氮添加对苏北沿海杨树人工林土壤活性有机碳库的影响

大气氮沉降成为目前全球性的环境问题之一,氮的沉降可能显著影响森林土壤碳循环过程。从2012年5月起,对东台林场3种林龄(5、9、15年生)黑杨派无性系I-35杨(Populus deltoides CL‘35’)人工林进行野外模拟氮沉降试验,探讨氮沉降对不同林龄杨树人工林土壤活性有机碳的影响。经过1年施氮试验后,5和9年生杨树人工林的土壤微生物生物量碳随着氮沉降水平的增加呈现出先增加后减少的趋势;而15年生林分在不同氮处理下,土壤微生物生物量碳均有所增加;3种林龄在不同氮处理下土壤可溶性有机碳含量随着氮浓度的增加而增加。土壤微生物生物量碳与可溶性有机碳之间以及这二者与土壤全氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮之间存在显著相关。试验表明,氮沉降可能增加土壤活性有机碳含量,从而影响杨树人工林土壤碳动态。     

施用控释氮肥对稻田土壤微生物生物量碳、氮的影响

借助农业部望城红壤水稻土生态环境野外观测试验站的控释氮肥试验,研究了施用控释氮肥对水稻不同生育期间稻田土壤微生物生物量碳、氮动态变化的影响。试验共设5个处理:①CK,(不施氮肥);②Urea(施用尿素);③CRNF(施用与处理②等氮量的控释氮肥);④70%CRNF(施用控释氮肥,用氮量为处理②的70%);⑤50%CRNF+M(施用控释氮肥和猪粪,总氮量为处理②的70%,其中控释氮肥用量为处理②的50%,猪粪含氮量为处理②的20%)。结果表明,施肥后10 d,施氮处理土壤微生物生物量碳和氮均达最高,随生育进程推进逐渐下降,成熟期有一定的回升;施肥初期,施用等氮量的控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)分别增加5.4%和22.5%,而水稻生育中后期,控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)下降幅度大,该处理向地上部提供氮素营养较尿素处理高;施氮量较高的CRNF处理,土壤微生物生物量碳低于控释氮肥节氮处理(70%CRNF),但在大多数取样时期,土壤微生物量氮高于控释氮肥节氮处理(70%CRNF);控释氮肥配施有机肥的节氮处理较其他单施化肥处理显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。控释氮肥与有机肥配施,不仅能节约氮肥用量,而且能明显地提高土壤微生物生物量碳、氮的含量。     

紫花苜蓿叶输导组织解剖结构和光合特性对外源氮的响应

以紫花苜蓿品种‘甘农3号’和‘陇东苜蓿’为研究材料,采用室外(防雨网室)盆栽营养液砂培法,研究了2种氮素形态(NO3--N,NH4+-N)的5个氮素水平(0、105、210、315、420mg·L-1)处理对叶片输导组织解剖结构及光合特性的影响。结果显示:(1)与无氮处理相比,供氮处理下‘甘农3号’和‘陇东苜蓿’输导组织的解剖结构和光合特性发生明显变化,叶片输导组织维管束、木质部和韧皮部面积显著增大,导管数显著增多,净光合速率、气孔导度、叶面积和叶绿素含量均显著增加,且在210mg·L-1供氮水平下达到最大值。(2)2种氮素形态相比,‘甘农3号’和‘陇东苜蓿’叶片输导组织维管束面积、木质部面积、韧皮部面积、导管数、净光合速率、气孔导度、叶面积、叶绿素含量均表现为NH4+-N处理好于NO3--N处理。(3)2品种相比,叶片输导组织维管束面积、木质部面积、韧皮部面积、导管数、净光合速率、气孔导度、叶面积、叶绿素含量表现为‘甘农3号’大于‘陇东苜蓿’。研究表明,氮素能通过改善紫花苜蓿叶片输导组织的解剖结构和光合特性,促进紫花苜蓿光合作用;各处理中以NH4+-N、210mg·L-1表现最佳,维管束面积最大,木质部、韧皮部面积大且发育好,导管数最多,而且‘甘农3号’表现更优。     

水分胁迫对水稻籽粒蛋白质积累及营养品质的影响

以生产上广泛使用的水稻(Oryza sativa)品种‘汕优63’、‘扬稻6号’和‘武育粳3号’为材料,研究了水分胁迫对结实期水稻籽粒蛋白质积累及营养品质的影响。结果表明:正常施氮水平下,花后10~20 d的水分胁迫提高了谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)和谷氨酸合酶(Glutamate synthase,GOGAT)活性,提高了籽粒自身利用无机氮合成氨基酸的能力,从而利于籽粒内蛋白质的积累,而高氮水平下,水分胁迫降低了籽粒自身合成氨基酸的能力。以重量为基数的蛋白质含有率在整个灌浆过程中呈“V”型消长,正常施氮水平下,水分胁迫明显提高了花后15 d至成熟期蛋白质含有率,而高氮水平下,水分胁迫处理的蛋白质含有率明显低于水层灌溉。与水层灌溉相比,水分胁迫提高了正常施氮水平下精米中醇溶蛋白和谷蛋白含量,但却明显降低了高氮水平下精米中醇溶蛋白和谷蛋白含量。水分胁迫对稻米中赖氨酸含量的影响因品种、植株的氮营养水平的不同而不同,水分胁迫显著降低了两种氮肥水平下‘汕优63’中赖氨酸含量,但却明显提高‘扬稻6号’中赖氨酸含量;而‘武育粳3号’于两种氮肥水平下表现恰好相反,正常施氮水平下赖氨酸含量略有升高;而高氮水平下赖氨酸含量明显降低。     

不同氮浓度对兔眼蓝浆果不同品种幼苗生长和光合生理的影响

为确定兔眼蓝浆果( Vaccinium ashei Reade)不同品种苗期的适宜施氮量,以兔眼蓝浆果早熟品种‘阿拉帕哈’(‘Alapha’)、中熟品种‘园蓝’(‘Gardenblue’)和晚熟品种‘芭尔德温’(‘Baldwin’)的组培苗为实验材料,采用水培法研究了不同氮浓度(0、1、2和4 mmol·L-1)对幼苗生长、根和叶中全氮含量、叶片光合生理特性的影响。结果表明：与对照(0 mmol·L-1氮)相比,经1、2和4 mmol·L-1氮处理后3个兔眼蓝浆果品种的单株茎叶干质量显著增加,根冠比显著降低;但品种‘园蓝’的单株根干质量显著高于对照,另2个品种的单株根干质量与对照无显著差异。随着营养液中氮浓度的提高,3个兔眼蓝浆果品种根的全氮含量及品种‘阿拉帕哈’叶的全氮含量均逐渐增加,且在4 mmol·L-1氮处理下最高;品种‘园蓝’和‘芭尔德温’叶的全氮含量呈先升高后降低的趋势,且均在2 mmol·L-1氮处理下最高;各处理组根和叶的全氮含量均显著高于对照。经1、2和4 mmol·L-1氮处理后,3个兔眼蓝浆果品种叶片的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量以及PSⅡ最大光化学效率( Fv/Fm )均呈先升高后降低的趋势,且均显著高于对照。各处理组中,品种‘园蓝’叶片的净光合速率( Pn)、气孔导度( Gs)、胞间CO2浓度( Ci)和蒸腾速率( Tr)均显著高于对照;品种‘芭尔德温’叶片的Pn值在4 mmol·L-1氮处理下显著低于对照,Gs和Tr值在2 mmol·L-1氮处理下显著高于对照,Ci值与对照无显著差异;与对照相比,品种‘阿拉帕哈’叶片的Pn值在1和4 mmol·L-1氮处理下显著提高,Gs值在1 mmol·L-1氮处理下显著提高,Tr值在1和2 mmol·L-1氮处理下显著提高,而Ci值则在4 mmol·L-1氮处理下显著降低。综合分析结果显示：适度增施氮肥可提高兔眼蓝浆果不同品种幼苗的茎叶生长、改善其光合性能,但对根系生长无明显的促进作用。在营养生长期兔眼蓝浆果不同品种的需氮量存在差异,其中品种‘园蓝’更适宜高氮环境,而施用少量氮肥即可促进品种‘芭尔德温’和‘阿拉帕哈’幼苗地上部分生长。     

水分胁迫和氮肥对花生根系形态发育及叶片生理活性的影响

以"花育22号"花生为试验材料,在中度干旱胁迫和充足灌水两个水分条件下,分别设置不施氮肥(N0)、中氮(N1,90 kg·hm-2)、高氮(N2,180 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同土壤水分和氮肥条件对花生叶片生理活性及根系形态发育特征的影响.结果表明:与不施氮肥处理相比,两个水分条件下中氮处理均显著增加花生产量,但对收获指数无显著影响.干旱胁迫条件下,中氮处理对总根系生物量和总根长无显著影响,但显著增加花生总根系表面积;中氮和高氮处理均显著增加20~40 cm土层内根长和根系表面积,且高氮处理显著增加40 cm以下土层内根系生物量和根系表面积;施用氮肥显著提高叶片过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,而丙二醛(MDA)含量随施氮量的增加而降低.正常供水条件下,施用氮肥显著降低了花生根系表面积和40 cm以下土层内根系生物量、根长和根系表面积,中氮处理可提高叶片保护酶活性.相关性分析表明,20~40 cm土层内根长和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、CAT、POD活性与产量呈显著相关.     

不同施氮量对乌龙茶生长和生理的影响

以武夷肉桂为研究对象,研究不同施氮量对乌龙茶幼龄茶树生长和生理的影响。结果表明,幼龄茶树对氮肥的需求不强烈,其新梢生物量、根生物量和总生物量以及茶叶产量随施氮量的增加而下降。茶树新梢全氮、叶绿素、游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱的含量随施氮量的增加而增加,而茶树碳氮比随着施氮量增加而下降;但施氮并没有影响茶树总碳含量。老叶叶绿素含量、根全氮和硝态氮含量、新梢总糖含量与施氮量呈二次曲线回归关系,适度施氮促进根对氮的吸收、老叶叶绿素合成和新梢总糖代谢,过度施氮则相反。新梢生物量与其硝态氮含量和游离氨基酸总量显著负相关;根生物量与根碳氮比和新梢咖啡碱含量显著负相关;茎叶生物量和总生物量与根含氮量显著正相关,但与新梢硝态氮和氨基酸含量显著负相关。过度施氮造成茶树生产力下降的主要原因是因为过度施氮极显著提高了茶树氨基酸代谢水平,使用于茶树生长的碳代谢产物（如总糖）减少,进而影响茶树的生长。     

施氮水平对2种穗型冬小麦品种产量及氮素吸收利用的影响

在大田高产栽培条件下,以大穗型小麦品种‘兰考矮早八’和多穗型品种‘豫麦49-198’为材料,研究了4个施氮水平下2种穗型冬小麦品种的籽粒产量、氮素吸收和氮肥利用效率。结果显示:随着施氮水平的提高,2种穗型小麦植株地上部生物量(返青期、拔节期除外)、籽粒产量和籽粒蛋白质产量均呈先增加后降低的趋势并都显著高于对照(不施氮),且均以180 kg.hm-2施氮处理最高,而2品种小麦各生育期植株氮素积累量和成熟期籽粒蛋白质含量却逐渐增加,且大都显著高于对照;2品种小麦的氮肥利用率、土壤氮贡献率以及氮收获指数均表现出180 kg.hm-2>90 kg.hm-2>360 kg.hm-2的趋势,且不同氮肥处理间均存在极显著差异(P<0.01)。研究表明,2种穗型冬小麦品种在试验条件下施用纯氮180 kg.hm-2可获得较高籽粒产量、蛋白质产量和氮收获指数。     

五个杨树品种生长、光合生理及根尖离子流速特性比较分析

通过比较不同品种杨树(Populus)的生长、光合生理及根尖离子流速特性差异，为速生适应性强品种的早期选育提供参考。以渤丰3号杨(P.×euramericana ‘Bofeng 3’)、渤丰1号杨(P.×euramericana ‘Bofeng 1’)、西雄1号杨(P.×euramericana ‘Xixiong 1’)、中雄7号杨(P.×euramericana ‘Zhongxiong 7’)和中雄4号杨(P. deltoides×P. suaveolens cl.‘Zhongxiong 4’)5个杨树品种1年生苗为研究对象，于正常培养条件下的试验开始和试验结束(30 d)时分别测定株高、地径等生长指标，并于10、20、30 d时分别测定幼苗的叶片数量、单叶面积、叶长、叶宽、瞬时净光合速率(Pn)、胞间CO2摩尔浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素相对含量以及根尖K⁺、Ca²⁺、H⁺流速等指标，经过30 d的正常管理，5个品种的株高生长量之间的差异达到显著水平，由高到低依次为中雄4号杨、西雄1号杨、...     

硫氮配施对持绿型小麦氮素运转及叶片衰老的影响

以持绿型小麦品种‘豫麦66号’、‘潍麦8号’及非持绿型品种‘小偃6号’为材料,采用以氮肥为主区硫肥为副区的田间裂区试验,研究了2个施氮水平[纯氮120kg/hm2(N120)、220kg/hm2(N220)]和3个施硫水平[纯硫0kg/hm2(S0)、20kg/hm2(S20)、60kg/hm2(S60)]下植株各部位的含氮量、叶片干鲜重及叶片叶绿素含量的变化,探讨硫氮配施对不同类型小麦氮吸收及衰老的影响。结果表明:在相同处理下,持绿型小麦植株的总含氮量、氮素转运量、叶绿素含量、叶片含水量及穗粒数和千粒重均高于非持绿型小麦。N120处理条件下,不同硫肥处理时持绿型小麦与非持绿型小麦变化趋势相同,开花期茎和叶含氮量及叶绿素含量在S60处理下均低于其他2个硫肥处理,生育后期叶片含水量下降幅度也明显高于其他处理;在N220处理条件下,3个品种开花期叶含氮量、收获期总氮累积量、氮收获指数、叶绿素含量及叶片含水量在S60处理下均高于其他2个处理,其中非持绿型小麦在高硫处理条件下灌浆期的叶绿素含量的增长率明显高于持绿型小麦,而灌浆中后期叶片含水量的下降幅度则明显低于持绿型小麦。研究发现,施用硫肥在氮肥不足时会对小麦植株氮素的吸收利用及叶片衰老等方面产生负面影响,但在氮肥充足时却在氮素的吸收利用、延缓叶片衰老及最终籽粒产量和总生物量等方面表现出正面效应;本实验条件下,220kg/hm2左右施氮量和60kg/hm2左右施硫量有利于各品种小麦生长发育和产量提高;高N和高S水平对于延缓小麦的衰老而言,非持绿性小麦比持绿型小麦更明显。     

氮素形态对铁线莲光合特性及氮代谢的影响

为了解铁线莲的光合性能和氮素代谢的响应机制,对不同氮素形态配比下1 a生厚叶铁线莲(Clematis crassifolia)与天台铁线莲(C.paten ssp.tientaiensis)的生长、光响应曲线、A-Ci曲线和氮代谢相关酶活性进行了比较。结果表明,氮素形态配比显著影响铁线莲的生物量和叶绿素(Chl)含量,厚叶铁线莲在铵态氮(NH_4~+-N)与硝态氮(NO_3~–-N)配比为1∶1时,生物量、Chl a、Chl b、Car含量达到最大;天台铁线莲的Chl a和Chl b含量在NH_4~+-N/NO_3~–-N为1∶3时最高。在NH_4~+-N/NO_3~–-N为1∶1时,厚叶铁线莲的光饱和点和天台铁线莲的光补偿点为最大值,且厚叶铁线莲叶片的Vc_(max)与J_(max)值均显著高于其他处理。天台铁线莲的谷氨酰胺合成酶(GS)活性在NH_4~+-N/NO_3~–-N为3∶1处理下最高,而硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NiR)活性在NH_4~+-N/NO_3~–-N为1∶3时显著高于其他处理。可见,NH_4~+-N和NO_3~–-N混合施用能有效促进2种铁线莲的生长和光合作用,加强氮素利用效率。厚叶铁线莲适宜的NH_4~+-N/NO_3~–-N配比为1∶1,而天台铁线莲更适宜1∶3。     

Nitrogen fixation by Methanobacterium formicicum

Abstract: Methanobacterium formicicum utilized molecular nitrogen as the sole nitrogen source for growth as monitored by methane production and culture turbidity measurements. The rate of methane production by the bacteria was correlated to nitrogen gas concentrations. In the absence of nitrogen gas or any other nitrogen source, the bacteria completely stopped growing. The presence of selenium and molybdenum in the culture medium was vital for the growth of the bacteria under nitrogen fixing conditions.     

太湖地区稻田氮肥吸收及其利用的研究

The effects of different amounts and kinds of nitrogen fertilizer on rice yield and its nitrogen uptake and utiliza-tion were studied on a main paddy soil (Wushan soil) of Taihu area. The results indicated that the optimal amount of nitrogen fertilizer was about 180 kg N· hm^-2 for rice production. Applying ammonium sulfate was better than applying urea for increasing rice yield. The efficiency of nitrogen fertilizer in this experiment was about 41.8-48.5%, and its loss was 22.8-38.1% .     

Nitrogen metabolism inRhodopseudomonas globiformis

Rhodopseudomonas globiformis strain 7950 grew with a variety of amino acids, urea, or N₂ as sole nitrogen sources. Cultures grown on N₂ reduced acetylene to ethylene; this activity was absent from cells grown on nonlimiting NH ₄ ⁺ . Glutamate dehydrogenase could not be detected in extracts of cells of strain 7950, although low levels of an alanine dehydrogenase were present. Growth ofR. globiformis on NH ₄ ⁺ was severely inhibited by the glutamate analogue and glutamine synthetase inhibitor, methionine sulfoximine. High levels of glutamine synthetase (as measured in the -glutamyl transferase assay) were observed in cell extracts of strain 7950 regardless of the nitrogen source, although N₂ and amino acid grown cells contained somewhat higher glutamine synthetase contents than cells grown on excess NH ₄ ⁺ . Levels of glutamate synthase inR. globiformis were consistent with that reported from other phototrophic bacteria. Both glutamate synthase and alanine dehydrogenase were linked to NADH as coenzyme. We conclude thatR. globiformis is capable of fixing N₂, and assimilates NH ₄ ⁺ primarily via the glutamine synthetase/glutamate synthase pathway.Abbreviations GS glutamine synthetase - GOGAT Glutamineoxoglutarate aminotransferase - GDH Glutamate dehydrogenase - ADH Alanine dehydrogenase - MSO Methionine sulfoximine     

Nitrogen and yield potential of irrigated rice

Yield potential of modern rice varieties and implications for N management were evaluated in a series of field studies that provided data for validation of an eco-physiological simulation model for rice. We tested the hypothesis that N was the major factor limiting yield potential of irrigated rice. The simulation model ORYZA1 was used to evaluate the observed yield differences between varieties grown with different N management and in different environments. The model explained differences in yield of the treatments resonably well on the basis of differences in radiation, temperature, leaf N content and variety coefficients for phenological development. It was demonstrated by the model and experimental data that yield levels of 6 t ha^-1 in the wet season and 10 t ha^-1 in the dry season can be obtained in the tropics with the current short duration varieties only when the N supply from soil and fertilizer is adequately maintained at key growth stages. Yield probabilities for rice crops were simulated for different environments using long term weather data at two Philippine sites.     

模拟大气氮沉降对中国森林生态系统影响的研究进展

人类活动加剧了活性氮的生产和排放,并导致氮沉降日益增加并全球化。目前,人类活动对全球氮循环的干扰已经超出了地球系统安全运行的界限。中国已成为全球氮沉降的高发区域,高氮沉降已经威胁到生态系统的健康和安全,并成为生态文明建设过程中亟待理清和解决的热点问题。对国际上和中国森林生态系统模拟氮沉降研究的概况进行了综述,并从生物学和非生物学两大过程重点阐述模拟氮沉降增加对中国主要森林生态系统影响的研究进展。中国自2000年以后才开始重视大气氮沉降产生的生态环境问题,中国科学院华南植物园在国内森林生态系统模拟氮沉降试验研究上做出了开创性的贡献。模拟氮沉降研究表明,持续高氮输入将会显著改变森林生态系统的结构和功能,并威胁生态系统的健康发展,特别是处于氮沉降热点区域的中国中南部。森林生态系统的氮沉降效应依赖于系统的氮状态、土地利用历史、气候特征、林型和林龄等。最后,对未来的研究提出了一些建议,包括加强长期跟踪研究和不同气候带站点之间的联网研究,特别是在森林生态系统对长期氮沉降响应与适应的过程机制、地下碳氮吸存潜力研究、以及与其他全球变化因子的耦合研究等方面,以期为森林生态系统的可持续发展提供理论基础和管理依据。     

小麦纹枯病菌氮素营养的研究

研究了培养基中硫酸铵、亚硝酸钠、尿素、酪氨酸、丝氨酸、赖氨酸、丙氨酸、精氨 酸、亮氨酸、组氨酸、胱氨酸和脯氨酸等 １２种氮源对小麦纹枯病菌（Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ　ｃｅｒｅａｌｉｓ）生 长的影响．结果表明,对小麦纹枯病菌生长最适宜的氨基酸是亮氨酸和脯氨酸,对铵盐、亚 硝酸盐和硝酸盐均能有效利用,对胱氨酸和赖氨酸利用能力最差．最后对小麦纹枯病菌的 Ｎ素营养与病害的发展和小麦植株营养状态之间的关系进行了讨论．     

不同改良剂对珊瑚砂理化性质和氮素固持的影响

高碱环境和土壤养分的匮乏严重限制了我国热带珊瑚岛土壤环境下植物的生长适应能力,因此,珊瑚砂改良对促进珊瑚岛植被恢复,维持珊瑚岛生态环境可持续健康发展具有重要意义。该研究通过室内土柱模拟试验,对比了同一梯度下4种常用土壤改良材料(蛭石、珍珠岩、生物炭和钙基膨润土)对珊瑚砂理化性质、氮素淋溶以及总氮含量的影响。结果表明,与对照(CK)相比,施用生物炭使珊瑚砂pH显著降低1.4%,钙基膨润土、生物炭和蛭石能够显著提高珊瑚砂的阳离子交换量至CK的24.21、10.43和9.43倍。同时,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石并不能降低以硝态氮形式为主的氮素淋失,但是能显著减少其他途径的氮素损失,从而达到促进珊瑚砂氮素固持的效果,3种改良剂施用下的珊瑚砂总氮损失相较于CK分别降低了40.92%、27.32%和25.09%。因此,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石均能有效提高珊瑚砂土壤质量,对改良珊瑚砂和热带珊瑚岛植被恢复具有重要意义,其中生物炭的改良效果最为显著,是改良珊瑚砂的理想材料。     

Nitrogen cycling in grasslands at Kanpur,India

Summary The present paper deals with the distribution of nitrogen in the different plant compartments and in the top 30 cm soil among the protected, semi-protected and open-grazed grasslands at Kanpur (26° 26 N latitude and 80° 22 E longitude).The protected site indicated greater nitrogen content (g N m^–2) in the aboveground and belowground plant parts as compared to those of semi-protected and open-grazed sites. Nitrogen content in the combined live and dead herbage varied from 2.6 to 53.5 g m^–2 in protected community, 1.6 to 27.6 g m^–2 in semi-protected and 0.9 to 17.4 g m^–2 in open-grazed community. The content ranged between 1.0 to 17.7, 0.5 to 9.7 and 0.4 to 6.6 g m^–2 for belowground and from 0.1 to 1.1, 0.1 to 0.5 and 0.1 to 0.3 g m^–2 for litter compartments in protected, semi-protected and open-grazed community respectively.A significant positive relationship was found with the nitrogen per gram dry weight in combined live and dead herbage of the study sites and the average monthly relative humidity.The distribution pattern of nitrogen in plant/soil system indicated that the major portion of nitrogen (91 per cent in the protected, 95 per cent in the semi-protected and 96 per cent in the opengrazed stands) in the system was retained in the soil while a small fraction of it (9 per cent, 5 per cent and 4 per cent on protected, semi-protected and open-grazed area respectively) resided in plant compartments. Partitioning, uptake, transfer and release of nitrogen have been discussed in detail for all three sites.     

Nitrogen assimilation in plants: current status and future prospects

Nitrogen (N) is the driving force for crop yields; however, excessive N application in agriculture not only increases production cost, but also causes severe environmental problems. Therefore, comprehensively understanding the molecular mechanisms of N use efficiency (NUE) and breeding crops with higher NUE is essential to tackle these problems. NUE of crops is determined by N uptake, transport, assimilation, and remobilization. In the process of N assimilation, nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NiR), glutamine synthetase (GS), and glutamine-2-oxoglutarate aminotransferase (GOGAT, also known as glutamate synthase) are the major enzymes. NR and NiR mediate the initiation of inorganic N utilization, and GS/GOGAT cycle converts inorganic N to organic N, playing a vital role in N assimilation and the final NUE of crops. Besides, asparagine synthetase (ASN), glutamate dehydrogenase (GDH), and carbamoyl phosphate synthetase (CPSase) are also involved. In this review, we summarize the function and regulation of these enzymes reported in three major crops—rice, maize, and wheat, also in the model plant Arabidopsis, and we highlight their application in improving NUE of crops via manipulating N assimilation. Anticipated challenges and prospects toward fully understanding the function of N assimilation and further exploring the potential for NUE improvement are discussed.