低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种幼苗根系形态和生理特征的影响

采用水培方法,以2个耐低氮品种和2个不耐低氮玉米品种为材料,以正常氮处理B3[15 mmol(N)·L?1]为对照,研究2个低氮胁迫水平B1[0.05 mmol(N)·L?1]、B2[0.5 mmol(N)·L?1]对不同耐低氮性玉米品种苗期根系形态和伤流量及氮代谢关键酶活性的影响。结果表明:与正常供氮处理相比,在B1和B2低氮胁迫处理下,玉米幼苗根系伤流量和硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均下降,耐低氮品种上述各指标的降幅(29.8%和8.7%、46.9%和39.6%、7.3%和4.4%、31.3%和19.8%)均小于不耐低氮品种(37.0%和27.5%、68.8%和56.6%、24.5%和18.7%、60.7%和42.7%),且在B1处理下耐低氮品种根系NR、GDH活性分别是不耐低氮品种的1.4倍、1.35倍。低氮胁迫对玉米苗期地上部生长的影响大于对地下部生长的影响,使地上部干重显著降低,根冠比显著增大,根数减少;在B1和B2处理下,不耐低氮品种根冠比增幅(81.6%和25.4%)、根数降幅(22.2%和31.1%)均大于耐低氮品种(61.0%和21.1%、19.8%和19.4%)。随着低氮胁迫程度的增大,耐低氮品种根长增长,根粗减小,对低氮胁迫的响应能力增大,表现为根系伸长变细以增加对氮的吸收面积。与不耐低氮品种相比,低氮胁迫下耐低氮品种根系形态较好,根系生理活性和对低氮胁迫的耐性较强,能维持较稳定的生长;随着低氮胁迫时间的延长,耐低氮品种对低氮胁迫的适应性增强,不耐低氮品种则降低。     

低氮胁迫对不同耐低氮玉米品种苗期伤流液性状及根系活力的影响

【目的】研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长、伤流性状及根系活力的影响,比较不同耐低氮性玉米品种对低氮胁迫响应的差异,以期为西南丘陵地区耐低氮玉米品种的选育提供理论依据。 【方法】以两个耐低氮品种‘正红 311’、‘成单 30’和两个低氮敏感品种‘先玉 508’、‘三北 2 号’为试验材料进行水培试验,营养液设置 4 个氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。测定了苗期株高等形态指标、干物质积累量、根系活力,计算了根冠比、活跃吸收面积比、伤流液中可溶性蛋白等转运速度及氨基酸/硝态氮浓度的比值。 【结果】低氮胁迫下玉米苗期苗高、茎粗、叶面积、SPAD、单株干重、地上部干重、伤流强度,伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖转运速度,氨基酸和硝态氮转运速度及浓度,根系活力,根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著下降,但耐低氮品种各指标的降幅均低于低氮敏感品种。根冠比、伤流液中氨基酸/硝态氮浓度比值均显著升高,可溶性蛋白和可溶性糖浓度随胁迫时间的延长表现出先下降后升高的趋势。耐低氮品种根冠比增幅低于低氮敏感品种,而可溶性蛋白浓度的增幅高于低氮敏感品种,且低氮胁迫下耐低氮品种根系活力、伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖浓度显著高于低氮敏感品种。 【结论】耐低氮品种在低氮胁迫下能够保持较高的根系活力,进而促进了根系对营养物质的吸收和转运,提高了伤流液中各组分的浓度和转运速度,较好地维持了碳氮循环,从而有效地协调了植株地上、地下部养分和物质的分配,控制了根冠比的增加,维持了地上部的生长。     

不同铁效率玉米品种苗期适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异

[目的]石灰性土壤高pH和高重碳酸盐含量严重影响土壤中有效铁含量,导致作物缺铁黄化、减产,铁高效玉米品种的推广应用是实现石灰性土壤玉米高产稳产的重要途径.本研究探讨不同铁效率玉米品种适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异,旨在为铁高效玉米品种的推广应用提供科学依据.[方法]试验以铁高效玉米品种正红2号(ZH2)、正大619...     

低钾胁迫下外源生长素对烟草根系生长及钾吸收的影响

【目的】探明生长素参与低钾胁迫下植株根系的生长发育及吸钾机制,同时为提高植物体内钾素水平提供理论依据。【方法】采用室内水培法,以模式植物烟草为试验材料,通过设置2个钾浓度(5、0.15 mmol/L)和5个外源生长素(3–吲哚乙酸)浓度(0、5、10、20、40μmol/L),对植物根系生理特征、内源生长素浓度、钾素累积及钾吸收动力学和相关钾离子通道基因转录表达进行比较研究。【结果】1)与正常钾水平相比,在低钾胁迫条件下,植株地上部干重显著降低15.6%;根系扫描8项指标中,除根平均直径外,其余7项指标值均显著降低;ATPase活性显著降低43.3%;主根尖、侧根尖及叶片内源生长素浓度显著升高;钾吸收动力学参数Vmax、Km值分别显著降低了89.2%、99.6%;植株根系、叶片钾浓度分别显著降低了93.0%、62.2%;根系中内流型钾离子通道基因Ntkc1的表达量显著降低56%。2)添加外源生长素后,正常供钾植株的根系干物质重、根系活力、主根尖及侧根尖内源生长素浓度有增加的趋势,Vmax值和内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量明显增加;低钾条件下,植株表现出和正常供钾相似的规律,除此之外,低钾植株的根系生长得到明显改善,ATPase活性和地上地下部钾素浓度明显增加,外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量明显降低。3)当添加生长素浓度为10μmol/L时,与未添加生长素相比,正常供钾植株的地上地下部干重显著增加了6.05%、8.54%;根体积及根系交叠数显著增加16.5%、23.2%;根系活力显著增加了298%;Vmax值显著增加了118%;低钾植株地上地下部干重与不添加相比显著提高了5.61%、28.6%;根系活力达到113μg/(g·h), FW,为无添加生长素时的3.3倍;根系ATPase活性相对增加了87.5%;根系钾浓度显著增加250%;钾离子通道基因NKT2在根系中表达量显著增加了7.04倍,Ntork1在根系及叶片中表达量显著降低了49.5%、72.5%。【结论】低钾胁迫影响烟草根系生长及植株对钾素的吸收累积,添加适当浓度外源生长素可改善植株根系生长发育状况,增加内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量,降低外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量,且提高植株钾吸收动力学参数Vmax值、降低Km值,从而提高了植株对钾离子的吸收能力与亲和力,进而增加植株钾素浓度。     

低铁胁迫对玉米苗期根系生长和铁素吸收利用的影响

为了揭示不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的差异,为玉米耐低铁能力的遗传改良提供依据,以耐低铁玉米品种‘正红2号’和不耐低铁玉米品种‘川单418’为材料,采用重度[10μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]、中度[30μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]和轻度[50μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]3种低铁胁迫及对照[100μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]的铁营养液处理3叶1心玉米幼苗,分析低铁胁迫对不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的影响。结果表明,随着营养液铁浓度降低,两个玉米品种幼苗的根长、根体积、根系活力、干物质、铁含量、铁积累量、相对吸铁能力均显著降低,但根系麦根酸分泌量增多,铁素向地上部转移分配能力增强,铁素的生理效率提高,这是玉米适应低铁胁迫的重要生理机制之一。玉米幼苗的铁素积累量与根长、根体积、根干重、根系活力等根系性状均呈极显著或显著正相关。耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下根长、根体积、根干重、根系活力均较不耐低铁玉米品种高,是其铁素吸收积累量高的重要原因。根系麦根酸分泌量与铁素茎叶分配率呈正相关,铁素茎叶分配率与铁素生理效率呈极显著正相关,增加根系麦根酸的分泌量可在一定程度上提高玉米铁素的茎叶分配率,从而提高铁素生理效率;耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下麦根酸分泌量增幅高于不耐低铁玉米品种,是其铁素生理效率高的主要原因。     

玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究

以磷高效型04419和磷低效型04065玉米自交系为材料,研究了砂培试验条件下,二者在需磷临界期(苗期)的根系生理特性差异。低磷处理下,4～8叶期磷低效型04065玉米根系酸性磷酸酶(APase)活性显著高于磷高效型04419玉米,而其根系磷含量显著低于04419,表明根系APase水平能够反映不同基因型玉米磷效率的差异。当低磷处理至6～8叶期,除根冠比外,二者根系APase、根系活力、根系丙二醛(MDA)、根系总长和干物质积累差异显著,表明不同基因型玉米对低磷的耐受能力是多种生理反应综合作用的结果。     

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     

低钾胁迫下不同低钾耐性大豆钾营养特性的差异

采用盆栽试验方法研究了低钾胁迫对不同低钾耐性大豆品种(系)钾营养特性的影响。结果表明:低钾胁迫下,植株干重、单株粒重、叶片钾含量、茎秆钾含量、幼荚钾含量、籽粒钾含量和钾积累量均以耐性品种(系)较高,钾利用效率以低钾敏感品种(系)较高。低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆的植株干重、单株粒重、各器官钾含量和钾积累量均下降,但耐性品种(系)的各指标下降幅度小,敏感品种(系)的各指标下降幅度大。低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆的钾利用效率均明显升高,耐性品种(系)比敏感品种(系)的升高幅度小。耐性品种(系)的植株干重、单株粒重、各器官的钾含量、钾积累量和钾利用效率受低钾胁迫影响较小,低钾条件下耐性品种(系)获得较高产量的主要原因是吸钾能力更强。     

低氮胁迫下玉米幼苗氮素和蔗糖分配特性

  【目的】  明确玉米自交系幼苗氮素吸收、转运与利用特性,探究低氮胁迫下其不同表型和生理性状的变化规律。  【方法】  以玉米自交系XY4和PH4CV为供试材料,进行了水培试验。设置正常氮 (N 2 mmol/L,NN) 和低氮 (N 0.04 mmol/L,LN) 两个氮水平,从培养3 h起,每3天测定一次幼苗生物量、光合特性、根系性状及氮素和蔗糖含量,直至第12天。  【结果】  玉米幼苗根系对低氮胁迫的反应早于地上部,与NN处理相比,LN处理PH4CV和XY4的根干重分别在培养第3和第6天时增加了65.15%和84.63%,而从培养第9天开始,LN处理下两自交系幼苗地上部干重显著低于NN处理,由此导致根冠比增加;与NN处理相比,LN处理下除了胞间CO₂浓度 (Ci) 和水分利用效率 (WUE) 外,两自交系幼苗叶片的SPAD值、净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (Tr) 和气孔导度 (Gs) 等光合特性均显著降低,且XY4下降幅度均大于PH4CV;LN处理下两自交系幼苗根干重的变异来源并不一致,XY4根干重的增加与总根长、根表面积、根体积、侧根数和初生根长增加有关,而PH4CV主要与侧根数目增加有关;与NN处理相比,LN处理两自交系幼苗地上部的氮素积累量和蔗糖含量显著降低,且XY4老叶的氮素含量下降速率明显快于PH4CV,而根系的氮素积累量、单株氮素生理利用效率和根中蔗糖含量均显著增加,且XY4增加的幅度均大于PH4CV。  【结论】  低氮胁迫促使玉米幼苗分配给地上部的氮素和蔗糖相对较少,因此限制地上部生物量积累及叶片光合能力的发挥,而分配给根系的氮素和蔗糖相对较多,从而促进根系形态建成,以利于吸收更多的氮素。     

玉米苗期根系对氮胁迫反应的配合力分析

研究利用7个玉米自交系,采用NC-Ⅱ设计,分析了玉米苗期根系性状对氮胁迫反应的配合力及遗传参数变化。结果表明,在2个氮水平下,玉米苗期根系性状的一般配合力、特殊配合力都存在显著的基因型差异,而且不同的基因型在氮胁迫下的反应也不尽相同。高氮下,根系性状除轴根长以外均以非加性遗传为主;氮胁迫下,除轴根数以外的根系性状以加性遗传为主。2个氮水平下,根干重、总根长和侧根长的广义遗传力均较高;与高氮处理相比,在低氮胁迫下,根系性状的广义遗传力表现为下降趋势,根干重、总根长和侧根长的狭义遗传力有上升的趋势。     

玉米苗期根系生长与耐低磷的关系

在田间筛选试验的基础上,利用两个磷高效(181和186)、两个磷低效(153和197)玉米自交系,进一步研究了这些自交系苗期耐低磷能力差异及其与根系生长的关系。结果表明,在低磷胁迫(P.5.78.mg/kg)下,所有自交系玉米地上部重量、初生根重、次生根重及磷累积量降低,但磷高效自交系181和186受影响程度显著小于153和197。在试验所处的玉米生育时期(6叶龄),磷对所用自交系的初生根及次生根数量没有影响。比较181和197的根系形态,在低磷胁迫下,磷低效自交系197的初生根侧根长、轴根长均显著下降,磷高效自交系181则下降幅度很小。而且,低磷使181初生根的侧根/轴根比值、根长度/根重比值较高。说明低磷胁迫下,181自交系可以将根中的有限的养分及干物质作更合理的分配,促进细根的生长,从而获得较长的根系。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

钾对不同基因型玉米生长、体内钾循环和分配的影响

钾素循环和再利用对维持植物生长和提高钾利用效率非常重要。本文以杂交玉米豫玉23和兴农998为供试作物,采用供应高钾（1.85 mmol/L）和低钾（0.1 mmol/L）营养液的石英砂培养方法,研究不同基因型玉米各器官干重和钾积累及分配、 体内钾在木质部和韧皮部中的循环、 流动及钾效率等。结果表明,低钾处理10 d后,与高钾处理相比,低钾降低两玉米品种各器官干重净增量、 钾浓度、 钾积累量、 钾吸收效率和木质部中钾的运输量,增加钾利用效率和源叶中韧皮部输出的钾,提高钾通过韧皮部的再循环量及占木质部运输总量的比例。低钾处理的豫玉23和兴农998上部叶均为钾库,钾积累量的38.5%和70.3%是由各自中、 下部叶韧皮部输出的钾供给,但体内光合产物和钾向上部叶的运输是不完全同步的过程。两品种比较,低钾处理下的豫玉23较兴农998干重净增量提高,在于前者具有较大根量、 较高钾吸收速率和较多钾素吸收量,木质部中有更多的钾通过叶片韧皮部输出进行循环运输进入上部叶;但豫玉23对介质中钾的吸收大于体内钾的再利用。钾营养高效基因型玉米应该具有较强的吸收和利用体内钾的能力。     

低磷条件下植物根系形态反应及其调控机制

磷是植物必需营养元素之一,土壤中磷有效性低,限制作物生长发育。磷肥施用量逐年增加,但是磷矿资源面临耗竭。植物根系形态变化对于植物适应低磷胁迫,提高植物对土壤磷的吸收利用具有重要意义。本文从植物根系构型、根冠比、初生根、根毛、侧根等方面综述了植物适应低磷胁迫的根系形态变化特征。低磷条件下,植物根系构型发生改变,普遍抑制主根生长,刺激侧根发育起始与伸长,诱导根毛形成。同时,分析了转录因子、植物激素、蔗糖以及关键基因等对低磷条件下植物根系生长发育的生理与分子调控机制,低磷胁迫下转录因子ZAT6和MYB62参与调控初生根生长,BHLH32和PHR调控根毛形成发育,WRKY75对侧根发育有抑制作用。研究表明,在低磷条件下,赤霉素、细胞分裂素、生长素和乙烯对初生根发育起着调控作用,而根毛的生长发育与赤霉素、生长素和乙烯有关,侧根发育过程中生长素作用明显。一些基因如LPR1、LPR2、LPR3以及PDR2参与调控低磷胁迫下植物初生根的发育。低磷胁迫下光合产物蔗糖对植物根毛和侧根发育有影响。     

缺素培养对大豆营养生长和根系形态的影响

通过营养液栽培试验,探讨了巴西10号和本地2号两个大豆基因型在氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁缺乏条件下的缺素症状和植株生物量变化,以及根系形态指标的改变。结果表明,缺素处理对大豆植株生长影响显著,在各种缺素条件下大豆植株生物量均明显降低,地上部与根部均表现出各种营养元素缺乏时的特有症状;缺氮、缺钾、缺钙、缺镁和缺铁处理时大豆总根长和根表面积也均显著降低。大豆对不同缺素处理的反应存在基因型差异。