氮素形态和铁营养对玉米苗期生长及体内铁分布的影响

以玉米(Zea mays)品种‘豫玉-22’为材料,采用营养液培养方法,研究了低铁和正常供铁条件下供应不同形态氮素对玉米苗期生长及体内铁分布的影响。结果表明:(1)与低铁介质相比,常铁介质增加了各氮素处理玉米幼苗的株高、地上部干重、全株干重,降低了根冠比,其中硝态氮处理表现得尤其突出;与供应硝态氮(NO3--N)相比,增施铵态氮(1/2 NO3--N 1/2 NH4 -N,NH4 -N)能明显促进低铁介质中玉米生长,但在常铁介质下作用不明显。(2)相比于低铁介质,正常供铁显著提高了相应处理玉米新叶叶绿素含量及净光合速率;2种供铁介质中,NH4 -N处理的新叶叶绿素含量以及净光合速率均高于其它氮素处理。(3)相比于低铁介质,正常供铁处理总体上增加了玉米各部分活性铁含量和全铁含量,对NO3--N处理的新叶活性铁含量增加尤其明显;2种供铁介质中,NH4 -N均有利于提高新叶活性铁含量和植株地上部全铁含量。(4)玉米新叶活性铁含量不仅与其叶绿素含量显著正相关(r=0.979**),也与叶片净光合速率显著正相关(r=0.950**)。研究发现,供铁状况显著影响玉米新叶的叶绿素含量及其净光合速率且与供氮形态存在互作;供应铵态氮有利于提高缺铁条件下玉米新叶活性铁含量,增强玉米植株的光合能力,进而促进其正常生长。     

玉米幼苗地上部/根间氮的循环及其基因型差异

以两个玉米（ZeamaysL.）自交系原引1号（YY1）和综31（Z31）为研究材料,采用盆栽土培的培养方法,在正常供氮（HN,0.15gN/kg干土）和低氮量供应（LN,0.038gN/kg干土）培养条件下对玉米幼苗植株体内氮的循环量及其在地上部/根间的分配量进行了定量地测定、计算。结果表明,在玉米幼苗地上部/根间氮的循环量很高。低氮量供应使玉米幼苗植株吸氮量下降,根中氮的分配比例增加,同时地上部/根间氮的循环量也随之减少。与氮低效自交系Z31相比,氮高效自交系YY1幼苗中地上部/根间的氮循环量大、氮向根的分配量高,因而有利于其根系的生长,表现为根/地上部之比和总根长较高。这可能有利于其中后期对氮素的高效吸收与利用。     

玉米幼苗地下部／根间氮的循环及其基因型差异

以两个玉米（Zea mays L.）自交系原引1号（YY1）和综31（Z31）为研究材料,采用盆裁土培的培养方法,在正常供氮（HN,K0．15gN/kg干土）和低氮量供应（ON,0.038gN/kg干土）培养条件下对玉米幼苗植株体内氮的循环量及其他在地上部／根间的分配量进行了定量地测定、计算。结果表明,在玉米幼苗地上部／根间氮的循环量很高。低氮量供应使玉米幼苗植株吸氮量下降,根中氮的分配比例增加,同时地上部／根间氮的循环量也随之减少。与氮低效自交系Z31相比,氮高效自交系YY1幼苗中地上部／根间的氮循环量大、氮向根的分配量高,因而有利于其根系的生长,表现为根／地上部之比和部根长较高。这可能有利于其中后期对氮素的高效吸收与利用。     

大气CO_2浓度和供氮水平对油菜前期生长及氮素吸收利用的影响

采用砂培试验,在2种CO2浓度(自然CO2浓度400μmol·mol-1和高CO2浓度700μmol·mol-1)和2种供氮水平(常氮15 mmol N·L-1和氮胁迫5 mmol N·L-1)下,研究了油菜营养生长阶段的干物质累积和氮素吸收利用的变化。结果表明:高CO2浓度条件下,油菜株高、根茎粗和干物质累积量增加,其中,常氮条件下,根茎粗和地上部干重的增加幅度大于氮胁迫条件,株高和根系干重增加幅度则常氮条件小于氮胁迫条件;高CO2浓度下,根体积、根系活跃吸收面积和总吸收面积在2个供氮水平下均增加,而一级侧根数只在常氮条件下增加,根长只在氮胁迫条件下增加;高CO2浓度条件下,油菜各器官含氮量下降,其中,叶片和根系的含氮素量下降幅度明显大于茎;高CO2浓度条件下,正常供氮时根、茎、叶氮素累积量均增加,氮胁迫时茎氮素累积量增加,而根和叶的氮素累积量减少;高CO2浓度条件下,氮素吸收效率、氮素利用效率和氮效率均增加,常氮条件下增加幅度大于低氮条件,其中,氮素利用效率对氮水平的响应更加明显。     

钾局部供应对玉米根系生长和钾吸收速率的影响

采用自制培养装置,在玉米种子根的局部根段供应含钾营养液。研究证明钾局部供应不影响地上部和总根系干物质的积累。试验开始后第１０ 天钾局部供应使供钾区的根系总长明显增加,这是由于二次侧根长度和数量的增加,但一次侧根生长增加不明显。试验开始第３ 天起,钾供应区的钾吸收速率明显加快。因此,早期可能主要通过钾吸收速率的加快来补偿由于钾局部供应的不足,二次侧根长出以后,根系生长的增加可能部分补偿供钾的不足。１４ Ｃ示踪试验表明,钾局部供应时,植株中的光合产物运向供钾根区的量多于无钾根区     

局部供磷对玉米根系生长、磷吸收速率的影响

玉米幼苗种子根局部供磷可明显改变根系的形态。供磷区侧根生长增加,无磷区侧极生长减少。供磷区1次、2次侧根长度与2次侧根数量明显增加;而1次侧根数量则不增加。供磷区缩小时,根系生长加快,单位根区磷吸收速率增加,但单位根重磷吸收速率的增加不很明显。磷局部供应植株主要通过供磷区根系的生长来增加磷的吸收,以满足植株对磷的需求。局部供磷植株中转运到供磷根区的光合产物明显多于无磷根区。     

香蕉苗期氮素亏缺与补偿对植株生长和根系形态的影响

为探究氮素亏缺及亏缺后补偿供氮对蕉苗生长及其根系形态特征的影响,该研究以主要栽培品种基因组类型(AAA型和ABB型)的香蕉品种为材料,通过石英砂基质培养结合氮素亏缺与补偿处理,分析其株高、叶长、叶宽、新增绿叶数、地上部和根系的鲜重和干物质质量、根长和根表面积及根体积等指标的变化。结果表明:(1)亏缺30 d,香蕉苗呈现明显的缺氮表型症状,株高、叶长、叶宽及新增绿叶数均显著降低,根系干物质积累增加,品种Ⅰ、Ⅱ根系干物质分别提高64.71%、87.50%,根冠比增加,总根表面积分别增加4.38%、11.85%,体积分别增加71.78%、66.55%。(2)亏缺68 d,干物质积累受到明显抑制,品种Ⅰ、Ⅱ全株干物质质量降低33.74%、42.04%,根系干物质质量与常规处理无显著差异,根系形态参数变化趋势与轻度亏缺一致。(3)亏缺后补偿供氮,缺氮症状消失,植株生长指标恢复正常水平; 品种Ⅰ、Ⅱ根系干物质质量显著增加51.22%、52.38%,根冠比显著高于常规处理,根系趋向正常形态生长,并且总根体积分别增加61.80%、45.92%; 轻度氮素亏缺后适时补偿供氮,缺氮蕉苗可恢复正常生长,根系干物质质量及体积显著高于常规处理且幼苗的长势更好。综上认为,生产中可以综合利用亏缺胁迫后补偿供氮的方式来培育香蕉苗,以利于其在田间栽培的生长。     

不同氮效率水稻品种根系生理生态指标的差异

以氮素利用效率差异大的两个水稻品种(氮高效品种南光和氮低效品种Elio)作为试验材料,设计高低两个供氮水平,在温室砂培条件下研究了不同氮效率水稻高效吸收利用氮素的根系生物学特性及生理机制.结果表明,在两个供氮水平下,氮高效水稻南光的产量均显著大于氮低效水稻,增幅在50%以上.随着供氮水平的提高,两个水稻品种植株的总吸氮量和干物质量随之增加,氮高效水稻南光的生育后期吸氮量和地上部及根系的生物量显著高于氮低效水稻Elio;氮高效水稻品种南光根系形态参数对氮素营养的响应度高于氮低效品种Elio,高氮处理下,南光较低氮处理分别增加127%(总根长)和114%(根系表面积),而Elio仅增加92%(总根长)和82%(根系表面积),而且Elio在齐穗期后根系形态参数水平下降显著;南光的根系伤流强度在拔节期较氮低效水稻Elio高出11%(1mmol L-1)和32%(5mmol L-1),灌浆期南光较Elio高出12%(1mmol L-1)和12%(5mmol L-1),差异均显著.由本试验结果可推断根系形态及根系活力的差异是造成水稻氮效率差异的重要原因之一.     

CO2倍增对不同氮水平下小麦幼苗根系及叶片NR活性的影响

以小麦品种'小偃22'幼苗为材料,采用开顶式气室和水培实验研究了不同供氮水平(2.5、5.0、10.0和 15.0 mmol·L-1)下小麦幼苗植株生长量、根系形态、有机碳分泌速率和硝酸还原酶(NR)活性对大气CO2浓度升高的响应.结果显示,大气CO2浓度倍增均增加了小麦幼苗各生长阶段根冠生物量以及根系长度、面积、有机碳分泌速率和叶片NR活性.随供氮水平的提高,各生长阶段幼苗根冠生物量、根长和面积以及叶片NR活性呈上升趋势,而有机碳分泌速率呈下降趋势;根冠比变化不同阶段表现不一致,一叶一心期呈下降趋势,二叶一心期和三叶一心期分别以15.0和10.0 mmol·L-1氮水平较高.研究表明,大气CO2浓度升高可促进小麦幼苗根系生长和有机碳分泌速率,提高其氮素同化能力;增加介质供氮有利于高CO2浓度条件下小麦幼苗根冠生长和氮素同化,提高根冠比,减少根系有机碳过度分泌引起的碳损耗.     

供氮水平对小麦生殖生长时期叶片光合速率、NR活性和核酸含量及产量的影响

在水培条件下,研究了氮素水平对小麦生殖生长时期一些生理特性及产量的影响。结果表明：生殖生长时期,外源供氮水平供应增加,叶面积、叶片光合速率及叶绿素含量均随之增加;叶片和根系硝酸还原酶活性(NRA)、叶片铵态氮含量和外源供氮水平间有显著正相关;根系DNA及RNA含量均随供氮水平升高而升高;孕穗期用不同氮素水平处理15d,对小麦成熟后生物量及经济产量有明显影响。     

供氮水平对小麦生殖生长时期叶片光合速率、NR活性和核酸含量及产量的影响

在水培条件下，研究了氮素水平对小麦生殖生长时期一些生理特性及产量的影响。结果表明：生殖生长时期，外源供氮水平供应增加，叶面积、叶片光合速率及叶绿素含量均随之增加；叶片和根系硝酸还原酶活性（NRA）、叶片铵态氮含量和外源供氮水平间有显著正相关；根系DNA及RNA含量均随供氮水平升高而升高；孕穗期用不同氮素水平处理15 d，对小麦成熟后生物量及经济产量有明显影响。     

耐低氮茄子基因型的筛选

在正常供氮和低氮胁迫条件下,比较了10个茄子不同基因型的果实产量、地上部生物量和氮素吸收总量的变化。结果显示,与正常供氮相比,在低氮胁迫条件下,供试基因型的果实产量、地上部生物量和氮素吸收总量均有下降,但不同基因型下降幅度不同。在低氮胁迫条件下,06—991的果实产量、地上部生物量和氮素吸收总量的相对指数均显著高于其他基因型,是一个理想的耐低氮茄子基因型。     

局部供氮对低磷胁迫下马尾松不同家系生长及根系参数的影响

土壤资源有效性在空间分布上的差异会对植物的生长发育产生重要影响。该文选择马尾松(Pinus massoniana)二代育种亲本育成的5个全同胞家系(1、25、49、52、57)为材料,进行一个生长季的局部供氮苗木盆栽实验。实验在同质低磷和异质低磷两种低磷环境下分别设置4个供氮处理:均匀供氮(HHH)、表层和中间层供氮(HHL)、底层供氮(LLH)和底层半侧供氮(LLH/L),研究了模拟异质养分环境对马尾松不同家系苗木生长及根系发育的影响。结果表明:1)与同质低磷相比,异质低磷促进了马尾松的生长和根系发育,其根长和根表面积分别为同质低磷下的1.95倍和2.11倍。2)局部供氮对马尾松生长的影响受土壤磷素环境影响较大,与HHH相比,局部供氮(HHL、LLH和LLH/L)对同质低磷下苗木的株高、地径和干物质积累量有明显的促进作用,但在异质低磷下,仅LLH和LLH/L处理有利于苗木地上部分的生长,HHL处理反而有抑制效应。3)在两种低磷环境下,LLH/L和LLH处理对马尾松苗木根系生长发育的促进作用显著,尤其在异质低磷环境下的促进作用较强(LLH/L处理下根长和根表面积较HHH处理高出29.2%和32.3%),但HHL对根长和根表面积有一定的抑制作用。4)马尾松不同家系间对不同供氮处理的响应差异显著。家系49、52和57主要通过增加根系在土壤中的分布来响应局部氮素分布的变化,促进整株干物质量的积累;家系25地上部分的生长随氮、磷含量的增大而增加,但根系的增生发育对其整株生长的贡献较小;家系1生长发育迟缓,对局部供氮的响应较为迟钝。研究结果显示,局部供氮较均匀供氮更有利于马尾松苗木生长,且土壤深层施肥的促进作用更强。     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花根系及叶片衰老特性的影响

在新疆的气候生态条件下, 选用北疆2个棉花(Gossypium hirsutum)主栽品种‘新陆早13号’和‘新陆早33号’为供试材料, 设置限根(RR)与对照(CK)处理, 每个处理设置4个水氮水平: 水氮亏缺(W₀N₀)、水分亏缺(W₀N₁)、氮素亏缺(W₁N₀)与水氮适量(W₁N₁), 组成再裂区试验方案。采用管栽方法, 通过人工改变根系垂直生长深度和水氮供应, 在棉花产量形成期测定根系及叶片抗氧化保护酶系活性、生物量累积及分配等, 探讨根域限制及水氮供应对棉花根系生长及叶片衰老的影响机理。结果表明: 根域限制条件下, 棉花根系生物量、根系与叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)与过氧化氢酶(CAT)活性、棉株总生物量、根冠比均低于对照, 而地上部生物量与籽棉产量显著高于对照。水氮供应能有效地调节根系及叶片的生长, 不同水氮处理间棉花根系与叶片抗氧化保护酶系活性、叶绿素含量、地上部生物量及籽棉产量均表现为W₁N₁ > W₀N₁ > W₁N₀ > W₀N₀, 根冠比与根系生物量的表现与之相反。根域限制与水氮供应表现出互作优势, 根域限制下适量水氮供应处理的地上部生物量与籽棉产量均明显高于其他处理, 根冠比较低。因此, 在棉花根系生长受限的条件下, 优化生育期间水氮供应, 可以增强根系及叶片的抗氧化保护酶系活性、增加光合产物向地上部的分配比例、增加产量, 是进一步挖掘膜下滴灌棉花增产潜力的有效途径。     

不同浓度硝态氮供应下小麦生长、硝态氮累积及根系钙信号特征

以小麦品种‘石麦15’和‘衡观35’为材料进行营养液水培试验,研究不同浓度硝态氮供应对小麦苗期根系形态、钙离子流特征及钙调蛋白(CaM)含量的影响。结果表明,与适宜浓度硝态氮处理(2.5mmol/L)相比,无外源硝态氮供应时小麦地上部鲜重、硝态氮含量均降低,侧根数量显著减少;高浓度硝态氮处理(50mmol/L)下两个小麦品种地上部硝态氮含量升高,根系总长度降低,‘石麦15’侧根数量减少。无硝态氮和高浓度硝态氮处理下,根系中钙调蛋白含量降低,且‘衡观35’的降低幅度大于‘石麦15’。无外源硝态氮供应时小麦根尖表现出较为明显的钙离子外流特征;与适宜浓度硝态氮处理相比,高硝态氮处理下小麦根尖Ca2+的内流速度显著下降。说明硝态氮供应不足和高浓度硝态氮供应会影响小麦根系生长,根系Ca2+外流或Ca2+内流速度下降,CaM含量减少,Ca2+/CaM可能介导硝态氮调控小麦根系生长发育。     

基于相对叶绿素含量的玉米自交系氮敏感性鉴定与评价

氮敏感性鉴定与评价是培育耐低氮与氮高效利用玉米品种的重要的研究内容。本研究采用前期建立的快速无损伤测定SPAD值分析相对叶绿素含量的模型,于低氮与正常供氮大田试验处理下,对我国玉米育种与生产上重要的 189 份玉米自交系开展了低氮与正常供氮条件下不同时期与不同部位叶片的相对叶绿素含量分析。方差分析结果表明,低氮与正常供氮条件下,叶绿素含量均存在极显著的基因型与环境差异,基因型差异是氮敏感性差异的重要原因之一。开花期和开花后10天玉米主要功能叶穗三叶(穗位上第1叶、穗位叶、穗位下第1叶)叶绿素含量之间具有极显著正相关;大喇叭口期玉米全展叶叶绿素含量与各时期各部位叶绿素含量之间呈现极显著中度相关。将正常供氮条件下的性状值与低氮胁迫下性状值的差值占正常供氮条件下性状值的百分比定义为氮敏感性。189份玉米自交系氮平均氮敏感指数变幅为23.86%- 36.00%,表现高度耐低氮的材料有合344和昌7-2等40份自交系,高度敏感的材料有CML206和CA375等40份自交系。本研究提供了一种快速高效的种质资源氮敏感性鉴定与评价方法,并为玉米耐低氮与氮高效育种的遗传育种提供了重要分析结果与基础数据。     

氮素营养对小麦根冠协调生长的调控

在植物生长箱通过溶液培养方式,对不同氮素条件下不同抗旱性的小麦品种西农1043和小偃6号的幼苗根苗生长特性进行了研究,结果表明在不同氮素浓度下,氮肥用量的提高对地上部干重和叶片气体交换参数表现为增效效应,当用量增至一定程度时,地上部干重和叶片气体交换参数均呈下降趋势,只是各自的适宜用量存在差异。培养介质氮素浓度低时,有利于小麦根系干重累积,培养介质氮素浓度高时,不利于根系干重累积。西农1043和小偃6号根长分布基本相似,水分利用效率随着根冠比的增大而降低。小麦根冠比的增加并不利于叶片水分利用效率的提高,而叶片光合作用最优的根冠比为0．5左右。     

根域限制和氮素水平对连翘幼苗生长的影响

在植物生长箱通过溶液培养试验,从叶片光合气体交换参数、叶绿素含量及其荧光参数等方面来探讨不同氮素浓度条件下根域体积对连翘幼苗光合生理特性及生长的影响,并采用^15N示踪技术对不同氮素浓度条件下根域体积对连翘幼苗体内氮素转运进行了研究。结果表明：低氮（LN）处理幼苗的地上部和根系干物质重较高氮（HN）处理的高,根域限制对地上部和根系干物质重的影响不同,LN处理幼苗地上部和根系干物质重在低根域体积（10cm×10cm×15cm,LR）处理均较高根域体积（20cm×10cm×15cm,HR）处理的低,HN处理的幼苗响应情况有所不同。LN处理幼苗的叶片净光合速率（Pn）和叶绿素含量较HN处理的高;LN处理幼苗Pn和气孔导度（Gs）在LR处理较HR处理的高,而HN处理幼苗的Pn和Gs随根域体积变化规律与LN处理相反,LN和HN处理叶绿素含量随根域体积变化规律与Pn相反。LN处理幼苗的PSⅡ最大光化学量子效率（Fv／Fm）和PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）均较HN处理的高,不同供氮处理下LR处理幼苗的Fv／Fm均较HR处理的高;而ФPSⅡ的变化规律相反。不同供氮处理时,LR处理幼苗的光化学猝灭系数（qP）均较HR处理的低,而非光化学猝灭系数（qNP）的变化规律相反,LN处理幼苗的qNP较HN处理的高（P〈0．05）。不同供氮处理时,LR处理幼苗根系和地上部氮含量均较HR处理的低,LN处理幼苗根系和地上部氮含量较HN处理的低,幼苗根系和地上部氮含量随氮素浓度变化差异显著（P〈0．05）。LN处理幼苗根系吸收^15N在根系和叶片的分配率均较HN处理的低,而根系吸收^15N在枝和茎的分配率呈相反变化规律。根系吸收氮在叶片和枝的分配率分别为7％～10％和7％～12％,叶片和枝生长需要的氮素主要由其内源N库提供。     

全球水稻分子育种核心种质资源耐低钾品种的苗期筛选

以全球水稻分子育种计划提供的117份核心种质资源为供试材料,进行苗期水培试验,比较两种不同K 浓度处理下的苗期根茎性状表现.结果表明:两种处理条件下,品种间存在显著差异;以发根数、总根长、苗高、地下部干重、地上部干重等5个性状相对指数的平均值构成品种的综合指数,作为筛选耐低钾品种的评判标准,结合稻苗生长情况,从117份核心种质资源中筛选出9个耐低钾品种和32个较耐低钾品种.     

低氮胁迫对不同苦荞品种苗期生长和根系生理特征的影响

以2个耐低氮苦荞品种(‘迪庆苦荞’、‘广苦1号’)和2个不耐低氮苦荞品种(‘西荞1号’、‘黑丰1号’)为材料,采用盆栽试验研究了低氮胁迫对苦荞苗期生长和根系生理特性以及氮素利用的影响,以揭示苦荞耐低氮胁迫的生理响应机制。结果显示:(1)与正常供氮处理(15mmol/L)相比,低氮(0.5mmol/L)和极低氮(0.05mmol/L)胁迫处理下,苦荞幼苗的株高、茎粗、叶面积、地上部干重、根系平均直径、根系体积及根系表面积均呈下降趋势,主根长和根冠比呈升高趋势,但在低氮(0.5mmol/L)条件下各品种根系干重均有所增加,且耐低氮品种增加幅度较大(13.69%、19.26%)。(2)低氮胁迫使苦荞叶片的叶绿素含量、最大荧光产量(Fm)和最大光化学效率(Fv/Fm)以及根系活力、硝酸还原酶(NR)活性和可溶性蛋白含量显著降低,而叶片初始荧光产量(Fo)及根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)、可溶性糖及游离脯氨酸含量呈升高趋势。(3)低氮胁迫使苦荞植株全氮含量及氮积累量显著降低,却使氮素吸收效率显著升高。研究表明,不同耐低氮苦荞品种对低氮胁迫的响应存在显著差异,在低氮胁迫下,耐低氮品种(‘迪庆苦荞’、‘广苦1号’)具有明显的生长优势,不仅农艺性状、叶片光合作用及根系活性受低氮胁迫影响小,而且具有较高的根系保护酶活性、渗透调节物质含量以及全氮量和氮积累量。