植物对磷饥饿的反应研究进展

磷是构成生命的重要元素之一,也是土壤中有效性最低的一种营养元素。中国是世界上最大的小麦生产国。但是中国耕地中有59%的土壤缺磷。农作物的产量常受到缺磷的影响而受损。土壤缺磷并不是土壤中总磷量低,而是土壤中可供植物直接吸收利用的有效态磷含量低。植物在磷饥饿时会发生各种各样的变化,以尽最大可能满足自身对磷的需求。植物对缺磷的反应是一个复杂的网络过程。大约有100多个基因参与了植物对缺磷的反应。其中主要的有磷转运蛋白基因、核糖核酸酶基因、磷酸酶基因等。植物在吸收外界的磷的过程中磷转运蛋白发挥了重要作用。植物磷转运蛋白基因按照序列相似性可以划分为H /Pi共转运家族(Pht1家族)和Na /Pi共转运家族(Pht2家族)。按照吸收动力学的标准可以分为高亲和力磷转运蛋白和低亲和力磷转运蛋白两种。磷饥饿时植物对磷吸收能力的增强的原因之一是增加了磷转运蛋白分子的合成数目。目前尽管人们对植物吸收磷的理解已经有了长足的进步,但是在植物对磷的具体调控机制、磷的跨液泡膜运输等重要方面仍然没有明确的结果。     

不同农田产量水平下养分管理措施对冬小麦产量·养分效率的影响

[目的]为探讨不同养分管理措施对冬小麦产量和养分利用效率的影响。[方法]通过在河北辛集的32点田间试验,对高、中、低不同产量水平下农民习惯养分管理模式与基于养分平衡原理的优化养分管理措施对冬小麦产量和养分利用率的影响进行了探讨。[结果]在不同产量水平下,优化养分处理的籽粒产量、氮素回收率、农学效率和氮肥偏生产率均高于农民习惯处理。随着产量水平的提高,优化处理的小麦产量比农民习惯处理增加的幅度逐渐降低。在所有处理中,氮素回收率、农学效率、氮肥偏生产率和经济效益均以高产水平下的优化养分处理为最高。[结论]基于养分平衡的优化养分管理模式对提高小麦产量和养分利用效率有良好的效果。     

岩石边坡基质-植被系统的养分循环

基质-植被系统是岩石边坡植被护坡工程的主要功能构件,其养分循环状况决定了系统的稳定发展.该文以狗芽根为建植植物,利用模拟边坡的观测试验,对岩石边坡基质 植被系统的养分循环过程进行了研究.结果显示:基质中养分贮量平均占整个系统的98％以上,是系统营养元素的主要贮藏库,各种营养元素总贮量的顺序为KNPCaMg,生物亚系统营养元素总贮量的顺序为KNCaMgP;坡面植被建植2年左右,植被死体的生物量积累可达动态平衡,是系统养分循环得以实现的基础;系统养分元素的生物循环遵循KNCaMgP的顺序,坡面植被对基质养分的吸收以N、Ca、Mg的利用率较高,且各养分元素的年归还量均大于年存留量,坡面植被具有养分高速循环利用特征;由于基质良好的稳定特性及植被层的覆盖作用,系统的养分年输入量大于年输出量（径流输出）,说明其处于良好的养分积累状态,基质（不包括枯落物及死根）的养分年输入量（K除外）也大于年输出量,K元素虽然处于亏损状态,但年亏损额不大,要维持坡面植被的稳定持续发展,不需要外源补给,表明经人工合理配置后,养分不是工程后期管理的主要因子.      

基于豆梨容器苗生长和养分库的最佳施肥量确定

通过研究施用不同缓释肥量对豆梨(Pyrus calleryana Decne)容器苗生长和养分库构建的影响,揭示其对豆梨容器苗生长及其养分分配的规律,为豆梨容器苗培育的施肥技术提供依据。采用单因素随机区组设计,每m3基质中缓释肥施肥量设置4个水平,即F1(1.5 kg·m-3)、F2(2.0 kg·m-3)、F3(2.5 kg·m-3)、F4(3.0 kg·m-3),容器为无纺布袋(规格10 cm×14 cm)。结果表明:施肥量为2.0 kg·m-3时,豆梨容器苗苗高、地径生长量均达最大值,分别为48.23 cm、5.22 mm,同时具有最大的整株干质量,为6.56 g。施用缓释肥有利于提高豆梨容器苗养分库中氮积累量,2.0 kg·m-3(F2)施肥量时实现了氮养分库的最大积累量,整株氮积累量为136.86 mg·株-1。而缓释肥施肥量的增加对养分库磷积累量的提升不显著,施肥量1.5 kg·m-3(F1)已能满足磷素需求,此时根系表现出积极的磷吸收率,其积累量达2.75 mg·株-1。总之,从苗木生长和养分状况两方面考虑,F2(2.0 kg·m-3)施肥量时苗木生长表现最优,且满足豆梨1年生苗氮养分库的需求,而F1(1.5 kg·m-3)施肥量就能基本实现容器苗磷素养分加载。     

冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变化特征

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分的时间和空间变化规律以及多年轮作对土壤养分的影响。【方法】以国家精准农业示范研究基地为例,利用GIS技术和地统计学方法,结合《北京土壤养分分等定级标准》,分析冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变异特征。【结果】从2000—2007年,研究区严重缺乏磷、钾养分,且含量等级呈下降趋势;土壤全氮含量虽在部分区域偏高,但盈亏等级也呈下降趋势;有机质含量略微增加,处于平衡状态。不同年度的各土壤养分的变异系数范围为11.00%—51.71%,属于中等程度的变异。随着时间的推移,有效磷、有机质、全氮和碱解氮空间分布稳定。速效钾在2001年空间分布规律与2000年和2007年不同,但2000年和2007年空间分布一致,说明土壤速效钾空间分布也具有一定的稳定性。【结论】整体上来说,研究区南部和东北部土壤养分含量偏高,中部含量偏低。当田块土壤物理特性有大的变动时,土壤养分的空间结构特征会受到一定影响;但当长时间田块耕作管理相对一致时,结构性因素（尤其土壤特性、气候）起主要作用。     

植物高亲和性钾离子转运系统

钾是植物生存的必需元素,而K＋必须从细胞外摄取以满足植物自身的生理需要。植物K＋吸收可分为高亲和吸收与低亲和吸收,其中植物高亲和性K＋转运体包括HAKs和HKTs。在普遍缺钾的陆生环境中,HAKs和HKTs在转运K＋时发挥了主要作用。主要综述了这2个转运体的功能、转运机制和最新研究进展。     

炭化条件对猪粪水热炭主要营养成分的影响

以猪粪为原料,采用水热炭化法将猪粪转化为水热炭。考察了炭化温度（160,180,200,220和240 ℃）,炭化时间（1,5,8 h）和原料含水率（70%,75%,80%）等条件对水热炭中主要营养成分及其回收率的影响。结果表明:猪粪水热炭中营养成分质量分数较高,其中有机碳质量分数为232.0~328.0 g·kg-1,总氮为25.2~31.8 g·kg-1,磷全量为21.5~30.6 g·kg-1,钾全量为3.4~12.5 g·kg-1。当炭化温度从160 ℃升到240 ℃,水热炭中氮和有机碳回收率均降低,其中氮从66.29%降到41.95%,有机碳从49.61%降到29.07%。钾质量分数降低最大,为7.5 g·kg-1;磷质量分数升高了7.7 g·kg-1,但磷回收率几乎不变。炭化时间和原料含水率对水热炭的主要营养成分质量分数的影响较小,影响趋势与炭化温度相似。因此,炭化温度是影响水热炭成分质量分数的主要因素。     

Physiological Responses of Two Wheat Cultivars to Nitrogen Starvation

Plants need to be efficient in nutrient management,especially when they face the temporal nutrient defficiencies.Understanding how crops respond to nitrogen (N) starvation would help in the selection of crop cultivars more tolerant to N deficiency.In the present work,the physiological responses of two wheat cultivars,Yannong 19 (YN) and Qinmai 11 (QM),to N starvation conditions were investigated.The two cultivars differed in biomass and N rearrangement between shoots and roots during N starvation.QM allocated more N to roots and exhibited higher root/shoot biomass ratio than YN.However,tissue measurement indicated that both cultivars had similar nitrate content in leaves and roots and similar remobilization rate in roots.Microelectrode measurement showed that vacuolar nitrate activity (concentration) in roots of QM was lower than that in roots of YN,especially in epidermal cells.Nitrate remobilization rates from root vacuoles of two cultivars were also identical.Moreover,vacuolar nitrate remobilization rate was proportional to vacuolar nitrate activity.During N starvation,nitrate reductase activity (NRA) was decreased but there were no significant differences between the two cultivars.Nitrate efflux from roots reduced after external N removal and QM seemed to have higher nitrate efflux rate.     

质子对植物蔗糖转运蛋白和己糖转运蛋白活性的调节

蔗糖是植物体内进行长距离运输的主要营养物质和信号分子。蔗糖转运蛋白和己糖转运蛋白是蔗糖从源到库的运输过程中的重要参与者。质子不仅通过形成质子动子势为蔗糖和己糖逆浓度梯度跨膜转运提供动力,还调节它们的活性,从而影响蔗糖的运输和分配。该文总结了质子对蔗糖转运蛋白的调节和质子对己糖转运蛋白活性及功能的调节,并加以展望。     

基于GIS丘陵土壤分区的水稻施肥配方研究

 【目的】分析弋阳县土壤养分分布状况,划分弋阳县土壤肥力等别,绘制肥力等别图;创建施肥建议模型,得出各区明确而可行的水稻最佳经济效益施肥方案并得到相应施肥方案图。【方法】基于弋阳县2006—2008三年测土数据和基础地理数据,结合GIS 软件形成养分专题图、坡度图和高程图,分析丘陵县域土壤养分含量分布与地形的关系。结合耕地地力调查数据,进一步对该县土壤进行养分综合等级分区。在分区的基础上,选取能代表各区土壤肥力特性的水稻“3414”肥料试验,利用SAS软件对各“3414”试验数据进行肥料效应方程的拟合,结合方程求解各区水稻最佳经济效益和对应的施肥量、施肥比例。【结果】中、高含量的碱解氮、有效磷和速效钾主要分布在平原及低坡度区;低含量的碱解氮、有效磷和速效钾主要分布在丘陵、低山、岗埠地带。弋阳县耕地主要肥力等别区共9区,各区水稻最佳经济效益为8 313—13 500元/hm2,对应的氮、磷、钾施肥量高低有别,施用比例为1.0﹕0.18—0.49﹕0.48—0.85。【结论】丘陵县域土壤养分含量分布变异较大,与地形分布相关。采用宏观GIS和建模技术,结合土壤分析数据和田间试验数据,针对不同分区提出各区的施肥建议。     

核桃土壤养分评价及其与核桃产量的相关性分析

【目的】评价新疆叶城县核桃土壤养分有效性,研究其与核桃产量的相关性,分析限制核桃产量养分因子。【方法】在叶城县核桃园采集土壤测定有机质、速效氮、速效磷、速效钾、pH和可溶性总盐,进行土壤养分分级,分析各种养分与核桃产量的相关关系。【结果】有机质、速效氮、速效磷都属于中低水平,速效钾属于中等水平,69.7%的土壤pH大于8.5,98.6%的土壤可溶性总盐<2.0 g/kg。有机质、速效钾对核桃产量没有显著影响,速效氮>90 mg/kg时核桃增产13.1%,速效磷>20 mg/kg时核桃增产11.4%,pH>8.5时核桃减产17.1%,可溶性总盐>2.0g/kg时核桃减产15.0%。【结论】叶城县核桃土壤整体处于中低水平,pH值和可溶性总盐对核桃产量影响最大,其次是速效氮和速效磷。     

甲壳素对文心兰营养元素的影响

[目的]研究施用不同浓度甲壳素对文心兰营养元素含量的影响。[方法]营养饥饿状态下,施用不同浓度（0、500、1000、1500、2000μg/L）的甲壳素,测定文心兰叶片和假球茎中营养元素含量的变化。[结果]甲壳素浓度为1500 μg/L时,文心兰叶片中的N、P、Fe、Mn营养元素含量最高,特别是Fe、Mn表现尤为突出,极显著高于其他处理;在假球茎中N、K、Ca、Mg的含量最高,其中K、Ca、Mg的含量极显著高于其他处理,此外,Zn虽然在叶片中的含量差异表现不明显,但其在假球茎中含量的变化却极显著,处理浓度越大含量越高。[结论]营养饥饿状态下,施用不同浓度的甲壳素对文心兰叶片和假球茎中营养元素含量影响显著,但对叶片中营养元素含量的影响与假球茎中营养元素含量的影响不一致,且存在极显著差异。     

Inorganic nitrogen removal from wastewater: effect on phytoplankton growth in coastal marine waters

Algal bioassays were used to demonstrate the high efficiency of a comnbined tertiary wastewater treatment and marine aquaculture system in removing inorganic nitrogen, and to show that the coastal waters off Woods Hole, Massachusetts, are limited in nitrogen for marine phytoplankton growth. When nutrients were removed from secondarily treated domestic wastewater through assimilation by phytoplankton in an outdoor growth pond, the pond effluent, in varying dilutions with seawater, could not support more phytoplankton growth than the seawater alone. However, when nitrogen was added back to the mixtures of pond effluent and seawater, the phytoplankton growth response was similar to that with a mixture of wastewater and seawater. This is similar to the findings of other researchers, and suggests that nitrogen may be the key growth-limiting nutrient in many coastal marine waters. The combined tertiary treatment-marine aquaculture system appears to be an effective means of removing nitrogen from secondarily treated wastewater and controlling eutrophication of coastal marine waters.     

北京景山栽培牡丹的矿质营养研究

本文对北京景山公园牡丹的土壤条件和叶片矿质养分进行了研究.由九个牡丹品种的叶分析结果发现,无论是混合芽或叶片中的养分在年周期内的变化趋势比较一致.通过各品种营养强度的比较,确定了养分水平较低(高)和对养分低(高)耗的品种.牡丹各品种间的营养质量比较稳定.在牡丹生长的年周期中,混合芽中某些营养元素的浓度较高,其含量的丰缺,决定于休眠期前养分的贮存.盛花期的叶片养分达到高浓度,盛花末期后的两个月是确保翌年盛花的关键营养期.根据牡丹养分水平的年变化规律,与传统的牡丹施肥制度相比较,提出在夏季应增加钾肥的供给.景山栽培牡丹具有温带石灰性土壤上植被的营养特征.景山土壤有效养分丰富,其牡丹叶分析值近似于临界水平.     

Effects of intra-vineyard variability and soil heterogeneity on vine performance,dry matter and nutrient partitioning

Three vigor zones, identified in a Barbera vineyard by remote sensing at full canopy, were carefully ground-truthed to determine, over 2 years, the relative weight of soil factors in affecting within-field variability, and to investigate vigor zone influence on dry matter (DM) and nutrient partitioning into different vine organs. Regardless of season, high vigor (HV) achieved stronger vine capacity as total vegetative growth and yield while resulting in markedly less ripened fruits than low vigor (LV) vines. PCA analysis carried out on ten different soil and vine variables clearly separated the three vigor levels and the correlation matrix highlighted that the factors mostly contributing to HV were soil depth, soil K and P concentration, total available water, clay fraction and N_leaf concentration. Conversely, sand fraction was the main marker for LV. When annual DM retrieved in clusters, canes, leaves, and shoot clippings was calculated for each vigor level and expressed as content (i.e. kg/ha) there was a general decreasing trend moving from HV to LV. However, when DM partitioned to each organ was given on a relative basis (i.e. percentage over total) results were similar across vigor levels. Similarly, when nutrients were given as content (e.g. kg or g/ha) out of 120 within-vigor combinations (12 nutrients, 2 seasons, 5 organs), 65 showed a significant difference between HV and LV. Conversely, with data expressed on a concentration basis (i.e. % DM) the number of significant differences between the vigor level means fell to 15. The study strengthens the causal link between soil properties and intra-vineyard spatial variability and clarifies that patterns of dry matter and nutrient partitioning to different vine organs are mildly affected by vine vigor when referred on a relative basis.

     

不同植被恢复模式下三峡库区万州段消落带土壤养分及其空间分布特征

消落带植被状况与水位消涨是影响土壤养分及其分布的重要因子。本文以三峡库区万州段消落带为研究地点,通过对人工和自然恢复样地沿海拔梯度对土壤进行取样和分析,揭示了不同恢复模式下消落带土壤养分及其空间分布特征。研究结果表明,植被恢复模式对土壤养分有显著影响,人工恢复样地消落带主要土壤养分含量总体高于自然恢复样地,显示人工恢复能有效促进土壤养分在植物群落中的积累;在库区反季节水位消涨的作用下,人工恢复地消落带土壤养分沿海拔梯度呈先增加后减少的空间分布格局,土壤养分含量在消落带中部(海拔165 m)达到最高值,而自然恢复地土壤有机质和全氮的空间分布则随海拔梯度增加而增加,以消落带上部(海拔175 m)的值最高。土壤养分的空间分布格局源自于不同海拔梯度的消落带受水位消涨扰动程度以及植被恢复状况的差异,植被恢复模式对土壤养分的空间分布仍有一定影响。今后应在消落带上部进一步引种适宜的乔灌木物种,不断提高消落带植被对土壤养分的固持能力。     

Autophagy and the nutritional signaling pathway

During their growth and development, animals adapt to tremendous changes in order to survive. These include responses to both environmental and physiological changes and autophagy is one of most important adaptive and regulatory mechanisms. Autophagy is defined as an autolytic process to clear damaged cellular organelles and recycle the nutrients via lysosomic degradation. The process of autophagy responds to special conditions such as nutrient withdrawal. Once autophagy is induced, phagophores form and then elongate and curve to form autophagosomes. Autophagosomes then engulf cargo, fuse with endosomes, and finally fuse with lysosomes for maturation. During the initiation process, the ATG1/ULK1 (unc-51-like kinase 1) and VPS34 (which encodes a class III phosphatidylinositol (PtdIns) 3-kinase) complexes are critical in recruitment and assembly of other complexes required for autophagy. The process of autophagy is regulated by autophagy related genes (ATGs). Amino acid and energy starvation mediate autophagy by activating mTORC1 (mammalian target of rapamycin) and AMP-activated protein kinase (AMPK). AMPK is the energy status sensor, the core nutrient signaling component and the metabolic kinase of cells. This review mainly focuses on the mechanism of autophagy regulated by nutrient signaling especially for the two important complexes, ULK1 and VPS34.