湿地植物根表铁膜对磷的响应及其对磷的利用

通过溶液培养试验,研究了宽叶香蒲(Typha latifolia L.)和黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)两种湿地植物根表铁膜对不同磷水平的响应以及其影响磷利用的情况。结果表明:在低磷(3.1 mg/L)和高磷(77.5 mg/L)两个水平下,宽叶香蒲根表铁膜量与Fe2+浓度的关系能很好地拟合成对数方程,而黄菖蒲则拟合成抛物线方程。在低磷和高磷两个水平下,宽叶香蒲根表铁膜对磷的吸附量与根表铁膜量存在较好的线性相关,其相关系数分别为0.776*和0.861*;而黄菖蒲根表吸附磷与根表铁膜量的相关系数分别为0.659和0.655,其相关性并未达到显著水平。宽叶香蒲根表铁膜量较低的处理(10、20 mg/kg)的地上部磷含量高于对照,而铁膜量较多(大于30 g/kg)的处理的地上部磷含量反而低于对照(除200 mg/kg外),说明铁膜量较少时促进了植株对磷的利用,超出一定值反而对磷的利用起抑制作用。而根表铁膜的形成对黄菖蒲地上部磷含量的影响表现出抑制作用。因此,根表铁膜影响植物对磷的吸收利用不仅与铁膜量有关,同时还与植物种类及其对铁的忍耐性和外界磷的浓度密切相关。     

磷素对水稻根表红棕色铁膜的影响及营养效应

【目的】磷饥饿能明显诱导水稻根表红棕色铁膜的形成。然而,磷素是如何诱导水稻根表红棕色铁膜形成并不清楚。【方法】论文在水培条件下,对24个不同来源的传统水稻品种培养21 d后,分别进行缺磷和0.1 mmol•L-1 Fe2+处理,测定其根长、根表面积、根系干重、地上部干重及根表铁含量,从而筛选出根表铁膜含量较高的水稻品种“天优998”,并以此为材料,设置不同养分元素缺乏试验（缺氮、缺磷、缺钾及其交互等8个处理）、分根试验（两边根系同时进行正常磷处理;一边根系缺磷处理,另一边根系正常供磷处理;两边根系同时进行缺磷处理）和不同磷铁比试验（磷浓度为0.0125—0.4 mmol•L-1;铁浓度为0.1—3.2 mmol•L-1,按磷铁比为1﹕1;1﹕3;1﹕5;1﹕8处理设计了4个小试验）,测定了水稻根表铁膜浓度、根表无机磷浓度、根内无机磷浓度、根系和地上部磷、铁含量,探讨了磷素对根表红棕色铁膜形成及其营养效应。【结果】不同水稻品种根表铁膜浓度存在明显差异,24个水稻品种幼苗根表铁膜浓度范围为3.67—9.78 mg•g-1,水稻根表铁膜含量与根长、根表面积、根系干重、地上部干重呈显著的正相关。不同养分元素缺乏试验表明,水稻根表铁膜由红棕色铁膜和非红棕色铁膜组成,仅缺磷处理都能诱导水稻根表红棕色铁膜的形成,而缺氮和缺钾处理却不能。分根试验处理表明,缺磷处理根系侧并不能诱导正常供磷处理侧根系根表形成红棕色铁膜,根表红棕色铁膜形成主要受根表外源无机磷的影响,与根内无机磷无关。不同磷铁比试验表明,根表红棕色铁膜形成与根表磷铁比有关,根表DCB-Fe浓度与根系溶液中铁浓度有关;只有当磷铁比≤1﹕3时,根表才会形成明显的红棕色铁膜,随着磷铁比的降低,根表红棕色铁膜颜色加深;随着根系溶液中铁浓度的增加,根表DCB-Fe浓度逐渐增加,最大值为36.50 mg•g-1。最后进一步对磷铁比处理形成的根表红棕色铁膜水稻根系和地上部磷、铁吸收量进行测定,研究结果发现,根表红棕色铁膜的加深有利于水稻根系和地上部磷、铁的吸收。【结论】内源磷信号并不能诱导根表红棕色铁膜的形成,仅外源磷缺乏才能诱导根表红棕色铁膜的形成,根表红棕色铁膜的形成与根系周围环境中磷铁比有关,而根表DCB-Fe的形成仅与溶液中铁浓度有关。形成的根表红棕色铁膜在根系周围充当营养库的功能,有利于植物对磷、铁的吸收利用。     

洞庭湖湿地植物根系氧化力对氮、磷去除的影响

以洞庭湖湿地艾蒿、水芹、苔草、益母草、菖蒲、芦苇等6种典型群落优势湿地植物为材料,测定各形态氮和磷的质量浓度变化及根表面积、根系氧化力等指标,探讨湿地植物根系特征和根系氧化力对氮、磷去除的影响。结果表明:随着培养时间的延长,6种洞庭湖湿地植物培养液中氮和磷质量浓度均逐渐降低后趋于平缓的趋势。6种湿地植物对培养液中氮和磷的去除率比CK分别提高了47.48%～69.89%和44.43%～66.71%,且不同湿地植物对氮和磷的去除效果存在显著性差别(P0.05)。6种湿地植物体内氮、磷积累量也存在差异,培养期内植物体内氮的积累量为206.57～399.03 mg·株~(-1),磷的积累量为27.26～53.78 mg·株~(-1),其中,艾蒿、水芹、苔草湿地植物生长量和氮、磷积累量显著高于菖蒲和芦苇。6种湿地植物的根表面积、根系氧化力分别在36.91～58.57 cm~2和4.63～23.57μg·g~(-1)·h~(-1),艾蒿的根表面积和根系氧化能力最大,水芹和苔草次之,芦苇最低。相关关系分析表明,6种湿地植物生物量、根表面积、根系氧化力与氮质量浓度呈极显著正相关,而与磷质量浓度呈显著正相关。     

柠檬酸对纳米氧化铁诱导水稻根表铁膜形成及对水稻铁吸收转运的影响

本研究利用水培模拟实验探讨了柠檬酸对纳米氧化铁(NPs,γFe_2O_3)诱导水稻根表铁膜的影响,同时研究了其对铁(Fe)在植株体内吸收转运的影响。结果表明,低浓度柠檬酸包被和未包被处理NPs能够显著增加水稻根生物量,但对水稻地上部生物量影响不显著。NPs能够诱导根表铁膜形成,然而铁膜量随着柠檬酸浓度增加而下降,可能是由于柠檬酸降低NPs的Fe2+释放量造成的;但是2.10 mg·L~(-1)柠檬酸包被NPs能显著提高根表铁膜量。根表铁膜主要以无定型为主(除柠檬酸包被处理外),晶格态仅占铁膜总量的24.88%~48.12%;其中,由于根表铁膜的晶格构造与NPs类似,可能晶格态铁膜主要来源于NPs的直接吸附沉淀。柠檬酸的加入显著降低Fe在根表和根中累积,但是增加了Fe在地上部的累积;然而,柠檬酸包被NPs处理能够增加Fe在根表和植株地上部的累积,但降低Fe在根系中的累积。2.10 mg·L~(-1)柠檬酸(包被和未包被NPs处理)能够减弱Fe从根表向根内的转移,但是增强了Fe从根向地上部的转移。不同NPs处理条件下,Fe在水稻植株不同部位均存在富集现象,根表和地上部的富集系数显著高于根内。     

4种湿地植物对污水中氮磷的去除效能及其迁移规律

为探讨湿地植物对水体中氮、磷营养元素的去除效果,本试验选取了4种水生植物芦苇、香蒲、菖蒲和水葱作为试验材料,通过分别设置3个不同浓度梯度总氮、总磷的生活污水处理,分析不同植物对污水中总氮、总磷的吸收效果。结果表明:1)不同湿地模拟系统中,植物对总氮的吸收作用以植株地上部分为主。植物对污水中的总氮的累积量大小顺序依次为水葱、芦苇、香蒲、菖蒲。2)不同湿地模拟系统中,植物对总磷的吸收作用虽以根系为主,但受生物量的影响,各植株TP含量仍以地上部分居多。植物对总磷的累积量大小顺序依次为香蒲、菖蒲、芦苇、水葱。3)随着总氮、总磷的处理浓度的增高,污水中总氮、总磷的去除率随之增高,说明植物对氮、磷含量高的污水去除效果较好。4种湿地植物对生活污水中总氮的去除率范围为80.3%～93.6%,对总磷的去除率范围为75.7%～97.2%。     

缺磷对水稻根表铁膜形成的影响

以红良优166和Ⅱ优3027为试验材料,采用水培方法,研究了缺磷诱导根表铁膜的形成过程。结果表明:在缺磷处理下,两个基因型水稻的总根长增加,根表面积增大,根系增粗,根系活力升高;在缺磷处理下,两个基因型水稻的根表铁膜Fe含量随着处理时间的增加而增大,均在第7 d时达到最大,且Ⅱ优3027的根系铁膜Fe含量及其增加速度均高于红良优166的。表明Ⅱ优3027具有较高的根系氧化力,使其根表有更好的铁膜形成能力。     

缺磷对水稻根表铁膜形成的影响

以红良优166和Ⅱ优3027为试验材料,采用水培方法,研究了缺磷诱导根表铁膜的形成过程。结果表明:在缺磷处理下,两个基因型水稻的总根长增加,根表面积增大,根系增粗,根系活力升高;在缺磷处理下,两个基因型水稻的根表铁膜Fe含量随着处理时间的增加而增大,均在第7 d时达到最大,且Ⅱ优3027的根系铁膜Fe含量及其增加速度均高于红良优166的。表明Ⅱ优3027具有较高的根系氧化力,使其根表有更好的铁膜形成能力。     

硅铁施用对水稻生长及磷吸收的影响

为探讨硅铁施用对水稻生长和磷吸收的影响，指导合理施肥、提高磷素利用率，利用水培试验研究了不同浓度铁（0、0.5、1、2 mmol·L^-1）预处理下施加不同浓度硅（0、1、4 mmol·L^-1）对水稻生长及磷吸收的影响。结果表明，低浓度的铁预处理对水稻SPAD、株高、根长和地上部干质量无显著影响，而高浓度的铁预处理下，这些指标则显著降低（P<0.05）。中低浓度铁处理下施硅在一定程度上增加了水稻株高、根长和地上部干质量，但未达到显著水平（P>0.05）。铁预处理显著增加了水稻根表铁膜的厚度及根表铁膜中的磷含量（P<0.05），施硅则显著降低了0.5 mmol·L^-1和1 mmol·L^-1铁预处理的水稻根表铁膜的厚度（P<0.05）。铁预处理对水稻根部的磷含量无显著影响，但显著降低了地上部磷的含量（P<0.05）。施硅对水稻根和地上部的磷含量无显著影响。研究表明，施铁处理显著诱导了根表铁膜的出现，增加了铁膜中的磷含量并且显著降低了地上部的磷含量；施硅在一定程度上缓解了水稻生长中的铁毒害现象，并且能够改变根表铁膜厚度，减少根冠比，从而影响水稻磷的吸收转运。     

黄瓜磷效率评价及其基因型差异

在水培条件下,评价了来源不同的18个黄瓜基因型的磷效率,并初步分析了导致黄瓜磷效率基因型差异的生理机理。结果表明,两周的低磷胁迫严重抑制了黄瓜地上部生长,但刺激了根系的生长,主要表现在叶片数、叶面积、株高和茎粗降低,根冠比、比根长、总根长和总根表面积增加,根变细、根平均直径降低等。与高磷处理下供试黄瓜相比,低磷处理导致植株的总磷吸收量都不及高磷处理下的一半,下降了62.66%~93.96%,但磷利用效率提高了2~7倍。大部分根系形态指标(包括主根长、总根长、根表面积等)与黄瓜磷吸收效率显著相关。黄瓜的磷效率与其磷吸收效率极显著正相关,而与其利用效率相关性不大。磷胁迫改变了黄瓜地上部和地下部形态构型、显著降低了黄瓜植株总磷效率和磷吸收效率,磷利用效率则显著提高,基因型间差异显著。黄瓜的总磷效率主要由磷吸收效率决定。供试黄瓜中,基因型3、10、13和17为磷低效低敏感型,而基因型1、14、15和18为磷高效高敏感型,可用于培育磷高效黄瓜品种。     

根表铁、锰氧化物胶膜在磷不同浓度下对水稻磷吸收的影响

在采用土－砂联合培养和不同水分管理措施形成不同厚度根表铁、锰氧化物胶膜试验的植株上,将植株转移到磷不同浓度的营养液中,研究根表铁、锰氧化物胶膜对水稻磷吸收的影响。结果表明,水稻根表铁、锰氧化物胶膜,特别是铁胶膜受土壤水分状况影响,在长期淹水条件下,根表铁、锰氧化物胶膜较厚,而湿润和干－湿交替处理下形成的胶膜较薄;水稻根表铁、锰胶膜以铁胶膜为主,占胶膜总量的97.63%～99.23%;水稻根表铁、锰胶膜越厚,对介质中磷的吸附量越高,且磷吸附量随介质中磷浓度的增加而增加;根表铁、锰氧化物胶膜对水稻磷吸收的影响取决于胶膜数量(厚度),当胶膜中等(铁胶膜量为5141mgkg     

施铁对普通野生稻田甲烷排放的影响

为了探究施铁对普通野生稻田甲烷的减排效果，对1个根表铁膜形成能力较强的普通野生稻居群进行了水泥池小区对比试验，观测了施铁处理和对照的CH₄排放速率、土壤孔隙水Fe2+浓度和根表铁膜。结果表明:施铁导致CH₄总排放量减少了29.51%，在普通野生稻生长前期CH₄减排效应尤为明显。移栽后第19 天，施铁小区的土壤孔隙水Fe2+浓度为0.57 mmol·L?1 ，显著大于对照小区。根生物量和单株根表铁膜数量在施铁处理和对照之间的差异随植株年龄增大而增大。因此，施铁措施对具有厚铁膜潜力的普通野生稻居群的CH₄减排能起到明显的促进作用。     

Zn对水稻吸收转运Cd的影响

通过探究锌(Zn)对水稻吸收、积累镉(Cd)的影响,为揭示水稻体内Zn、Cd互作机制提供理论依据。通过水培实验,研究Cd胁迫下施加Zn对水稻生物量、Cd含量、Cd积累量、根表铁膜成分、细胞壁组分及吸附解析动力学特征的影响。结果表明:与单Cd处理相比,Cd+Zn处理地上部生物量显著下降;根及地上部Cd含量、积累量显著提高;根表铁膜中Fe含量及Cd含量分别提高18.70%和29.99%;比较单Cd与Cd+Zn的细胞壁组分发现,Zn显著降低了水稻根细胞壁中的果胶及半纤维素1(HCl)成分,导致Cd+Zn处理细胞壁吸附能力下降而解吸能力增强。研究表明,Zn促进Cd在根表铁膜中Cd积累量,降低细胞壁的阻隔作用,进而促进水稻对Cd的吸收及转运。     

去除花蕾对紫菀药用器官根系生物量及产量的影响

[目的]研究去除花蕾对紫菀药用器官根系生物量及产量的影响。[方法]以药用植物紫菀为研究对象,以单因素随机区组设计试验,4组花蕾的去除数量分别为0、10、20和30个/株,比较其药用器官根系生长量的变化。[结果]随着去除花蕾数的增多,单株根系生物量和单位面积根系产量均明显增大。在试验的种植密度下,4种花蕾去除水平单位面积的根系产量分别为10 075.5、10 439.8、10 967.4和11 997.6 kg/km2。在去除数量达到30个/株(约为单株花蕾数的75%)时,单位面积根系产量有大幅增长,但去除20个/株和30个/株处理之间在根系产量上无显著差异(P>0.05)。这说明紫菀的生殖生长对根系生长有很强的抑制性影响。在大田种植紫菀时,与不摘除花蕾相比,采用人工摘除50%～75%的花蕾,可使根系产量提高9.0%～18.6%。[结论]试验揭示了紫菀生殖器官耗损对其药用器官生长的影响,为田间种植紫菀获得较高的药用器官产量提供指导。     

硫酸亚铁诱导根表铁膜形成对水稻吸收和转运铜锌的影响

通过水培条件下添加硫酸亚铁诱导水稻根表铁膜的形成,利用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液对根表铁膜进行提取后测定,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段对硫酸亚铁诱导产生的根表铁膜进行表征,并分析根表铁膜对水稻吸收铜锌的影响。结果表明,添加硫酸亚铁可以诱导根表铁膜在水稻根系表面产生,未处理的水稻根表Fe含量为731 mg·kg~(-1),80 mg·kg~(-1) Fe~(2+)处理下水稻根表Fe含量为53 562 mg·kg~(-1);SEM-EDS和XRD分析发现大量颗粒状含铁化合物附着于水稻根表。与未经硫酸亚铁处理相比,有根表铁膜水稻的铁膜中,其Cu含量最高增加73.16%,Zn含量最高增加112.10%;水稻根系Cu含量最高降低31.15%,Zn含量最高降低13.02%;水稻茎叶Cu含量最高降低19.50%,Zn含量最高降低25.56%。土壤添加硫酸亚铁可以显著降低水稻对Cu和Zn的吸收与积累。     

沉水植物型生态净化系统处理农田退水的总磷去除动力学研究

  目的  探讨以沉水植物为先锋物种的生态净化系统处理农田退水磷污染的动力学性能。  方法  通过批式试验研究苦草Vallisneria natans和金鱼藻Ceratophyllum demersum等2种沉水植物型净化系统对农田退水总磷的净化效率及其动力学特征。  结果  至试验结束时(第49天),2种植物净化系统总磷去除效率无显著差异(P＞0.05),总磷去除率分别为82.8%(苦草型)和84.0%(金鱼藻型),但两者总磷去除效率的差异在时间尺度上存在不确定性;动力学模拟分析发现:除Grau二级动力学外,一级动力学、Monod 动力学和修正的Gompertz模型均可以描述试验条件下总磷的去除过程[判定系数(R2)＞0.930,相对均方根误差(R_RMSE)＜0.200],其中Monod动力学和Gompertz模型具有更高的拟合度(R2＞0.970),预测值与实验观测值之间吻合程度更好(R_RMSE＜0.110)。  结论  3种有效模型拟合获得的动力学常数在植物种类水平上均存在显著差异(P＜0.05),其中指示总磷去除效率的动力学常数值一致表现为苦草型＞金鱼藻型,表明苦草型净化系统除磷效率好于金鱼藻型。图5表2参35     

不同磷水平下印度梨形孢对生菜生长及磷素吸收利用的影响

通过盆栽砂培法研究了印度梨形孢(Piriformospora indica)真菌在生菜(Lactuca sativa var.crispa)根系的定殖情况及在4种磷水平(常规磷、50%常规磷、25%常规磷、不施磷)下接种印度梨形孢对生菜生长及磷素吸收的影响。结果表明:印度梨形孢能在生菜根系有效定殖,定殖率为72%。常规磷、50%常规磷、25%常规磷水平下,接种印度梨形孢的生菜叶绿素含量(SPAD值)比不接种处理分别显著增加了23.6%、13.5%、11.3%。同时,接种处理显著增加了生菜地上部和地下部的生物量,其中50%常规磷+接种处理与常规磷+不接菌处理的地上部鲜质量相当。生菜全磷含量检测结果表明,4种不同供磷水平下,接种印度梨形孢的生菜植株全磷含量分别是不接菌处理的1.25、1.18、1.48、1.71倍。综上,印度梨形孢真菌能提高生菜对磷素的吸收,促进生菜生长。     

根表铁膜对水稻镉吸收的影响

为了探明根表铁膜对水稻镉吸收的影响,首先从8个水稻品种中筛选出镉低累积品种(丙0203)和高累积品种(绍糯16-72),之后采用水培试验研究了根系活力(根系分泌物)变化与根表铁膜形成的关系,以及外源铁、镉对根表铁膜形成和水稻各部位镉吸收的影响。结果表明,0.05 mg·L^-1 Cd处理24 h,绍糯16-72总的Cd吸收量是丙0203的1.73倍,并且绍糯16-72根、茎、叶各部位的镉累积量均显著(P<0.05)高于丙0203。在此基础上,外源添加铁后,绍糯16-72的镉累积量显著(P<0.05)降低,仅为丙0203的59%,且根、茎、叶中镉含量均显著(P<0.05)低于丙0203。温度试验(培养液温度分别为100 ℃、4 ℃和25 ℃)结果表明,水稻根表铁膜的形成与水稻根系活性密切相关,25 ℃下绍糯16-72的根系分泌物含量和铁膜含量均显著(P<0.05)高于丙0203。外源添加铁和镉后,绍糯16-72的根系活性、根表铁膜含量和铁膜中镉的吸附量增加,且上述指标的增幅均大于丙0203。以上结果表明,根表铁膜的形成可抑制镉向水稻体内迁移。研究结果为通过外源添加铁阻控水稻镉吸收提供了理论依据。     

Effect of Inoculation with Arbuscular Mycorrhizal Fungus on Nitrogen and Phosphorus Utilization in Upland Rice-Mungbean Intercropping System

The effect of arbuscular mycorrhiza fungi （AMF） on plant growth and nutrition utilization in upland rice and mungbean intercropping system was studied. A pot experiment was conducted in the greenhouse and AMF colonization rates of rice and mungbean roots, plant nutrient contents, the ability of nitrogen fixation, and nutrient contents changed in the soil were analyzed. The results were obtained as follows： the rates of AMF colonization of rice and mungbean roots were reached to 14.47 and 92.2% in intercopping system, and increased by 4.11 and 11.95% compared with that of in monocropping; the nirtrogen contents of mungbean and rice were increased by 83.72 and 64.83% in shoots, and 53.76 and 41.29% in roots, respectively, while the contents of iron in shoot and root of mungbean were increased by 223.08 and 60.19%, respectively. In the intercropping system with inoculation of AMF, the biomass of mungbean increased by 288.8%. However, the biomass of rice was not significantly changed among all treatments with or without inoculation of AMF recorded. The number and dry weight of nodules were significantly increased either when mungbean was intercropped with rice or inoculated with AMF. When compared with that of monocropping without AMF inoculation, the contents of nitrogen, phosphorus and iron in nodules of intercropping mungbean with inoculation increased by 80.14, 69.54 and 39.62%, respectively. Additionally, intercropping with AMF inoculation significantly increased soil nitrogen content, but reduced soil phosphorus content. We concluded that upland rice-mungbean intercropping system and inoculation with AMF improved the nutrient uptake, the ability of nitrogen fixation and the growth of mungbean.