大气 CO2 浓度升高对水稻氮代谢影响的研究进展

自工业革命以来,大气中浓度不断升高的CO2对C3植物生长发育的影响十分显著。CO2浓度升高条件下,植物光合作用增强,C同化产物增多,C、N代谢的平衡受到影响,植株N代谢发生变化。水稻(Oryza sativa L.)作为世界上最主要的食物来源之一,其N素营养状况的变化必然引起人类食物品质的改变,近年来已成为人们关注的焦点。本文结合气室条件的研究结果,从水稻N吸收和N积累量、N浓度、N代谢相关酶、不同形态的N(主要是蛋白氮)、C/N比、根系含N分泌物以及N与光合适应的关系等方面,重点收集和整理开放式空气中CO2浓度升高(FACE,Free Air Carbon-dioxide Enrichment)条件下水稻对N素的吸收、分配和利用等方面的研究进展,并对有待进一步深入的问题进行了探讨。     

生长调节剂对玉米氮代谢的影响

采用田间小区试验,研究了植物生长调节剂不同配方对玉米光合特性、氮素代谢以及玉米子粒产量与蛋白质含量的影响。结果表明,调节剂不同配方处理能明显提高子粒灌浆期玉米功能叶叶绿素的含量和净光合速率,功能叶与茎秆中的全氮和蛋白氮的减少量,功能叶的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶与转化酶活性及子粒谷氨酰胺合成酶与转化酶活性;灌浆中、后期玉米功能叶蛋白水解酶活性和玉米子粒产量、子粒蛋白质含量及蛋白质产量。在生长调节剂中,PGR4处理玉米子粒的蛋白氮含量比对照提高1.35.g/kg,子粒产量比对照增加9.5%,子粒蛋白质产量比对照增加19.6%;PGR3处理玉米子粒的蛋白氮含量比对照提高0.78.g/kg,子粒产量比对照增加11.4%,子粒蛋白质产量比对照增加17.4%,是较合理的配方。     

不同氮效率水稻生育后期氮代谢酶活性的变化特征

以不同氮效率水稻基因型为供试材料,研究了两个供氮水平下水稻生育后期功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白浓度和氮转运量以及氮代谢关键酶的变化。结果表明:与对照相比,施氮处理能显著增加不同氮效率水稻功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白的浓度和氮转运量。在不同的施氮水平下,水稻从齐穗至成熟顶三叶的氮浓度降低了60%～67%;而茎秆氮在生育后期对籽粒氮的贡献取决于环境供氮水平,与对照相比施氮处理水稻从茎秆转运出的氮大幅提高,在不同的供氮水平下南光的叶片和茎秆氮转运量显著高于Elio。与对照相比,施氮处理增加齐穗期时硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性。随生育期的推进,四种氮代谢酶活性随之降低。南光的NR和GS酶活性显著高于Elio,但NR活性受水稻生育期和环境供氮水平的影响较大;南光的GOGAT和GDH的活性显著低于Elio。相关分析表明,NR和GS活性与功能叶和茎秆的氮转运量呈显著正相关。这就意味着水稻生育后期功能叶和茎秆的NR和GS活性高,尤其是GS活性高是筛选水稻氮高效的重要指标。     

氮素营养水平对水稻幼苗氮代谢的影响

以超级稻“两优培九”为试验材料,研究了不同氮素营养水平对其氮代谢关键酶活性的影响。结果表明,叶片硝酸还原酶（NR）活性和氮素水平具有较复杂的相关关系。叶片谷氨酰胺合成酶（GS）活性随氮素营养的增加而提高,根系GS活性在氮素水平过高时反而下降。氮素营养在2N以下时,叶片谷-丙转氨酶（GPT）和谷-草转氨酶（GOT）活性随氮素营养的增加而提高,当氮素水平继续升高时活性则下降;当氮素水平在N处理以下时,根系GPT和GOT活性随氮素营养的增加而提高;当氮素水平高于N处理时,则随氮素营养的增加下降。叶片和根系中上述酶的活性不同,而且活性高峰值出现时期不同,反映了叶片和根系氮代谢的差异。叶片和根系的蛋白质和游离氨基酸含量及叶片叶绿素含量随氮素营养水平的提高而增加,各处理叶片和根系蛋白质含量呈显著正相关,叶片蛋白质和游离氨基酸含量高于根系。     

2种缓/控释肥对滨海盐碱地区水稻产量及氮代谢的影响

为实现节本增效稻作,缓解大量、多次追肥引发不良环境效应,以中晚熟粳稻盐丰47为试材,设常规化肥、中科虹稳定性复合肥、炭基肥料3种处理及空白对照组,研究缓/控释肥对水稻生长发育、氮代谢酶活性及产量构成的影响。结果表明,施用2种新型肥料的产量与常规处理相比无显著差异。从产量构成来看,中科虹稳定性复合肥和常规化肥高产主要归因于较多的有效穗数,而炭基肥料依靠较高水平的穗粒数、结实率和千粒重维持产量;从氮代谢角度分析,2种新型肥料提高了齐穗期水稻功能叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、亚硝酸还原酶(NiR)活性及可溶性蛋白含量,而常规处理谷氨酸合成酶(GOGAT)活性显著高于其他处理和空白对照组。中科虹稳定性复合肥中硝化抑制剂、脲酶抑制剂等组分保证了较长的养分释放周期,改善了植株生长关键阶段氮代谢能力,特别是分蘖末期起保蘖增穗的作用;而炭基肥料中生物炭等有效组分增强了土壤养分固持能力,提高了可提取态养分含量及其有效性。因此,科学施用中科虹稳定性复合肥和炭基肥料可在稳产基础上减少化肥用量(较常规处理分别减少151.50,187.50 kg/hm~2),对肥料投入较高的滨海盐碱地区发展绿色可持续农业具有应用价值。     

施氮量对稻茬弱筋小麦籽粒氮代谢及灌浆的影响

为探讨施氮量对稻茬弱筋小麦籽粒氮代谢相关酶活性和籽粒蛋白质合成的影响,在大田试验条件下,设置0、75、150、225、300 kg·hm^-2 5个施氮水平,研究不同施氮处理对小麦籽粒氮代谢关键酶活性、籽粒可溶性蛋白、游离氨基酸含量及灌浆特性的影响。结果表明,在0～300 kg·hm^-2施氮范围内,随着施氮量的增加,小麦灌浆期硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)活性呈上升趋势,与不施氮处理相比,施氮处理下灌浆期试验点一和试验点二小麦籽粒NR活性提升了0.48%～28.26%和9.49%～23.02%、GS活性提升了7.65%～46.46%和15.97%～57.32%、GPT活性提升了18.79%～74.20%和10.31%～65.13%、GOT活性提升了-5.58%～55.23%和29.76%～66.59%。小麦灌浆期籽粒游离氨基酸、可溶性蛋白、籽粒蛋白质含量和各蛋白质组分含量均随施氮量的增加而增加,当施氮量高于225 kg·hm^-2时,小麦籽粒蛋白质含量超过国家弱筋小麦蛋...     

干旱胁迫对春大豆氮代谢关键酶活性的影响

为探讨不同大豆品种各关键酶活性间的差异与抗旱性的关系,以耐旱型大豆品种黑农44和敏感型品种黑农65为试验材料,研究不同时期干旱胁迫及复水对大豆叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰氨合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)3个氮代谢关键酶的影响。结果表明:在正常供水条件下,随着生育进程的推进,大豆叶片NR活性呈单峰曲线,GS和GOGAT活性呈双峰曲线。苗期2个品种在轻度和中度胁迫下NR活性相差不大,在重度胁迫下活性明显下降;GS酶活性随干旱胁迫程度增加而升高;GOGAT活性随干旱程度的增加而降低。不同时期干旱复水后,耐旱型品种黑农44的NR活性明显大于正常供水处理,而敏感型品种黑农65明显低于正常供水处理;但GS活性与NR恰好相反;GOGAT活性升高,但仍低于正常供水处理。耐旱型品种黑农44叶片NR、GS和GOGAT活性均高于敏感型品种黑农65,因此可通过提高NR、GS和GOGAT活性来减轻干旱胁迫对大豆的伤害。本研究可为大豆品种的筛选和抗旱栽培提供理论依据。     

硒对水稻碳氮代谢及产量的影响

通过盆栽模拟试验研究了硒对水稻生长、碳氮代谢以及产量的影响。结果表明,施硒显著提高了水稻叶片、根及大米中硒的含量,硒对水稻株高影响不大,但显著提高了水稻的秸秆鲜重以及籽粒产量;施硒能提高水稻叶片的叶绿素含量,对光合速率具有提升作用,增强了水稻对光合碳的同化能力,从而提升了植株根及叶片的可溶性糖含量;施硒显著提高了水稻叶片及根中谷氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶以及硝酸还原酶的活性,增强了水稻对氮素的同化代谢能力;硒对碳氮代谢产物可溶性蛋白影响不大,但是在显著提高水稻叶片氮含量的基础上降低了中间代谢产物游离氨基酸的含量,说明硒促进了碳氮代谢中间产物游离氨基酸向大分子有机含氮化合物的转化。试验结果说明,硒对产量的提升作用可能是通过影响碳氮代谢过程来实现的。     

锌铬复合胁迫对水稻植株碳氮代谢的影响

通过盆栽试验,研究了锌铬复合胁迫对水稻植株碳氮代谢的影响。结果表明,在锌铬复合胁迫下,随着土壤中锌、铬浓度的增加,水稻干物质积累量降低,根冠比及根系可溶性糖含量呈增加的趋势,而茎鞘及叶中可溶性糖含量呈降低的趋势;根系、茎鞘及叶中可溶性蛋白含量和全氮含量则呈高低起伏的变化。偏相关分析表明,土壤中锌、铬浓度与水稻根系、茎鞘及叶中可溶性糖含量,水稻根系可溶性蛋白含量均产生了Zn-Cr协同效应,而与全氮含量未产生复合效应。这说明在重金属胁迫下,水稻通过协调自身源流库的关系,提高其对逆境的生态适应能力。     

节水栽培水稻某些氮代谢生理特性研究

田间试验研究了节水栽培对水稻某些氮代谢生理特性的影响。结果表明,覆膜旱作水稻产量比常规水作显著降低,与裸地旱作相比则显著提高;3种栽培模式水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶、谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性均表现为生育前期较高、生育后期较低的动态特征。与常规水作相比,生育前期覆膜旱作水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶和谷丙酰胺合酶活性均有所增加;整个生育期间谷草转氨酶活性有所提高而谷丙转氨酶活性则降低。与裸地旱作相比,覆膜旱作对水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶、谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性都有提高。水分胁迫对氮代谢生理特性及产量具有一定的负效应,而覆膜旱作能不同程度缓解这种效应,甚至有所促进;适量增加氮肥用量可以提高覆膜旱作氮代谢生理活性（尤其生育早期）及产量。     

低温胁迫下增施锌肥对水稻氮代谢与干物质积累的影响

[目的]施锌是缓解低温胁迫对水稻伤害的有效途径之一,低温胁迫下研究增加施锌量对水稻氮代谢与物质积累的影响,为低温年提高水稻抗低温能力提供理论依据.[方法]采用三叶一心期水稻幼苗进行水培试验,设置低(Zn?0.08?μmol/L)、常规(Zn?0.15?μmol/L)、高(Zn?0.30?μmol/L)?3个ZnSO4·...     

水分及铵、硝营养对水稻幼苗氮素吸收的影响

采用5% PEG模拟水分胁迫,研究武育粳3号水稻幼苗生长状况以及在水分胁迫下对不同NH4+-N / NO3--N质量比例（100/0、75/25、50/50、25/75、0/100）处理的响应。结果表明,模拟水分胁迫后水稻幼苗生长对不同的NH4+-N/NO3--N处理反应不同,水稻对NH4+-N和NO3--N的吸收发生显著改变,水稻幼苗更偏向于吸收NO3--N营养,与正常水分处理相比其对总氮和NO3--N的吸收量显著增加。     

干湿交替灌溉与施氮耦合对水稻根际环境的影响

为了探讨不同水氮耦合对水稻根际土壤环境及根系分泌有机酸总量的影响,以新稻20号为材料,进行盆栽试验,设置浅水层、轻度(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm~2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm~2)3种氮肥水平9个处理。结果表明:轻度干湿交替灌溉及中氮增加了土壤酶活性,提高土壤中微生物数量,根系分泌有机酸总量显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉及重施氮肥则降低土壤酶活性及微生物的数量,显著(P0.05)减少根系分泌有机酸的总量;相关分析表明:根际土壤酶活性及微生物数量与不同生育期根系分泌有机酸总量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系。土壤酶活性、微生物数量及有机酸总量的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。研究可为通过水氮耦合调控水稻良好的根际环境提供依据。     

干湿交替灌溉和施氮量对水稻内源激素及氮素利用的影响

为探讨干湿交替灌溉与施氮水平对水稻根系内源激素水平及氮肥利用的影响,以连粳7号为材料,采用防雨棚土培试验,研究3个灌溉方式:浅水层灌溉、轻度干湿交替灌溉、重度干湿交替灌溉与3个氮肥水平(0、240和360 kg/hm2)对水稻根系内源激素(玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA))、叶片氮代谢酶活性(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT))、植株氮素累积量及氮肥利用效率的影响及其耦合效应。研究结果表明:在相同施氮水平下,轻度干湿交替灌溉促进根系Z+ZR、IAA合成,提高叶片中NR、GS及GOGAT活性,氮肥吸收利用率显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉则抑制根系Z+ZR、IAA合成,降低叶片NR、GS及GOGAT活性,植株氮素累积量及氮肥利用效率显著降低(P0.05),而根系ABA含量则明显增加(P0.05);在相同灌溉方式下,根系Z+ZR、IAA含量、叶片氮代谢酶活性及氮肥累积量在保持水层及轻度干湿交替下随着施氮量的增加而增加,而在重度干湿交替灌溉下则随着施氮量的增加先增加后降低,中氮处理明显提高氮肥利用效率(P0.05)。相关分析表明:根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶活性与氮肥吸收利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,而脱落酸含量则与氮肥吸收利用率呈极显著的负相关关系(P0.01)。根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶供氮效应为正效应,抽穗后,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉则为负效应。该研究对探索水氮耦合机理,为水稻高产高效栽培实践提供理论及科学依据。     

密度和氮素水平对小黑麦氮代谢相关酶活性和子粒营养品质的影响

以小黑麦品种东农5305为试材,研究了不同密度和施氮水平对旗叶氮代谢相关酶活性和子粒品质的影响。结果表明,随着密度的降低、氮肥的施用,旗叶硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性提高,内肽酶和氨肽酶活性降低,可溶性蛋白含量增加;密度300×104株/hm2、施氮75 kg/hm2处理子粒产量显著高于其它处理,密度300×104株/hm2、施氮150 kg/hm2处理子粒蛋白质含量、氨基酸含量、赖氨酸含量最高。成熟期子粒蛋白质含量与生育期间旗叶谷氨酰胺合成酶活性显著正相关,与蛋白水解酶活性呈负相关。降低密度和增施氮肥,花后叶片的氮素同化能力增强,叶片蛋白质的降解能力减弱,延缓了叶片早衰。表明小黑麦旗叶可溶性蛋白含量可作为衡量蛋白质代谢的生理指标。     

施用苹果酸对烤烟氮代谢的影响

选择饼肥发酵产物和烟草中含量较高的苹果酸,研究其对烤烟氮代谢的影响。盆栽试验设置4种浓度的苹果酸溶液处理(g/L):0、1、2、3,分别在移栽后20和40.d灌根。移栽50.d后,各处理取3株进行生理特性和化学成分测定。结果表明,适量的苹果酸促进了土壤氮素的释放,增加烟株氮积累量,一定范围内随着苹果酸用量的增加,根系活力提高,根部氮代谢加强,表现为硝酸还原酶活性增强,硝态氮含量降低,铵态氮含量升高;而氮素在叶部还原量减少,表现为硝态氮含量的减少和硝酸还原酶活性的降低。说明施用苹果酸改变了氮在根部和叶部代谢的状况,使氮在根部还原和同化的比例增加,在叶中还原的比例减小,总体上促进了烤烟氮代谢。     

镉对黄瓜幼苗光合作用、抗氧化酶和氮代谢的影响

采用营养液培养的方法,研究了不同浓度镉（Cd）处理对黄瓜幼苗植株生长、光合作用、抗氧化酶以及氮代谢相关酶活性的影响。结果表明,随着Cd处理浓度的增加,黄瓜植株生长受到明显抑制,叶绿素a、b、类萝卜素含量显著降低;Cd处理使净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）下降,而细胞间CO2（Ci）升高。高浓度Cd处理显著降低了黄瓜的原初光能转换效率(Fv/Fm)。10和100 mol/L的Cd处理使抗氧化酶过氧化氢酶（CAT、）愈创木酚过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性均有不同程度的提高,而当Cd浓度达到200 mol/L,抗氧化酶的活性均受到显著抑制。随着Cd处理浓度的增加,硝酸还原酶（NR）、谷氨酰氨合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性均受到明显抑制。