NH4+的吸收对水稻根系细胞膜电位的影响

利用微电极技术分别测定了2个水稻品种即武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)幼苗根尖细胞在吸收不同NH4+浓度(0.0250、.05、0.1、0.5、1.0和1.5.mmol/L)下膜电位的变化特征。结果表明,水稻根系吸收NH4+引起膜的去极化,去极化到一定程度出现部分复极化,有一小部分根系还有超极化现象。去极化大小随外界处理液中NH4+浓度的增加而加强,达到一定程度以后趋于平稳,吸收进程符合Michaelis-Menten动力学特征。两个品种产生的去极化程度不同,武育粳3号产生的去极化大小平均为16.5.mV,扬稻6号产生的去极化大小平均为22.6.mV。在低浓度NH4+(1.0.mmol/L)处理下,扬稻6号对NH4+较敏感,产生的去极化大小平均为17.5.mV,高于武育粳3号(去极化大小平均为10.9.mV),两个品种产生的去极化大小差异显著(p0.05)。研究结果表明,扬稻6号吸收NH4+的能力比武育粳3号强,这与吸收动力学的结果是一致的。     

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。     

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。     

不同氮形态对两种基因型水稻根系形态及氮吸收效率的影响

为了探索不同铵硝配比对水稻根系形态和地上部N累积量的影响及其与根系吸N量的关系,以苗期N高效品种桂单4号和N低效品种南光为材料,设置1.0mmol/L NO3--N、0.5mmol/L NH4NO3、1.0mmol/L NH4 -N 3个N处理开展了研究.结果表明:含有NO3--N的处理总根长、总根数和总根表面积均明显高于NH4 -N的处理,且桂单4号和南光两种基因型水稻之间存在差异.两品种均在0.5 mmol/L NH4NO3处理中根系吸N量最高,其次是1.0 mmol/L NH4 -N处理,1.0 mmol/L NO3--N的处理根系吸N量最少.     

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。     

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。     

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。     

水稻根系生长对不同氮形态响应的动态变化

土壤养分供应变异很大,植物根系生长对这种养分变异的响应非常敏感.为了探索水稻根系生长对N素供应响应的动态变化规律以及这种适应性变化与水稻N效率之间的关系,采用水培方法,以两个苗期不同N效率水稻品种桂单4号和南光为研究材料,比较了不同铵硝比、不同浓度NH4、不同浓度NO3-和不同浓度NH4NO3对水稻根系构型参数的影响.结果表明:NH4 和NH4NO3供应显著降低了总根长、总根表面积和总根体积,且有增加平均根直径的趋势;而NO3-供应在0～1 mmol/L浓度范围内,增加了总根长、总根表面积和总根体积,降低了平均根直径,但当NO3-供应超过1 mmo1/L后,NO3-却有降低总根长、总根表面积和总根体积的趋势,对平均根直径没有明显影响.苗期N高效基因型桂单4号总根长和总根表面积在各种N素营养条件下均显著高于N低效基因型南光.上述结果表明,NH4 和NH4NO3都抑制了水稻根系生长,而NO3-为低浓度诱导、高浓度抑制根系生长,根长和根表面积,对提高水稻N效率贡献较大.     

黑麦草分泌有机酸的生物特性对铅污染修复的影响

为了揭示根系分泌有机酸对植物修复效果的影响,该文采用液培试验研究根系分泌有机酸对黑麦草生理特性及重金属pb2+吸收转移的影响.结果表明,黑麦草根系分泌有机酸为草酸、酒石酸、苹果酸、冰乙酸和柠檬酸.0.1～1 mmol/L的内二酸和2～3 mmol/L冰乙酸有利于黑麦草地上和根系干质量的增加.0.1 mmol/L的洒石酸、0.5～l mmol/L的丙二酸、2～3 mmol/L的冰乙酸促进耐性指数的增加.1～3 mmol/L的丙二酸,酒石酸对地上部分Pb2+质量浓度起促进作用,1～3mmol/L的冰乙酸有利于黑麦草 生物量的增加,同时也有利于根系重金属pb2+质量浓度的增加.该研究可为重金属污染的植物修复技术提供参考.     

局部供应硝酸盐诱导玉米侧根生长的基因型差异

以两个玉米(Zea.mays.L.)自交系478和Wu312为研究材料,采用琼脂培养方法,研究局部供应不同浓度的硝酸盐(NO3-)对侧根生长的影响。结果表明,根系局部供应0.5mmol/L硝酸盐,可以促进两个基因型相应部位的侧根长度,对478的促进效果显著高于Wu312。在双层局部供应0.5mmol/L硝酸盐时,能够刺激两个层次478局部侧根伸长,而Wu312只在上层表现出促进作用。多浓度试验结果表明,在0.5～25mmol/L范围内,局部供应硝酸盐均能在478上表现促进效果。而在Wu312上,当局部硝酸盐浓度超过5mmol/L,刺激作用消失。在低浓度范围内,局部供氮不影响侧根。当局部供应的硝酸盐浓度超过5mmol/L时,Wu312的侧根数量急剧下降,超过15mmol/L后,478的侧根数量开始下降。478侧根对局部硝酸盐刺激的响应能力显著高于Wu312。     

两个品种水稻中硝酸盐吸收和利用率对氮素饥饿的响应特征

Ammonium（NH＋4） is the main nitrogen（N） form for rice crops, while NH＋4near the root surface can be oxidized to nitrate（NO-3）by NH＋4-oxidizing bacteria. Nitrate can be accumulated within rice tissues and reused when N supply is insufficient. We compared the remobilization of NO-3stored in the tissue and vacuolar between two rice（Oryza sativa L.） cultivars, Yangdao 6（YD6, indica）with a high N use efficiency（NUE） and Wuyujing 3（WYJ3, japonica） with a low NUE and measured the uptake of NO-3, expression of nitrate reductase（NR）, NO-3transporter genes（NRTs）, and NR activity after 4 d of N starvation following 7-d cultivation in a solution containing 2.86 mmol L-1NO-3. The results showed that both tissue NO-3concentration and vacuolar NO-3activity were higher in YD6 than WYJ3 under N starvation. YD6 showed a 2- to 3-fold higher expression of OsNRT2.1 in roots on the 1st and 4th day of N starvation and had significantly higher values of NO-3uptake（maximum uptake velocity, Vmax） than the cultivar WYJ3.Furthermore, YD6 had significantly higher leaf and root maximum NR activity（NRAmax） and actual NR activity（NRAact） as well as stronger root expression of the two NR genes after the 1st day of N starvation. There were no significant differences in NRAmax and NRAact between the two rice cultivars on the 4th day of N starvation. The results suggested that YD6 had stronger NRA under N starvation, which might result in better NO-3re-utilization from the vacuole, and higher capacity for NO-3uptake and use, potentially explaining the higher NUE of YD6 compared with WYJ3.     

外源精胺对NO_3~-胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性及光合作用的影响

采用营养液培养方法,研究了添加不同浓度的精胺(Spm)对NO3-胁迫下黄瓜幼苗生长、叶片抗氧化酶活性及光合作用的影响。结果表明,140 mmol/L NO3-胁迫下,外加1 mmol/L Spm,10 d后,黄瓜幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著增加,电解质渗漏率和丙二醛(MDA)含量显著降低;气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和净光合速率(Pn)显著升高,气孔限制值(Ls)显著降低。说明1 mmol/L Spm处理能增强黄瓜幼苗对活性氧的清除能力,降低膜脂过氧化程度;降低气孔关闭,改善叶片的气体交换,幼苗生长势增加,对高浓度NO3-胁迫的抗性增强。当Spm浓度高达1.5~2 mmol/L时,与1mmol/L Spm相比,SOD、POD、APX、CAT活性均开始降低,电解质渗漏率和MDA含量增加,Gs、Ci和Pn显著降低,黄瓜幼苗生长受到抑制。可见,外加一定浓度的Spm可通过提高抗氧化酶活性、降低膜脂过氧化程度及改善光合作用来缓解NO3-胁迫对黄瓜幼苗的影响。     

小白菜硝酸盐积累量基因型差异机理研究

以高硝酸盐积累品种四月慢和低硝酸盐积累品种华冠青梗菜为材料,采用溶液培养方法,测定了0.2和2mmol/L NO3-处理下的硝酸盐积累量和硝酸还原酶活性,并应用Real-Time PCR技术检测了NO3-吸收基因NRT1和NRT2的表达量。结果表明:(1)除0.2 mmol/L NO3-处理时的叶片硝酸盐含量没有显著差异外,四月慢植株各部位的硝酸盐含量都显著高于华冠青梗菜,高浓度培养使品种间硝酸盐积累量差异增加,四月慢对NO3-水平增加的响应能力强于华冠青梗菜。(2)吸收液NO3-浓度12~0 mmol/L范围内,四月慢对NO3-离子吸收速率显著高于华冠青梗菜,且在高浓度下表现更显著。(3)在2 mmol/L NO3-处理下,NRT2在根、叶片、叶柄中的表达量都是四月慢显著高于华冠青梗菜,NRT1的表达量只有在根中四月慢显著高于华冠青梗菜,而在叶片和叶柄中都没有显著差异;在0.2 mmol/L NO3-处理下,NRT1和NRT2表达情况相同,都是在叶片和叶柄中四月慢显著高于华冠青梗菜,而在根中表达量品种间没有显著差异。(4)NRT1和NRT2的表达在一定程度上可以解释硝酸盐积累量的差异,可能还有其他的基因对硝酸盐积累的基因型差异起重要作用,尤其是0.2 mmol/L NO3-处理时。(5)四月慢的硝酸还原酶活性显著高于华冠青梗菜,即四月慢对硝酸根同化利用的能力强于华冠青梗菜。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期氮素吸收同化的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对4种不同的基因型水稻(常规籼稻、常规粳稻、杂交籼稻、杂交粳稻)苗期生长和氮素吸收同化的影响。结果表明,增NO3-营养可以增加水稻叶片的光合速率,促进水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率,进而促进水稻生长;不同基因型水稻在增NO3-营养下氮积累量增幅不同主要是由于其生物量增幅不同,而整株氮素含量增幅差异不大;NO3-的存在可增强谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶的活力,促进水稻对NH4+和NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化;籼稻与粳稻相比,杂交粳稻与杂交籼稻相比,前者在氮素吸收利用上均表现出更为明显的优势。     

铵硝营养对水稻氮效率和矿质养分吸收的影响

NH_4~+和NO_3~–是对植物有效的两种主要无机氮源。水稻一般被认为是偏好NH_4~+的植物,但是在NO_3~–条件下,水稻也能良好地生长。大多数关于水稻铵硝营养的报道是在pH 6.0左右的水培条件下开展的,但是对于酸性条件下水稻铵硝营养研究很少。随着土壤酸化的加重及一些边际酸性土壤被用作水稻种植,研究酸性条件下水稻的铵硝营养具有重要意义。本文采用水培试验,在pH 5.0的条件下,通过添加和不添加pH缓冲剂MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸),研究了NH_4~+和NO_3~–对水稻生长、氮效率和矿质养分(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn)吸收的影响。结果表明,在不添加MES的条件下,水稻地上部生长(株高、叶绿素含量、干重)在NH_4~+和NO_3~–之间没有显著差异,而添加MES后,NH_4~+处理的水稻地上部生长优于NO_3~–。不管是否添加MES,NO_3~–处理的水稻地下部生长(根长、根表面积和根物质量)优于NH_4~+。水稻含氮量和氮利用效率在不同NH_4~+和NO_3~–处理之间没有显著差异,但是NH_4~+处理的水稻氮吸收效率高于NO_3~–。与NO_3~–相比,NH_4~+增加了水稻地上部P和Fe含量,而降低了水稻地上部Ca、Mg、Zn、Cu和Mn含量,对K含量影响较小。上述结果表明,NH_4~+有利于改善水稻地上部生长,提高氮吸收效率、地上部P和Fe含量,而NO_3~–则有利于水稻发根,提高地上部Ca、Mg、Zn、Cu和Mn含量。     

Catchment-Scale Variation in the Nitrate Concentrations of Groundwater Seeps in the Catskill Mountains,New York,U.S.A.

Forested headwater streams in the Catskill Mountains of New York show significant among-catchment variability in mean annual nitrate (NO₃ ^-) concentrations. Large contributions from deep groundwater with high NO₃ ^-concentrations have been invoked to explain high NO₃ ^-concentrations in stream water during the growing season. To determine whether variable contributions of groundwater couldexplain among-catchment differences in streamwater, we measuredNO₃ ^- concentrations in 58 groundwater seeps distributed across six catchments known to have different annual average streamwater concentrations. Seeps were identified based on release from bedrock fractures and beddingplanes and had consistently lower temperatures than adjacentstreamwaters. Nitrate concentrations in seeps ranged from neardetection limits (0.005 mg NO₃ ^--N/L) to 0.75 mg NO₃ ^--N/L. Within individual catchments, groundwaterresidence time does not seem to strongly affect NO₃ ^-concentrations because in three out of four catchments therewere non-significant correlations between seep silica (SiO₂) concentrations, a proxy for residence time, andseep NO₃ ^- concentrations. Across catchments, therewas a significant but weak negative relationship betweenNO₃ ^- and SiO₂ concentrations. The large rangein NO₃ ^- concentrations of seeps across catchmentssuggests: 1) the principal process generating among-catchmentdifferences in streamwater NO₃ ^- concentrations mustinfluence water before it enters the groundwater flow system and 2) this process must act at large spatial scales becauseamong-catchment variability is much greater than intra-catchmentvariability. Differences in the quantity of groundwater contribution to stream baseflow are not sufficient to account for differences in streamwater NO₃ ^- concentrationsamong catchments in the Catskill Mountains.     

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。