不同品种油菜幼苗硝态氮吸收差异研究

采用溶液培养试验,在不同硝态氮浓度下测定了不同氮效率油菜幼苗的根长、一级侧根数和根系活力的变化情况,同时在正常供氮条件下,测定了油菜幼苗的硝态氮吸收动力学参数,并对其单株生物量、氮素吸收量及氮素生理效率进行了比较。结果表明,不同品种油菜幼苗的根长、一级侧根数、根系活力、对硝态氮的亲和力及最大吸收速率、单株生物量、氮素吸收量、氮素生理效率等均有明显差异。本试验所比较的3个油菜品种中,氮高效品种湘油15在氮素胁迫条件下,具有更长的根长、更多的一级侧根数和更强的根系活力,且对硝态氮的亲和力也大,而高潜力品种742除其最大吸收速率最高之外,根系活力、对硝态氮的亲和力、根长及一级侧根数等其他各项指标并没有高于其他品种。     

不同施氮水平下油菜地上部生理特性研究

为了给氮高效品种油菜的选育及应用提供科学依据,采用土培试验,在施氮和不施氮条件下研究了3个油菜品种(742,湘油15和汇油50)的功能叶叶绿素含量、硝酸还原酶活性、茎叶硝酸盐含量和累积量及有机氮再利用能力等地上部生理特性与氮效率间的关系.结果表明:施氮对地上部生理特性有显著的影响,施氮条件下所有地上部生理特性指标均比不施氮条件下高;在施氮条件下,油菜功能叶叶绿素含量、硝酸还原酶活性、茎叶硝酸盐含量和累积量以及有机氮再利用能力与油菜氮效率密切相关,是油菜氮素高效利用的可能机理;在不施氮条件下,油菜硝酸还原酶活性、茎叶硝酸盐累积量和有机氮再利用能力与油菜氮效率密切相关,是油菜氮素高效利用的可能机理,而油菜功能叶叶绿素含量和茎叶硝酸盐含量对氮效率影响较小.     

油菜根系特性与氮效率系数的关系研究

采用砂培试验,在两种施氮水平下研究3个油菜品种根系形态特征与生理特性差异及其与氮效率系数的关系。结果表明：在正常供氮条件下,3个油菜品种的根系干重、一级侧根数以及总根长差异明显,根系活力、根系总吸收面积和活跃吸收面积品种间差异不显著;在氮胁迫条件下,根系干重、一级侧根数、总根长以及根系活力差异明显,根系总吸收面积和活跃吸收面积品种间差异不显著。在正常供氮和氮胁迫条件下以上各项指标比值的变化趋势是：氮效率系数高的品种,其比值高,反之亦然,尤其是根系干重和一级侧根数的变化趋势与氮效率系数完全一致。     

油菜生物量与氮素吸收量及生理效率的动态变化

为了给油菜科学施用氮肥提供依据,对油菜生长期间干物质累积、氮素吸收量及氮素生理效率的动态变化进行了研究.结果表明,油菜生物量随生育期延长而持续增加,其变化动态可用S曲线方程拟合;对干物质累积方程求导得到其累积速率,不同生育期干物质累积速率不同,最大累积速率出现在播种后126～156 d;氮素累积量从苗期到抽薹期增长较快,抽薹末期到开花末期有所下降,开花末期以后缓慢上升;随着生育期的进程植株含氮量持续下降,进入生殖生长期后生殖器官含氮量明显高于营养器官;氮素生理效率在开花期以前变化较小,开花期以后明显增加,在角果形成期达最高值.     

拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析

  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制,挖掘耐Cd基因,为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料,测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性,结合转录组学和可变剪接分析,以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后,拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异,但根系总体积、总表面积显著降低,总根长极显著下降,表明根系受到损伤;根系丙二醛浓度较对照有所增加,但变化不显著;脯氨酸浓度显著下降;超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示,在生物过程中,差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著;在细胞组分中,DEGs在细胞外组分功能显著富集;在核酸功能中,DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明,高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径,分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下,Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调,而GS合成相关基因表达受到抑制,并发生可变剪接事件,其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤,但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害,并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害,还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。     

不同品种油菜生长后期体内氮素转运及再分配差异研究

为探明影响油菜生长后期氮素再分配的生理因素及其与氮素利用效率的关系,本文在严格控制氮素供应水平的砂培条件下,采用15N示踪技术研究了不同氮素水平下2个油菜品种吸收氮素后在体内的分配、转运及损失情况。结果表明,供试2个油菜品种的生物产量、籽粒产量、籽粒含氮量、植株全氮、籽粒全氮、收获指数和氮收获指数均存在较大差异,且以上差异因氮素水平不同而有所不同。常氮处理下,品种"742"的生物产量、籽粒产量、籽粒全氮、收获指数和氮素收获指数均高于品种"814";低氮处理下,品种"742"的植株含氮量、籽粒含氮量、收获指数和氮素收获指数高于品种"814",而生物产量、籽粒产量、植株全氮和籽粒全氮低于品种"814"。采用15N示踪方法测定油菜生长后期氮素再分配的结果表明,供试油菜品种生长后期营养器官氮素减少量及其比例、转向生殖器官的氮素再分配量存在明显差异。不同氮素水平下,品种"742"大多数营养器官的氮素减少量均高于品种"814",而且茎的减少量差异最为明显。常氮水平下,品种"742"根、叶中氮素减少比例均少于品种"814",而茎中氮素减少量远远大于品种"814";低氮水平下,品种"742"根、茎、叶中氮素减少比例均大于品种"814"。在常氮和低氮处理下转向生殖器官的氮素再分配量均表现为,品种"742"向角果皮再分配的氮素低于品种"814",向籽粒再分配的氮素则高于"814"。T检验结果表明,2个品种除常氮条件下向角果皮再分配的氮素之外,其他再分配氮素的差异都达到显著水平,说明油菜生长后期由营养器官向生殖器官的氮素再分配有助于提高氮素利用效率。油菜生长后期氮素损失量表现为,品种"742"在常氮处理下的氮素损失量及其比例小于品种"814",低氮处理时反之。     

有机肥化肥配施对冬油菜养分吸收、籽粒产量和品质的影响

以杂交冬油菜湘杂油763为供试材料,采用大田小区试验研究了有机肥配施化肥对油菜养分吸收、籽粒产量和品质及土壤养分变化的影响。结果表明:在本试验条件下,各处理籽粒产量大小顺序为10%OM﹥0%OM﹥30%OM﹥50%OM,10%OM(10%有机氮替代化肥氮)产量达2 055.00 kg/hm2,显著高于其它处理,比0%OM(纯化肥)增产8.26%,3个有机肥处理中,籽粒产量随有机肥施用量的增加逐渐下降;产量构成因素中每角果粒数和千粒重、籽粒品质中氨基酸和蛋白质含量变化规律与产量一致,且有机肥施用量较多的处理(50%OM)籽粒氨基酸和蛋白质含量较低,油分含量最高;氮、磷、钾、硼素积累量的变化规律与产量基本一致;土壤速效养分变化规律不明显。在本试验中,油菜植株养分吸收、土壤速效养分变化等都可反映籽粒产量,10%OM为较合适的有机肥配施比例。     

玉米生长量、养分吸收量及氮肥利用率的动态变化

 在不同水、氮供应条件下 ,研究了玉米干物质累积、养分吸收及氮肥利用率的变化动态。结果表明 ,植株干物质和养分吸收量 ,随生育期延长而持续增加 ,变化动态可用S曲线方程拟合。对干物质和养分累积方程求导 ,得到了干物质累积和养分吸收速率。玉米生长期间干物质累积速率前期上升快 ,至高峰后缓慢下降。在氮、磷、钾三要素中 ,氮、钾吸收速率高 ,上升快 ,下降也快 ;磷吸收速率低 ,上升慢 ,下降亦慢。养分最大吸收速率出现的时间 ,钾最早 ,氮次之 ,磷最晚 ,但均早于干物质最大累积速率出现时间。氮肥利用率与干物质累积、养分吸收速率有类似变化趋势 ;氮肥最高瞬时利用率与氮素最大吸收速率出现的时间基本一致。灌水明显提高了氮肥累积利用率和瞬时利用率 ;水分和氮素供应虽然增加了养分吸收速率和干物质累积速率 ,但未改变其变化趋势     

不同氮效率油菜SPS和PEPC活性差异及其对籽粒产量与油分含量的影响

【目的】蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)与磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)分别控制着植物体内的碳骨架向碳代谢和氮代谢的流转,影响作物的产量与品质。为探明氮高效油菜品种在高效利用氮素的同时协调籽粒蛋白与油分累积矛盾的机理,研究了不同氮效率油菜品种的SPS与PEPC活性差异及其对籽粒油分含量的影响。【方法】采用土培试验,以氮高效品种27号(H)与氮低效品种6号(L)为试验材料,在常氮(N)与低氮(S)条件下,研究不同氮效率油菜品种苗期到花期叶片与角果发育初期的角果、角果发育中期的角果皮与籽粒中SPS与PEPC活性变化及差异、生长后期碳素转运量与转运率以及收获期籽粒油分含量的差异。【结果】两种供氮水平下,氮高效品种27号的产量与籽粒油分含量均显著高于氮低效品种6号,品种优势明显;且氮高效品种27号苗期到花期叶片与角果发育初期的角果、角果发育中期的角果皮与籽粒中的SPS与PEPC活性均高于氮低效品种6号,两种供氮水平的规律相同,但是SPS与PEPC活性的比值(SPS/PEPC)却因生育期不同而异,营养生长期叶片中氮高效品种27号的SPS/PEPC高于氮低效品种6号,开花期品种间叶片SPS/PEPC相近,角果发育期主要生殖器官中的SPS/PEPC值氮高效品种反而低于氮低效品种。说明氮高效品种向碳代谢和氮代谢输送的碳骨架在全生育期均多于氮低效品种,而碳代谢对氮代谢的响应只在生育前期强于氮低效品种,生育后期则相反。碳素转运量与转运率、籽粒油分含量与产量也是氮高效品种大于氮低效品种,这可能为氮高效品种协调籽粒蛋白与油分累积矛盾的重要生理机制。供氮水平对上述各指标有不同的影响,籽粒产量、PEPC活性、碳素转运量及转运率以常氮处理高于低氮处理,而油分含量、SPS活性及SPS/PEPC以常氮处理低于低氮处理,但不改变以上指标的品种间差异。【结论】与氮低效品种相比,氮高效品种全生育期向碳、氮代谢均输送更多的碳骨架,这是氮高效品种缓解碳、氮代谢矛盾的重要前提;碳代谢对氮代谢的响应生育前期较高、生育后期较低,同时生育后期有更多营养器官的碳素转运到籽粒,也为油菜生育后期满足籽粒碳、氮代谢所需要的碳骨架,并协调籽粒油分与蛋白质含量的矛盾提供了条件。     

喷洒氯化钾对油菜植株硝酸盐再利用的影响

从植物体本身着手研究植物氮素高效利用的机理与途径,这是近几年来植物氮素营养研究的热点之一,而调动植物液泡中的硝酸盐使之得到更高程度的再利用,这是提高植物氮素利用效率和降低植物体内硝酸盐含量的途径之一。试验采用土培试验,研究叶面喷施质量分数为1%的氯化钾溶液对油菜角果初期和收获期植株硝酸盐累积再利用的影响,以喷施质量分数为1.17%的硫酸钾溶液(要求氯化钾和硫酸钾溶液中钾离子的物质的量浓度相同)和清水作为对照,在开花后期开始喷施,连续隔日喷洒15天,喷施部位在茎和叶,重点喷洒叶的背面,尽量不喷施至叶柄,于角果初期和收获期采样。结果表明,喷施氯化钾溶液能显著降低油菜角果初期和收获期茎、叶、根硝酸盐含量和植株硝酸盐总量,促进硝酸盐再利用;可以增强角果初期叶片硝酸还原酶的活性;能增加收获期干物质累积量,但不影响角果初期干物质累积量。