施用小分子有机酸钾是促进水稻生长和提高水稻产量的重要措施之一。本试验研究了3种小分子有机酸钾在不同浓度下对水稻种子萌发和幼苗生长的影响,为促进水稻增产及研发新型肥料增效剂提供理论依据。【方法】以水稻种子‘临稻21’为试验材料进行了种子萌发试验和水培试验。以不含钾盐处理为空白对照 (CK),供试钾盐包括硫酸钾 (IOS)、甲酸钾 (OSA)、乙酸钾 (OSB) 和丙酸钾 (OSC),设两个K+浓度分别为0.25和0.50 mmol/L。将种子置于25℃培养箱中,培养至两叶一心时,转入含有不同浓度钾盐的营养液中进行12 h光照/12 h黑暗、25℃恒温处理,至水稻幼苗长到四叶一心时,测定幼苗生长、根系形态和光合特性。【结果】1) 小分子有机酸钾促进了水稻种子提早萌发,培养48 h后,当K+浓度为0.25 mmol/L时,OSA-1和OSB-1较IOS-1水稻发芽率显著提高35.6%和37.8%;当K+浓度为0.50 mmol/L时,OSA-2和OSB-2较IOS-2水稻发芽率显著提高34.0%和27.7%;2) 与IOS相比,OSA-1、OSA-2和OSB-1显著促进了水稻幼苗叶片的宽度和鲜重的提高,并使水稻幼苗根重、总根长、根表面积和根体积显著提升;3) 与IOS处理相比,OSC处理提高了水稻幼苗叶片叶绿素含量,OSA和OSB处理显著提高了水稻幼苗叶片净光合效率、气孔导度和蒸腾速率;4) 施用小分子有机酸钾能够提高水稻幼苗根系活力,进而促进了水稻幼苗对钾素的吸收,OSA-2和OSB-2处理幼苗全钾含量较IOS-2显著提高19.6%和28.3%。【结论】与硫酸钾相比,甲酸钾、乙酸钾和丙酸钾3种小分子有机酸钾处理可促进水稻种子提前萌发,促进水稻幼苗的生长、光合效率的提高以及对钾素的吸收,以0.25 mmol/L甲酸钾 (OSA) 的促生效果最好。     

缺锌对玉米根系发育、生长素含量及生长素转运基因表达的影响

【目的】研究缺锌对玉米根系生长及根系中生长素含量与生长素运输关键基因表达的影响,揭示缺锌胁迫下玉米根系生长与生长素响应特征。【方法】以郑单958玉米为材料,进行营养液培养试验,设置Zn 0缺锌 (0 μmol/L) 和正常供锌 (1 μmol/L) 两个处理。植株干样经硝酸–过氧化氢消煮,利用原子吸收分光光度计测定消煮液锌浓度。保存于FAA溶液 (70% 乙醇︰38% 甲醛︰乙酸 = 90︰5︰5,体积比) 中的根系样品,经洗涤扫描获得数字图像,利用WinRHIZO软件分析得到根长、根表面积、根体积等指标;采用气相色谱-质谱联用仪检测根系中生长素吲哚乙酸含量;采用实时荧光定量PCR技术对玉米根系生长素转运基因ZmAUX1和ZmPIN1c表达进行定量分析。【结果】缺锌胁迫下,植株地上部锌含量低于20 μg/g,生物量显著降低;缺锌根系表面积与体积变小,总根长、侧根总长度与侧根平均长度变短,侧根密度增大,直径变细。缺锌条件下,距根尖2 cm的区域中生长素较正常供锌处理降低近30%。缺锌根系中ZmAUX1和ZmPIN1c基因表达明显受抑。【结论】缺锌胁迫下玉米根系中生长素转运关键基因表达降低,生长素含量下降,生长素分布改变,影响根系生长发育。     

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%。...     

外源 GSH 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片及根系离子微域分布的影响

【目的】盐胁迫是限制新疆番茄生长的重要障碍因子之一,而外源喷施谷胱甘肽 (GSH) 是解决这一问题的有效措施。探讨外源 GSH 缓解番茄盐胁迫的效应和作用机制,可为该措施的有效应用提供理论依据。 【方法】采用营养液栽培法,选用番茄品种‘中蔬四号’为试材。在营养液中加入 NaCl 100 mg/L,使其产生盐胁迫,以不加 NaCl 作为对照 (CK),试验处理包括不喷施 GSH (NaCl)、喷施 GSH (+ GSH)、喷施 GSH 合成酶抑制剂 (+ BSO) 以及喷施 GSH 和 BSO (+ BSO + GSH)。测定番茄幼苗叶片和根系中与耐盐性相关的 K+、Ca2+、Mg2+、Na+ 和 Cl– 的离子微域分布状态和平衡。 【结果】NaCl 胁迫下番茄叶片和根系所有组织细胞中 Na+ 和 Cl– 相对含量显著提高,K+ 相对含量和 K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl– 比值降低,说明 NaCl 胁迫使细胞中 Na+ 和 Cl– 有害离子积累及胞内离子稳态严重破坏;外源 BSO 施用进一步加剧了 NaCl 胁迫下番茄叶片和根系细胞的 K+/Na+ 失衡。而外源 GSH 施用抑制了 NaCl 胁迫下番茄叶片和根系对 Na+ 的吸收,降低了 Cl– 的相对含量,提高了 K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl– 比值。外源 GSH 亦使 NaCl+BSO 胁迫下番茄叶片各组织及根系中皮层、内皮层和中柱的 Na+ 未检出,根系和叶片各组织中 Cl– 相对含量显著降低,K+ 和 Ca2+ 相对含量及 K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–、Ca2+/Cl– 比值显著提高。 【结论】外源 GSH 通过抑制盐胁迫下番茄叶片和根系对 Na+ 的吸收,降低 Cl– 吸收,改善细胞中离子的微域分布和维持离子平衡, 从而缓解了盐胁迫对番茄的毒害作用,提高了番茄的耐盐性。     

提高营养液镁浓度可缓解黄瓜幼苗亚低温胁迫

【目的】我国北方地区冬春季栽培黄瓜经常遭受亚低温 (15℃/8℃) 胁迫,用标准营养液育苗常会造成黄瓜植株矮小、叶片发黄等问题。研究调整营养液中镁和钾离子浓度,以便达到缓解亚低温对黄瓜幼苗伤害作用的目的。【方法】选用‘博耐 3000'黄瓜幼苗为试材,利用人工气候箱,以常温 (25℃/18℃) 下黄瓜山崎标准营养液配方 (K+ 6 mmol/L、Mg2+ 2 mmol/L) 为对照,在标准营养液其他元素保持不变的基础上,设置两个钾离子水平 (K+ 6、12 mmol/L),4 个镁离子水平 (Mg2+ 2、4、6、8 mmol/L),在亚低温 (15℃/8℃) 下栽培黄瓜幼苗,于处理后幼苗生长的 0、7、14、21 d 调查了不同镁钾水平营养液栽培的黄瓜幼苗的根系形态、干物质积累和分配以及对钾和镁元素吸收。【结果】1) 亚低温下适当增加营养液中的 Mg2+ 浓度,能显著提高黄瓜幼苗的壮苗指数,当营养液中 Mg2+ 和 K+ 均为 6 mmol/L 时,壮苗指数达到最大值 0.17;2) 镁和钾对根系形态影响不同,K+ 浓度与根长和根系总表面积成正相关,且主要影响直径范围为 0～0.5 mm 的根系,Mg2+ 与根系平均直径正相关且主要影响 > 1.0 mm 的根系;较高的 K/Mg 比例有利于黄瓜 0～0.5 mm 根系的生长,根系总长和总体积的增加,但显著抑制了 0.5～1.0 mm 和 > 1.0 mm 根系的生长。3) 亚低温下,茎叶中干物质量降低而根中升高,在 K1 (6 mmol/L) 水平时,随 Mg2+ 浓度升高,根和茎中干物质量升高,叶中干物质表现为先升高后下降,且营养液中高浓度的 Mg2+ 有利于干物质向叶中分配。4) 营养液中镁离子浓度小于 6 mmol/L 时,一定程度地提高 Mg2+ 浓度能促进对 K 的吸收,营养液中的 Mg2+ 和 K+ 在镁钾吸收上表现为协同作用,当 Mg2+ 大于 6 mmol/L 时,镁和钾表现为显著的拮抗作用;亚低温下,根茎叶的镁吸收量相比 CK 分别下降 25%、72% 和 58%,而营养液中 K+ 和 Mg2+ 均为 6 mmol/L 时,有利于缓解这一阻碍效果。【结论】冬春季黄瓜育苗时,山崎黄瓜配方营养液中的 Mg2+ 和 K+ 均为 6 mmol/L 而其他元素浓度保持不变时,黄瓜幼苗的壮苗指数、根系形态、干物质积累和钾镁元素综合效应表现较好,能有效地抵御亚低温对黄瓜幼苗的伤害。     

小肽螯合铁缓解樱桃萝卜苗期高温胁迫的生理机制

【目的】樱桃萝卜(Raphanus sativus L.var.radculus Pers.)易受高温胁迫引起的活性氧爆发导致损伤,进而影响生长。小肽螯合铁是一种外源生物刺激素,可显著提高作物抗逆性。本文探讨了不同小肽螯合铁处理浓度对樱桃萝卜中与高温胁迫相关的生理活性成分的影响,为利用小肽螯合铁减少高温胁迫对作物生长的危害提供理论依据。【方法】以樱桃萝卜为试材进行浸种和灌根试验。试验设常温25℃不加生物刺激素的清水处理(CK0);胁迫温度为30℃下不加生物刺激素的清水处理(CK),浓度为66.7 mg/L的芸苔素内酯处理(BHG)以及21.0、32.0、48.0 mg/L浓度的小肽螯合铁处理(T-Fe-1、T-Fe-2、T-Fe-3),共6个处理。在樱桃萝卜生长28天后,采集植株样,称重,并测定内源激素含量和抗氧化及光合系统酶活性。【结果】高温胁迫下,与清水处理比较,小肽螯合铁浓度为21.0 mg/L时显著提高了樱桃萝卜的生长素(IAA)水平144.2%,显著提高整株生物量26.0%、根系长度35.8%;显著提高脯氨酸(Pro)含量229.9%;显著提高抗氧化系统中抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性21.7%、谷胱甘肽还原酶(GR)活性11.7%,然而对超氧阴离子(■)活性、丙二醛(MDA)含量和净光合速率(Pn)影响不显著。高温胁迫条件下,与促生效果较好的66.7 mg/L芸苔素内酯处理比较,21.0 mg/L小肽螯合铁可显著提高IAA含量141%,提高Pro含量11.4%,并分别显著提高过氧化氢酶(CAT)、APX和GR活性262.5%、44.7%和19.4%,从而显著降低■活性18.6%。高温胁迫条件下,32.0 mg/L小肽螯合铁较清水处理可显著提高Pro含量184%,分别提高超氧化物歧化酶(SOD)和GR活性366%和19.8%,并分别降低过氧化氢(H2O2)、■活性和MDA含量41.5%、24.2%和76.5%,但其整株生物量显著降低36.5%;而48.0 mg/L小肽螯合铁处理较清水处理可显著提高IAA、Pro含量26.1%和132.6%,SOD和GR活性分别显著提高633.4%和19.4%,显著降低H2O2、■活性29.9%和26.2%,整株生物量无显著差异,促生效果不明显。【结论】本试验条件下,施用21.0 mg/L小肽螯合铁可显著提高樱桃萝卜内源激素和脯氨酸水平、抗氧化系统活性,从而显著缓解高温胁迫损伤,提高生物产量。超过该剂量施用小肽螯合铁有抑制作物生长的风险。     

高氯土壤条件下烤烟对 Cl– 通道抑制剂的生理响应

【目的】在我国部分烟区,土壤氯离子含量高是造成烟叶氯离子含量高的一个主要因素,困扰着当地优质烟草的生产。研究氯离子通道抑制剂对烤烟成熟期叶片生理指标的影响,可为生产中合理降氯提供一定的参考。 【方法】2015 年在河南科技大学采用盆栽土培试验,设置四个处理,分别为 200 μmol/L NFA、200 μmol/L 9-AC、200 μmol/L Zn2+ 和蒸馏水,土壤含氯量为 50 mg/kg。于移栽后 30、45、60、75 d 灌根,每个处理每次每盆灌 1 L,连灌 3 天。测定了成熟期烤烟中部功能叶片中的CLC-Nt2 基因表达强度、光合色素含量、叶绿素荧光参数、相关元素积累量以及烟株生物量。 【结果】1) 与对照相比,施用抑制剂 Zn2+、NFA、9-AC 的烟株叶片中CLC-Nt2 的表达量显著降低,分别为对照的 82.22%、75.39%、72.19%,但 3 组抑制剂处理之间无显著差异。2) Zn2+、NFA、9-AC 处理的叶片叶绿素总含量较对照分别增加 20.15%、29.10%、45.52%,差异达到显著水平。同时,经不同抑制剂处理的叶片叶绿素荧光特性也表现出不同程度的增加,表明抑制剂可以减缓氯含量对烤烟 PSⅡ光合机构的伤害。3) 抑制剂对烤烟叶片中 Cl–、K+、NO₃– 的积累有明显影响。与对照相比,抑制剂处理的 3 组叶片中 Cl– 含量显著降低,降幅在 18.17%～33.48%;K+ 含量和 NO₃– 含量明显提高,增幅分别为 5.28%～10.20% 和 12.19%～25.24%,其中以 9-AC 处理的效果最佳。4) 抑制剂对烤烟生物量的合成有促进作用。与对照相比,施用抑制剂后烟株叶、茎、总干重显著提高,增幅分别为 17.02%～32.45%、10.54%～20.66% 和 13.21%～25.50%;而根干重增加幅度较小,仅为 5.94%～11.43%,根冠比显著降低。抑制剂的作用效果表现为 9-AC > NFA > Zn2+ > CK。 【结论】当植烟土壤中氯离子含量较高时,外施氯离子通道抑制剂能够对烤烟植株生长及体内一系列生理活动产生积极作用,在一定程度上缓解了氯害对烟草的不利影响。在本试验条件下,施用 200 μmol/L 9-AC 的烟株整体表现最优,而施用 200 μmol/L Zn2+ 的处理在基本满足降低叶片氯离子含量的同时降低了生产成本,这为生产中合理降氯提供了一定的参考。     

缺铁胁迫柑橘砧木幼苗的光合特性和叶绿体超微结构

【目的】通过研究枳壳与枳橙砧木在缺铁和正常铁浓度处理下的反应,重点揭示两种柑橘砧木光合特性、叶绿体超微结构等对铁敏感性的差异。【方法】以柑橘的枳壳砧木和枳橙砧木实生苗为试验材料,设置缺铁 (–Fe,0 μmol/L) 和正常铁 (+Fe,37.3 μmol/L) 2个处理进行营养液培养,测定了缺铁胁迫对两种砧木苗期铁元素含量与积累量、光合色素含量、叶片糖含量的影响,并进行了叶绿体超微结构的电镜扫描。【结果】缺铁胁迫显著降低了两种砧木铁元素含量与积累量、叶片光合色素含量,且枳橙砧木光合色素含量下降幅度较大。与对照相比,缺铁后枳壳砧木叶片的糖类物质含量降低,且达到显著差异水平;而枳橙砧木叶片可溶性糖、蔗糖含量显著升高,淀粉和果糖含量显著下降。另外,缺铁胁迫条件下,两种柑橘砧木片层结构模糊,嗜饿体数目增加。并且,缺铁后枳壳砧木叶绿体长度、厚度比对照分别降低了22.1%、26.4%,枳橙砧木则分别下降了55.1%、40.4%。【结论】缺铁胁迫下,枳橙砧木幼苗的铁元素含量和积累量、叶片光合色素含量、叶绿体超微结构等均比枳壳砧木受到较大影响,表明枳橙砧木比枳壳砧木对铁营养缺乏更加敏感。     

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。     

中度干旱胁迫下内生真菌印度梨形孢对旱稻根系细胞膜H+-ATPase的影响

  【目的】   研究中度干旱胁迫下,内生真菌印度梨形孢 (Piriformospora indica)对旱稻根系细胞膜H+-ATPase的影响,解析印度梨形孢提高旱稻耐旱性的分子生理机制。   【方法】   将无菌旱稻幼苗及带有GFP标签的印度梨形孢菌饼 (P. indica-GFP) 接种于备好的PNM培养基中,于26℃/22℃、14 h /10 h (光/暗) 培养两周,采用激光共聚焦显微镜观察水稻根部定殖的印度梨形孢菌。采用盆栽试验方法,分别种植定殖与未定殖印度梨形孢的旱稻 (Oraza sativa,中旱3) 幼苗,保持土壤中度干旱胁迫,培养幼苗2周后,取根系样品,测定根系细胞膜H+-ATPase及生长情况,生长素IAA含量,以及H+-ATPase相关基因的表达。   【结果】   通过旱稻根系转录组分析,发现相比于未接种印度梨形孢的旱稻,接种印度梨形孢旱稻根系生长素相关基因表达显著上调。同时,接种印度梨形孢旱稻根系生长素含量、H+分泌、细胞膜H+-ATPase活性及根毛长度显著高于未接种印度梨形孢旱稻。中度干旱胁迫下,与未接种印度梨形孢旱稻相比,接种印度梨形孢旱稻根系细胞膜H+-ATPase相关基因表达显著上调。此外,中度干旱胁迫下,接种印度梨形孢旱稻地上部干重、根系干重、总根长及根毛长度都显著高于未接种印度梨形孢旱稻。   【结论】   在中度干旱胁迫下,印度梨形孢通过提高旱稻根系生长素含量,调控根系细胞膜H+-ATPase活性,进而促进根毛发育。     

过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200 mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。     

接种根内球囊霉提高氮素向甘薯块根转移和再分配的机理

【目的】研究接种丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhiza, AM) 对甘薯 (Ipomoea batatas L.) 的侵染率及叶片氮代谢酶活性的影响,探索甘薯氮素吸收后在植株体内的转移和分配规律,以期为全面了解菌根真菌促进氮代谢的过程提供理论依据。【方法】采用盆栽试验方法,供试菌种为一种根内球囊霉Glomus intraradices BEG141。土壤灭菌后,以不接种菌根 (–AM) 为对照,在8 kg土中接种100 g菌剂 (+AM)。于甘薯幼苗移栽后30天、60天和90天,从甘薯茎蔓顶部往下数第5片完全展开叶的叶柄与茎蔓交叉处定量注射99% (15NH₄)₂SO₄溶液,15N总施用量为199.5 μg/plant。每次注射后三天取植株样,分为茎、叶、纤维根和块根4部分,测定生物量干重、根系菌根侵染率、15N丰度、氮代谢酶活性。【结果】接种AM处理显著增加了甘薯根部真菌侵染率及泡囊丰度、根内菌丝丰度和丛枝丰度。随着移栽天数的增加,侵染率显著增加,最高达到67%。移栽后30天接种和不接种菌根真菌处理间甘薯生物量和氮素吸收量差异不显著,移栽后60天和90天,接种AM真菌处理的甘薯生物量和氮素吸收量显著高于不接种AM处理 (P < 0.05)。与CK相比,同一生育期接种AM处理显著提高了甘薯叶片谷氨酸脱氢酶 (GDH)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 和谷氨酸合成酶 (GOGAT) 的活性,对硝酸还原酶 (NR) 活性无显著影响。双因素分析表明,接种菌根与接种后时间对提高甘薯生物量干重、氮素累积量及GDH和GS活性的正交互效应显著 (P < 0.05)。移栽后30天,接种AM处理显著提高了甘薯茎蔓和叶片15N积累量和分配率;移栽后60天,叶片中15N积累量较前一时期显著增加。接种AM处理的叶片和茎蔓中15N积累量在30 d和60 d显著高于不接种AM处理 (P < 0.05),而在移栽后90天显著低于不接种AM处理,说明接种AM处理显著促进15N向块根的转移和分配。【结论】接种AM真菌可提高GDH、GS和GOGAT的代谢活性,促进无机氮向有机氮的转化。接种AM菌剂可促进生育前期氮素在叶片中的分配,有利于地上部的生长,而后期促进地上部积累氮素向地下部转运,进而增加甘薯块根中的干物质积累,提高甘薯的经济产量。     

不同氮素形态对干旱胁迫杉木幼苗养分吸收及分配的影响

【目的】干旱胁迫是限制植物生长的重要非生物因素之一,而适宜的氮素营养可以提高植物的抗旱性。本文探讨了供应不同形态氮源对干旱条件下杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook]幼苗养分吸收及分配的影响。【方法】采用水培试验,供试杉木材料为2个无性系幼苗(7–14号和8–8号),在营养液中添加10%(w/v)PEG-6000进行干旱胁迫。营养液中的氮源处理包括硝态氮、铵态氮、硝铵混合氮,氮素浓度均为4.571mmol/L,每个品种均设6个处理。培养20天后,测定了杉木幼苗根、茎、叶的养分含量及生物量。【结果】与正常水分供应相比较,干旱胁迫条件下供应铵态氮可促进叶片N、K以及茎叶P、K的吸收,供应混合氮可促进根部K的吸收;供应铵态氮可促进根、茎对Ca的吸收,对叶片Ca无明显作用。干旱胁迫对根部Fe、Mn、Cu、Zn吸收量影响显著,氮素供应不同程度地降低了干旱胁迫下各器官Mg、Fe、Mn和Cu吸收量,表现为抑制吸收,但添加铵态氮比硝态氮的降低幅度小。3个氮源处理均降低了干旱条件下根部Zn吸收量,但没有降低甚至增加了茎、叶中Zn的吸收量,说明氮营养可调节Zn在各器官间的分配,缓解干旱导致的缺锌现象。不同器官之间各养分吸收量差异显著,3个氮源处理中,N和P吸收量表现为叶>根>茎,K和Ca为叶>茎>根,Fe、Cu为根>叶>茎,Mg、Mn和Zn在各器官之间的分配规律不一。铵态氮吸收量均表现为叶>根>茎,且各器官铵态氮吸收量显著高于硝态氮,说明杉木具有明显的喜铵特性。【结论】在干旱胁迫下,氮素供应形态显著影响杉木幼苗对养分的吸收及在各器官中的分配,作用效果因家系品种和元素种类而异。总体来讲,铵态氮提高干旱胁迫下杉木幼苗养分吸收的效果好于硝态氮,杉木可以认为是喜铵植物。     

氨基酸增值尿素对水稻苗期生长及根际微生物菌群的影响

  【目的】   研究氨基酸增值尿素 (AU) 对不同稻作水稻生长、根际养分与微生物群落的影响机制，以期为水稻早期水氮合理调控及氨基酸增值尿素合理施用提供依据。   【方法】   以‘两优华6’水稻和氨基酸增值尿素 (AU) 为试材，开展了水作/旱作盆栽试验。试验共设旱作不施尿素 (GCK)、旱作施普通尿素 (GU)、旱作施氨基酸增值尿素 (GAU)、水作不施尿素 (SCK)、水作施普通尿素 (SU)、水作施氨基酸增值尿素 (SAU) 6个处理，除对照外，其余处理氮磷钾施用量相同。水稻生长30天后，采集水稻植株和根际土壤样品，分析水稻根系生物学性状和根系形态学特征，测定根际土壤养分状况和微生物菌群结构。   【结果】   氨基酸增值尿素 (AU) 较普通尿素 (U) 促进了根系生长，旱作和水作根系鲜重分别增加9.65%和7.56%；旱作模式下，GAU较GU水稻根长、根直径、根表面积和根尖数分别提高45.06%、25.93%、6.17%和90.52%，水作模式下，SAU较SU处理上述各指标同样有所提高，但增幅有所降低；施氮量相同条件下，旱作水稻根长、根直径、根表面积和根尖数均明显低于水作，其中GU较SU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低了26.20%、15.63%、2.52%和13.95%，GAU较SAU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低6.00%、6.42%、5.49%和13.28%，降幅明显减小。旱作GAU较GU处理根际有机碳、全氮和微生物氮含量分别增加了17.04%、18.18%和30.00%，水作SAU较SU处理根际铵态氮和微生物氮分别增加了39.70%、38.01%，而硝态氮下降幅度达 33.70%。旱作和水作条件下，氨基酸增值尿素、普通尿素处理的细菌总数分别为1.88 × 107、1.59 × 107 cfu/g和1.93 × 107、1.57 × 107 cfu/g，分别增加18.23%和22.93% (P < 0.05)，氨化细菌数量分别为1.62 × 107、8.14 × 106 cfu/g和2.26 × 107、8.46 × 106 cfu/g，硝化细菌数量分别为1.96 × 103、1.13 × 103 cfu/g和1.64 × 103、1.08 × 103 cfu/g，增加幅度在0.52～1.67倍。旱作优势种群为鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)，相对丰度为18.78%～22.59%；水作则以气单胞菌属 (Aeromonas) 和黄杆菌属 (Flavobacterium) 为优势种群，相对丰度分别为43.09%～52.72%和14.86%～18.87%。与普通尿素处理相比，SAU处理根际土壤Aeromonas和旱作根际土壤Sphingomonas显著降低，而GAU处理uncultured_bacterium_c_Subgroup_6显著增加；土壤全氮、铵态氮和有机碳含量与微生物群落结构显著相关。   【结论】   与普通尿素相比，氨基酸增值尿素可显著促进水稻生育早期根系生长和根系形态建成，增加根际生物量碳、氮，降低水作根际硝态氮含量，增加铵态氮含量，增加根际细菌总量，提升根际细菌群落多样性，有利于水稻氮素吸收。在旱作条件下，氨基酸增值尿素促进水稻根系生长发育和土壤细菌数量的效果优于水作条件下。     

纳米氧化镁促进番茄植株生长的机理

  【目的】  探讨具有抗菌作用剂量的纳米氧化镁 (MgONPs) 对番茄早期生长发育的影响，并明确其被吸收和在植株体内的运输特性，为MgONPs在植物营养和病害防控领域的应用提供理论依据。  【方法】  以番茄为模式植物，利用MgONPs (50～250 μg/mL) 处理番茄种子和幼苗，测定种子萌发率、MgONPs处理幼苗30天后的植株生物量、植物组织细胞形态、叶绿素含量和相对含水量等指标，并用电感耦合等离子发射光谱仪和透射电子显微镜 (TEM) 测定植株对MgONPs的吸收状况。  【结果】  50～250 μg/mL的MgONPs对番茄种子的发芽无抑制作用，而对番茄幼苗生长具有显著的促进作用，其中250 μg/mL剂量作用最显著；此剂量处理后的番茄根长、根干重、地上部分干重和径围分别为20.33 cm、0.11 g、0.20 g、1.65 cm，对照分别为15.63 cm、0.03 g、0.15 g和1.16 cm；番茄叶绿素含量提高了47.37%，相对含水量提高了13.14%。且MgONPs促进了镁元素的吸收，MgONPs处理后番茄叶片中的镁含量较清水组提高了35.16%；透射电子显微镜 (TEM) 照片发现，MgONPs处理后叶片叶绿体周围有纳米颗粒的聚集；扫描电子显微镜 (SEM) 照片和石蜡切片观察证实，MgONPs未破坏番茄植株的组织和细胞形态，明确了在一定浓度下MgONPs对番茄植物细胞无毒副影响。  【结论】  MgONPs在土壤中的分散程度虽然不如在去离子水中，但是依然表现出对番茄生长的显著促进作用，且对种子发芽和幼苗生长无任何不利影响。施入土壤后，MgONPs能被番茄根系吸收，通过维管束系统向上运输至叶片中，从而显著增加叶绿素含量和相对含水量，最终促进了幼苗的生长和干物质积累。在本试验条件下，高浓度 (250 μg/mL) 的MgONPs促进番茄生长的效果好于低浓度。     

壳聚糖对NaCl胁迫下菜用大豆结瘤固氮的影响

【目的】研究壳聚糖对盐胁迫抑制菜用大豆结瘤固氮的缓解效应,为进一步探讨壳聚糖抗逆机理提供新的线索。【方法】以蛭石为基质,以菜用大豆‘特早王’–根瘤菌共生体系为研究对象,采用人工气候箱培养,研究NaCl胁迫下壳聚糖对菜用大豆根瘤形成、生物固氮的影响。菌种为与‘特早王’共生匹配性较好的快生根瘤菌N18。接种后的植株进行如下4个处理:1)叶面喷施清水,根部浇灌无氮营养液(CK);2)叶面喷施壳聚糖水溶液,根部浇灌无氮营养液(CTS);3)叶面喷施清水,根部浇灌溶有NaCl的无氮营养液(Cl);4)叶面喷施壳聚糖水溶液,根部浇灌溶有NaCl的无氮营养液(CTS+Cl)。上述各处理施用的水或水溶液均为无菌水配制,NaCl处理的浓度为50 mol/L,CTS处理的适宜浓度为200 mg/L。接种30天后,将大豆植株取出,用清水将根部蛭石冲洗干净后,立即测定根瘤固氮酶活性、根瘤数及根瘤鲜重,然后测定根瘤豆血红蛋白含量和根系活力,最后测植株干重和全氮量。【结果】氯化钠胁迫下,植株干重显著下降,与CK相比降幅达49%,喷施壳聚糖后(CTS+Cl),降低幅度显著减小,但依然显著低于CK (P <0.05)。无盐条件下,与CK相比,壳聚糖处理(CTS)增加植株干重的效果不明显。喷施壳聚糖显著增加了菜用大豆的根瘤数、根瘤鲜重、植株含氮量、根系活力、豆血红蛋白含量及固氮酶活性(P <0.05)。NaCl胁迫显著抑制了菜用大豆的结瘤固氮作用,其中根瘤数、根瘤鲜重分别较CK下降了79%、90%,而壳聚糖处理(CTS+Cl)使菜用大豆在盐逆境下的结瘤数、根瘤鲜重、植株全氮含量、根系活力、豆血红蛋白含量及固氮酶活性等均显著回升,增幅分别达对照的29%、20%、17%、48%、19%、21%,但均显著低于CK。【结论】非NaCl胁迫下,喷施壳聚糖可以显著促进菜用大豆结瘤,提高豆血红蛋白含量及固氮酶活性,最终增加植株含氮量。在NaCl胁迫下,外源壳聚糖可以显著缓解氯化钠胁迫导致的对根系活力和结瘤固氮的影响。因此,叶面喷施壳聚糖是促进菜用大豆结瘤固氮和生长的有效措施。     

聚氨酯包膜和喷涂诱抗剂提高滨海盐化潮土玉米产量和磷肥利用率的协同效应

【目的】本研究旨在探究包膜磷肥配施植物诱抗剂宛氏拟青霉 (Paecilomyces variotii) 代谢产物对盐化潮土玉米产量及磷素利用率的影响,以期为滨海盐化潮土磷肥高效利用提供技术参考和理论依据。【方法】以夏玉米‘郑单958’为供试作物,以滨海盐化潮土为供试土壤进行了盆栽试验。试验以不施磷肥为对照 (CK),设置正常施磷 (1.80 g/pot) 和减施20%磷 (1.44 g/pot) 2个水平;4个供试磷肥包括普通磷酸二铵 (DM)、普通磷酸二铵配施诱抗剂 (PE + DM)、聚氨酯包膜磷酸二铵 (C-DM)、包膜磷酸二铵配施诱抗剂 (PE + C-DM),共9个处理。在玉米播种后58天收集根际土壤,测定酶活性和有效磷含量;采集最大功能叶片,测定相关的淀粉酶、光合酶活性。收获后,采集土壤样品,测定有效磷含量;测定玉米植株的生物量、产量和磷含量。【结果】等量磷条件下,与DM处理相比,C-DM可显著增产5.89%～10.10%,提高磷肥利用率6.8～8.1个百分点;PE + DM可显著增产7.46%～9.31%,磷肥利用率提高4.8～6.2个百分点,根际土壤磷酸酶活性提高17.65%～27.90%;PE + C-DM显著增产7.78%～16.30%,磷肥利用率提高8.8～14.0个百分点。减磷20%时,包膜和喷涂诱抗剂有协同增效的作用。与C-DM和PE + DM处理相比,PE + C-DM显著提高根际土壤磷酸酶活性21.8%、11.7%,提高丙酮酸磷酸双激酶活性33.3%、14.3%,提高AGPase活性75.5%、47.6%,提高播种后58和103天土壤有效磷含量33.7%、19.4%和15.0%、26.1%,产量与常规磷量下 (1.80 g/pot) 的DM处理差异不显著,实现减肥稳产。【结论】本研究条件下,包膜磷酸二铵配施诱抗剂可提高玉米关键生育期根际土壤磷酸酶活性,增强土壤磷素供应强度,提高叶片光合酶、淀粉酶活性,进而提高磷肥利用率,在减磷20%条件下,依然保持稳产。