拟南芥硝态氮信号转导研究进展

作为植物体内一类关键的信号分子,硝态氮调控了植物生长发育过程中的一系列生物学过程。硝态氮及其信号直接影响着农作物的氮素利用率、产量和品质。因此,深入研究硝态氮信号转导是农业可持续发展的关键。近年来,随着植物分子遗传学、生物化学等学科的迅猛发展,科学家们已经在硝态氮信号的感知、传递以及长距离信号转导等方面取得了许多突破性进展,这将有助于深入了解硝态氮信号如何调控植物生长发育过程中的各个方面。该文综述了近年来国内外有关拟南芥硝态氮信号转导方面的最新研究进展,以期为构建高效利用氮肥的新型农作物提供理论依据。     

硝酸根调控植物开花和产量分子机制的研究进展

选育早熟高产的新品种是作物遗传育种研究的重要方向。氮素是植物生长发育不可或缺的大量元素,也是调控植物开花时间和种子产量最为重要的营养元素。硝酸根(NO3-)是植物获取氮素的主要来源。其作为营养物质和信号分子,通过转运、代谢和信号转导等多种方式参与调控植物开花和产量。对模式植物拟南芥、水稻和其他主要农作物中硝酸根调控植物早熟高产的分子机制进行了较为全面的概括和阐述,以期为合理利用氮肥、提高氮素利用效率和培育早熟高产作物新品种提供理论参考。     

OsNRT1.1A:解决水稻高氮下“贪青晚熟”的关键基因

正植物通常需要14种矿质元素以维持其正常的生长发育过程。其中,氮元素是植物需求量最大的矿质元素,是蛋白质、核酸、磷脂以及叶绿素和植物激素等有机大分子的基本组成元素,同时也是促进作物增产的重要因素之一。农业生产上一般通过大量施用氮肥来促进农作物生长,从而达到粮食增产的目的。据统计,全世界每年施用氮肥超过1.2亿吨,而我国消耗的氮肥量占世界氮肥总施用量的     

水稻营养吸收和转运的分子机制研究进展

氮、磷、钾、铁和锌是植物必需的营养元素,在植物生长发育过程中行使重要的生理功能,在农业生产实际中,氮、磷、钾肥的大量施用是实现作物高产的重要措施之一.然而,由于长期大量施用化肥,土壤中未被利用的氮磷余肥也带来严重的环境污染问题.同时,磷肥和钾肥主要来源于不可再生的矿石资源,每年的大量使用,也逐渐加深资源短缺问题.铁、锌对植物产量和耐逆性能有重要影响,铁、锌、硒是人和动物易于缺乏的必需微量元素.因此,解析植物氮、磷、钾、铁、锌和硒的吸收、转运和储藏分子机制一直是植物营养学研究的热点,对这些元素的高效吸收分子机制的理解对提高植物养分利用效率、减轻对环境的破坏、降低农业成本和促进人体健康等都具有重要意义.本文概述了植物氮、磷、钾、铁、锌和硒等元素的吸收、转运及其调节机制的最新研究进展.     

植物缺钾诊断与施钾

土壤中钾的含量一般是氮、磷的10倍以上,所以,当土地复种指数一般,氮、磷化肥施用量较低时,植物往往不缺钾,钾肥效果也不十分明显。但是,近10多年来,由于氮肥猛增,磷肥用量不断提高,从而增加了植物对土壤中钾的摄取量,打破了土壤中钾素的平衡,这是导致植物生长中缺钾和出现缺钾症的重要原因。由于我国化学钾肥短缺,施用钾肥年限也不长,所     

氮添加增加中国陆生植物生物量并降低其氮利用效率

研究植物整体和地上、地下部分生物量和氮利用效率(NUE)对氮添加的响应,有助于了解全球氮沉降背景下中国陆地生态系统植物碳、氮循环的变化。然而氮添加对植物生物量和NUE的影响是否一致,影响这种响应的主要因素仍不清楚。该研究收集整理了94篇已发表论文中有关中国氮添加实验的相关数据,使用meta分析定量评估了氮添加对植物生物量分配和NUE的影响及其主要影响因素。结果表明:(1)氮添加在显著增加植物整体、地上和地下生物量的同时,也显著降低了不同部分的NUE,但植物地上生物量的增加幅度(34.0%)高于地下生物量(5.3%),而地下部分NUE(29.9%)的下降幅度高于地上部分NUE (15.4%);(2)植物整体和不同部分生物量及其NUE对氮添加的响应在不同生态系统类型、氮肥形式、施氮水平、持续时间和水分条件下均存在显著差异,且草地和荒漠生态系统对氮添加的响应明显高于其他生态系统类型;(3)影响植物整体、地上和地下生物量效应值的最主要因素均为土壤总氮含量,植物整体和地上部分NUE的最主要影响因素均为施氮量,而影响地下部分NUE效应值的最主要因素为氮肥形式。总之,植物生物量和NUE在氮添加条件下...     

植物硝态氮吸收和转运的调控研究进展

氮是植物生长过程中需求量最大的基础元素,直接影响植物的生长发育和形态建成.氮肥过量施用导致植物氮素利用效率(NUE)下降,不仅造成氮肥浪费,也导致土壤面源污染,给农业可持续发展带来了严峻挑战,已引起全球范围内的广泛关注.硝态氮(NO3-)是植物利用的主要无机氮源,研究NO3-的吸收和转运对提高NUE具有现实意义.综述了...     

玉米高效吸收氮素的理想根构型

氮肥投入是保证世界粮食总产量不断增加的重要因素. 如何在高投入集约化生产条件下, 提高氮肥利用效率、减少氮肥损失及其带来的环境问题, 是当前作物生产中面临的重要课题. 高产高投入玉米生产体系中, 硝酸盐淋失是氮肥损失的重要途径之一. 本文论述了土壤硝态氮运移特点、玉米吸氮规律及土壤氮素有效性对根系生长的调节作用, 提出了玉米氮高效理想根系构型. 通过改良根系构型、增加深层土壤中根系分布, 有可能减少氮素向深层的淋失, 从而提高氮肥利用率, 同步实现玉米高产与氮高效利用.     

羊草绿叶氮、磷浓度和比叶面积沿氮、磷和水分梯度的变化

全球气候变化包括氮沉降增加和降水格局改变, 影响着生态系统的生物地球化学循环, 进而可能会对植物的养分保持特性产生影响。研究不同氮、磷和水分梯度上植物叶片养分特性的响应格局, 对于预测氮沉降增加和降水格局的改变对植物养分策略的潜在影响, 具有一定的理论与实践意义。该研究通过3个盆栽控制实验 (施氮肥实验:0、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128g·m-2等10个水平;施磷肥实验:梯度同施氮肥实验;控水实验:3600、 4000、4500、5143、6000、7200、9000、12000、18000和36000ml-pot-1等10个水平), 探讨了羊草 (Leymuschinensis) 绿叶氮、磷浓度和比叶面积 (Specificleafarea, SLA) 对这些环境因子改变的响应。结果表明, 在一定范围内, 施氮肥提高了羊草绿叶比叶面积和绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度没有明显的影响;施磷肥显著提高了绿叶比叶面积、绿叶氮浓度和绿叶磷浓度;供水量增加提高了羊草绿叶比叶面积, 降低了绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度无显著影响。这表明, 氮、磷和水分因子的改变影响了植物叶片的养分保持能力, 且不同梯度的影响程度也不同。因此, 全球气候变化可能影响植物养分利用策略, 进而可能对植被-土壤系统养分循环产生影响。     

氮肥和种植密度对达乌里胡枝子的生长与生物固氮的影响

氮供给和种植密度是影响植物生长的两个重要因素。豆科植物因其生物固氮能力而在受到氮限制的生态系统中具有重要作用, 氮含量增加促进植物生长的同时也会抑制豆科植物的生物固氮能力, 种植密度会通过种内竞争影响豆科植物的生长和生物固氮能力, 然而少有研究关注氮肥添加和种植密度对豆科植物生长和生物固氮能力的影响。该研究以达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为研究对象, 通过温室盆栽实验, 探究氮肥和种植密度对其生长和生物固氮的影响。实验设置4个氮添加水平(0、5、10、20 g·m^-2·a^-1)和3种种植密度(1、3、6 Ind.·pot^-1, 约32、96、192 Ind.·m^-2)。结果发现: 1)施肥和密度增加均影响了达乌里胡枝子的生长。叶片碳(C)、氮(N)含量、净光合速率随施氮量增加而增加, 氮添加也促进了植物的生长, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1时植物产量达到最大。叶片C、N含量、净光合速率随种植密度增加而下降, 密度增加可以促进每盆的总生物量, 但对单个植株的生长有负效应。2)氮肥对根瘤形成有抑制作用, 但种植密度增加会缓解氮肥对生物固氮能力带来的“氮阻遏”。该实验条件下, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1, 种植密度为3 Ind.·pot^-1, 或施氮量为5 g·m^-2·a^-1, 种植密度为6 Ind.·pot^-1时, 能最大程度发挥“施氮增产”和种植密度缓解“氮阻遏”的作用。氮添加降低了达乌里胡枝子的根瘤生物量和对根瘤形成的投资(根瘤生物量占总生物量的比例), 从而抑制达乌里胡枝子的生物固氮。种植密度增加导致达乌里胡枝子因种内竞争增加而使资源获取受限, 从而增加对根瘤的投资和根瘤生物量来获得更多来自大气中的氮。3)结构方程结果显示, 氮肥和种植密度通过直接或间接作用, 解释了64%的达乌里胡枝子生物量变化和42%的根瘤生物量变化。上述结果表明合理优化豆科植物的施肥量和种植密度可能对人工草地种植以及退化草地恢复管理具有重要意义。     

氮肥运筹对水稻氮代谢及稻田土壤氮素迁移转化的影响

稻田氮肥管理是水稻高产栽培的重要环节。解析氮肥运筹对水稻植株氮代谢生理生化特征及稻田氮素迁移转化特性的影响,对提高水稻氮肥利用效率及增加水稻种植效益有重要意义。本文综述了不同氮肥运筹模式对水稻植株氮代谢过程中相关转运蛋白的表达及氮同化关键酶活性的影响,分析了氮代谢与碳代谢相互影响的作用机制,并对施氮模式与施用方法影响稻田土壤各形态氮素的循环转化和稻田氮素损失的影响机制及可能的调控途径作了总结。我们认为,当前的研究对氮肥运筹对水稻氮代谢影响的生理层面已经有了较明确的认识,但在分子及基因层面的研究尚显缺乏;田间氮肥管理的改善对提高稻田氮素利用率起到了明显的促进作用,但在实际应用时仍存在较多问题,需进一步改进。未来的研究应着重于继续深入挖掘水稻的氮代谢潜力,采取更高效的田间氮肥管理措施,从而进一步提高稻田氮素利用效率。     

植物氮素吸收与转运的研究进展

氮素是植物生长发育所必须的基本营养元素,在植物生长发育和形态建成中起着重要作用.土壤中植物所利用的主要氮素形式是铵态氮和硝态氮,在进化过程中植物形成不同的吸收和转运铵态氮和硝态氮的分子机制.该文对植物吸收与转运氮素的生理学特征、分子机制及涉及的相关基因等研究进行概括性综述,为研究水稻中氮素吸收、转运相关基因提供理论基础...     

追施氮肥当年与翌年对桉树生长及各部位氮贮量的影响

采用田间定位试验方法,研究了追施氮肥当年与翌年对桉树各部位生物量和氮贮量的影响。结果表明:与对照相比,追施氮肥翌年桉树生物量增加幅度显著高于当年,说明氮肥对于提高桉树生物量具有一定累积作用,追肥的增产效果明显;追施氮肥也使全树氮贮量在2007年与2008年分别提高30.2%和73.5%;与2007年相比,2008年对照处理桉树生物量增加35.9%,追施氮肥处理生物量提高1倍以上,而对照处理树木体内氮贮量降低13.1%,追氮处理提高15.7%;这主要是由于3龄桉树树叶生物量的明显降低,对照与追施氮肥处理树叶中氮贮量分别降低46.5%和36.9%,其也是桉树中氮贮量降低最显著的部位。     

福建共生固氮植物资源调查Ⅰ,几种豆科树木的分布、生长特点、结瘤固氮和主要用途

氮是组成生命的基本元素之一,是植物的主要肥料。随着世界人口的不断增长,增产粮食和开辟氮素肥源已成为当前世界的迫切需求。现代农业施用化学氮肥虽有显著增产效果,但却同时带来能源耗费和环境污染等问题。当前,世界各国受到能源危机的冲击,因而提出多途径解决能源供应,对农业生态系统中氮的来源问题,也提出新的设想,寻找新的途径。     

稻麦根系结合性共生固氮的研究(初报)

氮肥是粮食稳产高产的主要保证,大气中约80%是氮素,但植物本身无法直接利用,只有通过固氮微生物或者固氮微生物与植物实现共生的时候才能利用它。据估计,生物固氮约占地球氮周转率的90%以上,因此通过生物固氮途径为稻麦等粮食作物提供氮肥是很有意义     

土壤肥力和施氮量对小麦氮素吸收运转及籽粒产量和蛋白质含量的影响

在不同土壤肥力条件下,研究了施氮量对小麦氮素吸收、转化及籽粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明,增施氮肥可以提高小麦各生育阶段的吸氮强度,尤以生育后期提高的幅度为大认为是增施氮肥提高小麦籽粒产量和蛋白质含量的基础,增施氮肥虽提高了小麦植株的吸氮强度。吸氮量增加,但开花后营养器官氮素向籽粒中的转移率降低,增施氮肥不仅促进了小麦植株对肥料氮的吸收,而且也促进了对土壤氮的吸收,并讨论了在高、低土壤肥力条件下氮肥合理运筹的问题。     

氨基酸肥效研究

本文以植物肥效试验为依据,研究了不同氨基酸在单一和混合状态下的肥效作用,证明混合氨基酸的肥效大于单个氨基酸的作用,也大于等氮量的无机氮肥。还发现某些氨基酸对植物具有独特的生理作用,在植物营养上具有重要的理论和应用价值。     

土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏研究Ⅰ.冬小麦

不同氮肥用量下对冬小麦生育期间土壤硝态氮时空变化特征及土壤氮素表观盈亏量的研究结果表明,氮肥用量不同,硝态氮分布特征有差异,并且随着冬小麦的生长,其变化也不同。在冬小麦快速生长阶段,作物吸收可在一定深度的土层出现硝态氮亏缺区。由于灌溉的影响,土壤表层硝态氮向深层淋洗严重,即使在低氮肥水平,土壤深层仍可观察到硝态氮含量升高现象,存在淋出2m土体的可能性。并且氮肥用量越高,土壤硝态氮含量越高,硝酸盐向深层淋洗也越严重,淋出2m土体的可能性和也相应增大;在冬小麦生长前期（播种－拔节）,即使在不施氮肥处理也有土壤氮素的表观盈余,随着施肥量的增加,在拔节－扬花也出现了土壤氮素表观盈余,而扬花后各个氮肥处理均出现土壤氮素的表观亏缺,氮肥用量越高,小麦一生中土壤表观氮盈余量越大,1m土体内平均最大盈余量达199.8kgN/hm^2。研究表明,土壤氮损失是盈余氮素的一个主要去向,而硝态氮淋洗是冬小麦生育期间土壤氮素损失的一个重要的途径。     

陕西关中小麦-玉米轮作区协调作物产量和环境效应的农田适宜氮肥用量

为了确定陕西关中小麦-玉米轮作区兼顾作物产量和环境效应的农田适宜氮肥用量,通过玉米-小麦-玉米连续3季田间试验研究了作物产量、氮肥利用效率、氮肥表观损失和土壤氮素平衡等对施氮量的响应。结果表明,随着氮肥用量的增加,不同年份作物产量和3季作物累计产量均表现为先增加后降低的趋势,而累计氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力均表现为显著的降低趋势。土壤氮素平衡结果表明,随着施氮量的增加,低量施氮时(小麦施N150 kg/hm2,玉米施N180 kg/hm2),氮肥残留显著增加,表观损失和损失率变化不明显,而高量施氮时(小麦施N150 kg/hm2,玉米施N180 kg/hm2),氮肥残留变化不明显,表观损失和损失率却显著增加。回归和相关分析显示,矿质氮在土壤较深层次(100—200cm土层)大量累积是氮肥表观损失的重要途径之一。小麦施N 150 kg/hm2、玉米施N 180 kg/hm2时,作物即可获得相对较高的产量和氮肥利用率,且能保持作物收获前后土壤无机氮库的基本稳定,同时也可将氮肥表观损失降至较低水平。     

农田水氮关系及其协同管理

作物施氮反应及其氮肥利用率不仅取决于氮肥管理,还与水资源管理有关,并且受到地区气候因素的影响。针对中国灌溉农区氮肥环境污染问题日益突出,协调农田水氮管理,如通过改善水资源管理,发挥水氮协同效应,以提高水分利用效率来改善氮肥利用率,实现水氮利用率双赢,是当前农业水氮管理中亟待探讨和回答的问题。通过对农田水氮协同相关研究文献资料的综述,以华北平原集约种植体系水氮管理为例,根据历年统计数据,分析了该区年水热条件下粮食产量与水、氮及水氮利用效率之间的关系。研究表明,水和氮与作物产量在一定范围表现为水氮的协同效应。水分利用效率一般随灌溉水量减少及氮肥用量增加而提高;氮肥利用效率随氮用量增加而下降。适量节水和减氮分别有助水分利用效率和氮肥利用效率的改善。在气候变暖、变干条件下,适量施氮成为改善水氮利用效率的关键对策。