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。     

玉米根系对土壤氮、磷空间异质性分布的响应

氮、磷资源富集区（patches）通常独立存在，揭示植物根系对异质性氮、磷分布的响应，对于通过根系调控充分挖掘根系高效获取氮、磷资源的生物学潜力，提高氮、磷资源利用效率具有重要的理论与实践意义。通过盆栽试验研究了3种氮、磷供应方式（氮磷均匀供应，氮磷混合局部供应，氮磷分开局部供应）对玉米根系生长和分布以及氮、磷吸收的影响。结果表明，氮磷混合和分开局部供应均显著增加了玉米根系干重。与均匀供应处理相比，氮磷混合局部供应使玉米总根长、根干重、根质量比分别增加了28%，66%和31%，磷吸收量减少了35%，但对地上部干重和氮吸收量没有显著的影响。相比之下，氮磷分开局部供应使根和地上部干重均增加55%，氮、磷吸收量分别提高58% 和81%，但对总根长和根冠干物质分配比例无显著影响；与局部供氮相比，局部供磷显著刺激了根系的生长，表明更多的干物质优先分配到局部供磷的区域。由此可见，与氮磷混合局部供应相比，在氮、磷资源分开供应条件下，玉米通过改变根系形态和分布来协调和整合对氮、磷资源的响应，从而强化根系对不同土壤氮、磷资源的摄取能力，这为优化氮、磷资源的管理和空间配置提供了重要依据。     

不同基因型棉花根系对局部供磷的响应特征

【目的】 养分异质性存在于自然土壤或农田土壤,探讨不同基因型棉花根系对异质性养分的响应,对提高棉花磷利用效率具有重要意义。 【方法】 本试验在土培条件下,设磷均质供应和磷局部供应两种供磷方式,根箱自上而下分为三层 (上层0—20 cm、中层20—40 cm、下层40—60 cm)。磷均质供应方式下根箱每一层的磷肥用量均为P₂O₅ 100 mg/kg,磷局部供应方式下磷肥用量为P₂O₅ 300 mg/kg,全部集中施在中层 (20—40 cm),上下两层均不施磷,两种供磷方式下氮钾肥均按N 150 mg/kg和K₂O 5 mg/kg均匀加入至根箱各层 (施钾量按75 kg/hm2计算),利用根箱分层研究2种基因型棉花根系对局部供磷 (20—40 cm) 响应的差异。 【结果】 局部供磷能显著改变棉花的根系形态,磷低效基因型‘新陆早13号’和磷高效基因型‘新陆早19号’总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度分别增加了38.0%、41.9%、97.6%、27.3%、35.9%和34.5%、21.7%、39.0%、22.5%、42.8%。棉花对局部供磷的响应存在基因型差异,磷高效基因型‘新陆早19号’的总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度均显著高于磷低效基因型‘新陆早13号’,分别是磷低效基因型‘新陆早13号’的1.23、1.31、1.73、1.07、1.30倍。主成分分析表明,棉花根系的可塑性主要受养分供应方式影响,而根系的基本构架主要受基因型控制。偏最小二乘回归分析表明,总根长、中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度、根系表面积和根系总体积的VIP值超过1,对地上磷吸收起着明显重要的作用,其中中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度10%的增加量可以引起地上部磷吸收2.33%的增加,即中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度对植株磷吸收的贡献最大。 【结论】 在局部供磷区,磷高效基因型棉花具有更高的环境适应能力。对于高效和低效基因型,都应采取局部供磷的方式,优化根系分布和生长,提高棉花获取异质性磷养分的能力,以发挥棉花的最大生物学潜力,提高养分利用率,减少肥料用量,保护生态环境。      

不同养分配比对高粱根系生长及养分吸收的影响

为探明高粱养分吸收和根系生长对氮、磷、钾胁迫的响应,通过长期定位试验,在高粱/玉米轮作条件下研究了不同养分配比NPK、PK、NK、NP、CK对高粱根系生长及养分吸收的影响。结果表明:与NPK相比,长期不施氮肥(PK)条件下高粱总根长增加18.29%,总根体积降低26.52%,且根系主要分布在0~10 cm土层,直径小于0.5 mm细根所占比例显著增加。不施磷肥(NK)显著抑制了高粱根系生长,总根长、总根表面积和总根体积分别降低24.03%、27.48%和41.29%。不施钾肥(NP)对细根生长有明显抑制作用。不施氮、磷、钾均降低高粱对相应养分的吸收和累积,不施氮促进了营养器官中氮和钾素向籽粒转运,不施磷或钾肥抑制了氮、磷及钾的转运。高粱对养分的吸收、积累和转运与根系形态有关,不同养分积累与运转与根系形态关系表现不尽相同:氮素、钾素积累和转运与根系形态具有较好的相关性,氮素的积累和转运与植株生物量和产量的相关性大于磷素和钾素。综上,高粱根系形态及养分吸收对氮、磷及钾胁迫响应不同,该研究可为不同养分瘠薄地高粱高效栽培提供理论依据。     

缺锌对玉米根系发育、生长素含量及生长素转运基因表达的影响

【目的】研究缺锌对玉米根系生长及根系中生长素含量与生长素运输关键基因表达的影响,揭示缺锌胁迫下玉米根系生长与生长素响应特征。【方法】以郑单958玉米为材料,进行营养液培养试验,设置Zn 0缺锌 (0 μmol/L) 和正常供锌 (1 μmol/L) 两个处理。植株干样经硝酸–过氧化氢消煮,利用原子吸收分光光度计测定消煮液锌浓度。保存于FAA溶液 (70% 乙醇︰38% 甲醛︰乙酸 = 90︰5︰5,体积比) 中的根系样品,经洗涤扫描获得数字图像,利用WinRHIZO软件分析得到根长、根表面积、根体积等指标;采用气相色谱-质谱联用仪检测根系中生长素吲哚乙酸含量;采用实时荧光定量PCR技术对玉米根系生长素转运基因ZmAUX1和ZmPIN1c表达进行定量分析。【结果】缺锌胁迫下,植株地上部锌含量低于20 μg/g,生物量显著降低;缺锌根系表面积与体积变小,总根长、侧根总长度与侧根平均长度变短,侧根密度增大,直径变细。缺锌条件下,距根尖2 cm的区域中生长素较正常供锌处理降低近30%。缺锌根系中ZmAUX1和ZmPIN1c基因表达明显受抑。【结论】缺锌胁迫下玉米根系中生长素转运关键基因表达降低,生长素含量下降,生长素分布改变,影响根系生长发育。     

供磷水平对玉米丛枝菌根侵染及其对异质养分吸收的影响

【目的】 探究酸性土壤玉米丛枝菌根侵染对植物磷素吸收的促进作用,以加深理解根外菌丝对局部磷养分的获取如何受丛枝真菌侵染和环境磷养分的影响。 【方法】 以玉米为宿主植物,进行盆栽试验。在低磷酸性土壤上设置供P 0、50、500 mg/kg 3个水平 (P0、P50、P500),供试磷肥为磷酸二氢钾。每个处理再设置局部养分处理,即在每个重复中埋置两个各装有120 g灭菌土 (提前加 P 50 mg/kg) 的塑料小管,分别用孔径为0.45 μm(根系、菌丝均不能进入,以“–H”表示处理) 和50 μm(根系不能进入,菌丝可以进入,以“+H”表示处理) 的尼龙膜封住管口。测定了玉米的生长与磷吸收、土著丛枝菌根真菌的侵染和根外菌丝密度以及菌丝对局部磷养分的获取。 【结果】 1) 玉米株高、叶片SPAD值、全株干重、磷浓度及吸收量都随供磷水平升高而增加,以P50处理的根系干重最高,根冠比随供磷水平上升而降低。3个供磷水平下玉米根系均有不同程度的丛枝菌根真菌侵染。以P50处理的丛枝菌根侵染率、丛枝和孢囊结构发育最好;P0处理的丛枝菌根侵染率、丛枝丰度与P50处理没有显著差异,但孢囊丰度明显下降;P500处理虽然87.2%的根系具有侵染点,但整个根系形成的真菌结构、丛枝和孢囊比例远低于P0和P50处理,丛枝菌根的发育受到严重抑制。2) 土体土 (除塑料管之外的土) 菌丝密度随供磷水平升高而降低,但P0和P50处理差异不显著。–H处理塑料管中的菌丝密度在3个供磷水平下基本不变,保持在极低水平,而+H处理塑料管中的菌丝密度随供磷水平升高而下降。在相同供磷水平下,土体土的菌丝密度最高,其次是+H处理,–H处理的菌丝密度最低。根外菌丝从+H处理塑料管中获取的磷随环境供磷水平的升高而减少。 【结论】 酸性土壤条件下,适当地供磷可以促进玉米根系生长和丛枝菌根真菌的侵染。根外菌丝对局部磷养分的获取受环境磷养分的调控,在环境磷养分较低而局部磷养分高于环境磷养分时,较多的菌丝会进入局部区域获取磷。      

丛枝菌根真菌对蚕豆秸秆降解及玉米养分和镉铅吸收的影响

  【目的】   丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF) 有利于作物对养分的吸收。在镉、铅污染的土壤中,作物常将镉、铅积累在秸秆中,随着秸秆的还田而释放回土壤。探究前茬蚕豆秸秆还田和丛枝菌根真菌 单施或联合施用对土壤肥力、后茬玉米的矿质养分与镉、铅吸收的影响,为AMF 在调控污染农田轮作体系矿质养分与镉铅累积的生态功能提供新认识。   【方法】   采用四室隔板分室系统进行蚕豆秸秆降解试验,供试土壤和蚕豆秸秆均来源于云南省会泽铅锌矿区污染区,土壤全镉和铅含量分别为4.5和269.0 mg/kg,蚕豆秸秆镉和铅含量分别为1.9和10.9 mg/kg。将蚕豆秸秆粉碎至粒径0.5～2.0 mm装入尼龙袋中,埋于土壤内进行腐解培养试验。玉米盆栽试验设4个处理:污染土壤对照 (CK)、接种AMF菌根 (AMF)、添加蚕豆秸秆 (SI)、接种AMF菌根同时添加蚕豆秸秆 (SI+AMF)。分析AMF对蚕豆秸秆降解、矿质养分 (N、P、K) 与镉铅释放、土壤速效养分含量、玉米生长、矿质营养和镉铅吸收的影响。   【结果】   接种AMF显著提高蚕豆秸秆的降解量、矿质养分和镉铅释放量,促进蚕豆秸秆降解。与AMF处理相比,AMF+SI处理玉米根系的AMF侵染率提高了12%。SI处理显著增加土壤速效养分含量和玉米植株钾含量,降低玉米根部的镉含量,但对玉米株高和生物量没有显著影响。接种AMF、SI+AMF处理显著提高土壤速效氮、磷、钾含量,增加玉米氮、磷、钾含量与吸收量,显著提高玉米株高和生物量,同时显著降低土壤有效态镉、铅含量和玉米植株镉、铅含量。双因素分析表明,接种AMF和添加秸秆对土壤速效氮、磷、钾含量影响显著,但接种AMF对植株矿质元素吸收量、土壤有效态镉、铅含量和植株镉、铅含量作用显著,接种AMF与添加秸秆对各测定指标没有显著的交互作用。   【结论】   AMF能促进前茬秸秆降解、养分和镉铅的释放。接种AMF在提高土壤氮、磷、钾养分含量,降低有效态镉、铅含量,提高玉米对氮、磷、钾的吸收,降低镉和铅在玉米植株内的积累量等方面,均显示出良好的应用前景。虽然接种AMF与秸秆还田没有表现出显著的交互作用,但秸秆还田可增加AMF在玉米根部的侵染率,因此,在使用AMF菌剂时应考虑秸秆还田。     

滴灌玉米苗期根系形态对启动磷肥施用位置的响应

通过模拟试验,研究启动磷肥施用在土壤中不同位置对滴灌玉米苗期生长、根系形态发育以及根系与土壤磷养分空间分布的影响,为明确启动磷肥最佳施肥位置及其对滴灌玉米苗期生长的影响提供理论依据。利用根箱设置启动磷肥:(1)模拟滴灌施肥(T1);(2)种子侧方5 cm、下方5 cm穴施(T2);(3)种子侧方5 cm、下方12 cm穴施(T3);(4)不施启动磷肥(CK)4个处理,根据大田启动磷肥施用量(P₂O₅ 30 kg/hm²)设置启动磷肥用量为P₂O₅ 0.2 g/kg土。分析各处理对玉米苗期生长、根系构型、根系与土壤磷养分分布状况的影响以及评价根系与土壤磷养分空间匹配度。结果表明:在玉米出苗后14,21天,施用启动磷肥显著增加了玉米总根长、总表面积、一级侧根和二级侧根数量,总体表现为T2最高,T1和T3次之,CK最低,但玉米初生根根条数和主胚根根长在各施肥处理间无显著差异。出苗后21天,土壤速效磷T1主要分布于垂直0—9 cm、水平0—18 cm范围内,T2主要分布于垂直3—12 cm、水平0—11 cm范围内,T3分布于垂直11—20 cm、水平0—11 cm范围内,根系分布T1主要集中于0—9 cm的土层中,T2主要集中于垂直5—15 cm、水平0—12 cm土层中,T3主要集中于垂直12—18 cm、水平0—9 cm土层中。各施肥处理中根系与土壤磷养分分布的空间匹配程度表现为T2>T3>T1。玉米出苗后7天,各处理间玉米干重和磷养分积累无显著差异,出苗后14,21天,启动磷肥处理玉米干重和磷养分积累显著高于CK,其中T2玉米干重和磷养分积累量最大,且显著高于T1和T3,但T1和T3之间无显著差异。启动磷肥穴施于种子侧下方5 cm处对玉米生长表现最佳,主要原因是养分分布位置与根系分布空间最匹配,有利于根系吸收磷素,同时促进了施肥区玉米侧根增生,扩大根系与土壤的接触面积,并增加了玉米的磷吸收量以及生物量。采用滴灌施用启动肥也能起到促进根系生长的作用,但是根系分布较浅。     

根系高效铵吸收系统是玉米获取氮素的重要补充机制

【目的】本研究旨在通过对植株根系铵吸收特征研究,揭示旱地玉米的氮素营养特征,研究结果为玉米补充氮素营养提供了一定的理论依据。 【方法】以玉米高产品种“郑单 958”为供试材料,采用水培试验模拟了玉米植株生长中的氮素营养环境,研究了玉米幼苗生长对不同氮素形态的反应;采用非损伤微测技术 (NMT),重点研究了不同供氮状况下玉米根系对 NH₄+ 的吸收特征,并与其吸收硝态氮的规律进行了比较;利用实时定量 PCR 技术,初步揭示了玉米根系中的铵吸收蛋白 (AMT) 基因对铵的响应特征。 【结果】单一供应铵态氮条件下,玉米地上部鲜重、全株干重及根系含氮量与纯硝态氮条件下相近,表明铵态氮也可作为玉米的有效氮源。非损伤微测研究结果表明,玉米幼苗根系铵吸收过程呈典型的高亲和吸收特征 (表观 Km 值约为 60 μmol/L),推测这一过程是由高亲和的转运体蛋白介导。氮饥饿预处理使根系的铵吸收速率 Vmax 和 Km 值分别降低了约 3 倍和 1 倍。这一现象与水稻等作物不同,暗示玉米的铵吸收过程可能不存在反馈抑制现象。另外,介质中硝态氮的存在对根系的铵吸收具有显著抑制作用 (抑制效果 > 20%);在供试微摩尔浓度范围内,根系对 NO₃– (100 μmol/L) 的吸收速率显著低于对相同浓度 NH₄+ 的吸收。进一步对主要在玉米根系中表达的铵吸收蛋白基因 ZmAMT1;1a 和 ZmAMT1;3 的定量 PCR 分析表明,上述基因在维持供铵状态下的表达量较缺氮处理均有显著提高,与铵吸收测定结果相符。 【结论】玉米根系中保留着高效铵吸收系统,在低硝态氮浓度下,该系统对铵态氮的高效吸收可作为其获取足够氮源的一个重要的机制。高硝态氮则抑制玉米根系对铵态氮的吸收,以避免氮素吸收利用系统在功能上的冗余。     

蚯蚓与菌根提高玉米生长和氮磷吸收的互补效应

【目的】蚯蚓和丛枝菌根真菌处于不同的营养级,但在促进植物生长和提高土壤肥力等方面却都发挥着积极作用。研究蚯蚓菌根互作及其对玉米吸收土壤中的氮、磷养分的影响,可为提升土壤生物肥力及促进农业的可持续发展提供理论依据。【方法】本研究采用田间盆栽方式,以玉米为供试作物,研究蚯蚓(Eisenia fetida)与丛枝菌根真菌(Glomus intraradices)互作及其对玉米养分吸收的影响。试验设置P 25和175 mg/kg两个水平。每个磷水平进行接种与不接种菌根真菌以及添加与不添加蚯蚓,共8个处理。调查了玉米生长、养分吸收以及真菌浸染和土壤养分的有效性。【结果】两个磷水平下,蚯蚓和菌根在增加玉米地上部和根系生物量方面有显著正交互作用(P0.05)。接种菌根真菌的各处理显著增加了玉米的侵染率及泡囊丰度、根内菌丝丰度等菌根指标。同时添加蚯蚓和接种菌根真菌的处理(AM+E)显著提高了菌根的侵染率、菌丝密度、丛枝丰度和根内菌丝丰度但是泡囊丰度有所下降。两种磷水平下,AM+E处理玉米地上部和地下部含氮量和含磷量均显著高于其他三个处理。在低磷条件下,地上部氮磷总量的增加分别是添加蚯蚓和接菌的作用;而地下部磷总量的增加主要是菌根真菌的作用。在高磷条件下,单加蚯蚓显著增加玉米氮磷的总量,而接种菌根真菌对玉米氮磷吸收的影响未达显著性水平。在高磷条件下,单加蚯蚓的处理显著提高玉米地上地下部生物量(P0.05),而单接菌的处理效应不显著,蚯蚓菌根互作通过提高土壤微生物量碳、氮实现对玉米生长和养分吸收的调控。在低磷条件下,单接菌显著提高了玉米的生物量(P0.05),单加蚯蚓的处理具有增加玉米生物量的趋势。菌根真菌主要促进玉米对磷的吸收,蚯蚓主要矿化秸秆和土壤中的氮磷养分增加土壤养分的有效性,蚯蚓菌根互作促进了玉米根系对土壤养分的吸收并形成氮磷互补效应。【结论】无论在高磷还是低磷水平下,蚯蚓菌根相互作用都提高了玉米地上地下部生物量、氮磷吸收量同时提高了土壤微生物量碳、氮。蚯蚓菌根相互作用对植物生长的影响取决于土壤养分条件。在高磷条件下(氮相对不足),蚯蚓菌根互作通过调控土壤微生物量碳、氮调控玉米生长和养分吸收。低磷条件下,菌根主要发挥解磷作用,蚯蚓主要矿化秸秆和土壤中的氮素,蚯蚓和菌根互补调控土壤中氮、磷,从而促进植物的生长和养分吸收。     

蚕豆增加直径为0.3~0.7 mm的中等根系根长适应土壤异质养分供应

【目的】 土壤养分通常呈异质分布。蚕豆根系具有很强的养分活化能力,苗期蚕豆的生物量积累对土壤养分供应不敏感,研究蚕豆根系形态对异质养分供应的响应,为挖掘作物高效利用土壤养分的生物学潜力提供理论依据。【方法】 采用盆栽试验,设四个处理:均质供应低量氮磷钾养分;异质供应低量氮磷钾养分;均质供应高量氮磷钾养分;异质供应高量氮磷钾养分。测定蚕豆生物量、根系形态特征、根际过程和地上部养分吸收。【结果】 蚕豆地上部生物量在3.0~4.0 g/pot之间,根系生物量是地上部生物量的20%左右,四个处理间没有显著差异。在低养分土上,异质养分供应处理的蚕豆总根系长度比均质养分供应高46.0%。异质养分供应诱导了中等根系（0.3~0.7 mm）的增生,增加了根系总长度。在高养分土上,未供应养分一侧的蚕豆根系长度为1.7 m/pot,明显高于供应养分的一侧54.5%,后者与均质养分供应的根系长度无明显差异。无论低养分还是高养分土处理,直径为0.3~0.7 mm的中等根系都是蚕豆根系的主体,分别占总根长的67.5%和73.1%。蚕豆比根长在40.0~65.0 m/g之间。在低养分土上,异质养分供应蚕豆两侧的比根长显著高于均质养分供应处理41.4%和43.8%,但两侧比根长并无明显差异,说明异质养分供应能够减少根系的直径,增加根系的表面积。蚕豆根际酸性磷酸酶活性在PNP 0.22~0.53 μmol/（g·h）（干土）之间。在低养分土中,均质与异质供应养分两侧的根际磷酸酶活性并无显著性差异。蚕豆根系分泌的有机酸阴离子种类有苹果酸阴离子、柠檬酸阴离子和琥珀酸阴离子,每种有机酸阴离子浓度在处理间无明显差异。所有处理蚕豆地上部养分浓度均在养分亏缺临界浓度之上。养分供应方式和强度对蚕豆地上部的氮磷钾浓度和吸收量没有显著影响。【结论】 蚕豆根系能够感知土壤养分供应的状况,改变不同直径根系的比例和0.3~0.7 mm直径根系的长度,增强吸收土壤养分的能力。     

黄腐酸钾与化肥控释袋促进桃树生长及氮肥吸收利用

【目的】腐植酸和缓（控）释肥已被证明可有效减少氨挥发,提高氮肥利用率。本试验将黄腐酸钾与化肥置于纸塑复合材料制备的肥料袋内以实现肥料中养分的控制释放,以期为桃园科学高效施肥提供新的手段。【方法】以2年生盆栽桃京青14（毛桃嫁接苗）为试材,进行了普通化肥和15N示踪技术两个盆栽试验。在相同养分投入量和施用方法前提下,试验均设2个肥料处理:化肥（CF）、化肥加黄腐酸钾（CF+FA）。使用两种肥料袋:普通80目尼龙袋（NB,孔径0.178 mm）;特制纸塑复合材料控释袋（PB,孔径为0.2 mm,微孔间距0.5 cm）,共四个处理。氨挥发用静态箱内置硼酸吸收池法采集后,用0.005 mol/L H2SO4滴定;桃幼树新梢停长后,对桃树地上部生长指标进行测量;利用WinRHIZO根系扫描系统分析根系的总根长、总表面积、总体积和平均直径等数据;全氮含量用凯氏定氮法测定,15N丰度用MAT-251质谱计测定。【结果】 1）NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理能够降低氨挥发总累积量,与NB/CF相比分别降低14.4%、54.3%和63.1%;且能够降低氨挥发速率峰值并延后峰值出现的时间。2）NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理能够提高植株氮肥利用率和土壤中氮肥残留率,分别提高33.6%、100.5%、157.9%和8.6%、30.0%、39.8%。3）与NB/CF相比,NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理可以促进桃幼树的生长发育,根系的总根长、总表面积、总体积和平均直径均显著提高;根系活力分别提高6.6%、17.5%和22.7%;植株干茎增量分别提高12.2%、26.2%和41.8%;植株一级侧枝总长度分别提高16.2%、35.1%和53.6%;植株一级侧枝茎粗分别提高8.2%、20.8%和28.4%。【结论】与普通尼龙袋相比,黄腐酸钾与化肥置于控缓袋中,能显著减少氨挥发,增加土壤氮肥残留,提高根系活力并增加根系生物量,从而提高氮肥利用率,有利于桃树新梢生长和树势健壮。     

红砂根系形态和功能特征对CO2浓度升高和降水量变化的响应

【目的】探明CO₂浓度升高及降水变化对红砂 (Reaumuria soongorica) 根系形态结构及其功能特征的影响,为预测未来荒漠生态系统中CO₂浓度升高及降水变化下荒漠植物红砂的生长提供基础数据和理论参考。【方法】采用盆栽试验和开顶式CO₂控制气室,研究了红砂根系形态及功能特征对不同CO₂浓度变化 (350、550和700 μmol/mol) 和降水处理 [–30%、–15%、100% (自然降水)、+15%、+30%] 的响应。【结果】CO₂浓度升高、降雨量变化及二者的交互作用对红砂总根长、总表面积、根生物量和根平均直径均有极显著影响 (P < 0.01),CO₂浓度升高和降水量变化对红砂根冠比、比根长和比表面积均有极显著影响 (P < 0.01),而两者的交互作用对其影响不显著 (P > 0.05)。CO₂浓度升高和降水量变化显著提高了红砂总根长、总表面积、总根体积、根生物量和根平均直径 (P < 0.01),但总根长、总表面积、总根体积和根平均直径在降水量减少时的增加量大于降水量增加时的增加量 (平均高出18.53%),生物量在降水量增加时的增幅大于降水量减少时的增幅 (平均高出120.84%)。红砂根冠比在降水量减少时比降水量增加时提高更显著 (平均高出57.14%),CO₂浓度升高显著降低了红砂的根冠比。降水量增多,红砂比根长和比面积显著降低,CO₂浓度升高则显著提高了这两个指标。降水量增加显著提高红砂根系的碳、氮含量,CO₂增加显著增加根系碳含量而降低氮含量;CO₂升高和各降水量的耦合导致红砂根系的C/N随CO₂的升高而升高,随降水量的增加而呈波浪形变化。【结论】CO₂升高对除红砂根冠比以外的根系形态指标具有显著的正效应,总根长、总根体积、根平均直径、根冠比、比根长和比表面积对降水量减少的响应更为显著,而总表面积和根生物量则对降水增加的响应较为显著。红砂可通过升高C/N来响应CO₂浓度的升高,但C/N比对CO₂与降水量耦合的响应则因CO₂浓度及降水量多少而不同。     

缺氮胁迫下含Na+叶面肥对花生生长的抑制及补氮后的恢复效应

【目的】叶面肥中的钠离子（Na+）大多为伴随离子,其对作物的影响通常被忽视。实践中,Na+对作物的作用包括促进和抑制两方面,取决于作物营养生理状况。研究Na+对花生的抑制与缺氮（N）胁迫的关系,探索补施氮素对上述抑制作用的恢复效应,可为花生高效合理施肥提供理论依据。【方法】盆栽试验在山东省花生研究所人工气候室内进行,设喷施肥料中含Na+0、2.0、10.0 mg/pot 3个水平,依次记为T0、T1和T2。测定了花生叶片光合作用、茎叶及根干物质累积、根系形态特性和养分吸收,比较了缺氮胁迫（T0、T1、T2）和后期补施尿素态N（T0-N、T1-N、T2-N）条件下Na+对花生影响的差异,并深入分析花生Na吸收与干物质累积和氮（N）、磷（P）、钾（K）养分吸收的相关关系。【结果】1）缺氮胁迫条件下,叶面喷施Na+显著抑制了花生的光合作用,净光合速率由CO₂ 11.4 μM/（m2·s）下降到CO₂ 6.7~7.5 μM/（m2·s）。茎叶和根干重T0（6.4和2.4 g/pot）>T1（5.7和1.9 g/pot）>T2（5.3和1.5 g/pot）。与T0相比,根总长度、总表面积和总体积T1处理下降了7.8%~10.5%,T2处理显著下降了27.5%~31.8%。植株Na与N、K含量呈显著负相关关系（P < 0.05）,花生Na吸收量每增加1.0 mg/pot,植株总的N、K吸收量分别下降26.6和20.9 mg/pot。2）后期补充喷施氮素条件下,施Na+处理花生茎叶干物重比不施Na+处理增加了20.3%~25.8%。补施氮素后,施Na+促进了茎叶对N、P、K的吸收,N的吸收量增加了9.2%~19.2%,P增加了20.0%~42.3%,K增加了21.4%~24.0%。相关性分析表明,花生植株总干物重及P、K含量在补施氮素后与Na含量呈显著正相关关系（P < 0.05）。【结论】Na+对花生生长及养分吸收的影响与氮素营养有关。在缺氮胁迫下,Na+对花生的生长为抑制作用,抑制程度随喷施量增加而加重,高浓度Na+显著抑制根茎叶干物质的累积和N、K养分的吸收。补施氮肥提高了花生植株对Na+的适应性,恢复了光合作用及养分吸收能力,消除了Na胁迫的危害作用,产生“N-Na”协同促进效应。     

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。     

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。      

不同年代玉米品种氮素利用效率与其根系特征的关系

【目的】玉米品种根系构型及解剖结构决定着其氮素利用的效率。研究不同年代推广的玉米品种根系构型与解剖结构的演进规律,可为选育高产氮素高效利用型玉米新品种提供理论依据。 【方法】以20世纪80年代至今推广的8个玉米品种掖单13号（YD13）、农大108（ND108）、郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）、京科968（JK968）、中单909（ZD909）、登海605（DH605）、登海618（DH618）为试验材料,进行大田和土柱栽培两种试验。大田试验施氮量为N 236.25 kg/hm2和不施氮,土柱试验为N 4.5和1.5 g/plant,定期取样测定根系相关指标、干物质及氮素积累与分配。 【结果】近代玉米品种籽粒产量和氮素积累量均显著高于早期品种,高氮处理2000's以后品种（JK968、ZD909、DH605、DH618）较之前的4个品种分别增加14.7%和11.7%,低氮条件下分别增加16.1%和20.6%;高氮处理,1990's玉米品种ND108、ZD958根系干重较1980's品种YD13平均减少54.2%,2000's以后的品种JK968、ZD909、DH605、DH618较1990's玉米品种平均增加23.2%,但仍少于YD13;次生胚根数目随品种更替呈现逐渐增加趋势;根系皮层通气组织（RCA）占根系横截面积的比例随品种更替呈现增加趋势,而根系皮层细胞层数（CCFN）和细胞大小（CCS）虽有差异,但并无明显变化趋势;2000's以后品种D95（95%的根系干重所达到的土层深度）较之前品种增加23.7%,表明近代品种根系下扎能力增强,在深层土壤中的根系分布比例增加。在同一氮素水平下,根干重、D95、RCA%与氮素积累量呈显著线性正相关,根系呼吸速率和氮素积累量呈显著线性负相关。 【结论】现代玉米品种的氮素吸收量与氮素利用效率显著高于早期品种,在低氮条件下优势更明显。随品种更替,次生胚根数目增多,利于玉米苗期的生长;根系总量呈现先减少后增加的趋势,根系下扎能力明显增强,深层土壤中根系显著增加。现代玉米品种根系RCA占根系横截面积比例显著增加,减少了根系呼吸消耗,有利于产量的提高。     

提高营养液镁浓度可缓解黄瓜幼苗亚低温胁迫

【目的】我国北方地区冬春季栽培黄瓜经常遭受亚低温 (15℃/8℃) 胁迫,用标准营养液育苗常会造成黄瓜植株矮小、叶片发黄等问题。研究调整营养液中镁和钾离子浓度,以便达到缓解亚低温对黄瓜幼苗伤害作用的目的。【方法】选用‘博耐 3000'黄瓜幼苗为试材,利用人工气候箱,以常温 (25℃/18℃) 下黄瓜山崎标准营养液配方 (K+ 6 mmol/L、Mg2+ 2 mmol/L) 为对照,在标准营养液其他元素保持不变的基础上,设置两个钾离子水平 (K+ 6、12 mmol/L),4 个镁离子水平 (Mg2+ 2、4、6、8 mmol/L),在亚低温 (15℃/8℃) 下栽培黄瓜幼苗,于处理后幼苗生长的 0、7、14、21 d 调查了不同镁钾水平营养液栽培的黄瓜幼苗的根系形态、干物质积累和分配以及对钾和镁元素吸收。【结果】1) 亚低温下适当增加营养液中的 Mg2+ 浓度,能显著提高黄瓜幼苗的壮苗指数,当营养液中 Mg2+ 和 K+ 均为 6 mmol/L 时,壮苗指数达到最大值 0.17;2) 镁和钾对根系形态影响不同,K+ 浓度与根长和根系总表面积成正相关,且主要影响直径范围为 0～0.5 mm 的根系,Mg2+ 与根系平均直径正相关且主要影响 > 1.0 mm 的根系;较高的 K/Mg 比例有利于黄瓜 0～0.5 mm 根系的生长,根系总长和总体积的增加,但显著抑制了 0.5～1.0 mm 和 > 1.0 mm 根系的生长。3) 亚低温下,茎叶中干物质量降低而根中升高,在 K1 (6 mmol/L) 水平时,随 Mg2+ 浓度升高,根和茎中干物质量升高,叶中干物质表现为先升高后下降,且营养液中高浓度的 Mg2+ 有利于干物质向叶中分配。4) 营养液中镁离子浓度小于 6 mmol/L 时,一定程度地提高 Mg2+ 浓度能促进对 K 的吸收,营养液中的 Mg2+ 和 K+ 在镁钾吸收上表现为协同作用,当 Mg2+ 大于 6 mmol/L 时,镁和钾表现为显著的拮抗作用;亚低温下,根茎叶的镁吸收量相比 CK 分别下降 25%、72% 和 58%,而营养液中 K+ 和 Mg2+ 均为 6 mmol/L 时,有利于缓解这一阻碍效果。【结论】冬春季黄瓜育苗时,山崎黄瓜配方营养液中的 Mg2+ 和 K+ 均为 6 mmol/L 而其他元素浓度保持不变时,黄瓜幼苗的壮苗指数、根系形态、干物质积累和钾镁元素综合效应表现较好,能有效地抵御亚低温对黄瓜幼苗的伤害。     

供氮和不供氮条件下玉米穗部性状的QTL定位

【目的】分析供氮（+N）和不供氮（-N）2种条件下玉米穗部性状QTL定位结果的差异,挖掘在-N条件下特异表达的主效QTL,为玉米的氮高效分子育种提供理论依据。 【方法】以优良玉米自交系许178（氮高效）×K12（氮低效）衍生的150个F₇代重组自交系（recombinant inbred lines,RILs）为试验材料,在+N和-N 2种处理条件下进行2年的田间试验,对玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和单株产量共5个穗部性状进行表性鉴定。使用基于混合线性模型（mixed liner model,MLM）的最佳线性无偏预测法（best linear unbiased prediction,BLUP）,结合2年的表型数据,估计各家系各性状在不同氮水平下的育种值。然后利用QTL IciMapping V4.0软件的完备区间作图法（inclusive composite interval mapping,ICIM）对这5个性状的育种值进行+N和-N条件下的QTL分析。 【结果】玉米的穗长、穗粗和穗行数在不同氮水平下差异不大,而行粒数和单株产量在-N条件下呈现出显著降低的结果。两种氮水平下共定位到20个穗部性状QTL,其中+N条件下定位到11个QTL,包括穗长2个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量5个。-N条件下定位到9个QTL,包括穗长1个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量4个。这些QTL分布在除第2染色体以外的其余染色体上。两种氮水平下定位到5个“一致性QTL”,分别为qEL7a,qED7a,qRNE9b,qGYP1a和qGYP6a,这5个“一致性QTL”具有较高的表型贡献率,在不同氮水平下的贡献率均超过了10.00%。在-N条件下共发现4个特异表达的QTL,分别为qRNE9a,qKNR6a,qGYP3a和qGYP8a,其中qRNE9a和qGYP3a是贡献率超过10.00%的主效QTL。无论是在+N还是-N条件下,都发现了控制不同性状的基因之间紧密连锁或是同一个基因的一因多效现象,这与穗部各性状间的高度相关性表现一致。 【结论】控制玉米穗部性状的基因在不同氮水平下的特异性表达直接导致了玉米穗部性状表型上的差异。5个“一致性”主效QTL和2个在不供氮条件下特异表达的主效QTL,均有利于提高玉米抵抗低氮胁迫的能力。研究中发现的几个控制玉米穗部性状的QTL富集区可能存在一些关键基因,值得进一步研究。     

沙柳和柠条灌丛分枝生长对模拟降雨改变的响应

利用模拟降雨操纵试验(对照、降雨增加45％和减少50％),研究第2年沙柳和柠条灌丛不同径级分枝生长对模拟降雨改变的响应.结果表明:1)沙柳10～15 mm径级的分枝基径、枝长和生物量对降雨改变有一定响应,15 ～ 20 mm径级分枝枝长和生物量对降雨改变有响应;干旱显著降低了10 ～ 15 mm径级枝长和生物量的增加量,而增水增加了15～20 mm径级枝长和生物量的增加量,其他径级对降雨改变无显著响应.2)柠条＜20 mm径级的基径生长对降雨改变均有显著的响应,但只有＜ 10 mm径级枝长对降雨改变有显著响应,小径级分枝对降雨改变的响应更敏感.增水增加了＜ 10 mm径级生物量,而干旱并未导致该径级生物量显著降低;增水对10～20 mm径级生长季生物量并未产生影响,但干旱导致该径级生物量显著降低.3)增水导致沙柳和柠条每丛生物量增加量分别为11.3％和35.5％,而干旱导致每丛生物量增加量分别下降14.2％和36.8％,降水改变对柠条生长的影响要大于沙柳.该研究可为未来降雨格局改变下,2种灌木的生长动态和生产力预测提供理论依据.