不同氮素利用效率小麦苗期的根系形态数量性状分析

为在苗期可通过根系形态数量性状对氮高效小麦品种进行鉴别,利用营养液培养法,在正常氮(5mmol·L~(-1))和高氮(45mmol·L~(-1))处理下,研究了黄淮平原区18个主栽小麦品种苗期氮素利用效率与根系形态数量性状的关系;通过干物重和氮积累量与根系形态指标相结合的方式对供试小麦品种植株氮效率进行了综合评价,并划分不同氮效率类型。结果发现,在两种氮处理下,供试小麦品种的根干重、茎叶干重、单株干重、根氮含量、茎叶氮含量、单株氮含量、单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数的变异系数均大于15%,可作为氮效率评价指标。小麦的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数与植株氮积累量呈显著正相关,可以作为育种早期筛选高氮效率材料的指标。不同氮效率类型的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数均表现为氮高效型氮中效型氮低效型。通过逐步回归分析,建立了小麦幼苗植株氮积累量和根系形态数量性状的预测模型,拟合精度在91.91%以上。小麦不同氮效率类型间的单株总根长、根总表面积、单株根尖数的差异均达显著水平,生产上可根据小麦苗期根系的主要形态数量性状判断其氮效率高低。     

玉米根系特征的基因型差异及与氮吸收效率的关系

在4个硝酸盐浓度下进行2个玉米品种盆栽砂培试验,研究玉米根系特征的基因型差异对硝酸盐浓度的响应及与氮素吸收效率的关系。结果表明,氮高效品种郑单958在硝酸盐浓度为0.08、0.8、4.0 mmol/L时,根重、根幅、根长、根表面积、根体积、分枝数、分形维数、根系活力均显著高于氮低效玉米品种内单314。各根系形态指标随硝酸盐浓度的增加逐渐增加,当硝酸盐浓度从4.0 mmol/L增加至8.0 mmol/L时,不同基因型品种间差异不显著。在低氮胁迫条件下,玉米主要通过增加细根比例、增加根表面积吸收更多的氮素;在氮素供应充足条件下,通过增加根系平均直径,形成高密的分枝系统吸收氮素。进一步通径分析表明,根长与根体积对氮吸收效率直接影响最大,是氮吸收效率差异的主要原因。     

不同氮效率小麦品种苗期根系的NO3-、NH4 吸收动力学特征

为了给氮素高效利用品种的选育提供依据，采用水培方法研究了3个不同氮效率小麦品种（秦麦11、扬麦9号、扬9817）苗期根系NO3^-、NH4^＋吸收动力学特性的差异及培养液中添加NH4^＋对根系NO3^-吸收的影响。结果表明，3个不同氮效率小麦品种苗期根系对NO3^-和NH4^＋吸收的最大速率（Vmax）和亲和力（1／Km）有显著差异，表现趋势均为：秦麦11＞扬麦9号＞扬9817。氮高效品种苗期根系对NO3^-、NH4^＋的吸收显示出了较为明显的优势，而且对NH4^＋的吸收动力学参数均大于对NO3^-吸收的参数。NH4^＋的存在明显抑制了根系对NO3^-的吸收，主要表现为对NO3^-吸收速率（Vmax）的影响．而不是对亲和力值（1／Km）的影响。表明根系氮素吸收动力学特征的测定可以作为确定高产优质小麦最适施氮量的参考依据，同时亦可作为小麦育种高世代材料选育氮高效吸收小麦品种的方法之一。     

PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系

为了解PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系．以抗旱性强的小麦品种河农花84、晋麦33号和抗旱性差的小麦品种温麦6号、周麦17的花药和幼胚愈伤组织分化植株为材料，以PEG为水分胁迫剂，对不同小麦品种在水分胁迫下的根系特性进行了比较研究。结果表明，同一小麦品种在不同PEG浓度胁迫下，根长和根数存在显著差异；在相同PEG浓度胁迫下，抗旱品种与不抗旱品种根长和根数差异显著。PEG浓度值为80g／L时，抗旱品种根系表现出较强的生长势，不抗旱品种根系生长势很弱．甚至发根停滞，因此可在PEG浓度值为80g／L的处理下，通过观察再生植株根系的生长状况来判别供试品种抗旱性的强弱。     

不同供氮形态下水稻苗期磷吸收累积与根系形态的关系

【目的】植物根系形态对于适应低磷胁迫具有一定的可塑性,对提高磷的吸收利用具有重要意义。因此,本研究以长江中下游地区主推的102个水稻品种为供试材料,研究根系形态与水稻幼苗磷吸收利用的相关性。【方法】采用国际水稻所营养液培养方法,研究在NH_4^+-N和NO_3^--N供应条件下苗期植株生物量、磷含量和磷素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】研究结果表明,在相同供氮水平(40 mg/L)下,供应NH_4^+-N时,水稻苗期平均生物量为67.87 mg/株,比供应NO_3^--N时高4.27 mg/株;水稻苗期平均磷含量为0.49%,比供应NO_3^--N时高0.10%;水稻苗期平均磷累积量为0.37 mg/株,比供应NO_3^--N时高0.10 mg/株。在NH_4^+-N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>总根长>分支数>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的规律;在NO_3^--N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>分枝数>总根长>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的趋势。在NH_4^+-N条件下,总根长、总根面积、分枝数、交叉数四个形态指标与植株生物量、磷含量、磷累积相关最为显著(P<0.01),而在NO_3^--N培养下,总根长、总根面积、根尖数、交叉数与植株生物量及磷素吸收累积指标相关性最为显著(P<0.01)。【结论】供应氨态氮,水稻营养指标与根系形态指标的相关性更高。水稻苗期根系总根长、总根面积、交叉数可作为水稻磷高效评价的重要指标。     

武运粳7号超表达OsNRT1.2 后对硝酸盐的响应

 应用公开的植物基因组数据库和生物信息学分析确定了一个水稻低亲和硝酸盐运输蛋白候选基因OsNRT1.2。利用农杆菌介导Ubiquitin启动子过量表达OsNRT1.2,研究了该基因在武运粳7号中的获得性功能特征。OsNRT1.2的cDNA序列从KOME网站中获得,该序列全长为2178 bp,编码阅读框为1732 bp,编码533个氨基酸。采用半定量RT PCR技术分析,OsNRT1.2在武运粳7号中表达存在器官特异性,主要在根系表达,地上部分几乎不表达。通过将pUbi OsNRT1.2 在武运粳7号中转化,得到OsNRT1.2基因超量表达材料。0.2 mmol/L NO3-和5.0 mmol/L NO3-处理野生型（WT）和T2转基因植株OE1、OE2 和OE8  30 d,每10 d跟踪记录株高和根长。转基因植株（除OE8在5.0 mmol/L NO3-供氮水平外）与WT株高无明显差异,根长增加量显著降低。在0.2 mmol/L NO3-供氮水平下,转基因植株和WT地上部分和根系的全氮含量均无显著差异;在5.0 mmol/L NO3-供氮水平下,除OE1外,OE2和OE8地上部分全氮含量显著增加,3个转基因株系比WT根系全氮含量显著降低。在两个氮素水平处理条件下,转基因植株根冠比都显著降低;生物量比WT都增加,在0.2 mmol/L NO3-供氮水平下增加了9.4% ~ 31.1%,在5.0 mmol/L NO3-供氮水平下增加了12.5% ~ 43.8%。研究表明,OsNRT1.2基因在武运粳7号中可能参与了氮素从根系向地上部的转运,从而导致地上部生物量增加。     

施氮模式对冬小麦花后氮素同化转运及品质性状的影响

为给小麦高产优质栽培中氮肥的合理应用提供参考,以宁麦14号和宁麦9号为材料,在全生育期总施氮量均为225kg.hm-2条件下,设置基肥∶苗肥∶拔节肥为7∶1∶2和5∶2∶3两种施氮模式,研究了小麦花后氮素同化转运及籽粒品质性状的特点。结果表明,不同施氮模式下,小麦花后氮素的同化转运趋势基本一致,花后15d的茎鞘和叶片氮含量最高,随后迅速向籽粒转运,叶片是氮同化转运最主要的器官。与7∶1∶2施氮模式相比,5∶2∶3的施氮模式提高了花后茎鞘、叶片和籽粒的氮含量,以及旗叶硝酸还原酶(NR)活性,但施氮模式间籽粒产量、蛋白质含量、淀粉糊化参数、面筋强度和饼干加工品质差异不显著。与宁麦9号相比,宁麦14号有较高的氮同化转运能力,其花后各时期的茎鞘、叶片和籽粒的氮含量,以及旗叶NR活性均高于宁麦9号。宁麦14号的淀粉糊化参数和面筋强度显著高于宁麦9号,但饼干直径显著低于宁麦9号。说明在本研究条件下,小麦淀粉品质、面筋强度和饼干加工品质均显著受品种影响,而施氮模式及其与品种的互作对产量和品质性状均无显著影响。     

抗坏血酸对盐胁迫下小麦幼苗生长抑制的缓解效应

为探明抗坏血酸(AsA)对盐胁迫下小麦幼苗生长的调控作用,采用室内水培法研究了不同浓度AsA处理对0.1 mmol·L-1 NaCl胁迫下2个小麦品种(周麦9号和周麦23号)幼苗生长的影响.结果表明,外施AsA极显著提高了盐胁迫下小麦幼苗的根长、芽长,幼苗叶片的Pro和可溶性蛋白含量以及根系活力显著升高,细胞膜透性及膜脂过氧化产物MDA含量显著降低.2个小麦品种对AsA处理的敏感程度存在差异,ASA对周麦23号的缓解效果相对较好.本实验中以1.5 mmol·L-1外源AsA缓解效果最好.     

应用SPAD值预测小麦叶片叶绿素和氮含量的初步研究

2003～2004年以中筋小麦品种扬麦11号、WH510和徐州26为试验材料,研究不同生育时期(拔节、孕穗、抽穗)不同叶位叶片SPAD值变化特征及其与叶片叶绿素含量、全氮含量及NO3--N含量的关系,旨在为小麦上应用SPAD快速诊断施肥提供理论依据。结果表明,不同品种及不同叶位小麦叶片SPAD值明显不同;小麦叶片SPAD值与叶绿素含量之间的关系因品种和生育时期的不同而有明显差异,同一品种小麦不同叶位叶片SPAD值与叶绿素含量呈极显著正相关。小麦叶片SPAD值与全氮含量呈正相关,SPAD值高,全氮含量也高,可以用SPAD值估算全氮含量进行小麦氮素营养状况诊断,但同一品种不同叶位SPAD值与全氮含量的关系表现不一致,即用SPAD值来诊断小麦叶片氮含量时应选择完全展开并已进入功能盛期的叶片。小麦叶片SPAD值与NO3-N含量相关性不显著。     

花后渍水时长对小麦根系形态和抗氧化酶活性及产量的影响

为研究花后渍水对小麦根系形态特征和衰老特性及产量的影响,以小麦品种齐民7号和淮麦44为试验材料,采用柱栽试验方法,在开花期设置0 d(W0)、3 d(W3)、6 d(W6)和9 d(W9)四个渍水时长,分析了不同渍水处理间小麦根系平均直径、总根长、根干重和根系衰老相关酶活性及产量的差异。结果表明,在整个测定时期,W3处理的小麦根系平均直径、总根长、根干重、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性与W0处理无显著差异,但成熟期千粒重和产量显著低于W0处理。花后21 d, W6和W9处理的根系平均直径、总根体积、总根长、根干重、CAT和SOD活性显著低于W0和W3处理,POD活性和MDA含量显著高于W0和W3处理。成熟期不同处理之间穗数无显著差异,W9处理的穗粒数显著低于其他处理,千粒重和产量表现为W9W6W3W0。齐民7号各处理的穗粒数和产量均显著高于淮麦44,但W3处理下,齐民7号的产量损失显著低于淮麦44。随渍水时长的增加,两品种的产量损失均显著增加,渍水9 d时最终产量损失均达到51%以上,品种之间无显著差异。这说明本试验条件下,开花期渍水胁迫会加快小麦根系衰老,进而影响籽粒灌浆,最终导致产量降低,且渍水时间越长,其影响越大。     

土壤剖面硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长和氮素吸收特征

为探讨土壤硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长及氮素吸收特征,选用石麦15、衡观35、H10和L14等4个小麦品种为材料,进行土壤分层培养试验,模拟土壤剖面中上下层硝态氮空间分布差异,测定和分析了小麦根系长度、直径、分布等形态学特征及植株氮素含量和累积量。结果表明,当土壤中硝态氮施用量上层较低、下层较高时,小麦植株根系总长和表面积在上下土层中分布比值降低,根系趋向下层土壤生长。上下层土壤中硝态氮施用量均较高时,上下层土壤中的根系总长和表面积比值较大,根系趋向上层土壤生长。土壤剖面不同层次中硝态氮供应非均匀条件下,小麦根系发育呈现明显的可塑性反应。小麦根系总长和表面积以及直径≤0.15mm的细根长(占整个根系的比重很大)与植株地上部氮含量和氮素积累量极显著正相关,与土壤中硝态氮含量极显著负相关。     

根系局部供氮对水稻根系形态的影响及其机理

 通过砂培试验，研究了水稻根系和地上部分（苗）对局部根系供应氮素的适应性变化。局部根系供应氮素对水稻根系形态，生物量及碳、氮分配有明显的影响。无论供氮量高低，供氮一侧均能诱导根系生长发育，表现为供氮一侧侧根长、根表面积、根系体积、根重等明显高于无氮侧，但是根系直径明显变细。供氮侧根系碳水化合物含量高于无氮侧；随供氮量的增加，碳水化合物含量相对减少。根据试验结果，认为局部供应氮素诱导根系生长发育的可能机理是无氮一侧根系的饥饿信号诱导地上部碳水化合物定向运输和分配到供氮侧的根系，从而促进该侧根系的生长发育。     

Differences in Cadmium Accumulation and Root Morphology in Seedlings of Japanese Wheat Varieties with Distinctive Grain Cadmium Concentration

Abstract

A low cadmium (Cd) concentration in wheat grain is desirable because of Cd toxicity to humans. Grain Cd concentrations in Japanese wheat differed among the varieties in previous study. In this study, we hypothesized that the varieties with a low concentration of Cd in grain have (1) low Cd uptake from the soil through the roots during early growth and/or (2) low Cd translocation from the roots to shoots, and also, that (3) Cd uptake from soil is affected by root morphology. These hypotheses were verified by investigating the concentration and quantity of Cd in root, shoot and leaf tissues, and examining the root morphology of young seedlings of wheat varieties with high and low grain Cd concentrations. Seedlings of ‘Kitahonami’ and ‘Nanbukomugi’ which had low grain Cd concentration (low Cd/G varieties) had a lower Cd quantity in whole plant tissues than ‘Nishikazekomugi’ and ‘Kitakamikomugi’ which had high grain Cd concentration (high Cd/G varieties) during early growth. Low Cd/G varieties also showed lower root to shoot (aerial parts) translocation of Cd than high Cd/G varieties. Seedlings of low Cd/G varieties showed less root branching than high Cd/G varieties. Root frequency showed a significant positive correlation with Cd quantity in whole plant tissues. These results suggest that low Cd/G varieties used in this study have low Cd uptake and translocation from the roots to shoots during early growth, and furthermore, that low Cd uptake at the seedling stage may relate to slow and/or limited development of branching roots.     

氮素供应形态对水稻根系形态和磷吸收的影响

 采用水培方法,研究了缺磷条件下不同形态氮（NH₄⁺、NO^₃-和NH₄NO₃）下的水稻根系形态性状,以及它们产生的后效应对磷吸收的影响。结果表明,在氮素供应充足但磷饥饿胁迫的状况下,氮素形态对根系的影响仍然十分显著。与单一的铵营养相比,铵硝混合营养增加了根长和根系的表面积、根系的密度以及磷的总吸收量;与单一的铵或硝营养相比,铵硝混合营养可增加吸收的磷从根系向地上部的运输。因此,铵硝混合营养改善低磷胁迫下水稻对磷的吸收和转运,其部分原因与氮素形态与根系形态发生有关。     

不同供氮水平下加硅对香蕉生长与氮营养的影响

采用砂培方法,探讨在正常供氮(200mg/L)和高供氮条件下(400mg/L)加硅对3个香蕉品种生长与氮营养的影响。结果表明:正常供氮和高供氮条件下加硅显著影响3个香蕉品种的生物量、根系活力、硝态氮含量、全氮与硅含量,显著影响氮、硅在根系与地上部分的分配比例,不同品种香蕉响应特征不同,香蕉硅氮代谢相互影响。加硅对宝岛蕉和威廉斯蕉地上部分生物量或根系生物量在2个供氮水平间的变化规律影响不显著,加硅降低或提高这种变化程度。巴西蕉在正常供氮条件下、宝岛蕉和威廉斯蕉在高供氮条件下,加硅提高根系活力,分别较对照提高46.0%、38.4%和1.86倍;加硅降低巴西蕉根系氮与叶片氮含量比例,宝岛蕉、威廉斯蕉在正常供氮条件下加硅提高根系中氮/假茎氮含量比例;加硅显著提高香蕉叶片硅含量,较对照提高17.6%～102.3%;加硅对根系和假茎硅含量影响分别与供氮水平与香蕉品种有关;高氮不加硅条件下,根系中硅含量与氮含量呈显著正相关。     

Comparison of N uptake and internal use efficiency in two tobacco varieties

To explain the observation in field experiments that tobacco variety CB-1 was more nitrogen(N)-efficient than K326, the influence of two N levels on growth, N uptake and N flow within plants of the two tobacco varieties was studied. Xylem sap from the upper and lower leaves of both tobacco varieties cultured in quartz sand was collected by application of pressure to the root system. CB-1 took up more N with smaller roots at both high(HN, 10 mmol L-1) and low(LN, 1 mmol L-1) N levels, and built up more new tissues in upper leaves especially at LN level,than K326. Both varieties showed luxury N uptake, and CB-1 accumulated significantly less NO-3in new tissues than K326, when grown at the HN level. At both N levels, the amount of xylem-transported N and phloem-cycled N from shoot to root in K326 was greater than those in CB-1, indicating higher N use efficiency in CB-1 shoots than in K326 shoots. The major nitrogenous compound in the xylem sap was NO-3irrespective of N level and variety. Low N supply did not cause more NO-3reduction in the root. The results indicated that the N-efficient tobacco variety CB-1 was more efficient in both N uptake by smaller roots and N utilization in shoots, especially when grown at the LN level.     

‘云蔗05-51’与‘云蔗081609’苗期氮吸收利用效率的比较研究

甘蔗（Saccharum spp. hybrid）是我国食糖生产的重要原料,当前生产中普遍存在施氮量高而氮肥利用率低的问题。除了优化施肥管理,种植氮高效的甘蔗品种也是减氮增效的重要途径之一。本研究以云南蔗区推广的早熟高产高糖甘蔗品种‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’为试验材料,设置0、0.1、0.5、1、5、10 mmol/L 6个供氮水平开展水培试验,在苗期测定植株生物量、根系形态、氮浓度与累积量、氮素吸收利用效率等指标。结果表明：（1）2个品种地上部、根系及整株生物量均随供氮水平的升高呈先升后降趋势,‘云蔗081609’根系生物量先于其地上部达到峰值,‘云蔗05-51’则相反,‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’达到最佳生长需要的供氮量分别为0.5、1 mmol/L,相同供氮水平下‘云蔗081609’生物量高于‘云蔗05-51’;（2）随供氮水平上升,2个品种的根系总长度和平均根直径先上升后趋于稳定,根表面积持续增加,比根长先升后降,相同供氮水平下‘云蔗081609’的根系总长度、平均根直径和根表面积高于‘云蔗05-51’,比根长则低于‘云蔗05-51’;（3）2个品种植株氮浓度及累积量随供氮水平的升高总体呈先上升后稳定的趋势,相同供氮水平下‘云蔗081609’的植株氮累积量高于‘云蔗05-51’;（4）随供氮水平的增加,2个品种的单位根长吸氮量呈先升后稳定的趋势,单位根表面积吸氮量则呈先升后降并趋于平稳,氮素生理利用效率均随供氮水平升高显著降低,在0.1~10 mmol/L范围内‘云蔗081609’单位根长的吸氮量高于‘云蔗05-51’,但单位根表面积吸氮量变化趋势基本一致,品种间氮素生理利用效率无差异。综上表明,‘云蔗081609’在苗期对氮的吸收量高于‘云蔗05-51’主要得益于更好的根系生长,苗期适宜需氮量低于‘云蔗05-51’。     

杨梅硝酸还原酶活性与根瘤固氮活性的研究

离体根瘤的固氮活性的测定采用乙炔还原法,硝酸还原酶的测定采用改进活体法,测试杨梅各器官硝酸还原酶活性的差异和温度、化合态氮对硝酸还原酶活性和固氮活性的影响,研究结果表明:①确定1%的正丙醇为活体法测定杨梅硝酸还原酶时所使用的渗透剂的最佳浓度。②杨梅NO3- 还原的主要部位在叶片,根瘤的硝酸还原酶活性受到宿主植物和内生菌的影响。③温度对植物体内硝酸还原酶和根瘤固氮活性水平影响很大,温度太高抑制酶活性,20℃时杨梅各器官的硝酸还原酶活性均达最高点,根瘤的固氮活性也达最高点。④用含10mmol/LNO3-的Hogland营养液培养的植株各部位的硝酸还原酶活性均高于对照,10mmol/L的NH4+ 对植株的硝酸还原酶活性未见明显影响,但能抑制根瘤的固氮活性,其抑制程度高于NO3-。⑤硝酸还原酶活性和根瘤固氮活性之间没有直接关系。