高CO2浓度对不同氮素供给形态下水稻叶片光合作用的影响

为探究水稻叶片光合作用对高CO_2浓度([CO_2])的响应是否与氮素供给形态有关,利用人工气候生长箱,以粳稻(武运粳23号和淮稻5号)、籼稻(扬稻6号)和杂交稻(Y-两优6号)为试验材料,设置主处理:大气[CO_2]和高[CO_2]处理(+200μmol/mol),副处理:硝态氮和铵态氮处理,测定水稻新展开完全叶片的光合作用。试验结果表明:高[CO_2]会增加硝态氮处理下粳稻和杂交稻叶片的净光合速率(P_n)、铵态氮处理下粳稻武运粳23号叶片P_n以及各氮素供给形态下水稻叶片胞间[CO_2](C_i)和水分利用效率(WUE),其中在硝态氮处理下P_n和WUE的响应要高于铵态氮处理;高[CO_2]会降低水稻叶片的气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r),其中在硝态氮处理下粳稻g_s和T_r的响应要高于籼稻,而在铵态氮处理下高[CO_2]对杂交稻g_s和T_r的影响要高于粳稻和籼稻。可见,不同的氮素供给形态会影响水稻叶片的光合作用对高[CO_2]的响应,且这种影响在水稻品种间存在很大差异。     

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。     

O3与CO2浓度倍增对大豆叶片及其总生物量的影响研究

利用OTC-1型开顶式气室研究CO2和O3浓度倍增对大豆叶片及其总生物量的影响结果表明,CO2和O3浓度倍增均可致使大豆黄叶率增加,绿叶率下降;CO2浓度倍增使大豆总叶片干物质量和总叶面积、绿叶和黄叶干物质量及总生物量均明显增加;O3浓度倍增使大豆总叶干物质量和总叶面积、绿叶和黄叶干物质量及总生物量均下降;CO2与O3交互作用处理对大豆生物量的影响均表现为CO2>O3;CO2与O3持续倍增处理对大豆叶片老化的影响为O3>CO2,CO2与O3逐渐达倍增的处理在大豆鼓粒前CO2的缓解作用明显,鼓粒后CO2与O3的影响逐渐接近;大豆总生物量增长遵循自然增长曲线。     

缺氮培养大豆Bragg结瘤突变系对CO2倍增的反应

研究了在缺氮条件下，CO2倍增对大豆（GtycinemaxL.）Bragg及其等基因突变体超结瘤大豆nts382和不结瘤大豆Nod49生长和固氮的影响。结果表明在缺氮条件下CO2倍增明显提高大生物量和根系结涵量，但对固氮酶活性的影响则随幼苗的生长而异。播种后25天取样结果显示CO2倍增条件下，Bragg和nts382的固氮比活性和单株固氮活性都显著提高，而其后3天取样的结果没有表现出增加趋势，固氮比活性在nts382反而明显降低。两种CO2浓度条件下，nts382单株固氮活性高于Bragg，但固氮比活性低于后者。两次测定结果的差异说明植物对CO2倍增的反应具有很强的时效性;同时表明，CO2倍增对植物生长和固氮的促进作用不能长期维持。这可能与生物固氮过程本身的复杂性有关。根据本研究结果推测，在未来全球环境变化、CO2倍增条件下，共生固氮植物可能在生态系统氮素平衡中起到更为重要的作用;并有可能通过育种技术改良固氮农作物，提高农作物产量。     

不同氮效率基因型冬小麦物质生产对CO2浓度升高的响应研究

采用开顶式气室,以不同氮效率基因型冬小麦品种"小偃6号"(氮低效)和"小偃22号"(氮高效)为供试材料,通过盆栽方法,研究不同施氮水平下大气CO2浓度倍增对冬小麦叶面积、株高、生物量和产量的影响。结果表明,在CO2浓度倍增条件下,施氮后氮高效小麦基因型"小偃22号"穗长、株高显著高于氮低效小麦"小偃6号",但叶面积、茎长则相反。施氮水平、基因型和大气CO2浓度水平均不同程度地影响冬小麦生物量、产量及产量构成。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦产量均显著增加,但增加量不尽一致:N1[0.15 g(N).kg-1(土)]处理时,氮低效"小偃6号"和氮高效"小偃22号"产量分别增加90.5%和52.9%,N2[0.30 g(N).kg-1(土)]处理时分别增加73.9%和93.6%。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦地上部、根系、总生物量、每盆穗数、穗粒数和产量也均显著增加。从不同施氮水平看,大气CO2浓度倍增下(750μmol.mol–1)两种氮效率基因型冬小麦地上部、总生物量、穗粒数和产量均表现为N2>N1>N0。说明在该试验条件下,CO2浓度倍增及氮肥投入对作物生长及产量形成存在显著正交互效应。因此,在未来大气CO2浓度增加条件下,增加氮肥投入应有利于促进作物对大气CO2浓度升高的正效应,增加冬小麦的物质生产及提高产量。     

缺氮培养大豆Bragg结瘤突变系对CO2倍增的反应

研究了在缺氮条件下，CO₂倍增对大豆（GtycinemaxL.）Bragg及其等基因突变体超结瘤大豆nts382和不结瘤大豆Nod49生长和固氮的影响。结果表明在缺氮条件下CO₂倍增明显提高大生物量和根系结涵量，但对固氮酶活性的影响则随幼苗的生长而异。播种后25天取样结果显示CO₂倍增条件下，Bragg和nts382的固氮比活性和单株固氮活性都显著提高，而其后3天取样的结果没有表现出增加趋势，固氮比活性在nts382反而明显降低。两种CO₂浓度条件下，nts382单株固氮活性高于Bragg，但固氮比活性低于后者。两次测定结果的差异说明植物对CO₂倍增的反应具有很强的时效性;同时表明，CO₂倍增对植物生长和固氮的促进作用不能长期维持。这可能与生物固氮过程本身的复杂性有关。根据本研究结果推测，在未来全球环境变化、CO₂倍增条件下，共生固氮植物可能在生态系统氮素平衡中起到更为重要的作用;并有可能通过育种技术改良固氮农作物，提高农作物产量。     

大气CO2倍增对水稻生长和发育的影响

矮香糯水稻(Oryza sativa L, )插身后生长在大气（350ppm CO₂）和CO₂倍增（700 ppm CO₂）的开顶式培养室中，结果显示，在CO₂倍增的条件下，矮香糯生长旺盛，根系发达，根系干重增加23%，株高增加12%，每穗结实率增加29%，每株籽粒干重增加41%。本文对目前有关这方面的研究现状进行了讨论。     

高温和CO2浓度倍增对华北落叶松幼苗抗氧化酶及脂质过氧化的影响

在35℃高温和CO2浓度700μmol/mol的人工模拟复合处理下,研究了华北落叶松幼苗抗氧化酶活性及膜脂过氧化的变化。结果表明,高温胁迫下华北落叶松幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈下降趋势,而在CO2倍增和其与温度复合胁迫下上述酶活性增强;丙二醛(MDA)含量在高温胁迫下提高,在CO2倍增及与温度复合胁迫下降低。表明CO2倍增可以通过提高体内抗氧化酶活性,有效地提高华北落叶松幼苗对高温胁迫的防御能力。     

CO2浓度升高和氮素供应对黄瓜叶片光合色素的影响

本文通过N供应浓度[2(低N),7(中N)和14(高N)mmol/L]和CO_2浓度[400(C1),625(C2),1 200(C4)μmol/mol]处理的水培试验一,以及硝铵比[14/0(N1),13/1(N2),11/3(N3)和8/6(N4)]和CO_2浓度[400(C1),800(C3),1 200(C4)μmol/mol]处理的水培试验二,共同研究黄瓜叶片光合色素对CO_2升高、N供应浓度和形态的响应。研究结果表明:苗期时,低、中和高N下,C4处理使得植物干物质都明显增加;而初果期干物质提高程度下降,植株生长速率降低。中等CO_2浓度(C3)显著增加植物在各硝铵比处理的干物质量,但最高CO_2浓度(C4)有提高N3处理的干物质量的趋势。苗期时,在低N和中N供应时C4处理显著降低叶片叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量;但高N时,C3处理提高总色素含量,C4处理提高叶绿素b含量;初果期时CO_2浓度处理对色素含量无显著影响;N2硝铵比处理,中等CO_2浓度(C3)下叶片的3种色素含量最高。因此当苗期N素供应浓度较低时,CO_2浓度升高会显著降低叶片3种色素的含量,这主要可能与苗期植物生长速率显著提高产生的稀释作用有关。当N浓度为14 mmol/L时,CO_2浓度适当提高显著促进色素合成,其合成速率大于植物生长速率,导致色素含量提高,提高光合能力;初果期时,CO_2浓度升高的促进作用降低缓和了色素浓度的下降。适当提高NH4+-N供应比例也能达到提高色素含量的效果,但CO_2浓度不宜过高。故而植物光合色素含量可能受到CO_2浓度升高导致的植物干物质增加速率和光合色素合成速率改变的双重调节。中N和高N供应时,叶绿素a/b在苗期随着CO_2浓度的升高而降低,在初果期仅在高N时有显著降低。而在硝铵比试验中,植株种植稀疏时,C4处理提高叶绿素a/b。因此,CO_2浓度升高下的植物捕光能力的提高,可通过适当降低叶片光照强度和提高N供应浓度来实现。从实际生产角度出发,使用中等浓度CO_2施肥,提高N肥供应浓度和NH4+-N比例,结合植株的适当密植更有利于光合色素含量提高,优化其组成,从而有利于黄瓜生物量的提高。     

氮肥对甜菜叶片叶绿素荧光动力学参数的影响

以甜菜品种双丰八号为试验材料,采用盆栽试验方法,研究不同的氮素水平对甜菜功能叶片光系统II(PSII)荧光特性的影响。结果表明甜菜最大光化学量子产量Fv/Fm和荧光光化学猝灭系数qP都随氮素水平的提高而增加,N180时达到最大值,而后有所下降。而荧光非光化学猝灭系数qN则低于N0处理。适量追施氮肥改善了甜菜叶片的光合能力,提高了PSII的活性和光化学最大效率及PSII反应中心开放部分的比例,使叶片所吸收的光能较充分地用于光合作用。在叶绿素荧光参数与含糖量和产量的相关性分析中,Fv/Fm与含糖量呈显著正相关水平(R=0.8301*),qP与产量呈显著正相关水平(R=0.8786*),qN与产量呈显著负相关水平(R=-0.8560*),Y(II)与产量呈显著正相关(R=0.8134*)。研究为甜菜的生理研究提供了理论支撑,为提高甜菜的肥料利用率提供了理论依据。     

MITIGATION EFFECTS OF SILICON ON TOMATO PLANTS BEARING FRUIT GROWN AT HIGH BORON LEVELS

Interactive effects of silicon (Si) and high boron (B) on growth and yield of tomato (Lycopercison esculentum cv. ‘191 F1’) plants were studied. Treatments were: 1) control (B1), normal nutrient solution including 0.5 mg L^?1 B (boron), 2) B1 +Si treatment: 0.5 mg L^?1 boron plus 2 mM Si, 3) B2 treatment: 3.5 mg L^?1 B, 4) B2 +Si treatment: 3.5 mg L^?1 B plus 2 mM Si, 5) B3 treatment: 6.5 mg L^?1 B, and 6) B3 +Si: 6.5 mg L^?1 B plus 2 mM Si. High B reduced dry matter, fruit yield and chlorophyll (Chl) in tomato plants compared to the control treatment, but increased the proline accumulation. Supplementary Si overcame the deleterious effects of high B on plant dry matter, fruit yield and chlorophyll concentrations. High B treatments increased the activities of superoxide dismutase (SOD; EC 1.15.1.1), peroxidase (POD; EC. 1.11.1.7) and polyphenol oxidase (PPO; EC 1.10.3.1). However, supplementary Si in the nutrient solution containing high B reduced SOD and PPO activities in leaves, but POD activity remained unchanged. These data suggest that excess B-induced oxidative stress and alterations in the antioxidant enzymes. Boron (B) concentrations increased in leaves and roots in the elevated B treatment as compared to the control treatment. Concentrations of calcium (Ca) and potassium (K) were significantly lower in the leaves of plants grown at high B than those in the control plants. Supplementing the nutrient solution containing high B with 2 mM Si increased both nutrients in the leaves. These results indicate that supplementary Si can mitigate the adverse effects of high B on fruit yield and whole plant biomass in tomato plants.     

不同时期不同施氮量对糙米蛋白质积累影响的初探

采用土培试验和＾１５Ｎ示踪技术研究了高产施肥条件下４个时期不同施氮量与水稻糙米蛋白质含量的关系。结果表明,孕穗期施氮最有利于糙米蛋白质的积累,糙米＾１５Ｎ蛋白氮占施用＾１５Ｎ的比例达３６．１５％,插植前施氮次之,分蘖期和乳熟期施氮效果较差。当其它３个时期施氮量一定时,某个时期的＾１５Ｎ施量与糙米＾１５Ｎ蛋白含量呈极显著的直线相关,但４个时期的施氮总量与糙米蛋白氮总量却呈一元二次抛物线关系,其原因是过量施氮使糙米产量和糙米中蛋白质含量下降。     

高浓度CO2下氮素对小麦叶片干物质积累及碳氮关系的影响

高大气CO₂浓度下植物叶片干物质积累、碳氮关系和糖含量的变化对光合作用的适应性下调有重要的反馈作用,通过研究不同施氮量对高大气CO₂浓度下植物叶片干物质积累、叶氮浓度和糖含量的影响,可进一步明确氮素对植物光合作用适应性下调的调控机制。以不同大气CO₂浓度和氮素水平为处理条件,测定盆栽小麦拔节期叶片鲜重、干重、含水量、还原糖、可溶性糖、全氮含量,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度(760μmol·mol-1)下小麦叶片的干物质积累、糖含量及碳氮含量的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高使小麦叶片的鲜重和干重增加,含水量下降。大气CO₂浓度升高使N0处理的小麦叶片还原糖含量下降,而可溶性糖含量显著升高;施氮后小麦叶片还原糖含量无显著变化,但可溶性糖含量降低。高大气CO₂浓度条件下小麦叶片全氮含量下降,C/N比增加,而增施氮素后C/N比显著下降。可溶性糖含量和C/N比的下降有利于减轻同化物质对光合作用的反馈抑制,提高大气CO₂浓度增高条件下小麦叶片的P_n。     

氮素水平对不同氮效率基因型水稻的物质生产与分配的影响

研究了在群体水培条件下,3种氮素水平(5、15和25mg.kg-1)对6种不同氮效率利用基因型迟熟中粳水稻物质生产与分配的影响。结果表明:氮素水平、基因型对水稻氮素干物质生产效率(NUEdm)、氮素籽粒生产效率(NUEg)均有极显著的影响。6种不同氮效率基因型可分成氮高效和氮低效利用型2类。NUEdm在2类基因型水稻中总体上均随着氮素水平升高呈现上升趋势;而NUEg在氮低效基因型中表现为随氮素浓度升高而先升后降。在水稻的4个关键生育期,不同氮素水平、2类基因型之间水稻干物质积累量差异显著。成熟期,氮素水平对水稻茎鞘、根、穗的干物质分配比例影响显著,对叶片干物质分配比例影响不显著。相同氮素水平下,就平均值而言,水稻茎鞘、叶片、根系干物质比例均表现为氮低效基因型>氮高效基因型,而穗的干物质比例均表现为氮高效基因型>氮低效基因型。氮素水平对不同基因型水稻产量影响显著,同一氮素水平下均表现为氮高效型基因型水稻产量显著高于氮低效型基因型,且施氮量越大差异越大。相关分析表明,水稻各关键生育期的干物质生产量、产量、每穗粒数均与氮素水平、基因型的NUEg、NUEdm显著或极显著相关,与成熟期水稻各器官干物质分配比例相关性则相对较弱。     

THE EFFECT OF NITROGEN SOURCES ON YIELD AND QUALITY OF SALAD ROCKET GROWN IN DIFFERENT MONTHS OF THE YEAR

The effects of months of the year and nitrogen (N) sources on salad rocket (Eruca sativa Mill.) yield, quality, and nitrate accumulation was investigated during the years 2002 and 2003. In both years, seeds were sown on the first day of April, May, June, July, August and September. Three different nitrogen sources were used: farmyard (cattle) manure (100 tonnes·ha^?1), calcium nitrate [Ca(NO₃)₂]-15.5% N (150 kg N·ha^?1) and ammonium sulfate [(NH₄)₂SO₄)]-21% N (150 kg N·ha^?1). Yield, leaf color, dry matter, vitamin C and total glucosinolate content and nitrate accumulation was assessed. Growing months affected all the assessed parameters significantly both years, with the exception of hue angle in 2003, whereas nitrogen source only influenced yield and nitrate accumulation in 2003. In both years the highest yield was obtained in April, but vitamin C and total glucosinolate contents were higher during summer months, and leaves were slightly darker colored. Chemical fertilizers increased the yield compared to farmyard manure; however, they also increased nitrate accumulation slightly, without any significant difference between them. Nitrate accumulation never exceeded 300 mg kg^?1 fresh weight (FW), which is well below the acceptable daily intake of 3.7 mg nitrate per kg^?1 bodyweight set by European Commission's Scientific Committee on Food.     

EFFECTS OF NITROGEN FORMS ON THE GROWTH AND POLYAMINE CONTENTS IN DEVELOPING SEEDS OF VEGETABLE SOYBEAN

A pot culture experiment of nitrogen forms [nitrate (NO^? ₃ ): ammonium (NH ⁺ ₄ )] with four ratios (100:0, 75:25, 50:50, and 25:75) in nutrient solutions was conducted to examine the effect of nitrogen forms on the growth and polyamine contents of developing seeds of vegetable soybean [Glycine max (L.) Merr. cv. ‘Li-xiang 95-1′]. Results showed that the best plant growth vigor was observed in (75%), and then in (50%). However, the fresh and dry weight of biomass decreased when a high concentration of either (100%) or (75%) was the primary nitrogen source in the nutrient solution. The numbers of flowers and pods in (75%) were significantly decreased compared with other ammonium-nitrate ratios in which the numbers of flowers and pods were not influenced by nitrogen forms. During the development of seeds, levels of free Put and Spd decreased, and the decrease extents were more marked in 100:0 and 25:75 (:), but the change of free Spm was opposite. Levels of conjugated and bound polyamines in all nitrogen forms increased, but the increases in 75:25 and 50:50 (:) were not so obvious as in 100:0 and 25:75 (:) treatments. The possible roles of polyamines in the adaptive mechanism of vegetable soybean seeds to different nitrogen forms were discussed.     

NITROGEN SOURCE AND MANGANESE APPLICATION EFFECTS ON MANGANESE DYNAMICS IN THE RHIZOSPHERE OF WHEAT CULTIVARS GROWN ON MANGANESE-DEFICIENT SOILS

To study the effect of two different nitrogen (N) sources and manganese application on root-shoot relations and manganese (Mn) dynamics in the rhizosphere of two wheat cultivars, a screen house experiment was conducted using manganese-deficient soil. Significantly higher root length (RL), root surface area, shoot dry weight (SDW), root length density, and manganese uptake were recorded in calcium nitrate supplied plants of cultivar ‘WH 542’ when applied with calcium nitrate along with manganese rather than ammonium sulfate. Cultivar ‘PD W274’ produced 72% of the maximum RL and 77% of the maximum SDW under similar conditions. Results indicated that cultivar ‘WH 542’ was more manganese efficient than ‘PD W274’ and calcium nitrate was a better source of nitrogen than ammonium sulfate. However, maximum shoot manganese content was recorded in ammonium sulfate supplied plants, which was due to depletion of manganese at root surface to a lower value, causing higher concentration gradient and hence higher manganese influx to root.     

不同氮肥对水稻根圈微生物生物量及硝化-反硝化细菌的影响

本文采用自行设计根箱,研究了不同形态N肥(硫铵、尿素)施用条件下,植稻模拟生态系统中水稻苗期根圈微生物生物量C、N和亚硝酸细菌及反硝化细菌的动态变化。结果表明:不同N肥处理的水稻根圈土壤中微生物生物量C和N均高于非根圈土壤,而尿素处理又高于硫铵。两组N肥处理的水稻根圈土壤中亚硝酸细菌和反硝化细菌数量也比非根圈土壤高。硫铵处理的根圈亚硝酸细菌数量在施肥后第7天达到高峰;反硝化细菌数量有随时间呈递增现象。而尿素处理的根圈亚硝酸细菌和反硝化细菌均在第11天出现数量高峰。说明水稻根圈有明显的根圈效应,亚硝酸细菌和反硝化细菌的存在,是引起土壤硝化、反硝化气态N损失的潜在动力;对N的生物有效性而言,施用尿素比硫铵具有明显滞后期,有利于土壤N素对植物生长的持续供应,减少N素损失和环境污染。