施氮和干湿灌溉对水稻抽穗期根系分泌有机酸的影响

以水稻品种‘连粳7号’为试验材料进行盆栽试验,设置不施氮(0N,0 kg?hm-2)、中氮(MN,240 kg?hm-2)和高氮(HN,360 kg?hm-2)3种施氮水平及浅水层灌溉(0 k Pa)、轻度干湿交替灌溉(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式,研究不同水氮处理对水稻抽穗期根系分泌有机酸总量和组分变化、氨基酸含量及水稻氮肥农学利用率与偏生产力的影响及其耦合效应,探索水氮耦合机理,为水稻氮素高效利用及根际生态提供理论及科学依据。结果表明:轻度干湿交替灌溉增加了水稻根系酒石酸、柠檬酸、草酸、苹果酸、琥珀酸、总有机酸、氨基酸分泌量,分别较浅水层灌溉增加13.2%、8.7%、27.3%、40.0%、6.7%、6.3%及6.4%,水稻氮肥农学利用效率及偏生产力分别增加4.1%及1.7%,显著提高根系分泌有机酸及氨基酸含量;重度干湿交替灌溉减少水稻根系酒石酸、柠檬酸、草酸、苹果酸、琥珀酸的分泌量,显著降低根系分泌有机酸总量、氨基酸含量及水稻的氮肥利用效率。同一水分条件下,施氮显著促进根系酒石酸、乙酸、苹果酸、琥珀酸的分泌,降低了草酸和柠檬酸的分泌量。根系分泌的酒石酸和琥珀酸含量在MN与HN间差异较小。分析表明,根系分泌有机酸总量、氨基酸、苹果酸及琥珀酸的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉效应及与供氮的耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉效应及其与供氮的耦合效应则为负效应。根系分泌的柠檬酸、草酸与氮肥利用率呈显著与极显著正相关,乙酸与氮肥利用间呈显著负相关。结果表明通过轻度干湿交替灌溉与中等施氮调控发挥水肥耦合效应,可以促进水稻根系酒石酸、苹果酸、琥珀酸及氨基酸分泌,提高氮肥利用效率,从而促进水稻高产。     

不同水氮耦合对水稻根系形态生理、产量与氮素利用的影响

为了探讨不同水氮耦合处理对水稻根系形态生理、产量及氮肥利用率的影响,以徐稻3号为材料,进行防雨棚池栽试验,设置浅水层灌溉、轻度水分胁迫(-20 k Pa)和重度水分胁迫(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm2)3种氮水平,研究不同水氮耦合对根系形态、根系吸收面积、根系氧化力、根系氮代谢酶活性的影响。结果表明:灌溉方式与施氮量存在明显的互作效应,轻度水分胁迫增加了主要生育期根长、根质量、根质量密度、根系氧化力、总吸收面积、活跃吸收面积及根系氮代谢酶活性,降低穗分化后水稻根冠比,且与MN耦合后产量及氮肥农学利用率最高,为该试验最佳的水氮耦合运筹模式;重度水分胁迫则降低根长、根质量、根系活力及氮代谢酶活性,增加主要生育期根冠比。相关分析表明:幼穗分化始期至成熟期根冠比与水稻籽粒产量呈负相关关系,而其他根系形态、根系氧化力及氮代谢酶活性均与产量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关;根系质量、根质量密度及根冠比与氮肥农学利用率呈负相关,而穗分化至成熟期根系活跃吸收面积及穗分化至抽穗期根系氧化力均与氮肥农学利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关。表明通过适宜的水氮耦合调控,创造良好的根系形态、提高根系活力和氮代谢酶活性,将更有利于提高产量及氮肥利用效率。该研究对认识水氮耦合下根系形态生理差异、指导水稻高产高效栽培实践提供理论依据。     

低氮胁迫对不同耐低氮玉米品种苗期伤流液性状及根系活力的影响

【目的】研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长、伤流性状及根系活力的影响,比较不同耐低氮性玉米品种对低氮胁迫响应的差异,以期为西南丘陵地区耐低氮玉米品种的选育提供理论依据。 【方法】以两个耐低氮品种‘正红 311’、‘成单 30’和两个低氮敏感品种‘先玉 508’、‘三北 2 号’为试验材料进行水培试验,营养液设置 4 个氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。测定了苗期株高等形态指标、干物质积累量、根系活力,计算了根冠比、活跃吸收面积比、伤流液中可溶性蛋白等转运速度及氨基酸/硝态氮浓度的比值。 【结果】低氮胁迫下玉米苗期苗高、茎粗、叶面积、SPAD、单株干重、地上部干重、伤流强度,伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖转运速度,氨基酸和硝态氮转运速度及浓度,根系活力,根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著下降,但耐低氮品种各指标的降幅均低于低氮敏感品种。根冠比、伤流液中氨基酸/硝态氮浓度比值均显著升高,可溶性蛋白和可溶性糖浓度随胁迫时间的延长表现出先下降后升高的趋势。耐低氮品种根冠比增幅低于低氮敏感品种,而可溶性蛋白浓度的增幅高于低氮敏感品种,且低氮胁迫下耐低氮品种根系活力、伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖浓度显著高于低氮敏感品种。 【结论】耐低氮品种在低氮胁迫下能够保持较高的根系活力,进而促进了根系对营养物质的吸收和转运,提高了伤流液中各组分的浓度和转运速度,较好地维持了碳氮循环,从而有效地协调了植株地上、地下部养分和物质的分配,控制了根冠比的增加,维持了地上部的生长。     

Cd胁迫下长白落叶松幼苗根系有机酸的分泌研究

用A1层暗棕壤栽植长白落叶松幼苗(1 a生和2 a生),1个月后用CdCl2溶液对土壤进行Cd胁迫处理,使土壤Cd2+浓度分别达1、2、4、8 mg kg-1,在胁迫处理后第3 d、10 d和30 d,分别采集上述两种幼苗的根际土壤样品,研究不同Cd胁迫程度(水平)和胁迫时间处理后,长白落叶松幼苗根系分泌的有机酸种类和数量,以期为系统研究有机酸在森林生态系统中的作用提供理论依据。结果表明,Cd胁迫促进1 a生苗根系分泌有机酸种类和数量增加,增加量因胁迫时间和胁迫程度而异;增加有机酸种类数量的胁迫时长顺序为30 d 3 d 10 d,即在一定胁迫程度范围内,苗木受胁迫时间较短、胁迫较重时新检出有机酸的种类较多。同样,在一定胁迫程度和胁迫时长内,苗木根系分泌有机酸总量随胁迫程度提高而增加,达到最大值后胁迫程度继续提高则分泌有机酸的总量降低。在其它条件一定时,随胁迫时间延长,根系有机酸分泌总量降低。在不同的胁迫时间,有机酸分泌量大多以3 d增幅最大;对于不同种类有机酸,苹果酸分泌量增幅最大,其次为柠檬酸或草酸。对于2 a生苗,大多数Cd胁迫处理也增加其根系分泌的有机酸种类数量,且在一定胁迫程度内有机酸分泌总量随胁迫程度增加而增加。     

不同环境胁迫对根系分泌有机酸的影响研究进展

综述了根系分泌有机酸种类、组成含量、来源、分析检测方法、影响因素及其作用。根系分泌有机酸是植物应对环境胁迫的一种适应性响应机制,在许多环境胁迫下诸如养分胁迫、水分胁迫和重金属胁迫条件下,植物通过根系释放有机酸到根际土壤中,不仅可以改变土壤的理化性质及微生物活性,还会影响土壤-植物界面的许多生理生化过程。通过深入研究不同环境胁迫对根系分泌有机酸的影响及机制,有助于更深层次地研究植物在逆境胁迫下的适应性机制。     

不同干湿交替灌溉与氮肥形态耦合下水稻根系生长及功能差异

【目的】适宜的灌溉方式及氮肥管理是水稻高产高效的有效途径,大多数研究集中于地上部分及产量品质的形成,而对于根系形态生理及其与产量之间的关系研究还不够深入。本文探讨了干湿交替灌溉方式与氮肥形态耦合对水稻根系形态、生理及代谢的影响,探索干湿交替灌溉与氮肥形态耦合机理,为水稻高产及根系生理提供理论依据。【方法】试验于2016和2017年在河南科技大学试验农场进行,以徐稻3号为材料,供试土壤土质为黏壤土,采用灌水方式和氮肥形态二因素随机试验,设置CK [浅水层灌溉(0 kPa)]、WMD[轻度干湿交替灌溉(–20 kPa)]和WSD[重度干湿交替灌溉(–40 kPa)] 3种灌溉方式。氮肥供应设置铵态氮∶硝态氮三个混合比例处理:100∶0、50∶50 (即1∶1)、0∶100,由硫酸铵、硝酸铵和硝酸钠提供氮源。在分蘖盛期、穗分化始期、抽穗期和成熟期采样,以水稻茎基部为中心,挖取20 cm (长)×20 cm (宽)×30 cm (深)的土块测定干湿交替灌溉和氮肥形态处理的水稻根长、直径、表面积、体积、根尖数等根系形态指标、根系氧化力,采集根系伤流液分析其中氨基酸、蛋白质、可溶性糖含量以及在成熟期测定产量和产量构成。【结果】灌溉方式与氮肥形态之间存在显著的互作关系。WMD与铵硝1∶1耦合后水稻产量最高,达到1015.8 g/m^2,为本试验的最佳互作组合模式。WMD下,铵硝1∶1处理主要生育时期的根长显著增加了10.6%~17.0%,平均根直径增加了3.98%~25.25%,根体积增加了5.27%~26.40%,根表面积增加了6.27%~25.19%,提高了根尖数、根系伤流液中氨基酸、蛋白质、可溶性糖的含量,促进了根系的碳氮代谢和对养分、水分的吸收。WSD降低单位面积穗数及每穗粒数,显著降低水稻产量,铵硝100∶0处理平均降低38.20%、铵硝1∶1平均降低29.94%、铵硝0∶100平均降低35.0%,减少了根系长度,降低根体积、根表面积、根尖数,抑制根系活力及伤流液中物质的合成,不利于根系功能的维持。不同水分条件下氮肥形态对根系的影响不一,CK下,100%NH4^+处理根长及根系活力提高,而在WMD下,硝铵1∶1处理改善根系形态、提高根系活性,促进根系碳氮代谢,100%NO3^–处理不利于根系生长及根系功能的维持。水稻根长、根体积、根表面积、根尖数、根系活力与产量呈显著或极显著的正相关关系。施用100%NO3^–处理单位面积穗数下降,产量降低明显。【结论】轻度适宜的干湿交替灌溉配合施用一定比例的铵硝混合氮肥可以充分发挥水肥的耦合效应,促进强健根系形态的建成,提高根系的碳氮代谢及养分吸收利用,从而促进水稻的高产稳产。     

磷高效型野生大麦根系形态和根系分泌物对低水平植酸态有机磷的响应特征

【目的】 有机磷为土壤磷库的重要组成部分,研究不同磷效率作物对有机磷的利用能力的差异,有助于了解作物高效吸收磷的机理。 【方法】 以磷高效基因型大麦(IS-22-25、IS-22-30)和低效基因型大麦(IS-07-07)为试验材料,植酸钠为有机磷源进行水培试验。设置5个植酸钠浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L),使用根系扫描仪分析其根长、根表面积、根体积等形态特征,并测定根系与根系分泌的酸性磷酸酶、植酸酶活性等生理特征。 【结果】 随有机磷浓度降低,磷高效基因型野生大麦总根长、总表面积和总体积呈增加趋势。低有机磷浓度下,磷高效基因型大麦总根长较正常有机磷浓度(0.4 mmol/L)下增加了139.7%~146.0%,直径D＜0.16 mm的根长提高了156.8%~161.5%,且磷高效基因型总根长较低效基因型高8.6%~60.4%。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系各参数均显著高于低效基因型。随着有机磷浓度降低,磷高效基因型根总表面积提高了83.5%~117.5%,较低效基因型高14.0%~46.4%;根总体积提高了80.7%~119.3%,较低效基因型高19.6%~150.0%。随着有机磷浓度升高,磷高效基因型根系及其分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性显著降低。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了163.3%~172.2%和98.6%~121.2%,较低效基因型高14.4%~41.2%和23.1%~37.2%;磷高效基因型根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了157.8%~193.4%和172.4%~183.4%,较低效基因型高20.2%~45.7%和24.7%~51.4%。 【结论】 在低浓度有机磷胁迫下,磷高效基因型通过良好的根系形态,有效扩大了根系对水分和养分的接触空间,为磷高效基因型的快速生长和磷素吸收提供了条件;同时,低浓度有机磷胁迫增强了根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶,提高了介质环境中磷素的生物有效性,对有机磷的吸收利用表现出明显优势。     

水稻氮高效基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特征

采用溶液培养试验,研究水稻氮高效基因型在不同供氮水平下,根系分泌物中有机酸和氨基酸种类及含量的变化情况,并探讨其与氮素利用效率之间的关系。结果表明: 1）水稻氮高效基因型氮积累量随着供氮水平的降低明显下降,而氮素利用效率显著提高; 在供氮水平为20 mg/L时,高效基因型具有较高的氮积累量,且氮素利用效率较低效基因型高42.9%（分蘖期）和21.4%（拔节期）。 2）草酸为高效基因型根系分泌的主要有机酸种类,其分泌量占有机酸总量的80%以上,其次是乙酸和柠檬酸; 有机酸分泌总量和草酸分泌量在分蘖期和拔节期随供氮水平的降低而降低,乙酸和柠檬酸分泌量在拔节期也呈相同趋势; 相同供氮水平下,高效基因型有机酸分泌总量均显著低于低效基因型,且在20 mg/L时差异明显。 3）丙氨酸为高效基因型根系分泌的主要氨基酸种类,其分泌量占氨基酸总量的50%以上,其次是丝氨酸、 谷氨酸、 天冬氨酸、 苯丙氨酸、 甘氨酸和苏氨酸,且氨基酸分泌总量和各组分氨基酸分泌量均随供氮水平的降低而降低; 在低氮水平（10 mg/L和20 mg/L）下,高效基因型氨基酸分泌总量均显著低于低效基因型。4）在分蘖期和拔节期,水稻根系分泌有机酸和氨基酸总量与氮素利用效率均呈显著或极显著负相关,有机酸分泌组分中的草酸和氨基酸分泌组分的天冬氨酸分泌量与氮素利用效率也呈显著或极显著负相关。以上结果表明,低氮条件下水稻氮高效基因型氮效率优势明显,高效基因型氮素利用效率高,有利于体内同化物质的合理分配。     

轻度干湿交替灌溉协调水稻根冠生长、提高产量及氮肥利用效率

  【目的】  干湿交替灌溉是水分高效利用的有效措施，但是适宜的干湿程度受多种因素的影响。因此，研究不同干湿交替灌溉下水稻根系及地上生长发育的差异，以探讨干湿交替灌溉对水稻产量及氮肥利用效率的影响及其机理。  【方法】  以‘徐稻3号’为材料进行盆栽试验，设置传统灌溉 (保持2～3 cm浅水层，CI)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa，AWMD) 和重度干湿交替灌溉 (?40 kPa，AWSD) 3种灌溉方式，研究干湿交替灌溉对水稻 (Oryza sativa L.) 根长、根重、根冠比、根系伤流量、根系细胞分裂素含量、地上部重量、叶片光合速率、非结构性碳水化合物 (NSC) 运转及籽粒中ATP酶活性的影响。  【结果】  轻度干湿交替灌溉显著增加了根长、根重、根冠比、根系伤流量、根中细胞分裂素含量，如抽穗期比传统灌溉分别提高13.3%、6.7%、10.8%、8.1%、7.4%；茎鞘中NSC向籽粒运转率提高23.3%，同时提高籽粒中ATP酶活性16.3%～18.4%、提升主要生育期叶片硝酸还原酶活性10.9%～44.0%，增加成熟期植株的吸氮量。最终水稻产量及氮肥利用效率显著增加，重度干湿交替灌溉则显著减少根长、根重，抑制根系活性及合成细胞分裂素的能力，如抽穗期分别比传统灌溉降低30.1%、20.8%、40.5%、34.4%，降低地上部的生长，显著降低主要生育期叶片的光合速率，抽穗期降低26.4%，虽促进NSC的运转，但是较低的花后干物质积累与籽粒库活性，导致水稻产量降低32.8% (2018年)与31.6% (2019年)；同时重度干湿交替灌溉下，植株吸氮量显著减少，叶片硝酸还原酶的活性降低19.2%，氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力分别降低18.0%、34.7%及31.8%。  【结论】  轻度干湿交替灌溉能够改善根系形态，提高根系代谢功能，协调地上部生长，提高水稻产量及氮肥利用效率。重度干湿交替灌溉不利于水稻根系生长，抑制代谢，不宜采用。     

缺锌对玉米根系发育、生长素含量及生长素转运基因表达的影响

【目的】研究缺锌对玉米根系生长及根系中生长素含量与生长素运输关键基因表达的影响,揭示缺锌胁迫下玉米根系生长与生长素响应特征。【方法】以郑单958玉米为材料,进行营养液培养试验,设置Zn 0缺锌 (0 μmol/L) 和正常供锌 (1 μmol/L) 两个处理。植株干样经硝酸–过氧化氢消煮,利用原子吸收分光光度计测定消煮液锌浓度。保存于FAA溶液 (70% 乙醇︰38% 甲醛︰乙酸 = 90︰5︰5,体积比) 中的根系样品,经洗涤扫描获得数字图像,利用WinRHIZO软件分析得到根长、根表面积、根体积等指标;采用气相色谱-质谱联用仪检测根系中生长素吲哚乙酸含量;采用实时荧光定量PCR技术对玉米根系生长素转运基因ZmAUX1和ZmPIN1c表达进行定量分析。【结果】缺锌胁迫下,植株地上部锌含量低于20 μg/g,生物量显著降低;缺锌根系表面积与体积变小,总根长、侧根总长度与侧根平均长度变短,侧根密度增大,直径变细。缺锌条件下,距根尖2 cm的区域中生长素较正常供锌处理降低近30%。缺锌根系中ZmAUX1和ZmPIN1c基因表达明显受抑。【结论】缺锌胁迫下玉米根系中生长素转运关键基因表达降低,生长素含量下降,生长素分布改变,影响根系生长发育。     

干湿交替灌溉与施氮耦合对水稻根际环境的影响

为了探讨不同水氮耦合对水稻根际土壤环境及根系分泌有机酸总量的影响,以新稻20号为材料,进行盆栽试验,设置浅水层、轻度(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm~2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm~2)3种氮肥水平9个处理。结果表明:轻度干湿交替灌溉及中氮增加了土壤酶活性,提高土壤中微生物数量,根系分泌有机酸总量显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉及重施氮肥则降低土壤酶活性及微生物的数量,显著(P0.05)减少根系分泌有机酸的总量;相关分析表明:根际土壤酶活性及微生物数量与不同生育期根系分泌有机酸总量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系。土壤酶活性、微生物数量及有机酸总量的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。研究可为通过水氮耦合调控水稻良好的根际环境提供依据。     

籽粒苋不同富钾基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特点

采用溶液培养试验研究了籽粒苋(Amaranthus.spp.)不同富钾基因型在不同供钾水平条件下3个不同生长时期内根系分泌物中氨基酸和有机酸的种类及含量变化情况。结果表明,1)籽粒苋根系分泌物中氨基酸和有机酸含量随着供钾水平的升高而降低,且富钾基因型始终大于一般基因型。在低钾胁迫时,根系分泌物中有10种氨基酸和5种有机酸出现,而在供钾正常时则缺少谷氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、草酸和柠檬酸等;酪氨酸、-氨基丁酸和丝氨酸的含量约占氨基酸分泌总量的一半以上;苹果酸含量约占有机酸分泌总量的60%以上。2)籽粒苋生长50d时,一般基因型氨基酸和有机酸的分泌总量较生长40d时迅速降低,而富钾基因型降低速度则相对较为平稳。在3个生长期内,酪氨酸、-氨基丁酸和丝氨酸均为两类基因型根系分泌物中的主要氨基酸种类,苹果酸则是主要的有机酸类型,其在氨基酸和有机酸分泌总量中所占相对比例均随生长期的延长而升高。3)籽粒苋根系分泌物处理后的土壤速效钾含量均高于清水对照处理,富钾基因型在低钾胁迫时的根系分泌物对土壤钾的活化作用明显大于一般基因型。     

氮素对不同大豆品种根系分泌物中有机酸的影响

采用室内溶液培养方法,分别研究了接种根瘤菌处理下,两种氮源和两种氮浓度对两个大豆品种根系分泌物中有机酸的影响。结果表明,合丰25号根系分泌的有机酸种类和数量无论苗期或花期,接种或不接种根瘤菌,均表现为硝态氮处理高于酰胺态氮处理,表明合丰25号大豆更喜硝态氮,硝态氮促进了有机酸的分泌。绥农10号在酰胺态氮下的有机酸种类和数量均高于硝态氮处理,表明其更喜酰胺态氮,酰胺态氮下根瘤菌的存在增加其根系分泌物中有机酸种类和数量。可见,大豆根系分泌物中有机酸的种类和数量因品种而异,因品种对氮源的喜好而变化;根瘤菌在不同程度上增强或减弱根系有机酸的分泌作用。柠檬酸受氮素供应浓度影响很大,当氮素供应浓度较低时,大豆根系分泌物中可检测到柠檬酸,供氮浓度升高则检测不到。     

水稻根系形态与氮素吸收累积的相关性分析

【目的】氮肥过量施用,不仅造成氮肥大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。水稻根系形态作为影响养分吸收和利用的主要因素之一,明确其与氮素吸收累积的相关性是提高氮素利用效率、降低环境污染的有效途径。【方法】利用营养液培养方法,研究了 55 个水稻品种在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 供应条件下苗期植株生物量、氮含量和氮素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】在 NH₄+-N 培养下,水稻营养指标与根系形态指标的相关性高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。在相同供氮水平下,供应 NH₄+-N 的水稻苗期平均生物量为 55.77 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的量高 4.94 mg/plant;水稻苗期平均氮含量为 4.22%,比供应 NO₃–-N 的高 0.72%;水稻苗期平均氮累积量为 1.91 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的苗期平均氮累积量高 0.67 mg/plant。在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 两种氮素形态培养条件下,水稻根系形态指标品种间根尖数变异系数最大,平均根系直径变异系数最小。总根体积、总根面积、总根长、分枝数四个形态指标与植株生物量、植株氮含量、植株氮累积量相关性最为显著,且相关系数 (r) 呈总根体积 > 总根面积 > 总根长 > 分枝数的规律。在 NH₄+-N 培养下的水稻营养指标与根系形态指标的相关性要高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。【结论】水稻苗期总根体积、总根面积、总根长、分枝数可作为水稻氮高效评价的重要指标。     

Metabolite profiling of shoot extract,root extract,and root exudate of rice under nitrogen and phosphorus deficiency

ABSTRACT

Root exudate is derived from plant metabolites and its composition is affected by plant nutrient status. A deficiency of mineral nutrients, such as nitrogen (N) and phosphorus (P), strongly affects the type and amount of plant metabolites. We applied a metabolite profiling technique to investigate root exudates of rice plants under N and P deficiency. Oryza sativa was grown in culture solution containing two N levels (0 and 60 mg N L^?1) or two P levels (0 and 8 mg P L^?1). Shoot extracts, root extracts, and root exudates were obtained from the rice plants 5 and 15 days after transplanting and their metabolites were determined by capillary electrophoresis/time-of-flight mass spectrometry. Shoot N concentration and dry weight of rice plants grown at ?N level were lower than those of plants grown at +N level. Shoot P concentration and dry weight of rice plants grown at ?P level were lower than those of plants grown at +P level. One hundred and thirty-two, 127, and 98 metabolites were identified in shoot extracts, root extracts, and root exudates, respectively, at the two N levels. One hundred and thirty-two, 128, and 99 metabolites were identified in shoot extracts, root extracts, and root exudates, respectively, at the two P levels. Seventy-seven percent of the metabolites were exuded to the rhizosphere. The concentrations of betaine, gamma-aminobutyric acid, and glutarate in root exudates were higher at both ?N and ?P levels than at their respective high levels. The concentration of spermidine in root exudates was lower at both ?N and ?P levels than at their respective high levels. The concentrations of the other metabolites in root exudates were affected differently by plant N or P status. These results suggest that rice roots actively release many metabolites in response to N and P deficiency.     

旱涝交替下控制灌溉对稻田节水及氮磷减排的影响

该文研究控制灌排技术对稻田水氮磷动态变化及节水减排效应的影响。于2015年5—10月在河海大学江宁校区节水园,在有底侧坑内进行水稻栽培试验,于水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期4个生育阶段进行控水试验,以常规控制灌溉为对照,测定稻田淹排水铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度变化。结果表明:旱转涝处理淹水初期稻田水中铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度显著高于涝转旱处理,这个时期地表和地下排水应该引起注意。控制灌排条件下灌水量减少7.4%~18.5%,排水量减少23.0%~43.5%,NH_4~+-N负荷减少18.5%~54.5%,NO_3~--N负荷减少16.8%~57.7%,总磷负荷减少34.2%~58.3%;其中拔节孕穗期和抽穗开花期在保证节水减排的同时,也能实现较高的产量;因此,控制灌排技术具有较好的节水减排效果,对南方稻作区灌排实践具有指导意义。     

水稻对氮素的吸收、分配及其在组织中的挥发损失

应用¹⁵N示踪技术研究了水稻不同生育期吸收的¹⁵N在各器官中的分配,以及后期植物组织中的挥发损失。结果发现,水稻在分蘖期吸收的氮量少于在幼穗分化期吸收的氮量;在分蘖期吸收的¹⁵N,标记结束时氮素主要分配于水稻的叶片中,至成熟期¹⁵N有39%转运至水稻子粒中;水稻在幼穗分化期吸收的¹⁵N,标记结束时氮素主要分配在水稻茎和叶鞘中,至成熟期¹⁵N有46%转运至水稻的子粒中;水稻在分蘖期和幼穗分化期吸收的氮素在后期可以通过植株组织挥发损失,至成熟期损失的比例分别达16.7%和13.4%。     

水稻根系生物特性与稻田温室气体排放相关性研究

通过湖南双季稻区温室气体排放差异的水稻品种田间试验,研究了不同品种温室气体排放与根系特征的相关性。结果表明,早稻分蘖盛期CH4排放通量与根干重、伤流量均呈显著负相关（P〈0.05）;晚稻CH4排放通量与根伤流量呈极显著负相关（P〈0.01）;早稻N2O排放通量在分蘖盛期与根伤流量相关性极显著（P〈0.01）,在齐穗期与根体积、干重、根伤流量均呈极显著负相关（P〈0.01）;晚稻分蘖盛期,根系干重与体积均与N2O排放通量呈显著正相关（P〈0.05）;齐穗期,根系体积与N2O排放通量呈显著负相关（P〈0.05）;早稻分蘖盛期CO2排放通量与根系干重和根伤流量呈显著正相关关系（P〈0.05）,晚稻齐穗期根系伤流量与CO2排放通量负相关性达到极显著水平（P〈0.01）。因此,根系特性是影响水稻温室气体排放的重要因素。