开放式空气二氧化碳浓度增高(FACE)条件下水稻的根系活力和氮同化能力

利用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,用伤流量法研究了低氮(LN 150 kg·hm^-2)和常氮(NN 250 kg·hm^-2)水平下,大气CO₂浓度升高对水稻分蘖、抽穗期和穗后35 d根系活力和根系N同化能力(氨基酸合成能力)的影响.结果表明,就整株水稻来看, CO₂浓度升高和N处理对根系活力无显著影响;但由于FACE条件下水稻分蘖数增加14.5%(LN)和20.7%(NN),使每茎根系活力(伤流强度)降低1.4%～21.7%.在分蘖和抽穗期,虽然FACE处理促进了根系吸收的无机N向氨基酸转化,根系伤流液中氨基酸氮/无机氮提高11.1%～143.1%,但氨基酸浓度和合成总量和对照相比无明显差异.在穗后35 d,FACE处理减弱了水稻根系的N同化能力,表现为根系伤流液中氨基酸/无机氮降低38.1%(LN)和29.2%(NN);同时氨基酸浓度降低34.0%(LN)和44.7%(NN),氨基酸合成总量降低50.8%(LN)和40.0%(NN).提高施氮水平促进了抽穗期水稻根系对无机氮的吸收,伤流液中无机氮含量增加51.1%(对照)和155.2%(FACE),但并未增加氨基酸合成量,由此导致抽穗期氨基酸氮/无机氮显著降低19.5%(对照)和36.8%(FACE);同时,氮处理在这个时期与FACE处理表现出明显的交互作用.     

施氮肥缓解臭氧对小麦光合作用和产量的影响

以小麦(Triticum aestivum)品种‘扬麦16’为试材, 利用开放式空气臭氧(O₃)浓度升高平台, 研究了增施氮(N)肥对O₃对小麦光合作用和产量影响的缓解作用。结果表明, O₃胁迫下灌浆期小麦的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car)、总叶绿素含量(Chl t)和可溶性蛋白的含量显著降低, 降幅分别为28.95%、31.79%、23.17%、58.89%、68.64%、22.89%、60.31%和32.00%; 胞间CO₂浓度(C_i)变化很小; 成熟期生物量和收获时产量也明显下降, 降幅分别为12.23%和12.63%; 而增施N肥可以增加小麦灌浆期的P_n、Chl a、Chl b、可溶性蛋白的含量, 进而增加小麦生物量和产量, 增幅分别为25.66%、83.05%、121.57%、30.33%、14.94%和10.67%, 而对C_i、G_s、T_r、Car含量无明显影响。O₃和N肥对小麦叶片的P_n、Chl t及可溶性蛋白含量有明显的交互作用。因此, 在大气O₃浓度升高条件下增施N肥对小麦O₃损伤有一定的缓解作用。     

冬小麦旺盛生长期间CO2浓度升高对根际呼吸的影响

依托FACE（free air carbon dioxide enrichment）技术平台,利用阻断根法,采用H6400红外气体分析仪（IRGA）-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻／小麦轮作制中冬小麦旺盛生长期间根际呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,大气CO2浓度升高增强了根际呼吸速率,提高了根际呼吸排放量。在高N和低N处理中,高CO2浓度下的根际呼吸总排放量分别比Ambient极显著增加117．0％和90．8％。根际呼吸速率在孕穗初期达到最大值;使根际呼吸在土壤呼吸中的比重由24．5％（LN）～26．7（HN）提高到39．8％（LN）～47．1％（HN）。CO2浓度升高与氮肥用量对根际呼吸产生交互效应。表明大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,结果将有助于评价未来高CO2浓度背景下农田生态系统土壤碳的固定潜力。     

基于基因组的一株土壤固氮菌分离菌株鉴定及其促生作用

[目的] 为获得高效固氮菌株,充分研究利用土壤固氮菌资源。[方法] 选取固氮能力较高的紫色土发育水稻土,采用富集纯化法分离固氮微生物菌株。通过16S rRNA基因系统发育分析和全基因组相关指数比较对新分离菌株进行物种鉴定。采用乙炔还原法和¹⁵N₂示踪法定量测定新分离菌株的固氮能力,通过培养特性和接种效果初步研究固氮菌株的促生作用。[结果] 从紫色土发育水稻土中分离得到1株可在无氮培养基上快速生长的菌株P208。基于16S rRNA基因和基因组92个核心基因的系统发育分析结果表明,新分离菌株P208与Azotobacter chroococcum IAM 12666^T（=ATCC 9043^T）系统发育距离最近（16S rRNA基因相似度为99.79%）。菌株P208与A.chroococcum ATCC 9043^T的基因组平均核苷酸一致性（ANI）、平均氨基酸一致性（AAI）和数字DNA-DNA杂交值（dDDH）高于物种分类阈值（ANI>95%-96%,AAI>95%-96%,dDDH>70%）,最大唯一匹配指数（MUMi）低于物种分类阈值（<0.33）,得出新分离菌株P208为褐球固氮菌（A.chroococcum）。A.chroococcum P208固氮活性为模式菌株A.chroococcum ATCC 9043^T的2.61倍。除固氮能力外,A.chroococcum P208具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长潜力的培养特性,室内培养条件下接种A.chroococcum P208能够促进水稻、小麦幼苗根系的生长。[结论] 从固氮能力较强的水稻土中分离纯化得到1株具有较强固氮、促生潜力的固氮菌,具有潜在的开发应用价值,可为研究利用生物固氮提供微生物资源。     

大气CO2浓度升高对稻麦根系周围土壤C、P、K的影响

利用FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,在两种氮肥施用(低氮,LN和常规氮,NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤可溶性碳、有机磷、速效磷和速效钾的影响.结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,土壤速效磷和速效钾不但没有降低反而增加,增加幅度小麦季大于水稻季,根际大于非根际;水稻季土壤可溶性碳含量增加,且NN水平下水稻和小麦季进入土壤的可溶性碳增加,导致土壤有机磷降低幅度低于LN水平,且水稻季根际土壤大于非根际土壤,有机磷的降低是保证有效磷升高的一个重要因素,增加氮肥施用将有利于土壤有机磷的增加,对维持土壤磷的供给有积极作用,有利于作物对高CO2浓度的持续响应.     

3种水稻土中7株固氮蓝细菌的分离与特征

【背景】蓝细菌是水生和陆地生态系统中生物固氮的主要贡献者。【目的】增加对稻田土壤固氮蓝细菌的了解,获得用于进一步研究的可培养固氮蓝细菌菌株。【方法】选择3种具有不同固氮能力的水稻土,采用BG11-N培养基分离培养固氮蓝细菌菌株,对新分离菌株进行形态特征观察,通过基因组DNA的nifH基因扩增明确其固氮潜力,进一步采用乙炔还原法和~(15)N_2示踪法定量测定其固氮能力,通过基因组DNA的16SrRNA基因序列比对进行鉴定。【结果】在光照培养条件下,采用BG11-N培养基共分离纯化得到自养菌株7株,细胞呈圆形或椭圆形、单列、无分枝、丝状和念珠状,在固体培养基上形成团垫状菌落。新分离菌株在BG11-N培养基中生长状况良好,以基因组DNA为模板可扩增出nifH基因,乙炔还原法和~(15)N_2示踪法测定结果显示具有较高固氮能力,同时具有铁载体生成能力。结合16S rRNA基因序列比对和形态特征,7株菌被初步鉴定隶属于念珠藻科(Nostocaceae)。【结论】从水稻土中分离到在稻田生物固氮中发挥重要作用的蓝细菌(念珠藻科)菌株,可培养固氮蓝细菌菌株固氮能力较高,兼具铁载体生成能力,可作为进一步深入研究的微生物资源,具有潜在的研究应用价值。     

水稻生长及其体内C、N、P组成对开放式空气CO2浓度增高和N、P施肥的响应

采用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)技术,研究了不同N、P施肥水平下,水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期根、茎、叶、穗生长,C/N比,N、P含量及N、P吸收对大气CO₂浓度升高的响应.结果表明,高CO₂促进水稻茎、穗和根的生长.增加分蘖期叶干重,对拔节期、抽穗期和成熟期叶干重没有显著增加.降低茎、叶N含量;增加抽穗期穗N含量,降低成熟期穗N含量;对分蘖期根N含量影响不显著,而降低拔节期、抽穗期和成熟期根N含量.增加拔节期、抽穗期和成熟期叶P含量,对茎、穗、根P含量影响不显著.水稻各组织C含量变化不显著.C/N比增加.显著增加水稻地上部分P吸收;增加N吸收,但没有统计显著性.N、P施用对水稻各组织生物量没有显著影响.高N(HN)比低N(LN)增加组织中N含量,而不同P肥水平间未表现出明显差异.高N条件下高CO₂增加水稻成熟期地下部分/地上部分比.文中还讨论了高CO₂对N、P含量及地下部分/地上部分比的影响机制.     

水稻生长及其体内C、N、P组成对开放式空气CO2浓度增高和N、P施肥的响应

采用FACE（Free Air Carbon-dioxide Enrichment)技术,研究了不同N、P施肥水平下,水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期根、茎、穗生长,C/N比、N、P含量及N、P吸收对大气CO2浓度升高的响应,结果表明,高CO2促进水稻茎、穗和根的生长,增加分蘖期叶干重,对拔节期、抽穗期的成熟期叶干重没有显著增加,降低茎、叶N含量;增加抽穗期穗N含量;降低成熟期穗N含量;对分蘖期根N含量影响不显著,而降低拔节期,抽穗期和成熟期根N含量,增加拔节期、抽穗期和成熟期叶P含量,对茎、穗、根P含量影响不显著,水稻各组织C含量变化不显著,C/N比增加,显著增加水稻地上部分P吸收;增加N吸收,但没有统计显著性,N、P施用对水稻各组织生物量没有显著影响,高N（HN）比低N（LN）增加组织中N含量,而不同P肥水平间未表现出明显差异,高N条件下高CO2增加水稻成熟期地下部分/地上部分比,文中还讨论了高CO2对N、P含量及地下部分/地上部分比的影响机制。     

CO2浓度增加和不同氮肥水平对冬小麦根系呼吸及生物量的影响

 依托FACE(Free-air CO₂ enrichment)研究平台, 利用特制分根集气生长箱, 采用静态箱-GC(Gas chromatography)法, 连续两年研究 了大气CO₂浓度升高和不同氮肥水平对冬小麦拔节期、孕穗抽穗期和灌浆末期的根系呼吸及生物量的影响。两季结果表明, CO₂浓度升高和高氮 肥量均不同程度地增加了3个阶段的地上部和地下部的生物量, 这有利于增加根茬的还田量; CO₂浓度升高对冬小麦不同生长阶段的根系呼吸影 响不同, 在拔节期影响较小;孕穗抽穗期显著增加了根系呼吸, 2004~2005季分别增加33.8%(148.1 mg N&;#8226;kg^-1 干土, HN)和43.9%(88.9 mg N&;#8226;kg^-1 干土, LN), 2005~2006季分别为23.8%(HN)和28.9%(LN); 而灌浆末期显著降低了根系呼吸, 2004~2005季分别降低31.4%(HN)和23.3% (LN), 2005~2006季分别为25.1%(HN)和18.5%(LN); 高施氮量比低施氮量促进了根系呼吸; 随着作物生长根系呼吸与地下生物量呈显著线性负相 关, 高CO₂环境中的R²变小,表明随着作物生长发育高CO₂浓度降低了作物根系呼吸与地下部生物量积累间的相关性.     

开放式空气CO2浓度增高条件下C3作物(水稻)与C4杂草(稗草)的竞争关系

通过田间试验,研究了FACE（开放式空气CO2浓度升高）条件下C3作物水稻（Oryza sativa）和C4杂草稗草（Echinochloa crusgalli）的生长和竞争关系,结果表明,FACE条件下C3植物水稻生物量和产量增加,吉片数增加,分蘖数增加,叶面积系数（LAI）增大;而C4植物稗草相反,FACE条件下水稻和稗草中面积均减少,而净同化率（NAR）均增加;FACE条件下水稻-稗草比例为1：1时,水稻与稗草的生物量比率、产量比率、LAI比率、茎蘖比率和NAR比率均增加,水稻-稗草的竞争关系发生变化,水稻（C3植物）竞争能力增加,稗草（C4植物）竞争能力下降。