外源ABA提高甘蓝型油菜抗镉胁迫能力和氮素生理利用效率

【目的】植物脱落酸(ABA)可调节植物生长、种子休眠和叶片衰老,还可对非生物胁迫作出反应。比较添加外源ABA前后镉(Cd)胁迫下甘蓝型油菜的生理反应,可深化对脱落酸提高作物抗性和氮素生理利用效率作用机理的认识。【方法】供试甘蓝型油菜品种为814号,试验设3个处理:正常培养(CK)、10μmol/L CdCl2(Cd)和5μmol/L ABA+10μmol/L CdCl2(A+Cd)。在处理4天后,观察甘蓝型油菜表型,测定脯氨酸及丙二醛(MDA)含量、Cd含量、硝酸盐和铵盐含量以及硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性等相关指标。【结果】与Cd处理相比,A+Cd处理甘蓝型油菜新叶SPAD值提高了1.1倍,根部脯氨酸含量增加了29.0%,MDA含量降低了48.3%。外源ABA的添加会抑制甘蓝型油菜对Cd的吸收,降低甘蓝型油菜地上部和地下部Cd含量,减小Cd对甘蓝型油菜的毒害作用,影响甘蓝型油菜对NO3–的吸收,降低油菜体内的总氮含量。与Cd处理相比,A+Cd处理甘蓝型油菜根部NR活性显著提高82.8%,更多的NH4+分配到了地上部,地上部GS活性升高了32.1%,增强了甘蓝型油菜体内的氮同化和代谢过程,氮素生理利用效率显著提高了17.2%。【结论】外源ABA的添加可降低Cd的吸收量,提高氮代谢相关酶活性,促进脯氨酸的合成和降低丙二醛的生成,进而增强甘蓝型油菜对Cd的抗性,增强甘蓝型油菜体内氮同化和代谢的过程,并提高甘蓝型油菜的氮素生理利用效率。

氮素对玉米幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响

采用水培试验,比较分析了氮素对高产玉米杂交种幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响。结果表明,在一定氮素范围内供氮量的增加能够促进玉米地上部的生长,也促进东单90(DD90)和沈玉21(SY21)根系干重的增加,而高量供氮会抑制根系的生长,导致根冠比下降。郑单958(ZD958)在8.0mmol/L氮水平下地上部受抑制的程度大于根系,造成根冠比有所增加。在各氮素水平下,东单90具有很好的根系形态,提高了氮素的吸收能力,从而提高氮素积累量。随氮浓度的增加,玉米植株氮素吸收效率增大而氮素生理利用效率减小,无论在低氮还是高氮条件下,郑单958和东单90的氮素吸收效率均显著高于沈玉21和郝育12(HY12),氮素生理利用效率却显著低于沈玉21和郝育12。不同品种对氮素的响应存在显著差异,东单90和郑单958耐低氮和对氮素吸收的能力强,郑单958耐高氮能力相对较弱,沈玉21和郝育12对氮素需求量大,耐低氮能力弱。适宜的氮素供应能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系形态发育,增加根系对氮素的接触面积,促进根系对氮素的高效吸收。

太湖地区主栽高产水稻的氮素利用特性

通过连续2年田间试验研究了太湖地区主栽高产水稻在不同施氮(N)水平(0 kg/hm2、200 kg/hm2和270 kg/hm2)下的氮素吸收、利用特性。结果表明:太湖地区水稻武运粳23号和镇稻11号的产量对氮肥施用的响应程度要强于对照品种武育粳3号;武运粳23号、镇稻11号整个生育期的氮素累积量显著高于武育粳3号,但氮素累积量的优势主要体现于齐穗期之后,主要原因为齐穗期后武运粳23号、镇稻11号的根系特性(如根系干物质累积、根体积及根系伤流速率)及与光合特性紧密相关的叶面积指数和SPAD值的下降程度要缓于对照品种武育粳3号。武运粳23号、镇稻11号在施用氮肥条件下对氮素的利用效率明显高于武育粳3号,但主要表现在对氮素的吸收利用效率,而对氮素的生理利用效率则与武育粳3号无显著差异,主要原因为武运粳23号、镇稻11号对干物质、氮素的转运、分配能力无优势。因此,如果在育种工作中能改善水稻的氮素生理利用效率将有助于进一步提高太湖地区高产水稻的氮素利用效率和产量。

不同基因型大麦苗期耐低氮性状与产量性状的相关性

为给大麦耐低氮育种提供理论依据,利用溶液培养和大田产量试验相结合的方法探讨了大麦苗期和成熟期各相关性状在两种供氮条件下的变异情况。结果表明,苗期氮素生理利用效率、单株吸氮量、地上部干重和苗高在品种间存在极显著差异,籽粒产量在品种间存在显著差异,不同供氮水平对各性状都有极显著的影响。相对性状的基因型变异为:相对地上部干重>相对分蘖数>相对单株吸氮量>相对籽粒产量>相对氮素利用率>相对苗高。相关分析表明,低氮胁迫下分蘖数与籽粒产量呈极显著正相关,苗期相对氮素生理利用效率、相对苗高和成熟期相对籽粒产量间互呈显著或极显著正相关。从各性状的相对值中可以看出,大麦品种BI-04表现最好,具有较强的耐低氮性,BI-45表现最差,对低氮胁迫相对比较敏感。

不同基因型大麦苗期对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养试验的方法,对6个不同基因型大麦品种苗期耐低氮性状指标进行了研究。结果表明:单株吸氮量、根干重、地上部干重、植株干重、分蘖数和根长在品种间存在极显著差异;不同供氮水平对根长以外的各性状都有极显著的影响;各相对性状也存在不同程度的基因型差异,相对分蘖数>相对地上部干重=相对植株干重>相对根干重>相对单株吸氮量>相对根长>相对氮素生理利用效率>相对株高。相关性分析表明:单株吸氮量和苗期各干重指标间互呈极显著正相关关系;相对单株吸氮量、相对株高和苗期各相对干重指标间互呈极显著相关关系。

不同低氮胁迫对大麦地方品种苗期耐低氮性的影响

为进一步挖掘大麦(Hordeum vulgare)地方品种耐低氮性潜能,从前期研究0.50 mmol·L-1 NH4NO3低氮胁迫筛选到的5份耐低氮大麦地方品种中随机挑选了3个,通过两个氮素浓度更低的低氮胁迫(分别为0.24和0.10mmol·L-1 NH4NO3)对其进行耐低氮鉴定。结果发现,大麦地方品种‘上海有芒大麦’在这两个低氮胁迫下都表现出较好的耐低氮性,‘六柱头紫大麦’仅在0.24 mmol·L-1 NH4NO3下耐低氮性较好,而‘宝山老脱须’在这两个低氮胁迫下耐低氮性都比较差。变异系数分析进一步验证了干重性状比较适合作为大麦耐低氮筛选指标,而株高不太适合。本研究又进一步探索了氮素相关生理性状作为大麦耐低氮评价的可行性,并且讨论了在低氮胁迫下氮素吸收和利用相关性状对大麦耐低氮的重要性。