水培燕麦根系形态和氮吸收流量对硝态氮供应浓度的响应

【目的】苗期根系的形态结构与作物的养分吸收和抗倒伏性密切相关,对燕麦如何合理施肥以达到最大的增产效果,需要对不同燕麦品种的氮吸收利用效率做出评价。【方法】本研究以3个不同燕麦栽培品种(坝莜9号、 坝莜3号和200215)为材料,分析了低、 中、 高NO-3-N浓度下(NO-3浓度为1、3、6 mmol/L)根系生长以及NO-3吸收流量的变化。将燕麦种子萌发至一片真叶展开时,每个品种挑选长势一致的10株幼苗放入含不同NO-3浓度的Hoaglands培养液中培养,培养3周后选取长势基本一致的幼苗,采用非损伤微测技术测定根系NO-3流量并利用根系图像分析系统WinRhizo分析根系形态指标。【结果】NO-3-N浓度对不同燕麦品种节根数影响不显著,对侧根密度、 总根长、 根系平均直径和不同直径范围内根系长度分布均有显著影响; NO-3-N浓度的变化对坝莜3号根系吸氮量有显著影响,对坝莜9号和200215根系吸氮量的影响不显著; 根系NO-3吸收流量的动态变化与侧根数量变化有一致性; NO-3平均吸收流量与总根长、 平均直径及根系平均直径≤0.16 mm的细根在根系中所占比例的变化一致。【结论】不同NO-3-N供应浓度主要影响燕麦苗期侧根(直径≤0.16 mm的细根)的形成和生长,对根系NO-3吸收流量的影响因品种而异; 根系NO-3吸收流量的变化主要受总根长、 根系平均直径及细根在根系中所占比例的影响。     

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.     

不同氮效率水稻品种增硝营养下根系生长的响应特征

试验采用两室分根盒和溶液培养方法,研究了在增硝营养下不同氮效率水稻品种根系生长的响应特征。结果表明,在本试验条件下,与全铵培养下的根系相比,氮高效水稻品种南光在铵硝混合培养下的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达33%和41%;同时其根系表面积、根系体积和侧根数增幅均达到显著水平,但根系长度却无明显增加。氮低效水稻品种Elio在铵硝混合培养下的根系生长差异均不显著。这表明氮高效水稻品种南光的根系生长对增硝营养的响应度强,进而促进了根系对氮素的吸收利用。从本试验的结果可推论,水稻对增硝营养的强响应度可能是水稻氮素高效吸收利用的生理机制之一。     

施氮对大豆根系形态和氮素吸收积累的影响

采用框栽试验方法研究了不同施氮水平对大豆根系形态和氮素吸收积累的影响,结果表明:不同施氮水平对大豆植株生物量、氮素吸收积累量及根系形态有显著影响,随施氮量增加,植株干重、氮素积累量、单株产量等均呈先增加后降低趋势,其中以N100[100 kg(N)·hm-2]处理效果最佳,总体表现为N100>N200>N50>N25>N0.无N(NO)和适量偏低的氮(N25、N50)增加了大豆的根冠比,但过多的氮(N200)反而降低了大豆的根冠比,说明低氮胁迫促进了大豆根系的生长.大豆根长、根表面积和根体积随施氮量的增加表现为先降后增而后又降低的规律,不施氮(N0)情况下,根长、根表面积和根体积均高于低氮处理(N25、N50),之后随施氮量增加而增加,当超过一定施氮量(N200)时又呈降低趋势.不同生育时期植株生物量、氮素积累、根长、根表面积和根体积等表现为花期>苗期>鼓粒期.因此施用一定量氮肥对大豆植株生物量、氮素积累以及根系形态等产生显著影响,进而影响大豆氮素转运量和转运效率,最终影响大豆籽粒产量和品质.     

不同氮效率玉米根系时空分布与氮素吸收对氮肥的响应

【目的】 研究玉米根系时空分布对不同供氮水平的响应及其与植株氮素吸收的关系,对于充分挖掘氮高效基因型,探讨氮高效栽培途径具有重要意义。 【方法】 以氮高效玉米品种 (郑单 958、金山 27) 和氮低效玉米品种 (蒙农 2133 、内单 314) 为材料,以不施氮为对照 (N0),施氮 300 kg/hm2 为适量处理 (N300)、450 kg/hm2 为过量处理 (N450),进行了两年田间试验,调查了玉米根重、根长的时空分布及其与植株氮素吸收量的关系。 【结果】 对照 (N0) 和适量施氮 (N300) 条件下,氮高效品种的根系生物量显著高于氮低效品种,过量施氮 (N450) 条件下二者在吐丝前无显著差异,吐丝后氮高效品种根重降低缓慢,根系生物量高于氮低效品种。N0 和 N300 条件下,氮高效品种 0—100 cm 土层根长均显著高于氮低效品种,吐丝期到乳熟期,N0 处理 0—20 cm 耕层和 40 cm 以下土层内,氮高效品种的根系降低比率显著低于氮低效品种;施氮条件下,两类型品种 0—40 cm 土层内根系降低比率无显著差异,但 40 cm 以下土层氮高效品种根系降低比率显著低于氮低效品种。吐丝前氮素吸收量在 N0 和 N300 条件下,单位根长氮吸收速率对氮素吸收的直接作用较大,直接通径系数是 0.590 和 0.649,在 N450 条件下,根长对于氮素吸收的直接作用较大,直接通径系数是 0.536;吐丝后氮素吸收量在 N0 和 N300 条件下,根长对氮素的吸收直接作用较大,直接通径系数是 1.148 和 0.623,在 N450 条件下,单位根长氮吸收速率对氮素吸收的直接作用较大,直接通径系数是 0.858。 【结论】 不同氮效率玉米品种根系分布和氮素吸收对氮肥的响应存在明显差异。在低氮和适量施氮条件下,氮高效品种较氮低效品种表现出较高的根系生物量、根长和较低的根系衰老速率,其吐丝前氮素吸收主要与单位根长氮吸收速率有关,吐丝后则主要与根长有关;过量施氮条件下,其吐丝前氮素吸收主要受根长影响,吐丝后则主要与单位根长氮吸收速率有关。      

荔枝在不同温度和氮素形态下的氮、磷吸收动力学特征

  【目的】  温度直接影响植物对养分的吸收能力,而植物对氮素形态具有偏好性。研究不同温度和氮形态营养条件下荔枝根系吸收氮和磷能力的差异,为荔枝不同季节 (物候期) 合理施用氮、磷肥提供依据。  【方法】  以‘黑叶’荔枝实生苗为材料,采用水培方法进行了试验。设置6个生长温度 (10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃) 和3种氮形态营养液 (硝态氮、1/2硝态氮 + 1/2铵态氮和铵态氮,分别表示为NN、1/2NN + 1/2AN和AN),共18个处理。将饥饿48 h的荔枝苗置于营养液中,于处理0、1、2、3、4、6、8、10和12 h后采集营养液样本,测定其中氮、磷含量。计算荔枝吸收氮、磷养分离子的动力学参数变化,并比较根系吸收氮、磷养分能力的差异。  【结果】  温度和氮形态对荔枝吸收氮和磷养分均有显著影响 (P < 0.01)。随温度升高,NN和1/2NN + 1/2AN处理下荔枝对总氮的最大吸收速率 (I_max) 呈现“下降–升高”的交替变化,但AN处理下的I_max受影响较小。15℃和30℃时AN处理荔枝对总氮的I_max显著高于其他两种氮形态营养处理,其他温度下则以1/2NN + 1/2AN处理最高;单一氮形态营养下,荔枝对氮素的亲和力 (A_m) 和离子补偿点 (C_min) 随着温度升高而发生波动;同时供应两种氮素形态时,A_m随温度升高(10℃～30℃)而增加,而C_min随温度升高而下降。氮形态对荔枝吸收总氮的I_max的影响与温度有关,但不同温度下均以NN处理的I_max最低、A_m最高及C_min最低。在1/2NN + 1/2AN处理中,荔枝吸收NH₄+的I_max显著高于NN处理,但NN处理的A_m更高且C_min更低。氮素供应形态对荔枝吸收H₂PO₄–的影响也与温度有关,在15℃和25℃时荔枝吸H₂PO₄–的I_max表现为1/2NN + 1/2AN > AN > NN,其他温度下的氮形态处理间没有明显差别。除15℃时NN处理荔枝对H₂PO₄–的A_m、C_min分别显著低于、高于其他两个处理外,其他温度下3种氮形态营养处理的A_m和C_min接近。  【结论】  荔枝为喜硝植物,但吸收铵态氮的能力更强。在生长介质温度为15℃和30℃时单独供应铵态氮及在其他温度下同时供给两种氮形态,有利于荔枝对氮素的吸收。在15℃和25℃时,同时供应硝态氮和铵态氮最有利于荔枝吸收H₂PO₄–,供应铵态氮次之;其他温度下氮供应形态对荔枝吸收H₂PO₄–没有明显影响。为提高荔枝吸收氮磷营养能力,建议生产上避免一次性大量施用硝态氮肥。     

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。     

施氮量对不同氮效率玉米品种根系时空分布及氮素吸收的调控

【目的】研究不同氮效率夏玉米根系的时空分布、 植株氮素吸收利用特性及其对氮素用量的响应,探讨玉米氮素高效利用的生理基础,以期探明通过采用氮高效品种、 促进根土互作、 提高根系与水肥时空耦合、 提高玉米氮素利用效率,强化环境友好型生产的有效途径。【方法】试验于2011-2012年在山东农业大学黄淮海玉米技术创新中心（N3618,E11712）和作物生物学国家重点实验室进行,以氮高效玉米品种郑单958（ZD958）和氮低效品种玉米秀青73-1（XQ73-1）为试验材料,在大田条件下设置两个氮素水平（0和315 kg/hm2）,采用土壤剖面取样法和系统取样法分别进行根系相关指标、 干物质及氮素积累与分配的测定。【结果】ZD958整个生育期根系相关指标（根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积及活跃吸收面积）及其在深层土壤（60-100 cm）中所占的比例、 单株生物量、 单株绿叶面积、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量均显著高于XQ73-1（P0.05）,抽雄期和完熟期根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积分别比XQ73-1高12.02%、 8.39%、 25.34%、 34.48%、 29.22%、 7.76%和36.74%、 24.21%、 36.29%、 29.94%、 32.83%、 13.73%,完熟期单株生物量、 植株氮素积累量、 籽粒产量分别比XQ73-1高11.65%、 11.78%、 15.16%。施氮后两品种各指标均显著提高,ZD958和XQ73-1根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积抽雄期分别提高8.13%、 6.12%、 18.08%、 15.10%、 24.71%、 12.06%和7.19%、 4.59%、 10.47%、 10.82%、 13.02%、 7.15%,而完熟期分别提高16.48%、 22.43%、 19.26%、 15.03%、 27.45%、 14.97%和15.02%、 14.59%、 13.01%、 12.81%、 21.95%、 11.06%; 单株生物量、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量完熟期分别提高9.40%、 10.08%、 13.43%和5.20%、 8.56%、 9.69%。相关分析表明,植株吸氮量与根长密度、 根系干重、 根系活跃吸收面积呈显著线性正相关（相关系数均在0.8以上）。 ZD958花前根系对氮素的响应度高于XQ73-1,花后则低于XQ73-1。【结论】氮高效玉米品种ZD958根系总量大、 深层土壤根系多、 根系活力高、 氮素吸收能力强; 施氮条件下优势更加明显,对ZD958作用大于XQ73-1,说明氮高效玉米品种发达且分布合理的根系保证了植株对氮素的吸收,有利于进行光合生产、 获得较高籽粒产量。两品种对氮素的响应不同,氮高效品种花前对氮素的响应度高于氮低效品种,花后则相反。因此,可过适度减少氮高效品种花前施氮量、 增加花后施氮量,而适度增加氮低效品种花前施氮量、 降低花后施氮量来促进根系发育,提高氮素利用效率。     

氮素对玉米幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响

采用水培试验,比较分析了氮素对高产玉米杂交种幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响。结果表明,在一定氮素范围内供氮量的增加能够促进玉米地上部的生长,也促进东单90（DD90）和沈玉21（SY21）根系干重的增加,而高量供氮会抑制根系的生长,导致根冠比下降。郑单958（ZD958）在8.0 mmol/L氮水平下地上部受抑制的程度大于根系,造成根冠比有所增加。在各氮素水平下,东单90具有很好的根系形态,提高了氮素的吸收能力,从而提高氮素积累量。随氮浓度的增加,玉米植株氮素吸收效率增大而氮素生理利用效率减小,无论在低氮还是高氮条件下,郑单958和东单90的氮素吸收效率均显著高于沈玉21和郝育12（HY12）,氮素生理利用效率却显著低于沈玉21和郝育12。不同品种对氮素的响应存在显著差异,东单90和郑单958耐低氮和对氮素吸收的能力强,郑单958耐高氮能力相对较弱,沈玉21和郝育12对氮素需求量大,耐低氮能力弱。适宜的氮素供应能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系形态发育,增加根系对氮素的接触面积,促进根系对氮素的高效吸收。     

氮肥运筹对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长及氮素利用的影响

以宁麦9号为材料,研究施氮量及氮肥基追比例对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长、植株氮素积累量、产量和氮素利用效率的影响。结果表明,拔节前0-60cm土层硝态氮含量随基施氮量的增加而显著增加,随生育进程的推进各处理硝态氮显著向下层土壤淋洗;拔节期追施氮肥显著提高了孕穗期0-40cm土层硝态氮含量,且随追施氮量的增加而显著增加,N300和N3/7处理硝态氮显著向40-60cm土层淋洗。根系主要生长于0-20cm土层,拔节前各土层根长密度均随基施氮量的增加而增加,拔节后则随施氮量增加和适当的追肥比例而增加。各施氮处理均以拔节至开花期为小麦氮素积累高峰期。适宜增加施氮量并适当提高追肥比例,有利于提高产量、植株氮素积累量和氮素利用效率。因此,在小麦生产中,适当降低施氮量并提高拔节期追肥比例有利于促进小麦根系生长和植株氮素积累,进而提高小麦产量并减少硝态氮淋洗损失。     

不同氮效率油菜品种产量和品质对供氮水平的反应

为探明不同氮效率油菜产量和品质对供氮水平的反应动态,揭示油菜氮效率与品质的关系,本文采用砂培试验,研究了两种氮效率油菜品种在06、3、6、12、15 mmol/L 5种不同氮水平下（用N1N5表示）的氮效率、子粒产量和品质的变化。结果表明, 随着供氮水平的提高,油菜子粒产量、油分产量和蛋白质含量增加,氮效率和油分含量下降; 而子粒脂肪酸组成变化较小,所测定的7种脂肪酸中,芥酸和花生烯酸含量随着氮水平的增加略有下降,棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸含量则没有明显的变化; 与氮低效品种相比,氮高效品种的子粒产量、芥酸和花生烯酸含量随供氮水平的变化幅度更大,油分含量下降幅度更小。所有氮水平下,氮高效品种的子粒产量、油分含量和油分产量均高于氮低效品种,亚油酸含量略高于而亚麻酸含量略低于氮低效品种,子粒蛋白质、棕榈酸、硬脂酸、油酸含量两品种没有差异。总之,提高氮水平有利于增加油分产量,氮高效品种的增加幅度大于氮低效品种,但对脂肪酸组成的影响较小。因此,氮高效品种不会因高效吸收利用氮素而降低油分含量或使油菜品质变劣。     

不同株型木薯品种干物质生产和氮素累积及利用特征比较

  【目的】  理想株型和氮素高效利用是作物育种和引种的重要指标。作物生长发育和形态建成特征与产量形成和氮素积累密切相关。研究不同株型木薯品种的干物质生产与分配、氮素积累与利用、产量形成等方面的差异，以期筛选出高产、氮素高效利用的株型和品种，为木薯高产栽培和氮素高效利用提供理论依据。  【方法】  试验以紧凑型品种华南205 (SC205)、华南8号 (SC8)、桂热4号 (GR4)、新选048 (XX048) 和伞型品种华南9号 (SC9)、华南12号 (SC12) 为材料，于块根形成初期 (种植后70天)、膨大初期 (种植后110天)、膨大中期 (种植后175天) 和成熟期 (种植后240天) 取样，分析干物质和氮素吸收积累量。  【结果】  紧凑型品种的生物产量、鲜薯产量、单株薯重和收获指数较伞型品种分别提高16.42%、36.85%、43.93%和40.00%。随着生育时期的推进，叶片的干物质和氮素分配比例随之下降，块根的干物质和氮素分配比例以及茎秆的氮素分配比例随之提高，而茎秆的干物质分配比例相对稳定。紧凑型品种地上部的干物质和氮素分配比例在块根形成初期高于伞型品种，而在块根膨大期低于伞型品种。紧凑型品种的氮素利用效率、氮肥偏生产力和氮素收获指数较伞型品种分别提高了28.91%、35.67%和36.00%，而100 kg鲜薯需氮量较伞型品种降低了27.27%。通径分析表明，块根生长后期的干物质生产量和氮素积累量对总量的贡献最大，块根生长中期其次，块根生长前期第三，苗期最小。在块根成熟期，紧凑型品种地下部的干物质和氮素分配比例较伞型品种分别提高了10.85和9.13个百分点。相关分析表明，块根生长后期的干物质和氮素积累量、生物产量、单株薯重和收获指数与鲜薯产量呈极显著正相关。  【结论】  紧凑型品种地上部的干物质和氮素分配比例在块根形成初期高于伞型品种，而在块根膨大期低于伞型品种。紧凑型品种的产量和氮素利用效率较高，而伞型品种的产量和氮素利用效率较低。在生产中，宜选择株型紧凑的木薯品种，以利于木薯高产和氮素高效利用。     

不同温度型小麦K+吸收动力学特征及其盐胁迫效应

本试验采用吸收动力学方法结合药理学方法,研究了NR9405（暖型）、小偃六号（中间型）、RB6和陕229（冷型）等4种不同温度型小麦幼苗（14 d）K+ 的高亲和和低亲和吸收特征。结果表明: 1）在0～50mmol/L的K+浓度范围内,K+吸收可分为0～1和1～50mmol/L两个阶段,均可用米氏方程描述;2）对于高亲和吸收系统（0～1 mmol/L）,冷型小麦具有高的饱和吸收率Imax [42.46～43.12 mol/（h?g）,RDW]和亲合系数Km（0.430～0.432 mmol/L）,暖型小麦（NR9405）和小偃六号具有较低的Imax［33.57～35.38 mol/（h?g）,RDW］和Km（0.332～0.353 mmol/L）,抑制低亲和系统后增加了4种小麦的高亲和转运载体数量,降低了冷型小麦对K+的亲和力,但对NR9405和小偃六号的Km值影响较小; 3）抑制高亲和吸收后,低亲和系统的Imax和Km均增加; 4）在盐胁迫下,K+高亲和和低亲和吸收系统均受到抑制,小麦幼苗K+吸收能力均显著降低,暖型小麦NR9405和小偃六号的高亲和系统Km几乎不受盐胁迫的影响,而冷型小麦的Km值因盐胁迫而降低。因此,在盐胁迫下高亲和吸收系统的稳定性可能是影响暖型小麦耐盐性高的一个重要因素,这对小麦耐盐性研究及耐盐品种选育均具有一定的指导意义。     

不同施氮水平下不同氮利用效率小黑麦植株氮素积累分配特性

采用土培盆栽试验,以小黑麦氮高效利用品种‘Clxt82’、‘PI429186’和氮低效利用品种‘Clxt74’为材料,研究0(不施氮)、0.033 g(N)·kg-1(低氮)和0.066 g(N)·kg-1(正常氮)3个不同施氮水平下,各生长时期氮素在器官间和器官内不同功能性氮素分配的特性。结果表明:氮高效利用品种在氮素不足的条件下优势更明显,抽穗期高效利用品种和低效利用品种间生物量的差异随施氮量的增加而减小,在不施氮、低氮和正常供氮时‘Clxt82’、‘PI429186’地上部生物量分别为‘Clxt74’的1.55倍、1.19倍、1.06倍和1.79倍、1.35倍、1.30倍。不同生育时期,小黑麦氮积累量均随施氮量的增加而显著增加,低氮和正常供氮处理,在分蘖期、拔节期氮高效利用品种氮积累量均显著高于低效利用品种,而在抽穗期差异则不大。随施氮量的增加,氮素在叶片和穗部的分配比例减小,在茎的分配比例增大;分蘖期和拔节期,氮高效利用品种茎中氮素分配比例小于低效利用品种,叶片氮素分配比例则大于低效利用品种。抽穗期氮高效利用品种穗部氮素分配比例大于低效品种,而叶部则相反。各生育时期各器官不同形态氮素含量总体上随施氮量的增加而增加。不施氮和低氮处理,拔节期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.31倍、1.76倍和1.12倍、1.35倍,而结构性氮含量则是低效品种的86.12%、64.01%和80.82%、71.51%;抽穗期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.01倍、1.11倍和1.04倍、1.13倍,结构性氮含量为低效品种‘Clxt74’的74.99%、63.08%和75.78%、62.84%;各时期品种间功能性氮素含量差异不大。低氮条件下氮高效利用品种通过降低结构性氮素含量、增加营养性氮素含量来满足氮素的利用和体内循环。     

不同氮效率夏玉米临界氮浓度稀释模型与氮营养诊断

【目的】建立豫中地区玉米临界氮稀释曲线,比较不同氮素利用率玉米品种模型差异,探讨基于此的氮营养指数用于诊断、评价玉米氮素营养的可靠性,为实现玉米合理施用氮肥提供理论依据。【方法】以伟科702和中单909两个不同氮利用效率的品种为试验材料进行连续三年的田间定位试验,共设5个氮肥水平(0、120、180、240和360 kg/hm^2),分析不同施氮量对两个玉米品种拔节期、大喇叭口期、吐丝期、收获期干物质的影响,基于不同时期干物质和植株氮浓度建立两个品种临界氮稀释曲线,分析不同氮利用率品种玉米临界氮稀释曲线模型的差异和氮营养指数及其与相对地上部生物量和相对产量的关系。【结果】中单909的氮利用率显著高于伟科702。在各生育时期,两个玉米品种地上部生物量随施氮量变化表现为N0 –0.341,中单909 Nc=30.801DM^–0.370)具有很好的稳定性。相比中单909的模型参数,伟科702的参数a提高了15.70%,参数b降低了7.84%,且参数a变化值大于参数b。同一时期两个品种基于此模型的氮营养指数均随施氮量的增加而上升;施氮量低于180 kg/hm^2时,随着玉米生育时期的推进,氮营养指数随施氮量的增加呈先升高再降低的趋势,当施氮量超过240 kg/hm^2时,氮营养指数一直升高。氮营养指数与相对地上部生物量、相对产量相关性均达到显著水平。【结论】本文建立的豫中地区的两个品种玉米临界氮稀释曲线模型及氮营养指数,可以很好地诊断和评价玉米植株氮素营养状况。不同氮利用率品种间临界氮浓度稀释曲线模型参数存在差异,氮高效的品种具有较低的单位生物量氮浓度和较高的曲线斜率,其各时期临界氮浓度低于氮利用率低的品种。     

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。     

Bioavailability of Zn as affected by root-induced changes of pakchoi cultivars with different Zn efficiencies

Background, aim, and scope  The Zn content in the human body is tremendously higher than that in the plant. It is vulnerable to Zn nutrition deficiency in the human body. Those who consume less animal products are subject to Zn deficiency and mainly live in the developing regions. The preventive measures against Zn deficiency in the human body, for example, Zn supplements from chemicals and Zn-fortified food, are expensive and often unattainable. We have been working on finding solutions to Zn malnutrition by screening Zn-efficient varieties of crops which can absorb more Zn from Zn-deficient soils and transfer more Zn to the edible part of crops. Pakchoi is a popular vegetable in many parts of the world. The Zn deficiency in the human body could be rectified by consuming Zn-efficient pakchoi cultivars. Rhizosphere is the ‘hotspot’ for plant–soil–microbe interactions, and the rhizospheric interactions play a key role in the micronutrient acquisition. However, little attention has been paid to the rhizosphere effects of different plant genotypes on the expression of nutrient efficiency. The aim of this study was to examine the difference of rhizosphere effect between two pakchoi cultivars with different Zn efficiencies. Materials and methods  A Zn-deficient calcareous purple soil was collected from central China. There were two Zn treatments, one with Zn addition (5 mg kg⁻¹ soil) and the other, which acts as a control, with no Zn addition. Two pakchoi cultivars were Wuyueman of Zn-efficient and Heiyoubaicai of Zn-inefficient plants. Ten seeds of each pakchoi cultivar were sown in the rhizobag. The plastic pot was filled with 0.8 kg soil with 37% of the soil in the rhizobag. The seedlings were harvested on day 45 after planting. The rhizosphere and bulk soil samples were analyzed for their physical and chemical properties, microbial biomass, and Zn concentrations. Zn in the plants was also determined. Results  The cultivar Wuyueman demonstrated a much higher depletion rate of available Zn in the rhizosphere than did the cultivar Heiyoubaicai. The available Zn in the rhizosphere of Wuyueman was lower in the rhizosphere soil (0.47 mg kg⁻¹) compared with that in the bulk soil (1.08 mg·kg⁻¹), and the depletion rate of available Zn was 56.5% under Zn deficiency. This was closely associated with the capacity of cultivar Wuyueman to take up more Zn from the soil, especially under Zn-limiting conditions. The rhizosphere pH of pakchoi cultivars was lower than that in the bulk soil, while the microbial biomass carbon in the rhizosphere was significantly higher than that in the bulk soil. Under Zn-deficient conditions, the rhizosphere pH of the cultivar Wuyueman was lower but the microbial biomass carbon was higher than those of the cultivar Heiyoubaicai. Discussion  Soil-available Zn was substantially depleted in the rhizosphere of two pakchoi cultivars, with the greater depletion rate being found in the cultivar Wuyueman rather than in the cultivar Heiyoubaicai, especially under Zn-deficient conditions. This was related to the mobilization of Zn induced by the plants with different Zn efficiencies and, thus, Zn bioavailability in the rhizosphere. The pH decrease and the increase of microbial biomass carbon in the rhizosphere of the cultivar Wuyueman might have contributed to the translocation of Zn in its rhizosphere, which allows Zn to be absorbed more easily by Wuyueman than by Heiyoubaicai. This suggests that root-induced changes in the rhizosphere of pakchoi have a certain effect on the expression of zinc efficiency. Conclusions  Root-induced changes mobilized Zn in the rhizosphere of two pakchoi cultivars and increased its bioavailability. The rate of Zn mobilization was higher in the rhizosphere of the Zn-efficient cultivar than that of the Zn-inefficient cultivar at low Zn levels. Recommendations and perspectives  Root-induced changes in the rhizosphere are important factors for the nutrient dynamics and, thus, also for the mineral nutrition of plants. Soil conditions near the roots are different from those in the bulk soil. Many results have shown that these differences depend on soil properties, fertilizer application, plant species, and other factors. Further research should focus on the environmental effects of the rhizosphere on nutrient availability.     

不同冬小麦品种氮素吸收运转特性及其与子粒蛋白质含量的关系

选用济南17、鲁麦22、泰山021三个产量水平相近,品质不同的冬小麦品种,利用15N同位素示踪技术研究氮素吸收运转特性及其与子粒蛋白质含量的关系。结果表明,小麦植株一生所吸收的氮素,72.51%～73.57%来自土壤氮,26.43%～27.49%来自肥料氮;其中11.43%来自底施氮,15.60%来自追施氮。开花期肥料氮和土壤氮在济南17中的积累量最高,泰山021最低,鲁麦22介于其间。开花后营养器官中积累的氮素向子粒转移,对子粒氮素积累的贡献为叶片>茎+叶鞘>颖壳+穗轴,品种间比较,鲁麦22转移率最高,泰山021最低,济南17介于其间。基于以上生理原因,鲁麦22最终获得最高子粒蛋白质含量。     

不同灌水处理条件下不同小麦品种氮素积累、分配与转移的差异

利用15N同位素示踪技术,研究了不同灌水处理条件下2个高产小麦品种吸收利用不同来源氮素的差异。结果表明:1)同一灌水条件下,泰山23(T23)植株氮素总积累量、来自肥料氮的量、来自土壤氮的量、肥料氮和土壤氮开花期在营养器官中的总积累量及成熟期在子粒中的积累量均显著高于山农664(S664)。2)泰山23底墒水+拔节水处理(W1)营养器官中积累的肥料氮向子粒的转移量显著高于底墒水+拔节水+开花水处理(W2),土壤氮的转移量W1与W2处理无显著差异;山农664营养器官中积累的肥料氮和土壤氮的转移量均为W2显著高于W1处理。3)泰山23的子粒蛋白质含量、灌溉效益和水分利用效率为W1显著高于W2处理,子粒产量、蛋白质产量和氮素利用效率在W1与W2处理间无显著差异;山农664的子粒产量和蛋白质产量为W2显著高于W1处理,子粒蛋白质含量、氮素利用效率、灌溉效益和水分利用效率在W1与W2处理间无显著差异。从子粒产量、蛋白质含量和氮素与水分利用效率等方面综合分析,W1和W2处理分别是泰山23和山农664高产高效的灌水方式。