水稻幼苗根系吸收NO3-对细胞膜电位的影响

利用玻璃微电极技术测定了扬稻6号(籼稻)幼苗根尖细胞在吸收不同NO3-浓度(0.01、0.02、0.1、0.2、0.5、1.0和2.0.mmol/L)过程中膜电位的变化。结果表明,1)水稻根系吸收NO3-引起膜的去极化,去极化到一定程度后出现复极化;有小部分水稻根表现为超极化。在0.01～1.0.mmol/L范围内,去极化大小随外界NO3-浓度的增加而增加,且差异显著(P0.05)。0.01.mmol/L.NO3-产生较小的去极化,平均为3.8.mV;0.5.mmol/L.NO3-产生了最大去极化,平均为40.2.mV;当外界NO3-浓度大于1.0.mmol/L时膜电位去极化大小呈下降趋势。根系吸收不同浓度的NO3-而使膜电位去极化的进程符合Michaelis-Menten动力学。2)复极化有部分复极化和完全复极化两种。超极化也有两种:一种是膜电位先超极化,后缓慢复极化;另一种是先出现一个小的去极化,然后是较大幅度的超极化。3)运输蛋白抑制剂PGO抑制了根系吸收NO3-而产生的膜电位的响应。4)对于经CaSO4溶液预培养的水稻来说,C2+主要引起膜电位超极化。     

K+高亲和转运系统吸收动力学特征及其受NH4+影响的研究

为探讨钾的高亲和转运系统是否受到铵离子的影响,采用溶液培养方法研究了水稻、大豆两种作物苗期(16d)的K+高亲和转运系统吸收动力学特征及其受吸收液中NH4+的影响。结果表明,NH4+对K+吸收的Vmax的影响在作物种类间有较大的差异,水稻受影响显著小于大豆。NH4+对供试作物K+吸收的Km值影响均很小,说明NH4+对K+吸收速率的影响主要在于影响了细胞膜上K+载体的数量而非影响了载体吸收位点与K+之间的亲和性。     

不同水稻品种根尖吸收NO3-过程中表皮细胞膜电位变化特征

越来越多的结果表明给水稻提供部分硝酸盐营养可促进水稻的氮素总吸收量并明显改善水稻的生长发育。利用微电极技术分别测定了4个水稻品种即农垦57(粳稻)、泗优917(杂粳)、扬稻6号(籼稻)和汕优63(杂籼)幼苗根尖表皮细胞在3种NO3^-浓度(0．1mmol L^-1、1mmol L^-1、10mmol L^-1)处理过程中膜电位的变化特征。结果表明：水稻根系吸收NO3^-引起膜的去极化，去极化到一定程度出现复极化。去极化程度随外界处理液中NO3^-浓度的增加而加强，0．1mmol L^-1 NO3^-处理产生的去极化值平均为7mV，1mmol L^-1 NO3^-处理的平均为11mV，10mmol L^-1 NO3^-处理的平均为21mV；就复极化来说，0．1mmol L^-1 NO3^-处理自动出现复极化，1mmol L^-1 NO3^-处理和处理10mmol L^-1 NO3^-处理只有当除去NO3^-时才出现复极化。就单位时间膜电位变化大小而言，扬稻6号对外界NO3^-较敏感，3种NO3^-浓度引起的去极化值均高于其他3个品种，表现出对NO3^-的吸收能力较强；泗优917和汕优63表现出相似的去极化大小和相似的反应时间，而农垦57对NO3^-相对不敏感，3种NO3^-浓度引起的去极化值均低于其他3个品种，表现出对NO3^-的吸收能力较弱。另外，有部分品种的水稻根在吸收NO3^-以后表现为膜电位先超极化后去极化。上述结果表明用根系对NO3^-响应的细胞膜电位变化来研究水稻的硝酸盐营养是有可行性的。     

NH4+对不同基因型棉花幼苗K+吸收和利用的影响

溶液培养条件下研究了NH4+对棉花不同基因型幼苗干物质积累以及K+吸收和利用的影响。结果表明,NH4+在不同供钾条件下均显著降低了棉花幼苗的干重、钾吸收量和钾利用指数,低钾条件下（K+ 0.03 mmol/L）尤其如此。中等供钾（K+ 0.5 mmol/L）在一定程度上缓解了NH4+对棉花幼苗干物质积累以及K+吸收和利用的抑制; 充分供钾 （K+ 2.5 mmol/L）却未能在中等供钾的基础上进一步减轻NH4+的毒害作用。鲁棉研22苗期的干物质积累在不同供钾条件下受NH4+影响的程度均较153018品系大,这主要与其体内钾利用能力受NH4+影响较153018大有关。     

镉对水稻幼苗根系细胞膜电位和膜透性的影响

镉（Cd）对膜透性、跨膜电势差等膜性质所产生的直接影响是造成Cd胁迫下植物对营养元素吸收异常的重要原因。以对Cd2＋敏感性不同的两个水稻品种（淮稻11号和扬稻6号）作为试验材料,采用玻璃微电极技术原位考察了水稻幼苗根细胞膜电位对Cd2＋胁迫的响应,同时分析了Cd2＋对水稻根系细胞膜透性的影响。结果表明,Cd2＋可使根表皮细胞膜电位在短时间内发生明显的去极化,去极化程度随Cd2＋浓度提高而增加;相同浓度Cd2＋所诱导的膜电位去极化程度与水稻品种有关,扬稻6号幼苗根系膜电位的去极化程度明显高于淮稻11号;在迅速的去极化之后,随后的30 min内是否发生复极化与水稻品种和Cd2＋浓度有关;就更长时间（0-12 h）来看,膜电位在经过了去极化阶段后仍有缓慢的恢复,淮稻11号在1.0 mmo1·L-1 Cd2＋处理6 h后已接近初始的膜电位值,而扬稻6号在处理12 h后仍不能恢复到处理前的水平;Cd2＋处理增大了水稻根细胞膜透性,且扬稻6号比淮稻11号膜透性增加的程度要大。     

外源蔗糖对高NH4+胁迫下拟南芥碳氮代谢的影响

以拟南芥野生型、amt1.1和amt1.3为实验材料，采取土培的方法，以正常培养液（4mmol/L NH4+）培养，在20mmol/L NH4+的胁迫下，通过在培养液中添加0%（T1）蔗糖、5%（T2）蔗糖，测定地上部分的鲜重，叶绿素，游离NH4+，可溶性糖，可溶性蛋白，谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH），矿质元素含量等指标，研究外源蔗糖对NH4+胁迫拟南芥碳氮代谢的影响。结果表明，T1处理下，拟南芥生长受到严重的抑制，鲜重，GS，GDH酶活性降低，游离NH4+含量，叶绿素含量，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，植株的N、P、K、Ca的含量增加，Mg、Fe的含量减少。其中col-0在T1处理下受到的抑制比amt1.1和amt1.3更为显著。与T1处理相比较，T2处理增加了拟南芥植株的鲜重，显著提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高了GS和GDH的活性；降低了叶绿素和游离NH4+的含量，提高了植株体内的N、P、K、Ca，Mg的含量，降低了植株Fe的含量，其中，外源蔗糖对col-0高NH4+毒害的缓解更为显著。     

水稻根系细胞膜H+-ATPase对缺磷的反应

用两相法分离了供磷（+P）和缺磷（-P）营养下水稻苗期根系的细胞膜,并测定了细胞膜上H+-ATPase的水解活性,以期阐明水稻根系细胞质膜上H+-ATPase对不同缺磷的反应机制。结果表明,缺磷的水稻根系细胞膜H+-ATPase的水解活性和H+-ATPase的Vmax, Km均低于正常供磷的植物;缺磷的水稻根系细胞膜H+-ATPase最佳pH值为 6.0,而正常供磷植物的为pH 6.4左右;Western Blot结果说明,缺磷水稻根系细胞膜H+-ATPase酶浓度与正常供磷植物相似。本试验结果还说明,缺磷水稻根系细胞膜H+-ATPase活性低的原因并不是因为其单位细胞膜上的H+-ATPase酶分子数量小于正常供磷的植物,而是缺磷水稻根系细胞膜上H+-ATPase的同工酶的组成供磷植物相比发生了变化。这很可能是缺磷胁迫下水稻根系细胞膜H+-ATPase的一种适应机制。     

pH值对水稻幼苗吸收NO3——的影响

运用微电极技术研究了改变细胞内外pH值对常规籼稻(杨稻6号)NO3-吸收的影响。结果表明:1)未经NO3-培养的水稻根表皮细胞吸收NO3-会引起细胞膜电位瞬时的去极化或超级化。当水稻根系吸收NO3-时,表皮细胞膜电位改变的程度随外界NO3-浓度的增大而增大;在浓度为0.5.mmol/L时达到最大,而后表皮细胞膜电位的变化基本维持不变。2)外界不同pH(4.4、5.5、7.0)条件下,表皮细胞膜电位对NO3-的响应随着外界pH的升高而有所降低,并且表皮细胞膜电位对NO3-的响应在pH.8.0受抑制程度不大。3)5.mmol/L丁酸钠和3.mmol/L普鲁卡因可以使细胞内pH分别降低0.16个单位和升高0.2个单位;改变细胞内pH值对水稻吸收NO3-时引起表皮细胞膜电位的变化几乎没有明显的影响。4)不同pH条件下,培养2周左右的水稻地上部干鲜重差异显著,以pH.5.5时为最高;组织中NO3-和NH4+的含量也在pH.5.5时最高。由于细胞内pH是受系统严格调控的,具有极强的缓冲能力,因此,NO3-的吸收主要受外界pH的影响。酸性可以促进NO3-的内流;而微碱性增加了NO3-的外流,降低了NO3-的净吸收。     

铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系

为了研究水稻在铵态氮营养下分泌氢离子的机理,采用不同浓度的铵态氮（0.1～1.0 mol/L）处理水稻幼苗根系,4h后用1 mol/L NaOH滴定培养液,计算氢离子的分泌量;同时,将水稻根系用多聚糖PEG-DEXTRAN两相系统分离出细胞膜囊体,并测定细胞膜H+-ATPase的水解活性和质子泵活性。另外,利用毛细管微电极测定水稻根细胞在上述不同铵浓度下膜电位的变化,以阐明水稻根系吸收铵态氮后分泌氢离子与细胞膜电位及细胞膜质子泵之间的关系。结果表明,随着培养液中铵离子浓度的升高,根系分泌氢离子的量随之增加;分离细胞膜后,离体细胞膜囊体H+-ATPase的水解活性和质子泵活性也相应增强。原位测定细胞膜电位时,膜电位去极化程度亦随NH4+浓度的升高而升高;氢离子分泌量与细胞膜电位、细胞膜H+-ATPase水解活性及质子泵活性之间的均具有一定的相关性。说明根系在NH4+-N营养下分泌氢离子是由于细胞膜上H+-ATPase主动泵出氢离子造成的,这与根系吸收NH4+后引起细胞膜去极化,需要通过提高质子泵活性来维持膜电位有关。     

钾素营养对水稻根系生长和养分吸收的影响

本文研究了大田和盆栽试验中钾素营养对水稻根系形态、活力及其对养分吸收的影响。试验结果表明：（１）在氮磷肥的基础上施钾能促进稻根的生长；（２）土壤供钾潜力、钾肥种类和水稻品种的吸Ｋ特性均影响根系的生长；（３）在缺钾的酸性土壤上，吸钾强的品种，施钾的促根效应最为明显；（４）施钾能增加小于０．２ｍｍ的细根量，提高稻根的再生能力，影响Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ等营养元素的吸收及其在地上和地下部分间的分配；（５     

不同镁浓度对水稻根系生长及生理特性的影响

在温室条件下, 采用溶液培养法研究了不同Mg2+ 浓度对水稻(Oryza sativa L.)根系生长及生理特性的影响。结果表明,水稻根系干重、根冠比、总根长、Mg吸收、根系活力、伤流速度、伤流液中游离氨基酸总量和Mg含量、Mg流入速率以及Mg2+ 吸收速率与Mg2+ 供应水平密切相关。在低Mg2+ 浓度(0.05 mmol/L)条件下,水稻植株叶片在缺Mg症状出现之前分配较大比例的干物质到根系,使总根长和根冠比增加, 这可能是水稻早期对低Mg胁迫的适应机制之一。适中的Mg2+ 浓度(1.0 mmol/L)有利于水稻生长发育,促进养分吸收,提高根系活力和伤流速度以及伤流液中游离氨基酸总量。低Mg2+ 和高Mg2+ 浓度(5.0 mmol/L)在一定程度上抑制根系活力和氨基酸合成能力。植物Mg的吸收、伤流液Mg2+ 浓度、根系平均Mg流入速率和Mg2+ 吸收速率随营养液Mg2+ 浓度的增加而相应增加。     

铵、硝营养对水稻叶细胞膜H+-ATPase和质子泵活性的影响

用两相法分离铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)培养的水稻苗期叶细胞膜,并测定了细胞膜H+-ATPase水解活性和质子泵活性,以期阐明铵、硝营养对水稻叶细胞膜H+-ATPase的影响。结果表明,叶细胞膜H+-ATPase活性最佳pH值均为6.2。 NO3--N培养的水稻叶细胞膜H+-ATPase的水解活性、Vmax和Km均显著高于NH4+-N培养的水稻叶;Western Blot分析结果看出,NO3--N培养的水稻叶细胞膜H+-ATPase酶浓度也高于NH4+-N培养的水稻叶,说明NO3--N培养的水稻叶中单位细胞膜上的H+-ATPase酶分子数量大于NH4+- N培养的水稻叶,这与细胞膜上H+-ATPase蛋白的表达量升高有关。此外,NO3--N培养的水稻叶质子泵初速度和膜囊体内外H+浓度梯度均高于NH4+- N培养。由于NO3-的跨膜运输是与细胞膜上H+-ATPase紧密联系的主动运输过程,NO3--N培养的水稻叶片细胞膜H+-ATPase活性和质子泵活性高可能与水稻叶细胞吸收大量NO3-有关。     

硝态氮促进水稻生长和氮素吸收的生理机制

Rice is being increasingly cultivated in intermittently irrigated regious and also in aerobic soil in which Nitrate (NO₃^-) plays important role in nutrition of plant. However, there is no information regarding the influence of nitrate on the overall growth and uptake of nitrogen (N) in rice plant. Solution culture experiments were carried out to study the effects of NO₃^- on the plant growth, uptake of N, and uptake kinetics of NH₄⁺ in four typical rice (Oryza sativa L.) cultivars (conveutioual indica, conventional japonica, hybrid indica, and hybrid japonica), and on plasma membrane potential in roots of two conventional rice cultivars (indica and japonica) at the seedling stage. The results obtained indicated that a ratio of 50/50 NH₄⁺-N/NO₃^--N increased the average biomass of rice shoots and roots by 20% when compared with that of 100/0 NH₄⁺-N/NO₃^--N. In case of the 50/50 ratio, as compared with the 100/0 ratio, total N accumulated in shoots and roots of rice increased on an average by 42% and 57%, respectively. Conventional indica responds to NO₃^- more than any other cultivars that were tested. The NO₃^- supply increased the maximum uptake rate (V_max) of NH₄⁺ by rice but did not show any effect on the apparent Michaelis-Menten constant (K_m) value, with the average value of V_max for NH₄⁺ among the four cultivars being increased by 31.5% in comparison with those in the absence of NO₃^-. This suggested that NO₃^- significantly increased the numbers of the ammonium transporters. However, the lack of effect on the K_m value also suggested that the presence of NO₃^- had no effect on the affinity of the transporters for NH₄⁺. The plasma membrane potential in the roots of conventional indica and japonica were greatly increased by the addition of NO₃^-, suggesting that NO₃^- could improve the uptake of N by roots of the rice plant. In conclusion, the mechanisms by which NO₃^- enhances the growth and N uptake of rice plant was found by the increased value of V_max of NH₄⁺ and increased plasma membrane potential. Thus promotion of nitrification in paddy soil is of great significance for improving the production of rice.     

增铵对菠菜生长及品质的影响

通过水培试验研究不同NH4+-N/NO3--N比例(100/0,25/75,50/50,0/100)对4个菠菜品种地上部和根系生长、以及植株不同部位硝酸盐、水溶性糖含量的影响。结果表明,在NH4+-N/NO3--N比例为0/100时,各品种菠菜的生物量最大,而随着NH4+-N/NO3--N比例的增加,各品种菠菜的生物量和硝酸盐累积量均呈递减趋势,而水溶性糖含量则呈递增趋势,说明增铵能提高菠菜品质,但不能增加菠菜的产量。     

冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH4产生、氧化和排放的影响

有机肥施用和土壤水分管理是影响稻田CH4排放最重要的2个因素。本文通过室内培养和田间试验研究了冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH4的产生、氧化和排放的影响。结果表明:淹水混施处理CH4产生潜力在水稻移栽后35和51天显著大于淹水不施肥处理(p0.05),其余时间则无显著差异(p0.05);冬季秸秆还田对CH4氧化潜力无显著影响(p0.05),水稻生长期土温和稻田施用氮肥可能是较其更重要的影响因素;淹水混施处理CH4平均排放通量(CH426.7mg/(m2·h))显著大于淹水不施处理(CH420.3mg/(m2·h))(p0.05)。     

Characterization of cultivable methanotrophs from paddy soils and rice roots

Abstract

Characterization of methanotrophs isolated from paddy soils and rice (Oryza sativa) roots was investigated in the present study. The number of methanotrophs in root homogenates of the rice cultivar Mutsuhomare was 4.9 × 10⁷ most-probable-number (MPN) g^?1 dry roots, in Yumeakari it was 2.0 × 10⁸ MPN g^?1 dry roots and in Kirara it was 4.6 × 10⁷ MPN g^?1 dry roots. Although bacterial cells were observed infrequently on the surface and in the interiors of roots before incubation, a large number of colonies, measuring 0.5–5 mm in diameter, were observed on the sterilized roots after incubation on nitrate mineral agar plates under methane in air. In particular, a large number of colonies were observed at the emergence sites of lateral roots and root hairs. Strains MD5-1 and M1 were isolated from the roots of Mutsuhomare and strain R62 was isolated from the root homogenate of Yumeakari. All isolates were catalase-positive and oxidase-positive, Gram-negative, straight-rod-shaped and curved-rod-shaped bacteria, and formed exospores. The isolates were able to fix nitrogen and grew in the absence of copper. In addition, all were found to be positive for naphthalene-oxidizing activities (corresponding to soluble methane mono-oxygenase activities). Strains MD5-1, M1 and R62 were closely related to Methylosinus sporium. Methanotrophic strains W3-6, SD3-5 and 2-19, isolated previously from paddy field soils, were classified into Methylosinus (W3-6) and Methylocystis (SD3-5 and 2-19) type II methanotrophs. Isolates from the rice roots (MD5-1, R62 and M1) grew logarithmically when casamino acid was used as the nitrogen source; however, the growth of these strains was reduced on the nitrate medium. These strains preferred amino acids over inorganic nitrogen as a nitrogen source for growth.