弱光胁迫影响夏玉米光合效率的生理机制初探

大田条件下, 以普通夏玉米(Zea mays) ‘泰玉2号’为材料, 于授粉后1-20天遮光55% (+S), 以大田自然光照条件下生长的玉米作为对照(-S), 研究了遮光及恢复过程中玉米植株的光合性能、叶绿体荧光参数、叶黄素循环以及光能分配的变化, 初步揭示夏玉米开花后弱光条件下光适应的生理机制, 为玉米高产稳产提供理论依据。结果表明, 遮光后玉米穗位叶叶绿素含量及可溶性蛋白含量均减少, RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性显著降低, 导致穗位叶净光合速率(P_n)迅速下降, 光饱和点也明显降低; 恢复初期P_n迅速升高, 光合关键酶活性有所增强。遮光后植株的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Ф_PSII)显著降低, 非光化学淬灭(NPQ)则显著升高, 而恢复初期植株穗位叶Ф_PSII有所升高, 表明突然暴露在自然光下的光合电子传递速率明显加快, 这与其光合速率及光合酶活性的趋势保持一致; 遮光处理对穗位叶叶黄素循环库的大小(紫黄质+花药黄质+玉米黄质(V + A + Z))影响不显著, 但使叶黄素循环的脱环氧化状态(A + Z)/(V + A + Z)增加; 遮光后植株分配于光化学反应的光能明显减少, 天线耗散光能比率显著增加, 恢复过程中植株主要以过剩非光化学反应的形式耗散过剩的光能。遮光后及恢复初期, 玉米植株的PSII原初光化学活性明显下降, 限制了光合碳代谢的电子供应从而抑制了光合作用, 主要依赖叶黄素循环途径进行能量耗散, 而在光照转换后遮光的玉米叶片在适应自然光过程中的光保护机制不断完善, 光合能力逐渐得到 恢复。     

三峡库区消落带芦苇(Phragmites communis (reed))的光合生理响应和叶绿素荧光特性

模拟三峡库区消落带土壤含水量变化特征,设置了T1(淹水超过土壤表面2cm)、T2(土壤含水量为田间持水量的70%～100%)、T3(土壤含水量为田间持水量的40%～60%)3个不同处理组,用嘉陵江江水灌溉芦苇(Phragmites communis (reed)),研究了三峡库区不同消落带带位土壤不同含水量条件下芦苇穗期的光合生理生态响应机理和适应对策.结果表明,土壤不同含水量对芦苇植株光合色素、叶片气体交换参数、资源利用效率以及叶绿素荧光参数有不同影响.其中,T1的光合色素含量最低,T3的类胡萝卜素含量最高.在T1条件下,芦苇表现出较低的光能利用率(LUE)、CO2利用率(CUE)、净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和光化学荧光猝灭系数(qP),但与其它耐水淹植物相比,T1条件下的穗期芦苇仍具有较高的光合速率(17.067μmol·m-2·s-1),说明芦苇具有较强的耐水淹能力.在T2和T3条件下,芦苇具有较高的光能利用率(LUE)、CO2利用率(CUE)、净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和光化学荧光猝灭系数(qP).水分利用效率(WUE)大小顺序为T3>T1>T2.虽然T1的PSII有效光化学量子产量(F′v/F′m)最高,T2的光化学荧光猝灭系数(qP)最大,而T3的电子传递效率(ETR)和非光化学淬灭系数(NPQ)最高,表明在高光强和高温条件下,T3具有较强的热耗散能力,能有效保护光合机构,因而光合速率最高(20.47μmol·m-2·s-1).研究证实芦苇不仅具有耐水湿的特点,还具有耐旱性,芦苇适合作为三峡库区消落带植被恢复建设禾本科先锋物种.     

肥披碱草叶片光合特性研究

以大田生长的肥披碱草为试验材料,利用Li-6400型光合作用测定系统监测其叶片光合生理生态特性及其环境因子日变化,并利用相关分析和逐步回归分析法探讨了净光合速率和蒸腾速率与生理生态因子间的关系.结果表明:(1)肥披碱草叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的日变化均呈双峰曲线,具有明显的光合"午休"现象;叶片水气压亏缺(VPD)和Tr及Gs的峰值出现时间不同步,胞间CO2浓度(Ci)不随气孔的降低而减小,抑制其光合速率的因子为非气孔限制;水分利用率(WUE)的变化呈单峰型,并且其上午WUE明显高于下午.(2)自然条件下,影响肥披碱草叶片Pn的主要因子是Tr和Ca(大气CO2浓度),影响Tr的主要因子是Gs和Ta(气温).(3)在干旱与半干旱自然条件下,肥披碱草的光补偿点(12.45 μmol·m-2·s-1)、光饱和点(1 750 μmol·m-2·s-1)、最大净光合速率(65.125 μmol·m-2·s-1)、表观光量子效率(0.128 9 μmol·mol-1)都较高,表现出较强的光环境的适应性和光能利用能力,是典型的阳性植物.     

不同发育时期追施氮肥对冬小麦旗叶中光合酶活性的影响

小麦开花后,随着旗叶的衰老,旗叶中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPC）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和乙醇酸氧化酶（GO）活性呈下降趋势。随着追施氮肥时期的推迟,光合酶活性呈增加趋势,这意味着氮肥追施时间后移有利于提高小麦光合速率。在旗叶衰老后期,大穗型品种小麦旗叶中光合酶活性略高于多穗型品种小麦。     

喷钙对芍药花茎品质及叶片光合特性的影响

以5年生芍药盆栽苗为试材,研究了喷钙措施对芍药花茎品质、花茎机械强度及叶片光合参数的影响.结果表明,喷钙处理(4％,w/v)显著提高了花茎的机械强度,增幅达24.3％,花茎中纤维素、半纤维素、木质素及果胶含量均较对照显著增加,其中纤维素含量为456.54 μg·g-1,较对照增加了28.5％,增幅最大.喷钙处理还使芍药叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率( WUE)增加,至处理28 d时,Pu为17.07 μmol·m-2·s-1,较对照增加29.6％,Gs较对照提高了55％,为0.31 mol·m-2·s-1,Tr较对照提高了20％,达到2.61 mmol · mol-1,WUE为6.54 mmol · mol-1,较对照增加7.6％.另外,喷钙使芍药叶片最大净光合速率(Pmax)达到20.71 μmol·m-2·s-1,较对照提高24.6％,光饱和点为902.5 μmol·m-2·s-1,较对照增加7.5％,而光补偿点则显著降低,为7.27 μmol·m-2·s-1,较对照降低34.5％.     

岩黄连光合与蒸腾特性及其对光照强度和CO_2浓度的响应

采用LI-6400便携式光合测定系统(Li-CorInc.,USA)对岩黄连叶片的气体交换进行了测定。结果表明(1)岩黄连叶片的光饱和点(LSP)为329.18μmol.m-2.s-1左右,光补偿点(LCP)为12.76μmol.m-2.s-1,最大净光合速率为2.96μmol.m-2.s-1,暗呼吸速率(Rd)为0.17μmol.m-2.s-1。光饱和点和光补偿点都比效低,表明岩黄连对光照的要求不高,属于阴生植物。(2)4月份,岩黄连Pn随CO2浓度升高而逐渐增大。当CO2浓度由50μmol.mol-1增加到600μmol.mol-1,Pn几乎呈直线上升,600~1000μmol.mol-1范围内逐渐缓和,到1000μmol.mol-1以后Pn变化平稳。由曲线估算CO2饱和点(CSP)大约在1000μmol.mol-1左右。CO2的补偿点为68.80μmol.mol-1。羧化效率为0.0308μmol.m-2.s-1。(3)岩黄连叶片水分利用率(WUE)随有效光辐射强度(PAR)的增强呈抛物线状变化,PAR在200μmol.m-2.s-1内呈直线上升,到200μmol.m-2.s-1时WUE达最大值,大于200μmol.m-2.s-1后WUE呈逐渐下降趋势。     

遮光对不同基因型玉米光合特性的影响

采用盆栽试验,研究了遮光对4个基因型玉米光合特性的影响.结果表明:4个基因型玉米叶片的光饱和点、净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ΦPSⅡ)均受光强的影响.遮光降低了玉米的光饱和点,苗期遮光处理豫玉2号和丹玉13分别在光量子通量密度(PFD)为1400μmol·m-2·s-1和1100μmol·m-2·s-1时达到饱和.遮光还降低了玉米的Pn、ETR、Fv/Fm和ΦPSⅡ,但不同基因型玉米表现不同,豫玉2号和掖单22的下降幅度较小,而丹玉13和掖单6号的下降幅度较大.     

C_3和C_4植物的水分利用效率

对C3植物黄豆（Glycinemax）和C4植物玉米（Zeamays）的光合、蒸腾以及水分利用效率（WUE）进行了比较研究。结果表明,玉米WUE水平约为黄豆的2倍,这与两种植物的光合速率水平相一致,说明植物叶片的WUE主要决定于其光合速率大小。通过环境条件对两种植物的影响分析可知,玉米WUE在0-1000μmol·m-2·s-1光强范围内与光合有效辐射（PAR）呈线形关系,最适温度为29℃左右;黄豆WUE在0-　1200mol·m-2·s-1光强范围内与PAR呈线形关系,最适温度为32℃左右。     

锰胁迫对垂序商陆光合特性及叶绿素荧光参数的影响

垂序商陆(Phytolacca americana L.)是我国首次发现的锰超富集植物。通过温室营养液培养实验,研究垂序商陆锰耐性与光合特性及叶绿素荧光参数的关系。结果表明,随着生长介质中锰浓度的升高,垂序商陆叶片的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量下降,净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)却逐渐升高;叶绿素a/b值和蒸腾速率(Tr)在1 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值;叶片PSⅡ的最大量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ有效光化学量子产量(EQY)和光合电子传递速率(ETR)呈下降趋势,而光化学淬灭系数(qP)和光合有效辐射(PAR)高于239μmol photons.m-.2s-1下的非光化学淬灭系数(NPQ)在5 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值。因此,垂序商陆在锰胁迫下可能具有一定的光合保护机制。     

施氮对冬小麦旗叶RuBP羧化酶活性及叶绿素荧光参数的影响

以大穗型小麦品种'兰考矮早8'和多穗型品种'豫麦49-198'为材料,采用盆栽试验研究了不同施氮量对两种穗型冬小麦品种旗叶RuBP(1,5二磷酸核酮糖)羧化酶和PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)活性及叶绿素a荧光动力学参数的影响.结果表明,在本试验条件下,随着花后天数的增加,两小麦品种旗叶RuBP羧化酶和PEPC活性总体呈下降趋势;随着施氮量的增加,RuBP羧化酶和PEPC活性呈增加趋势,其中RuBP羧化酶活性多数以N4(N 4.8 g/盆)处理最高,PEPC活性多数以N3(N 3.6 g/盆)处理最高.随着施氮量的增加,两小麦品种旗叶Fv/F0、Fv/Fm和qP均呈增加趋势,且以N4 (N 4.8 g/盆)处理的值最高,并且处理之间的差异达显著水平(P<0.05).研究发现,本试验条件下,适量施用氮肥有利于小麦旗叶RuBP羧化酶和PEPC活性的增加及叶绿素a荧光动力学参数Fv/F0和Fv/Fm的提高,从而有助于光合同化物的积累和小麦穗粒重的提高.     

土壤微生物生物量氮及其在氮素循环中作用

简述了土壤微生物生物量氮的含量及其影响因素,阐述了其在土壤氮素循环中的重要作用,着重讨论了其与可矿化氮、矿质氮、有机氮和固定态铵之间的关系,指出土壤微生物生物量氮与供氮因子间的关系在氮素循环研究中有非常重要的作用,可为调控土壤氮素的供应状况,减少氮素损失,提高氮肥利用率提供科学依据,并提出了需要深入研究的问题。     

氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响

采用大田盆栽方法研究了硝态氮肥、铵态氮肥、酰胺态氮肥3种氮肥形态对冬小麦品种豫麦50生育中后期(拔节期、开花期、花后14 d、花后28 d)根际土壤氮转化相关微生物活性、酶活性和根际土壤NH+4离子、NO-3离子含量的影响。结果表明:随着生育期的推进,除脲酶外,氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌和蛋白酶活性变化的均为"倒V"型变化特征,以花后14 d活性最强;而脲酶活性在拔节期最强,并且其活性远大于其它微生物及酶。氮肥形态对根际土壤氮素生理群及无机氮的影响不同。酰胺态氮肥促进了根际氨化细菌、反硝化细菌、脲酶、蛋白酶的活性,而硝化细菌、亚硝化细菌在硝态氮肥条件下活性较强。除拔节期外,土壤中NH+4离子在铵态氮肥处理下含量较高,NO-3离子在酰氨态氮肥处理下含量较高。因此,酰胺态氮能够促进小麦根际土壤有机氮的分解,硝态氮肥可以促进土壤中氨的转化,以利于小麦根系的吸收与利用。氮肥形态主要是通过影响土壤中氮素生理类群及酶的活性,从而影响土壤中无机氮的含量。     

Available soil nitrogen in relation to fractions of soil nitrogen and other soil properties

The available N of 27 soils from England and Wales was assessed from the amounts of N taken up over a 6-month period by perennial ryegrass grown in pots under uniform environmental conditions. Relationships between availability and the distribution of soil N amongst various fractions were then examined using multiple regression. The relationship: available soil N (mg kg^–1 dry soil)=(N_min×0.672)+(N_inc×0.840)+(N_mom×0.227)–5.12 was found to account for 91% of the variance in available soil N, where N_min=mineral N, N_inc=N mineralized on incubation and N_mom=N in macro-organic matter. The N mineralized on incubation appeared to be derived largely from sources other than the macro-organic matter because these two fractions were poorly correlated. When availability was expressed in terms of available organic N as % of soil organic N (N_ao) the closest relationship with other soil characteristics was: N_ao=[N_inc×(1.395–0.0347×CN_mom]+[N_mom×0.1416], where CN_mom=CN ratio of the macro-organic matter. This relationship accounted for 81% of the variance in the availability of the soil organic N.The conclusion that the macro-organic matter may contribute substantially to the available N was confirmed by a subsidiary experiment in which the macro-organic fraction was separated from about 20 kg of a grassland soil. The uptake of N by ryegrass was then assessed on two subsamples of this soil, one without the macro-organic matter and the other with this fraction returned: uptake was appreciably increased by the macro-organic matter.     

嫁接与施氮对甜瓜产量和氮素吸收、利用的影响

通过裂区设计田间试验,主区为2种栽培方式(嫁接栽培和自根栽培),副区为4个施氮水平(0、120、240、360 kg N·hm^-2),研究了栽培方式和施氮量对甜瓜产量和品质、氮素运移和分配,以及氮素利用率的影响.结果表明: 嫁接栽培的甜瓜商品瓜产量较自根甜瓜提高了7.3%,可溶性固形物含量降低了0.16%～3.28%;生长前期嫁接栽培甜瓜氮素累积量较自根栽培低,结果后嫁接栽培氮素累积量显著升高,收获时植株氮素累积量较自根栽培增加了5.2%,果实中的氮素累积量提高了10.3%;嫁接栽培植株氮素向果实的转移量较自根栽培提高了20.9%,嫁接栽培果实中的氮素分配率在80%以上,自根栽培的分配率在80%以下;在同一施氮水平下,嫁接栽培的甜瓜氮素吸收利用率较自根栽培提高了1.3%～4.2%,氮素农学效率提高了2.73～5.56 kg·kg^-1,氮素生理利用率提高了7.39～16.18 kg·kg^-1;从商品瓜产量、氮素吸收量和氮素利用率综合考虑,施氮量240 kg·hm^-2为本区域嫁接甜瓜较适宜的氮素用量.     

氮素水平对初花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素利用率动态变化的影响

在大田栽培条件下,分别在长江流域下游棉区(江苏南京)和黄河流域黄淮棉区(河南安阳)设置棉花氮素水平试验,定量研究氮素水平对花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素累积利用率动态变化的影响,结果表明:棉株总生物量和氮素累积量随花后棉株生育进程的动态变化符合S型曲线,安阳、南京试点分别以360kg.hm-2、240kg.hm-2氮素水平的总生物量、氮素累积最多,其动态累积模型的特征参数值最为协调,皮棉产量最高。因此,可以通过改变施肥量来调节初花后棉株生长特征值,从而获得高产。棉株氮素累积利用率随初花后棉花生育进程的推进,呈现为不规则的S型曲线变化趋势,计算两试点的氮素累积利用率、瞬时利用率,安阳试点以360 kg.hm-2的施氮水平为最优,南京以240 kg.hm-2最高;施肥过多不仅利用率低,而且易造成营养器官比例加大,棉株虽可获得较大的干物质和氮素累积,但不能适时向生殖器官转移,皮棉产量降低。     

供氮水平对爬山虎幼苗生长形态和氮分配的影响

通过水培试验,研究了不同氮素水平(0、0.15、0.3、0.45、0.6和0.75g.L-1)条件下爬山虎幼苗的生长形态和体内氮分配状况.结果表明:低氮处理的爬山虎侧枝发育较小,而较高氮处理的侧枝着生位置低,且长度显著高于低氮处理;供氮水平的提高能促进植株的生物量及茎、叶、根氮含量和氮累积量的增加,其中叶生物量占全株生物量的比例最高,在50%以上;叶的氮累积量占整个植株总氮量的60%～70%.     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

陕西果园主要分布区氮素投入特点及氮负荷风险分析

为了研究果园氮素投入特点及分析氮素负荷特征,加强果园氮素管理、指导果农科学合理施肥。以陕西省果园主要分布区土壤氮素分析、农户投入调查等统计数据为基础,采用盈余法从果树种类和区域角度分析果园生产体系中的氮素输入输出特点及氮素盈余状况。结果表明,陕西果园主要分布区平均化肥氮投入量927.2 kg/hm2,主要来源于尿素和复合肥,其中尿素占调查样本量的40%以上;通过有机肥投入的氮仅为139.4 kg/hm2。94.8%的果园氮素处于盈余,总体平均盈余量为876.3 kg/hm2,其中氮盈余量超过500 kg/hm2的样本占57.5%,盈余量超过1 000 kg/hm2的样本亦占了27.3%。不同果园相比,猕猴桃园氮素投入及盈余量最高,分别为1 432.9、1 186.9 kg/hm2。不同区域果园比较,土壤氮环境负荷以关中灌区果园较高,达1046.1kg/hm2。果园氮素施用与养分盈余量之间存在极显著的正相关。陕西果园氮素的高量投入给土壤环境带来较大的氮素负荷,这对土壤环境和周围水体造成很大威胁。     

Variation in rates of nitrogen fixation in termites: response to dietary nitrogen in the field and laboratory

Abstract. Termites contribute nitrogen to their habitat through the nitrogenase activity of their bacterial symbionts. Previous studies indicate that high levels of dietary nitrogen suppress nitrogen fixation in termites. We examined the effects of dietary nitrogen on fixation rates in termites in both field and laboratory experiments. Ten field cplonies of Reticulitermes were collected and assayed for nitrogenase activity in July 1993, October 1993, January 1994, and April 1994. The nitrogen content of the wood collected with each colony was determined. There was no correlation between termite nitrogen fixation rates and the amount of nitrogen in their food for any of the four collection periods. In laboratory experiments, nitrogen fixation rates decreased when termites were fed filter paper treated with 2% and 5% ammonium nitrate or a 5% mixture of the amino acids proline, tryptophan and leucine, compared to water-treated controls. By contrast, the nitrogenase activity of termites fed filter paper treated with 2% and 5% ammonium phosphate, a mixture of the amino acids histidine, serine and aspartic acid, or 2% and 5% urea did not differ from the controls. However, nitrogenase activity increased when termites were fed with 2% uric acid. No clear association exists between termite nitrogen fixation and the nitrogen content of their food.