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。      

我国南方主推水稻品种氮效率筛选及评价

【目的】评价我国南方地区主推水稻品种氮效率,筛选氮高效和氮低效品种,并探索其高效和低效的原因及其生理机制。【方法】选用34份我国南方主推水稻品种,采用大田小区试验和盆栽试验,进行正常氮和低氮处理,利用产量法并结合产量构成因子、叶片SPAD值以及水稻地上部氮素累积量,筛选出氮高效和氮低效品种。【结果】 1）在2011年大田试验中,34个品种正常氮处理产量大多高于低氮处理的产量。通过对氮效率的分析发现,徽两优6号、广两优35和天优华占3个品种具有较高的氮效率,分别达到1.11、1.02和1.00,而秀水134、富稻2号和五丰优7025的氮效率较低,分别为0.55、0.61和 0.61。通过对各品种的产量构成因子分析发现,正常氮处理下,各品种产量构成因子大多高于低氮处理。在低氮条件下,氮高效品种的穗数和穗粒数以及千粒重均较高。通过筛选发现徽两优6号、广两优35和天优华占3个水稻品种表现为氮高效;秀水134、富稻2号和五丰优7025 3个品种表现为氮低效。2）通过2012年大田和盆栽试验的复筛,发现大田与盆栽试验结果基本一致。实际产量和理论产量均表现出徽两优6号和广两优35的产量和氮效率较高,秀水134、五丰优7025和富稻2号的氮效率较低。通过对各品种的产量构成因子分析发现,2012年大田试验中,在正常氮条件下,高效品种广两优35的穗数、千粒重均显著高于低效品种。在对SPAD值的分析中发现,2012年大田试验中,低氮处理下氮高效品种在同一生育时期其SPAD值普遍高于或者显著高于低效品种。2012年盆栽试验中,正常氮处理下,高效品种叶片SPAD值略高于低效品种。在对水稻地上部氮累积量的研究中发现,在正常氮处理下,不同生育期高效品种与低效品种间普遍没有显著性差异,仅低效品种秀水134显著低于其他几个品种;而在低氮处理下,在分蘖期高效品种与低效品种并无显著性差异,甚至高效品种徽两优6号氮素累积量还要低于低效品种;但在灌浆期和成熟期,两个高效品种的氮素累积量高于或显著高于低效品种。【结论】确定广两优35为高效品种,秀水134为低效品种。氮高效品种在低氮胁迫下,能够获得较高的穗数和穗粒数,从而获得较高产量。特别在生育后期,高效品种地上部能够积累更多的氮素,从而可促进光合作用,提高碳、氮同化效率,并获得较高产量。     

秸秆还田下氮肥管理对低中产田水稻产量和氮素吸收利用影响的研究

探究氮肥运筹管理对湖北中低产田水稻产量及氮素利用率的影响,为中低产田水稻生产提供合理的施肥技术措施。本研究在秸秆还田和总氮（180 kg/hm2）控制的条件下,以水稻两优培九为材料,研究不同基、 蘖、 穗氮肥配比对中低产田水稻产量及其构成因子、不同时期叶片SPAD值、 氮含量、 地上部氮素累积量及其氮利用效率的影响。结果表明, 在2011年和2012年两年大田试验的4个基、 蘖、 穗氮肥配比处理中,各试验点水稻产量均以40-30-30的处理最高, 其中在田块A与田块C中比80-0-20处理增产15.9%和8.6%,在田块B与田块D中比60-20-20处理增产6.7%和5.5%。同时40-30-30处理的氮素收获指数（NHI）和氮肥偏生产力（PFPN）也最高,优化基、 蘖、 穗肥比可以提高氮素收获指数（NHI）和氮肥偏生产力（PFPN）。综上研究结果,各中低产田中不同基、 蘖、 穗氮肥配比处理的水稻产量依次为40-30-3050-20-3060-20-2080-0-20,结合产量构成因子、SPAD值、氮肥利用率等因素综合考虑,40-30-30是湖北中低产水稻田氮肥配比的合理运筹模式。     

硝酸盐缓解油菜铵毒害的生理机制

为探究铵态氮条件下增硝营养对油菜铵态氮利用及生长的影响,以品种Bn60为试验材料,以纯硝培养为对照,测定不同氮形态下培养15d油菜的生物量和叶绿素含量。并在5mmol/L NH₄⁺条件下,添加5个不同的NO₃^-浓度（0.0、0.1、0.3、0.6、1.0mmol/L）,处理7d后测定游离NH₄⁺含量及氮素同化酶活性,处理15d后测定生物量、全氮和阳离子含量。结果表明,与硝态氮相比,单一铵态氮导致生长抑制、叶片枯黄,但随着硝酸盐浓度的提高,铵毒害症状逐渐缓解,地上和根系的生物量、全氮量和氮累积量均显著增加。增硝营养显著增强了油菜地上部谷氨酰胺合成酶活性,进而降低游离铵态氮含量,另外K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等阳离子含量均随着硝态氮的增加而显著提高。硝酸盐能增强氮素同化酶的活性,从而降低NH₄⁺含量,同时提高Mg²⁺等阳离子含量和光合作用,最终缓解铵毒害性状,促进油菜的生长。     

氮肥与移栽密度互作对低产田水稻群体结构及产量的影响

【目的】适宜施氮量和移栽密度影响着水稻的群体结构和产量,也影响着氮素的利用率。因此,开展了田间小区试验以确定低产水稻田最佳的适宜施氮量和移栽密度组合。【方法】本研究选择湖北省咸宁市崇阳县产量水平较低的低产田为对象,以水稻品种两优培九为供试品种,设置四个施氮水平(0、 135、 180、 225 kg/hm2)与三个移栽密度 (12104、 16.5104、 21104 holes/hm2)的田间小区互作试验。在水稻各个生育期分别调查茎蘖动态、 成穗率、 灌浆期剑叶叶面积、 水稻产量及其构成因子、 地上部干重及收获指数,采用SPSS 17.0软件对不同处理的产量与相应群体指标间进行回归分析,获得产量与各因子之间的回归方程。同时测定地上部籽粒与秸秆氮含量,计算氮利用效率。【结果】施氮量与移栽密度对低产田水稻产量和相关指标有显著影响,且存在交互作用。1)产量与地上部干物重均随着施氮水平与移栽密度的提高而增加,但是在施氮量最高(225 kg/hm2)时,收获指数略有下降;收获指数随着移栽密度提高而降低。2)产量与每平米穗数、 灌浆期剑叶叶面积、 地上部干重关系密切,用二次方程拟合的曲线相关系数最高,经回归方程计算,理论上当灌浆期剑叶叶面积指数达到1.36,成熟期地上部干重达到24371 kg/hm2,每平米穗数达到338个,平均每穗粒数达到195粒时产量最高。3)随着施氮水平提高氮肥农学利用率(NAE)、 偏生产力(PFPN)、 氮肥吸收利用率(NRE)和氮肥生理利用率(NPE)均降低,尤其是NAE和PFPN降低程度较大;提高移栽密度显著增加NAE、 PFPN、 NRE,但是NPE无变化。【结论】在施氮较少的情况下,提高移栽密度增产效果明显。移栽密度为21104 holes/hm2和施氮量为180 kg/hm2的组合产量最高,达到8220 kg/hm2,其群体结构指标与利用拟合模型估计的最优指数最为接近, 并且有较高的NAE、 PFPN、 NRE和NPE。综合考虑,本研究的供试低产水稻田施氮量为180 kg/hm2结合移栽密度为21104 holes/hm2为本试验的最优处理,可以获得较高的水稻产量和较高的氮肥利用率。