不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

【目的】 利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。 【方法】 共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2 mmol/L NO₃–-N处理)中培养8天,然后转移至含有1 mmol/L (NH₄)₂SO₄的营养液(2 mmol/L NH₄+-N处理)中培养8天,收获后,测定植株全氮量、地上部游离铵含量,以及谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性;培养3天后取样,采用RT-PCR技术分析根部主要的铵态氮转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平;拟南芥幼苗移栽后在正常培养液中培养8天,转移至丰度为5%的1 mmol/L (15NH₄)₂SO₄中培养,分别处理3 h、6 h和24 h取样,用于同位素分析。 【结果】 2 mmol/L铵态氮处理下拟南芥群体地上部的生长被显著抑制,并且大量游离铵离子累积于地上部,铵态氮下拟南芥群体体内铵含量是对照硝态氮下的1.5倍以上,其中Si-0生态型在铵态氮下铵含量为19.17 μmol/g, FW,是对照的20倍。在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部生长呈显著负相关,铵态氮培养条件下,地上部生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出耐铵拟南芥生态型Or-1、Ta-0,HSM和铵敏感拟南芥生态型Rak-2、Lpv-18、Hi-0,结果表明铵敏感生态型在硝态氮下铵含量是耐铵生态型的1.7倍至10倍。耐铵拟南芥生态型铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥高,植株全氮和地上部15N标记试验结果表明,耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性均显著高于铵敏感生态型,在硝态氮培养条件下GS活性是铵敏感生态型的1.1～1.8倍,在铵态氮培养条件下是1.2～1.6倍,说明耐铵拟南芥生态型的铵同化能力强于敏感型。 【结论】 耐铵生态型拟南芥是通过更高的谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性将大量的游离铵同化以减少植株体内游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。      

外源蔗糖对高NH4+胁迫下拟南芥碳氮代谢的影响

以拟南芥野生型、amt1.1和amt1.3为实验材料，采取土培的方法，以正常培养液（4mmol/L NH4+）培养，在20mmol/L NH4+的胁迫下，通过在培养液中添加0%（T1）蔗糖、5%（T2）蔗糖，测定地上部分的鲜重，叶绿素，游离NH4+，可溶性糖，可溶性蛋白，谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH），矿质元素含量等指标，研究外源蔗糖对NH4+胁迫拟南芥碳氮代谢的影响。结果表明，T1处理下，拟南芥生长受到严重的抑制，鲜重，GS，GDH酶活性降低，游离NH4+含量，叶绿素含量，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，植株的N、P、K、Ca的含量增加，Mg、Fe的含量减少。其中col-0在T1处理下受到的抑制比amt1.1和amt1.3更为显著。与T1处理相比较，T2处理增加了拟南芥植株的鲜重，显著提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高了GS和GDH的活性；降低了叶绿素和游离NH4+的含量，提高了植株体内的N、P、K、Ca，Mg的含量，降低了植株Fe的含量，其中，外源蔗糖对col-0高NH4+毒害的缓解更为显著。     

作物NH4+和K+营养关系的土壤及矿物因素研究

通过水培、土培试验研究了不同阳离子的存在与土壤、矿物固定态铵释放及水稻苗期氮、钾吸收之间的关系，以及不同ＮＨ４＾＋、Ｋ＾＋浓度组合对水稻苗期氮、钾营养关系的影响。     

固定态铵的含量及中国某些耕地土壤NH4+的固定能力

Fixed ammonium contents and NH4^ fixation capacities of some representative cultivated solis collected from 16 provinces of China were studied.Results showed that the contents of fixed ammonium in soils ranged from 35 to 573 mg N kg^-1,with an average of 198mg Nkg^-1.The content of fixed ammonium correlated very significantly with mica content for tropical and subtropical soils,whereas this was not the case for soils in the temperate zone.At the end of K-exhausting experiment the fixed ammonium content increased in most soils studied.However,it decreased in smom temperate soils.Generally,fixation of added NH4^ could not be found either before or after K-exhausting experiment for highly weathered soils,including tropical soils and soils derived from granite-gneiss or Quaternary red clays in the subtropic zone,while for most soils in the Yangtze River dalta the NH4^ fixation capacity was rather high and increased significantly in the K-exhausted soils.     

湿地土壤NH4+吸附解吸对冻融循环的响应

Nitrogen (N) cycling in boreal peatland ecosystems may be influenced in important ways by freeze-thaw cycles (FTCs).Adsorption and desorption of ammonium ions (NH + 4) were examined in a controlled laboratory experiment for soils sampled from palustrine wetland,riverine wetland,and farmland reclaimed from natural wetland in response to the number of FTCs.The results indicate that freeze-thaw significantly increased the adsorption capacity of NH + 4 and reduced the desorption potential of NH + 4 in the wetland soils.There were significant differences in the NH + 4 adsorption amount between the soils with and without freeze-thaw treatment.The adsorption amount of NH + 4 increased with increasing FTCs.The palustrine wetland soil had a greater adsorption capacity and a weaker desorption potential of NH + 4 than the riverine wetland soil because of the significantly higher clay content and cation exchange capacity (CEC) of the riverine wetland soil.Because of the altered soil physical and chemical properties and hydroperiods,the adsorption capacity of NH + 4 was smaller in the farmland soil than in the wetland soils,while the desorption potential of the farmland soil was higher than that of the wetland soils.Thus,wetland reclamation would decrease adsorption capacity and increase desorption potential of NH + 4,which could result in N loss from the farmland soil.FTCs might mitigate N loss from soils and reduce the risk of water pollution in downstream ecosystems.     

中国陕西省施有机肥黄土NH4+固定的热力学性质

Some thermodynamic properties of NH₄⁺ fixation by loess soil in plowing and clay layers are discussed. The results indicate that the four ion adsorption equations commonly used can describe the properties of NH₄⁺ fixation in these soils under constant temperature. Among the four adsorption equations, the single-surface Langmuir equation is the best. When the concentration of NH₄Cl solution is 10^-1 mol below, the Freundlich equation can be used. The changes of apparent standard free energy (ΔG°), enthalpy (ΔH°) and entropy (ΔS°) illustrate that NH₄⁺ fixation in soil is an endothermic adsorption and spontaneous reaction, and the process can be enhanced by a higher temperature and clay content in soil. The "proper value of NH₄⁺ fixation by soil (K₁ × q_m) increased with increasing clay content and temperature. The heat of NH₄⁺ fixation in soil (Q_m) confirms the conclusions made in this paper.     

不同铵钾比对高铵下拟南芥地上部和根系生长的影响

钾在缓解植物铵毒害的过程中起着重要的作用。本文研究了高铵(30 mmol/L)条件下,不同铵钾比(7.5︰1和150︰1)对拟南芥(Col-0)主根、侧根以及地上部生长的影响。结果表明:30 mmol/L NH4+条件下,高铵钾比(150)处理显著加重了拟南芥铵毒害现象,地上部和根系生长所受的抑制作用更为明显并导致更严重的氧化胁迫。相比低铵钾比水平,在高铵处理下,高铵钾比使得拟南芥主根伸长量降低57.4%,侧根数量减少33.3%,而地上部鲜重减轻69.9%。DAB(3,3￠-二氨基联苯胺,3,3￠-diaminobenzidine)叶片染色结果表明,不加铵处理下,外源不同钾水平(0.2和4.0 mmol/L)对拟南芥叶片的氧化胁迫作用没有显著差异;而高铵处理下,相比低铵钾比处理,高铵钾比显著增加了叶片中过氧化氢的含量,加重了其氧化胁迫。伊文思蓝(Evans blue,EB)染色结果表明,不加铵处理下,外源不同钾水平对拟南芥地上部和根部的膜透性没有显著差异,而高铵处理下,高铵钾比显著增强了拟南芥地上部和根部的膜透性,表明其对细胞的伤害程度加重。可见,高铵抑制拟南芥根系和地上部生长,高铵钾比则会加重这种抑制,其原因除了高浓度钾能减少植物对铵的吸收外,可能与高铵钾比条件加剧了植物的氧化胁迫有关。因此,适宜的铵钾比在植物应对铵毒害的过程中发挥重要作用。     

我国几种主要土壤胶体的NH4+吸附特征

本文讨论我国几种主要土壤胶体的NH₄⁺吸附特征。土壤胶体对NH₄⁺的吸附符合两种表面Langmuir方程。土壤胶体对NH₄⁺的结合能力强弱顺序是:黄棕壤>黑土、(土娄)土>红壤>砖红壤,而NH₄⁺的解吸率大小顺序与此相反。Langmuir吸附方程参数K₁与土壤胶体的粘粒矿物组成有关,并与土壤胶体对NH₄⁺的相对偏好性(A值)呈正相关。Langmuir参数(M₁+M₂)与土壤胶体的CEC呈正相关,去有机质(OM.)前后△K₁与△OM.呈反相关。去有机质可增加土壤胶体对NH₄⁺的偏好性。土壤胶体的NH₄⁺吸附和解吸特征决定于其组成和表面性质,并受有机无机复合作用的影响。永久电荷吸附位对NH₄⁺的偏好性较强,而可变电荷吸附位则较弱。     

我国几种主要土壤胶体的NH4+吸附特征

了解土壤胶体对NH₄⁺的吸附数量、强度和机理等特征可以揭示土壤胶体的表面性质,同时也有助于氮肥的合理施用。     

蚯蚓粪的NH4+吸附等温线与DTA曲线特征

本文研究了南宁三种饲料人工饲养的蚯蚓的蚯蚓粪(简称蚓粪)对NH₄⁺的吸附等温线,并与武功的蚓粪作比较。蚓粪对NH₄⁺的吸附一般大于土壤对NH₄⁺的吸附,南宁蚓粪又大于武功蚓粪。蚓粪吸附NH₄⁺量的多少与其中有机质含量有关,特别与其中中温放热反应的有机质(即易于分解的有机质)呈正相关。不同饲料组成对蚓粪吸NH₄⁺等温线的参数影响不同。在Langmuir方程中与结合能常数有关的K值的次序为:纯牛粪>牛粪+烂橙果>牛粪+草菇培养基脚料而与最大吸附量有关的M值的次序为:牛粪+烂橙果>纯牛粪>牛粪+草菇培养基脚料而以K与真M的总的效应表示的b值的次序为:纯牛粪>牛粪+烂橙果>牛粪+草菇培养基脚料因此,牛粪不仅是一个良好的蚯蚓饲料,并且可使蚓粪具有良好的保NH₄⁺力,成为一种有效的吸附剂。     

URANIUM INDUCED EFFECTS ON DEVELOPMENT AND MINERAL NUTRITION OF ARABIDOPSIS THALIANA

This study aimed to investigate effects on growth and development and alterations in the nutrient profiles for Arabidopsis thaliana seedlings following uranium exposure. Seventeen-day-old Arabidopsis thaliana seedlings, grown in hydroponics, were exposed to 0, 0.1, 1, 10 and 100 μM uranium for one, three and seven days. Fresh weight of leaves and roots decreased after exposure to 100 μM uranium for one and three days and after exposure to 1, 10 and 100 μM uranium for seven days. Anthocyanous-colored leaves and stunted yellow roots were observed after exposure to 100 μM uranium. The uranium content of the roots highly increased but the root-to-shoot transfer of uranium was limited. Uranium exposure resulted in disturbed macro- and micronutrient profiles, especially following exposure to 100 μM. This study indicates that elevated uranium concentrations can cause important morphological and physiological effects and disturb the nutrient profiles in Arabidopsis thaliana seedlings.     

NH4+对K+在土壤肥际微域中迁移和转化的影响

NH4^＋和K^＋共施在农田施肥中是很普遍的现象,研究它们共施后二者在土壤中的交互作用对指导施肥具有重要意义。采用室内土柱实验研究了共施条件下NH4^＋对K^＋在红壤和潮土肥际微域中的迁移和形态转化的影响,供试肥料为NH4Cl和KCl。试验结果表明,与单施K^＋相比,共施NH4^＋没有改变肥料钾在红壤和潮土中的迁移距离,但提高了肥际微域中的水溶性钾含量;在靠近施肥点附近,NH4^＋的施用减少了土壤交换性钾含量,这种作用在潮土中的表现不如在红壤中明显;与单施KCl相比,共施NH4Cl明显降低了施肥点附近土壤微域内的非交换性钾含量。研究结果表明,共施NH4Cl减少了土壤晶格对钾离子的固定,增加了钾的淋溶风险。     

不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究

采用水培方法研究了不同形态氮素对武育粳 3号 (常规粳稻 )和扬稻 6号 (常规籼稻 )生长的影响及其水稻苗期对NH 4 N和NO-3 N的吸收动力学特征。结果表明 :不同形态氮素对水稻生长影响差异显著 ,铵硝混合营养下水稻的生长最优 ;扬稻 6号比武育粳 3号具有更强的氮素吸收能力 ;不论武育粳 3号或是扬稻 6号 ,单一氮源时NO-3 的Km 值均大于NH 4 ,说明水稻对NH 4 的亲和力大于NO-3 ,武育粳 3号对NH 4 的最大吸收速率小于NO-3 ,而扬稻 6号则极为接近 ;NH 4 的存在均显著降低两个水稻品种对NO-3的吸收速率 ,武育粳 3号和扬稻 6号的NO-3 的Vmax分别比单一硝营养减小 1/ 2和 2 / 3,NO-3 的存在不影响武育粳 3号对NH 4 的吸收速率 ,但使扬稻 6号对NH 4 的吸收速率减小     

不同铵态氮水平对水稻根际固氮活性的影响

本试验观察了在杭州生态条件下土壤中不同NH₄⁺-N水平对水稻根际固氮活性的影响。试验的结果表明:1.NH₄⁺-N肥在一定时间内对水稻根际固氮活性具有明显的抑制效应,施用量越大,其抑制作用越严重。土壤速效氮浓度与水稻根际固氮活性之间呈高度(或中度)负相关,不同生育期两者的相关系数r值在-0.4288—0.9945之间。2.土壤速效氮对水稻土柱固氮活性抑制的起始浓度为20ppm。3.NH₄⁺-N对水稻根际固氮活性的抑制时间随施用量而不同,低氮区在20天左右,中氮区和高氮区在25—30天左右。此后施氮区对水稻根际固氮活性具有促进作用。     

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。     

有机质对棕壤表面电荷及NH4+吸附解吸的影响

土壤胶体带有表面电荷，对阳离子和阴离子的吸附与解吸都受电荷性质的制约。土壤表面电荷中的可变电荷易受环境条件的影响，使人们有可能用某些措施调节环境条件，以改变可变电荷的数量，使之影响土壤的性质。由于电荷特性对土壤的分散、絮凝、膨胀和收缩，以及离子在土壤中的移动和有机无机复合体的形成等一系列性质有重要意义，从而使土壤电荷性质的研究倍受关注。     

不同形态氮素比例对不同小白菜品种生物量和硝酸盐含量的影响

利用NO-3 N∶NH 4 N为 10 0∶0、5 0∶5 0和 0∶10 0三个硝铵配比的营养液对 12个不结球小白菜品种进行水培试验。结果表明 :不同的硝铵配比对不同品种小白菜的生物量、叶绿素SPAD值、硝酸盐积累量等有着显著的影响 ,同一氮源培养下不同的小白菜品种间也表现出显著的差异 ;12个小白菜品种叶绿素SPAD值随营养液中的NH 4 N比例的增加而升高 ,两者间存在着显著的正相关 ;单株生物量除亮白叶 1号和五月慢在全硝培养中生物量较其他两种配比大外 ,其他 10个品种均在 5 0∶5 0硝铵营养液中表现最好 ;供试的 12个小白菜品种中有 9个品种的硝酸盐积累量随着NH 4 N比例的增加而下降 ,表明适当地配施铵态氮较纯硝营养液能获得更好的产量、更高的叶绿素SPAD值和较低的硝酸盐积累量。     

陕西省几种代表性土壤NH4+吸附、解吸动力学特征研究

采用连续液流法测定了五种土壤吸附、解吸ＮＨ＾＋４的动力学性质。研究表明：（１）ＮＨ＾＋４吸附、解吸平衡时间及反应速率，平衡时的吸附、解吸量及吸附平衡常数均随土壤粘粒和ＣＥＣ不同而变化；（２）不同动力学模型及同一模型对不同土壤的拟合性不同。