增硝营养对不同基因型水稻苗期硝酸还原酶活性及其表达量的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对两种不同的基因型水稻南光和云粳苗期生长和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达量的影响。结果表明,不同基因型水稻在增NO3-营养下生物量、氮素含量、氮积累量的增幅南光大于云粳。NO3-的存在增强了水稻硝酸还原酶的活力和NR基因OsNia1、OsNia2的表达。不同基因在水稻幼苗中,两个品种OsNia2的相对表达量均高于OsNia1。就品种而言,无论叶片还是根系,增硝后南光OsNia2mRNA表达量都高于云粳;南光叶片OsNia1mRNA表达量也较云粳叶片高。增硝营养提高了水稻NR基因的表达,增加了NR活性,促进了水稻NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化。南光和云粳相比,前者对NO3-的响应更为强烈。

水稻增硝营养的生理与分子生物学机制

前人对水稻氮(N)营养的研究主要侧重在铵(NH4+)营养而忽略了对硝(NO3-)营养的研究。但值得注意的是,水稻根系能分泌氧气(O2),这些O2能被硝化微生物利用,从而将NH4+氧化成NO3-。因此,即便是完全淹水,水稻根系也是处于铵、硝混合营养中。本文首先论述了水稻根际的硝化作用及增硝营养的可行性,然后提出增硝营养可促进水稻根系生长、氮素吸收和同化,并阐述了目前增硝营养条件下硝酸盐转运蛋白、铵转运蛋白和基因芯片的分子生物学研究进展,并提出水稻对增硝营养的响应度强弱可能是水稻品种氮素效率差异性的因子之一,最后提出了今后在水稻增硝营养方面的研究方向。

不同氮效率水稻全生育期内对增硝营养的响应及其生理机制

通过添加硝化抑制剂(二氰胺,DCD)来控制硝化作用的水培试验方法,研究了氮高效水稻品种南光和氮低效水稻品种ELIO的籽粒产量对增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和75∶25)的响应,同时从产量构成、不同生育时期水稻生长、氮素吸收和同化4个方面研究了造成其产量差异的生理机制。结果表明:增NO3-营养可以显著促进氮高效水稻品种南光的生长,从而使其籽粒产量水平提高21%,而对氮低效水稻品种ELIO的籽粒产量没有显著影响。进一步分析表明:在增NO3-营养条件下,南光的穗粒数增加了25%,结实率增加了16%,而氮低效水稻品种ELIO的结实率和穗粒数在两种营养条件下没有显著变化;增NO3-营养可以促进南光对氮素的吸收,使其在苗期、分蘖盛期、齐穗期和成熟期对氮素的吸收量平均增加了36%,进而促进了其生长,干物质积累量在四个生育时期平均增加了30%;南光叶片硝酸还原酶和根系谷氨酰胺合成酶的活力在增硝营养条件下分别增加了100%和95%,说明增硝营养促进了南光对NH4+和NO3-的同化利用。与氮低效水稻品种(ELIO)相比,氮高效水稻品种(南光)对增硝营养表现出较强的生理响应。

不同硝响应型水稻品种苗期根系生长对增硝营养的响应

利用控制条件下的水培试验方法,研究了两种铵硝配比(NH4+/NO3-为100/0和75/25)营养条件对4种不同硝响应型水稻品种苗期根系生长的影响。结果表明,在增硝营养(NH4+/NO3-为75/25)条件下,不同水稻品种NO3-的反应差异明显。与全NH4+营养条件相比,增硝营养条件下对NO3-强响应的水稻品种南光的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达50%和79%;同时南光的根系总根长、总不定根长和总侧根长增幅均达到显著水平;不定根数、新根数和侧根数亦显著增加;平均不定根长和平均侧根长差异不显著;对硝弱响应型的水稻品种上海97、辽粳和Elio在增硝营养培养下的根系不定根、新根和侧根的长度和数量差异均不显著。这表明增NO3-营养仅仅促进了对NO3-强响应型水稻南光根系的不定根和侧根的发生,进而促进根系对氮素的吸收,并没有促进不定根和侧根的伸长。从本试验的结果可推论,水稻根系对硝态氮的响应度强弱可能是水稻品种氮素效率差异性的因子之一。

氮素形态对小麦的增产效果及干物质积累的影响

为了探索一条解决小麦增硝营养困难的新途径,分别在播前10d和播种2个时期,向土壤中施入相同数量不同形态的氮素,研究河南褐土旱地冬小麦科大9612的产量及其构成要素、收获指数和干物质的积累与分配上的差异。结果表明:在播前10d施肥,小麦的产量和干物质积累低于播种时施肥;施硝态氮小麦产量最高,施添加硝化诱导底物硫酸铵的尿素次之,但二者差异不显著,尿素最低;硝态氮和加硝化诱导底物的尿素处理主要影响小麦的穗数和穗粒数、茎秆、颖壳和籽粒的干物质积累及地上部总干物质积累,而对千粒重和收获指数的效应不明显。由此说明,利用硫酸铵诱导尿素快速硝化是提高小麦产量的有效途径,但播前10d施入硫酸铵和尿素,间隔时间太长,尿素快速硝化形成的氮素容易淋容损失,所以应当缩短预处理间隔时间。