甘蓝型油菜苗期氮效率评价及基因型差异

为筛选氮高效油菜资源提供参考，本研究建立甘蓝型油菜苗期氮效率评价以及氮效率基因型差异的鉴别方法，以162份油菜育种品系为材料，设置正常氮供给（氮浓度为9 500μmol/L）和低氮胁迫（氮浓度为237.5 μmol/L）两个氮水平处理，采用营养液培养方法，研究不同氮水平下油菜苗期生物学性状及氮累积量，并对所有品系进行氮效率评价和基因型差异分类。两年试验结果显示，油菜生物量、主根长、侧根长、根冠比、氮累积量及氮吸收和利用效率在不同氮水平处理间差异极显著。不同氮水平下，油菜苗期生物量与氮累积量、氮利用指数、氮吸收效率极显著正相关，与侧根长显著正相关。低氮胁迫下油菜主根长、侧根长和根冠比增加，且根冠比与侧根长显著正相关，说明低氮胁迫下侧根伸长是油菜苗期适应低氮胁迫的重要途径之一。相比氮利用效率，氮吸收效率对油菜苗期生物量的形成影响更大，油菜苗期生物量与氮吸收效率存在极显著相关性，侧根长、氮累积量、氮利用指数与氮吸收效率存在显著正相关。因此，生物量可作为评价油菜苗期氮效率的主要指标，侧根长、氮积累量、氮利用指数可作为辅助指标。以不同氮水平下植株生物量的平均值为阈值，对162份供试油菜品系氮效率进行分类，其中双高效型油菜基因型23份、双低效型油菜基因型28份、中间型油菜基因型111份。进一步分析表明，双高效型油菜生物量、氮累积量、氮吸收效率均高于双低效型油菜，低氮胁迫下双高效型油菜在氮吸收累积方面更有优势。     

不同氮效率油菜苗期碳氮代谢差异

为探究氮高效的机制,研究油菜苗期碳氮代谢规律,以两个氮效率差异显著的油菜种质（氮高效种质A294和氮低效种质A364）为材料,通过设置正常（CK, 9.5 mmol/L）和低氮（LN, 0.475 mmol/L）两个处理,比较不同氮效率油菜在根系形态、氮吸收转运同化、光合碳代谢生理指标以及碳氮代谢相关基因表达等方面的差异。结果表明,氮高效的A294在低氮胁迫下根系发达,植株生物量和氮累积量显著高于A364,前者根系吸收及向地上部转运氮的能力较强,而氮同化关键酶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性在两个种质间无显著差异;同时,A294叶片SPAD值、光合色素含量、净光合速率及磷酸蔗糖合酶基因BnaSPS的表达均更高。进一步分析发现,低氮胁迫下A294根系中硝酸盐转运蛋白基因BnaNPF7.3的表达显著高于A364,而BnaNPF7.2b在A364根系的表达则显著高于A294;此外,A364可溶性糖含量的根叶比及根系中蔗糖合酶基因BnaSUS表达高于A294,说明低氮胁迫下氮高效油菜A294可以将更多的营养元素（氮）分配至地上部,使叶片保持较高的光合速率,为生物体构建提供保障;而氮低效油菜种质A364则倾向于将有限的营养元素（氮）分配在根系并维持其生长发育,同时其根系可溶性糖消耗占比高于A294,导致其根冠比高于A294。由此认为,油菜在响应外界氮缺乏胁迫时,氮素与能量物质（可溶性糖）的分配与消耗差异会影响叶片碳代谢（光合作用、蔗糖合成）速率,最终导致油菜苗期氮效率的差异。     

乙烯对低磷胁迫下大豆根形态和生理特性的影响

利用沙培方法研究了乙烯对磷胁迫下大豆幼苗的生理影响。结果表明:磷胁迫下大豆主根长度降低50%,侧根长度增加46%,侧根数目增加64%。缺磷时大豆根系磷含量降低,根系活力和根系组织酸性磷酸酶活性分别是全磷培养植株的1.2和1.3倍;与供磷植株相比,缺磷时大豆干物质累积量显著降低,缺磷主要抑制了地上部分干物质累积,而根系干物质累积几乎不变,根冠比增大。磷胁迫使大豆乙烯含量增加,但乙烯释放量被乙烯拮抗剂Co2+抑制。外源乙烯利抑制全磷大豆主根伸长,促进缺磷大豆侧根生长;乙烯拮抗剂Co2+逆转了低磷和乙烯对主根的抑制,减少侧根数目。乙烯利能够增加大豆幼苗根系活力和根系组织酸性磷酸酶活性,降低大豆生物量,增加根冠比,且磷胁迫时效果更为明显。     

20个小粒种咖啡种质生长量及根系形态差异分析

以20个小粒种咖啡种质为试验材料,通过盆栽试验,分析咖啡种质苗期生长量和根系形态差异。结果表明,各种质苗期株高、叶片数、分枝数差异显著,通过苗期株形分析,把小粒种咖啡种质分成高干、中等和矮生3个类型。M13、M14可作为高干型,CATUAI为矮生型鉴定的标准品种;CA ZHONGⅢ、M13为高干、多叶、多分枝品种,CATURRA、T8667为株高中等、多叶、多分枝品种,热引2号为矮生、多叶、多分枝品种;各种质主根长除了CA ZHONGⅡ较小以外,其他种质间差异不显著,各种质主根直径差异不显著;M13侧根长、根体积、根表面积显著大于CATUAI,参试的小粒种咖啡种质绝大部分都具有细而且数量较多的侧根,各种质间差异较小。侧根直径与侧根长为显著的负相关,地上部干物质累积量与地下部干物质累积量间呈显著的正相关,长势强壮,枝叶繁茂的植株,根系发达;各种质地下部和地上部生长相协调的根冠比在0.40~0.35。     

套作弱光胁迫对大豆苗期根系形态和生理活性的影响

研究玉米-大豆带状套作弱光环境下大豆苗期根系形态特征、生理特性和生物量积累,明晰苗期大豆根系对套作荫蔽的响应规律,筛选适宜玉米-大豆带状套作的大豆品种,为改良大豆对荫蔽胁迫的适应能力提供理论依据。以NTS1007、桂夏3号和南豆12等3个根系特征不同的大豆品种(系)为试验材料,在盆栽试验条件下,采用挖掘法考察根系形态特征,并对根系活力、表面积、伤流量和生物量积累等指标进行测定和分析。结果表明,与单作相比,玉豆带状套作下大豆主根长和侧根长均显著下降,侧根下降81.8%,主根下降42.8%,侧根下降更为明显;根系可溶性糖含量显著下降,导致根系活力降低,伤流量减少;大豆根系表面积和活跃吸收表面积显著减小,降幅均与一级侧根总长度的降幅呈极显著正相关;大豆植株生物量显著下降,其中地下部下降55.2%,地上部下降37.9%,根冠比减小。不同品种(系)大豆根系对套作的响应程度不同,南豆12的主根长、一级侧根长、根体积降幅最小(33.9%、74.4%、65.3%);桂夏3号的根系表面积和生物量降幅最大(67.1%、48.3%);NTS1007则根冠比、根系活力和伤流量冠比降幅最大(35.4%、39.2%、38.9%)。套作遮荫条件下大豆根系的伸长生长比根系生理性状更能够准确地反映植株根系生长状况,根系长度可作为判定对荫蔽胁迫适应能力的一个重要指标。南豆12在玉米-大豆套作下能够更为合理地分配同化产物,减小荫蔽胁迫对根系形态建成和生理活性的抑制作用,保证根系生物量积累。     

不同营养元素缺乏对甘蓝型油菜苗期生长和根系形态的影响

为了解营养元素缺乏对油菜苗期生长及根系形态的影响,根据甘蓝型油菜苗前期生长的养分需求特点,设置了营养液栽培条件下不同缺素处理的合适浓度,培养28d后,系统分析了甘蓝型油菜中双11在氮、磷、钾、钙、镁、硼、铁、铜、锌等营养元素缺乏条件下的表型特征、植株生物量、根冠比、叶绿素(a、b)、类胡萝卜素、花青素以及根系形态指标的变化。结果表明,不同缺素处理的油菜表型差异较大,大量元素氮、磷、钾的缺乏对油菜生长的影响极为显著;中微量元素钙、镁、硼、铁、铜、锌的缺乏也不同程度地抑制了油菜的生长。不同处理下叶片表现出不同的缺素特征,叶片(新叶、老叶)色素存在明显变化,并且差异显著。铁是影响新叶叶绿素(a、b)合成最大的元素,缺铁显著地阻碍新叶叶绿素合成;锌是对新叶叶绿素a、类胡萝卜素影响最大的元素,缺锌促进了其在新叶中的积累;而缺硼对老叶中花青素含量的积累影响最大。此外,不同缺素处理对油菜根部生物量、根冠比及根系生长发育的影响有所不同,除缺铁、缺锌外,其它缺素处理根部生物量都显著减少;缺氮、缺磷、缺钙、缺铁、缺铜和缺锌显著增加根冠比;缺氮、缺磷、缺镁、缺铜和缺锌处理显著增加主根长,缺氮、缺磷处理显著增加侧根长,缺钾、缺钙和缺硼处理显著抑制主根和侧根的生长。     

苗期甘蔗氮高效基因型评价指标的筛选

本研究通过低氮压力选择,筛选出甘蔗氮高效种质,分析影响甘蔗氮高效的重要指标,为甘蔗氮高效育种及栽培提供理论依据。以58份甘蔗种质资源为材料,在苗期采用正常供氮（2 mmol/L N）和低氮（0.2 mmol/L N）处理,分析甘蔗植株形态、干重及氮素在各器官中累积分配的特征。通过主成分分析方法筛选影响甘蔗氮高效利用的重要指标,通过聚类分析对58份种质进行聚类。结果表明,低氮（0.2 mmol/L N）处理可以明显从植物形态区分不同种质的氮利用差异,58份种质低氮条件下的干重范围为0.64~14.75 g/株,氮累积量为5.53~63.00 mg/株,氮利用率范围为115.40~279.30 g/g。对低氮压力下甘蔗干重及氮累积等25个指标进行主成分分析后,提取出4个主要成分,总贡献率为92.35%。通过高、低氮条件下与氮利用效率有关的氮转移系数及基因潜力等19个指标分析后提取出5个主成分,总贡献率为82.21%。影响甘蔗氮高效的重要指标有甘蔗的干重（全株、叶、根）、氮累积量（全株、叶、茎）、氮利用率（全株、叶）、叶的相对氮利用率、茎的基因潜力、茎的相对干物质量和茎的相对氮累积量。经聚类分析后初步将58份甘蔗种质分为氮高效基因型、偏氮高效基因型、偏氮低效基因型和氮低效基因型。     

渍水胁迫对苗期油菜根系形态与生理活性的影响

盆栽条件下研究连续渍水胁迫对2个油菜品种中双9号和中油杂12号苗期根系形态及生理活性的影响。结果表明,渍水处理初期(前5d)两个油菜品种根系超氧自由基阴离子（O2.-）产生速率均较对照显著提高,超氧化物歧化酶(SOD)活性较对照显著升高,活性氧累积引起的细胞膜脂过氧化程度（MDA含量）变化不显著,根系生物量及形态参数未发生显著变化。但随着渍水时间延长至5d后,根系O2.-产生速率继续加快而SOD和过氧化氢酶（CAT）活性显著降低,细胞膜脂过氧化程度（MDA含量）显著提高;根系组织坏死严重,根生物量显著降低;根系形态发生显著变化,根表面积、根体积、主根长和总根长显著降低,平均根直径显著增加,须根数量明显减少。     

渍水胁迫对油菜根系形态与生理活性的影响

盆栽条件下研究连续渍水胁迫对2个甘蓝型油菜品种中双9号和中油杂12号苗期根系形态及生理活性的影响.结果表明,渍水处理初期(前5d)两个油菜品种根系超氧自由基阴离子(O2-)产生速率均较对照显著提高,超氧化物歧化酶(SOD)活性较对照显著升高,活性氧累积引起的细胞膜脂过氧化程度(MDA含量)变化不显著,根系生物量及形态参数未发生显著变化.但随着渍水时间延长至5d后,根系O2-产生速率继续加快而SOD和过氧化氢酶(CAT)活性显著降低,细胞膜脂过氧化程度(MDA含量)显著提高;根系组织坏死严重,根生物量显著降低;根系形态发生显著变化,根表面积、根体积、主根长和总根长显著降低,平均根直径显著增加,须根数量明显减少.     

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。     

不同供镁浓度对芝麻生长及养分累积的影响

 为促进芝麻高产营养与栽培,探讨不同镁浓度对芝麻生长和养分累积的影响。以品种中芝13为材料,设置5个供镁浓度处理（0、50、100、500和1 000μmol/L）,30d后测定不同处理芝麻生物量、根系形态参数、氮磷钾含量等指标。结果显示：不同供镁浓度对芝麻生长有着不同程度的影响,镁在100μmol/L及以下时,芝麻出现缺素症状,表现为植株矮小、老叶失绿黄化,根系生长受阻。芝麻植株生物量随着供镁浓度增加而增加,根系生长对镁浓度的变化尤为敏感,缺镁抑制根系生长。与1 000μmol/L相比,3个缺镁浓度（0、50和100μmol/L）处理下根系干重分别减少97.83%、93.88%和86.65%,且侧根长、侧根数、根表面积、根体积以及根平均直径显著降低。同时,随着镁浓度增加,芝麻叶片和根系中氮、磷、钾累积量显著上升,说明适宜供镁有利于芝麻生长和养分累积。此外,与供镁浓度500μmol/L相比,1 000μmol/L处理下的芝麻植株,叶片与根系中钙的积累量均显著降低,暗示芝麻在钙和镁吸收方面可能存在拮抗关系     

根际氧浓度对水稻分蘖期养分吸收和根系形态的影响

以秀水09和春优84为材料,利用在线溶氧仪(氧气、氮气调节)设置4个氧浓度(低氧,0~1 mg/L;中氧,2.5~3.5 mg/L;高氧,>6 mg/L,即饱和溶解氧处理,在水稻生长过程中用充气泵连续向水体中充入空气;CK,常规水培,不进行氧调节),研究根际氧浓度对水稻幼苗生物量、养分吸收、积累以及根系形态的影响,探讨根际氧浓度变化情况下两个水稻品种幼苗养分吸收、积累和根系形态的差异。结果表明,与O₂浓度正常水平(对照)相比,中氧处理增加两个水稻品种幼苗根系、茎叶和总生物量。秀水09分别增加30.30%、32.96%和32.46%;春优84分别增加7.01%、1.77%和9.17%;高氧处理减少两个水稻品种幼苗根系、茎叶和总生物量,秀水09分别减少35.35%、15.62%和17.76%;春优84分别减少43.95%,18.92%和21.34%。低氧处理增加供试品种的根冠比。中氧处理增加两个水稻品种的N、P、K、Mn、Mg和Ca的吸收累积总量,低氧处理增加其Fe、Cu和Zn的吸收累积总量。中氧处理增加两个供试品种幼苗根系总根长、表面积、总根尖数和细根比例,降低幼苗粗根比例,有利于水稻幼苗对养分的吸收,使部分营养元素含量增加。同时,中氧处理对水稻幼苗生物量、养分吸收、积累、分配和根系形态的影响存在显著品种差异。     

不同灌溉方式对春玉米根系分布、养分累积及产量的影响

通过田间试验,研究不同灌溉方式下东北中部春玉米区土壤结构、根系形态、地上部养分累积及产量构成。结果表明,灌溉后土壤三相比显著变化,土壤固相下降,液相和气相比例显著增加,0～20 cm土壤容重降低6.7%～17.9%;灌溉后0～60 cm根系干重及根长总量略有增幅,且在深层土壤中的比例增加,有利于植株对养分和水分的吸收;与不灌溉（CK）相比,隔沟交替灌溉（T1）、全垄灌溉（T2）下植株氮、磷、钾含量平均提高14.5%、42.6%、16.1%,生物量和产量平均提高19.8%和14.3%。因此,在春玉米关键生育期合理补水可以改善土壤结构,降低土壤容重,促进根系合理分布,增加植株养分吸收,进一步增加产量。     

干旱胁迫下氮素对不同基因型小麦根系活力和生长的调控

为了探讨不同水氮耦合处理对小麦根系活力和吸收氮素能力的影响,以多穗型小麦品种西农979和大穗型小麦品系2036为材料进行营养液培养试验,设置正常水分供应、轻度和重度水分胁迫及低氮、中氮和高氮处理,研究了不同水氮耦合对小麦根系形态、根系吸收面积、根系活力、植株氮素积累量的影响。结果表明,水分与氮素存在着明显的互作效应,重度水分胁迫和低氮处理都会降低小麦的生物量、根系总吸收面积、活跃吸收面积和活力、氮含量和植株的氮素积累量,低氮处理增加了根长和根冠比。高氮处理的西农979根系总吸收面积、活跃吸收面积和活力较低,中氮处理显著提高,且分别比2036高11%、14%、27%。西农979在中氮和高氮处理之间的氮素积累量无显著性差异。中氮处理下西农979的植株氮素积累量比2036高13%~62%。相关分析表明,小麦的活跃吸收面积、根系活力与植株氮素积累量呈极显著正相关(P0.01),和根冠比呈极显著负相关(P0.01)。在轻度水分胁迫下,增加氮素供给能有效提高西农979的根系吸收面积和根系活力;过高的氮素不利于2036根系的生长,表明不同基因型小麦的根系活力和生长对不同水氮耦合的响应不同。通过适宜的水氮耦合调控,有利于创造良好的小麦根系形态,提高根系活力及对水分和养分的吸收能力。     

Effects of Rhizosphere Dissolved Oxygen Content and Nitrogen Form on Root Traits and Nitrogen Accumulation in Rice

Dissolved oxygen and nitrogen form have important effects on rice root growth and nitrogen availability.An indica hybrid rice,Guodao 1,and a conventional japonica rice,Xiushui 09,were cultured in hypoxic nutrient solution with NH4NO3 or(NH4)2SO4 as the nitrogen source for six weeks in pools.A portion of the Guodao 1 seedlings after treatment in the pools for four weeks were transferred to a split-root system at different dissolved oxygen contents and cultured for an additional two weeks.Biomass,root morphol...     

Shoot growth potential drives N uptake in maize plants and correlates with root growth in the soil

Variation in nitrogen (N) acquisition ability is known to exist among maize genotypes. Field experiments were conducted and the N-efficient maize inbred line 478 and the N-inefficient line Wu312 were employed to illustrate whether the amount of N taken up in maize plants with different N acquisition ability was determined by the shoot growth potential or by the root size. To meet the accelerated growth of the shoot from the jointing stage to the grain-filling stage, the net N gain in whole plants of both genotypes increased dramatically and accounted for 77% and 74% of the total N increment in 478 and Wu312, respectively. Similarly, the 4th to 8th nodal root whorls were initiated predominantly between 35 and 76 d after sowing, which accounted for about 90% of the total root length on 93 d after sowing. The whole plant N content of the N-efficient 478 was significantly higher than that of the N-inefficient Wu312. 478 had also longer root length, including axial and lateral roots, of the embryonic roots and each whorl of shoot-borne roots, and greater root length density (RLD) than Wu312. In spite of the smaller root size, Wu312 had higher shoot N concentration than 478 during the whole growth period, implying that N was not limited for shoot growth in Wu312. It was concluded that maize root growth, especially initiation and development of the shoot-borne roots, as well as the amount of N taken up were coordinated with shoot growth and demand for nutrients. Although a large root system and high RLD in the soil profile were beneficial for efficient N acquisition, amount of N taken up by the two maize genotypes in the presence of sufficient N supply was determined by the shoot growth potential, and not by the root size.     

外源海藻糖浸种对低温胁迫油菜种子萌发及幼苗生长的影响

为提高抗寒性,促进油菜种子发芽及幼苗生长,以甘蓝型油菜品种中油杂19为材料,研究外源海藻糖浸种对低温胁迫下油菜种子萌发及幼苗生长的影响,阐明外源海藻糖浸种的寒害缓解作用.结果表明,在低温处理下(10℃),油菜种子萌发受到抑制,发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数均显著下降,平均发芽时间显著延长;种子萌发过程中异柠檬酸裂解...     

单作和间作对槟榔和咖啡生长、根系形态及养分利用的影响

本研究设置了槟榔和咖啡单作及间作盆栽试验,对比分析了单作和间作种植形式下槟榔和咖啡生长量、生物 量、根系形态、土壤和植株养分含量差异。结果表明：与单作相比,间作抑制了咖啡株高的生长,显著减少了咖啡的 茎鲜重、干重,促进了槟榔株高、茎粗的生长,槟榔茎鲜重、干重显著增加;从槟榔咖啡根系空间分布可见,咖啡根 系在盆栽土层内比槟榔根系分布范围宽,其根系延伸到槟榔根系生态位,能使该生态位槟榔根长密度增加,槟榔根系 主要分布在本株根系空间范围内;间作显著提高了土壤速效磷、速效钾的含量;咖啡对氮、钾肥的吸收量大于槟榔, 槟榔对钙、锌的吸收量大于咖啡,两者间养分吸收的差异,减少了作物间养分的竞争;间作咖啡氮平衡指数和叶绿素 含量大于单作,间作槟榔叶片氮、磷,茎干氮、磷、钾,根氮、磷、钾累积量均大于单作。综上,槟榔间作咖啡根系 互作具有对土壤养分资源利用的互馈效应。