缺氮胁迫对不同小麦品种幼苗根系和光合荧光特性的影响

为明确缺氮胁迫对不同品种小麦幼苗生长发育的影响,为培育氮高效小麦新品种奠定理论基础,以培育的小麦新品种百农207(BN207)、百农307(BN307)和百农607(BN607)为试验材料,在光照培养箱内采用水培的方法,研究了全氮(霍格兰式营养液,15 mmol/L,CK)和缺氮(0 mmol/L)处理15 d后小麦幼苗地上部和根系的生长参数、生物量及叶绿素荧光参数等变化。结果表明,缺氮胁迫条件下BN207、BN307、BN607的叶绿素含量显著降低,分别下降了25.82%、29.21%、35.24%。株高有所降低但不显著,其中BN607下降幅度最大,BN207下降幅度最小,与CK相比分别下降了12.4%、5.4%;但幼苗根系总长、根系表面积等根系性状指数均显著提高;快速叶绿素荧光动力学参数中,缺氮胁迫使3个小麦品种用于电子传递的量子产额φ_(Eo)均降低,BN307、BN607最大光化学效率φ_(Po)均显著高于CK;以吸收光能为基础的性能指数中,BN207的P_(Iabs)下降幅度较小,表明BN207在胁迫条件下光能的捕捉和原初光化学反应受到的影响较小。本研究表明,在3个品种中,百农207的株高、快速叶绿素荧光动力学参数和根系形态特征变化幅度最小,因此,可以推断百农207对氮素敏感性较差,可能为耐低氮品种。

高粱缺氮特异诱导基因SbMYB-like克隆及功能分析

高粱是全球重要的五大粮食作物之一,具有耐瘠薄、耐旱等特性。氮元素是保障作物稳产、高产的三大重要养分元素之一。氮信号途径相关基因研究在高粱中基本不清楚,挖掘缺氮诱导基因,有助于解析高粱氮素吸收、利用相关分子通路。本研究克隆了先前在高粱BTX623苗期缺氮、缺磷及缺钾表达谱中筛选出的1个地上部分特异受缺氮诱导的MYB-related转录因子家族成员SbMYB-like基因Sb03g030330,该基因编码蛋白预测定位于细胞核。高粱中组织表达qRT-PCR分析表明SbMYB-like基因在根、茎、花中表达较低,主要在叶片中表达。进化树分析表明该基因与玉米、二穗短柄草中同源基因亲缘关系相对较近。通过qRT-PCR在二穗短柄草中验证了该基因同源基因地上部分受缺氮诱导的特性。在高粱BTX623品种中分离并克隆了SbMYB-like基因,构建超表达载体,转化拟南芥获得了超表达株系。通过缺氮和缺磷处理,测定野生型和超表达纯系植株主根长度和开花时间,结果表明该基因在促进根系伸长和开花方面有重要的作用,但此促进作用并不依赖于外源氮素水平。本研究为高粱缺氮响应分子途径解析提供了基础数据。

缺氮对佛手气体交换、叶绿素荧光及叶绿体超微结构的影响

利用土培试验研究不同氮素水平对佛手叶片光合作用、叶绿素荧光参数、叶绿素含量、叶绿体超微结构及抗氧化酶活性的影响.结果表明,缺氮降低叶绿素(Chl)含量、叶绿素a(Chla)含量以及Chla/叶绿素b(Chlb),同时增加类胡萝卜素(Car)/Chl值;缺氮条件下,佛手叶片气体交换率、PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)、PSII的电子传递效率(ETR)呈下降趋势,初始荧光(Fo)以及非光化学猝灭系数(qN)则随氮缺乏程度的加剧而升高;同时,缺氮导致超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性降低,膜脂过氧化程度加重,叶绿体类囊体片层结构损伤等.可见,缺氮主要是通过减少光合色素含量,降低光合电子传递速率,引起细胞的膜脂过氧化程度加剧,进而损伤叶绿体类囊体结构及光合反应中心,导致光合速率降低.

外源NO对缺氮胁迫下棉花幼苗形态及生长的调控效应

【目的】探讨外源一氧化氮(nitric oxide,NO)对缺氮胁迫下棉花幼苗不同部位叶片以及不同直径范围根系等形态特征及生长情况的影响,分析不同浓度NO对棉花形态生长的调控效应,为外源NO调控棉花生长发育提供理论依据。【方法】在光照培养室内采用水培方法,以农大棉8号为供试品种,设7个不同处理,其中以Hoagland全营养液培养的棉花幼苗为对照(CK),以缺氮Hoagland营养液培养的棉花幼苗为外源NO处理对象,利用外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)处理棉花幼苗,设置6个浓度梯度0μmol·L-1(T0)、50μmol·L-1(T1)、100μmol·L-1(T2)、200μmol·L-1(T3)、500μmol·L-1(T4)和1 000μmol·L-1(T5),研究不同NO水平对缺氮胁迫下棉花幼苗叶面积、根系形态、耗水量及干物重的影响。【结果】缺氮胁迫抑制棉花幼苗地上部以及地下部的生长,抑制棉花幼苗叶片数和叶面积的增加,降低了幼苗细根(0.05—0.20 mm)、中等根(0.2—0.45mm)的根长、根表面积、根体积,减少了耗水量以及干物重。不同浓度外源NO对缺氮胁迫下棉花幼苗地上及地下部生长情况的影响不同。低浓度外源NO(SNP浓度为50—100μmol·L-1)能缓解缺氮胁迫对棉花幼苗的伤害,显著促进棉花幼苗上部和下部叶片的生长,促进细根和中等根生长,增加细根和中等根的根长、根表面积及根体积,增加棉花幼苗耗水量,显著增加幼苗干物重。当SNP浓度大于100μmol·L-1后,随浓度增加,其缓解作用下降。幼苗叶片数、上部和下部叶片的叶面积、细根和中等根的根长、根表面积、根体积、耗水量以及干物重均下降。综合分析认为氮素缺乏环境下,不同浓度外源NO通过影响棉花幼苗地上部以及根系的生长来缓解缺氮胁迫,以100μmol·L-1SNP处理的棉花幼苗生长最好,而高浓度的SNP则加剧缺氮胁迫对棉苗的抑制。【结论】缺氮胁迫下棉花幼苗长势减弱,适宜浓度外源NO(SNP浓度为50—100μmol·L-1)能够在一定程度上缓解缺氮胁迫对棉花幼苗造成的伤害,促进棉花幼苗地上和地下部的生长,提高棉花幼苗对缺氮胁迫的耐性。其中以100μmol·L-1SNP缓解效果最显著。

缺氮复氮处理对玉米根系生长、根系活力、硝态氮及氨基酸含量的影响

为明确缺氮复氮处理对根系生长、根系活力、硝态氮含量及氨基酸含量的影响,对水培玉米幼苗进行研究。结果表明,缺氮处理的根系总长、根表面积、分根数比正常处理的较大,复氮处理后各测定指标均有一定恢复;缺氮处理根系活力显著下降,降幅达50.91%,复氮处理后根系活力有所恢复,但仍然降低42.15%;缺氮根系的NO3--N含量比正常处理降低76.21%,复氮处理后NO3--N含量仍然降低40.97%;缺氮根系的天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸的含量明显下降,复氮处理后这些氨基酸含量仍然低于正常处理。

缺氮条件下不同品种茶树叶片光合特性的变化

以4个茶树品种幼苗为材料,采用盆栽沙培法,研究正常供氮(6 mmol/L)和缺氮胁迫(0 mmol/L)下,茶树营养生长及光合特征的变化。结果表明,与正常供氮相比,缺氮胁迫下,除铁观音品种根系干重没有发生显著降低外,其余各品种根系、茎叶干重都显著下降;黄观音、毛蟹品种叶片的CO2同化速率、气孔导度都显著下降,胞间CO2浓度显著增加,而福云6号、铁观音品种没有发生显著变化;黄观音、毛蟹品种叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)显著下降,而福云6号、铁观音品种没有发生显著变化。总之,黄观音、毛蟹品种在缺氮条件下叶片光合系统损害较福云6号、铁观音品种叶片更大。

缺氮条件下燕麦根轴细胞的程序性死亡

采用溶液培养的方法,比较了缺氮和充足供氮条件下燕麦根组织DNA提取液的电泳图谱以及根系分泌物中有机酸、游离氨基酸、可溶性糖含量的差别。缺氮燕麦根基部组织梯状DNA的出现证实缺氮条件下燕麦根轴皮层细胞发生了程序性死亡,过去发现的缺氮或缺磷植物根轴内的空腔或通气组织即是细胞程序性死亡的结果。而且在缺氮胁迫下,根基部细胞首先发生程序性死亡。燕麦根系分泌物的分析结果表明,根系的游离氨基酸和可溶性糖数量与根细胞的PCD无关,但缺氮燕麦根系总有机酸的分泌量显著大于供氮处理的结果意味着缺氮燕麦根轴解体细胞的大分子物质有可能以有机酸的形式释放。

黄瓜硝酸还原酶cDNA片段的克隆及其在缺氮胁迫下的表达

以黄瓜叶片总RNA为模板,应用逆转录—聚合酶链式反应(RT-PCR),首次扩增出黄瓜硝酸还原酶(NR)cDNA部分片段。经过测序和同源性分析表明:该基因片段长度为395 bp,与GenBank上所登录的笋瓜NR基因同源性达89%,根据所测序列推导该片段由131个氨基酸残基组成。进一步检测其在缺氮胁迫下的活性和表达变化,结果表明缺氮胁迫下硝酸还原酶的活性和表达都明显下降,推测黄瓜NR在转录水平上调节其活性。

缺氮条件对栅藻油脂积累与光合作用的影响

栅通过油脂分析、光合放氧、叶绿素荧光等手段,研究了缺氮处理对栅藻(Scenedesmus dimorphus)油脂含量、油脂组分以及光合作用影响。结果显示,总脂含量由22.4%±0.6%提高到36.3%±0.7%,其中甘油三酯含量由4.6%±1.2%提高到68.3%±2.5%而磷脂含量由92.8%±1.6%降低到26.8%±2.0%。缺氮处理1 d后,叶绿素含量明显下降,呼吸速率明显升高。缺氮处理初始阶段,栅藻光系统Ⅱ最大光能转化效率(Fv/Fm)和非光化学猝灭系数(NPQ)维持稳定,4 d后Fv/Fm显著降低而NPQ显著升高。上述变化可能是光能过剩引起的防御反应,也可能是自身代谢模式发生转变的结果而与光能耗散无关。

判断玉米幼苗缺氮程度的叶绿素荧光动力学指标

为灵敏检测和判断作物的缺氮程度,科学指导施肥,分析了不同程度缺氮条件下玉米叶片光合活性变化和生长生理变化。结果表明:随着缺氮程度的加重,玉米叶片光合色素和可溶性蛋白含量都显著下降;叶片的光合能力显著降低,表现为玉米整株鲜重减小,根冠比增大,说明缺氮对玉米生长和叶片活性具有显著影响。叶绿素荧光动力学结果显示,缺氮处理的玉米叶片Fv/Fm、Fm/Fo、Sm、ETo/CSo、RC/CSo都显著低于对照,并随着缺氮程度的加重而逐渐减小,其中Sm对缺氮最为敏感,而ABS/CSo、TRo/CSo、DIo/CSo等荧光参数对缺氮不敏感。分析Sm与培养介质中氮素浓度的相关性看出,二者关系类似酶动力学曲线,表明叶绿素荧光动力学参数能灵敏检测出缺氮玉米叶片光合活性的变化,可作为判断玉米缺氮程度的指标。

缺氮和恢复供氮对香蕉苗生长和根系形态参数的影响

【目的】探讨缺氮及恢复供氮对香蕉苗生长及其根系形态参数的影响,为香蕉苗期形态诊断和氮肥管理提供依据。【方法】通过石英砂培养试验,对比研究了缺氮程度和恢复供氮后香蕉苗表型性状、地上部和根系的干物质质量、根系形态参数等的变化。【结果】缺氮后香蕉苗呈现明显的缺氮症状;恢复供氮32 d后,香蕉苗缺氮症状消失,表型恢复正常性状。但是,缺氮程度、缺后恢复供氮对香蕉生长的影响不同,轻度缺氮不会抑制地上部生长,反而刺激根系生长,显著增加了根系干物质质量;中度缺氮时,明显抑制了香蕉苗生长,地上部干物质质量降低了19.25%,而根系干物质质量无明显变化,缺氮对根系的促生作用减弱。缺氮后,香蕉苗的总根长和直径<2 mm细根的根长明显减小,轻度、中度缺氮时,香蕉苗的总根长分别为正常处理的58.3%和49.7%。但是,缺氮明显增加了香蕉苗平均根直径、总体积和直径>2 mm的根系体积,轻度、中度缺氮期,香蕉苗的平均直径和总体积分别为正常处理的1.85倍和2.01倍、1.62倍和1.31倍。缺氮香蕉苗恢复供氮32 d后,缺氮表型性状完全消失,地上部和整株干物质质量分别增加了6.08%和5.24%;根系趋向正常生长,总根长特别是细根长度显著增加,平均根直径和总体积显著降低,但是,复氮处理的香蕉苗的干物质质量、根系长度、平均根直径和总体积仍达不到正常处理香蕉苗的水平。【结论】香蕉缺氮的表型性状能及时反映香蕉的氮素营养状况,缺氮对香蕉表型性状的影响通过及时补充氮肥可在短期恢复,但干物质质量、根系生长的恢复期滞后于表型性状恢复期。在香蕉栽培过程,香蕉苗期要综合考虑土壤肥力和营养特性合理施肥,避免先缺再补的施肥措施。

宁夏春小麦缺氮导致减产的生理机理研究

小麦缺氮影响到叶片光合效率、叶绿素含量、含氮量，根系活力也较早的进入衰退阶段，且质量水平低下。缺氮程度越深，恶化越深。这种发生在小麦开花后的生理功能早衰，可明显影响籽粒形成和灌浆过程，致使穗粒数减少，灌浆持续期缩短，千粒重与籽粒产量明显降低。因此，保证小麦生长中后期充足的氮素供应，防止早衰是提高籽粒产量的重要途径。

缺氮培养对小球藻碳水化合物和油脂积累的影响

以小球藻Chlorella sp.为研究对象,对比其在缺氮培养和富氮培养条件下碳水化合物和油脂积累的代谢改变。结果表明,缺氮后细胞生长受到抑制,比生长速率从正常培养的1.02 d^(-1)降至0.48 d^(-1)。细胞在缺氮第1天积累大量碳水化合物(66.9%干重),且主要以淀粉的形式存在。同时,缺氮诱导了油脂的积累,但明显落后于淀粉。通过对油脂组分的分析,发现在富氮条件下油脂的主要成分为糖脂,占总脂的51%,而缺氮后中性脂成为主要油脂组分,占总脂的87%。从原料品质角度,缺氮小球藻更适合生物乙醇和生物柴油的生产。

缺氮对细胞质雄性不育玉米产量和光合特性的影响

在露天池栽条件下,比较研究了玉米细胞质雄性不育系(CMS)与其同型可育系的产量构成及其光合特性对氮素亏缺的响应。结果表明,在相同氮素供应水平下,CMS的产量显著高于其同型可育系,平均增产达11.5%,缺氮条件下千粒重、收获指数显著提高,而穗粒数差异不显著。花后CMS玉米叶片具有较高的含氮量、叶面积指数、叶绿素含量和可溶性蛋白含量,且在生育后期降低缓慢,延长了有效光合持续期,延缓了植株衰老进程。不育植株生育后期的净光合速率(Pn)、细胞间隙CO2浓度(Ci)和气孔导度(Gs)均显著高于其可育系,且气体交换参数对缺氮反应不敏感。不育系的叶绿体荧光参数实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和最大光化学效率(Fv/Fo)在生育后期也保持较高水平。说明不育植株生育后期在光合能力、电子传递和光能转化方面均具有明显优势,其产量提高可能是籽粒充实期叶片生理质量和光合效率共同提高的结果。

缺氮对油菜养分吸收及钾吸收转运相关基因表达的影响

为进一步了解缺氮对油菜养分吸收的影响,以甘蓝型油菜中双11号为材料,采用营养液培养方法,设置正常供氮和缺氮两个处理,培养14d后收获,分析缺氮对油菜植株表型、生物量、植株养分含量及养分吸收相关基因表达的影响。结果表明,缺氮严重抑制油菜植株生长,地上部生物量显著减少,叶片瘦小、黄化,茎秆呈紫红色。缺氮促进油菜根系生长,植株根冠比增加。缺氮处理对油菜叶、茎、根中大量元素含量的影响有所不同,缺氮油菜叶、茎、根的氮浓度及氮含量都显著降低;油菜叶、茎的磷浓度在缺氮胁迫时显著增加,根的磷浓度显著降低,而茎和根的磷含量在缺氮胁迫时都显著降低,但叶片磷含量不受影响;油菜不同部位钾浓度和钾含量在缺氮胁迫时都显著降低,并且缺氮处理14d显著抑制油菜大部分钾通道蛋白基因以及3个根部特异钾转运蛋白基因的表达,说明缺氮对油菜钾吸收运转相关基因表达的影响,可能导致油菜植株钾含量的降低。

缺氮胁迫阶段及施氮时期对油用亚麻干物质及氮素积累的影响

通过砂培及土培试验,分别以6个氮素供缺阶段处理和6个氮肥基追比例处理,探讨了缺氮阶段及施氮时期对亚麻干物质及氮素积累、籽粒产量的影响。结果表明,和全生育期正常供氮(CK)相比,播种~枞形期缺氮(T_(1))造成的干物质积累抑制随枞形期后的持续复氮而渐次降低,且茎、叶干物质积累量随复氮而终末产生了等量补偿,而枞形期~现蕾期(T_(2))、现蕾期~盛花期(T_(3))、盛花期~成熟期(T_(4))、现蕾期~成熟期(T_(5))4个时段的氮胁迫造成的器官干物质积累量降低,终末仍为不足补偿;胁迫阶段(T_(1)~T_(5))的籽粒产量分别较对照降低了18.02%、26.54%、35.06%、38.83%、48.00%。保证生殖生长阶段的氮素营养供给可避免35%~50%左右的减产损失。0.2 g·kg^(-1)施用的氮肥,基肥比重占2/3以上时不利于氮素营养状况的改善及植株的生长,基肥施用量≤1/2、剩余肥料于枞形期或现蕾期一次或分两次施入,可使植株的氮素及干物质积累总量分别增加10.71%~37.50%和9.34%~22.02%;1/6基肥+1/3枞形期追肥+1/2现蕾期追肥的方式,较其他施肥方式(100%基肥、2/3基肥+1/3现蕾期追肥、1/2基肥+1/2现蕾期追肥、1/6基肥+5/6枞形期追肥)的氮素积累量、植株干物质量、籽粒产量分别提高7.17%~37.50%、7.89%~22.02%、9.59%~26.71%。综上,盛花期~成熟期缺氮对植株的干物质积累及产量抑制敏感程度最高,现蕾期前后追肥具有显著的补偿效应;基肥施用量≤1/3、剩余肥料于枞形期(或分茎期)、现蕾期分两次施入,并使现蕾期追肥占1/2左右,是符合油用亚麻需求特性的氮肥运筹方式。

缺氮培养条件对胶球藻C-169油脂积累及其脂肪酸组成的影响

随着石油资源短缺的加剧,利用微藻生产生物柴油获得了全世界范围的关注,其中筛选高含油藻种是微藻能源产业的基本环节。本文研究了缺氮培养对胶球藻C-169在生长速率、油脂含量以及脂肪酸组成等方面的影响,结果显示,氮缺乏条件下,C-169从第3天开始生长速率明显低于正常培养组,10d后细胞密度维持在大约1.6×107cells/mL,为初始细胞密度的约33倍。而根据尼罗红荧光显微观察其在培养的第12天油脂积累达到最高,此时总脂中脂肪酸的含量由开始的0.089ng/1 000cells增长到1.135ng/1 000cells,而三酰甘油(TAG)占总脂比例达到的74.6%,其中以C16或C18饱和或单不饱和脂肪酸为主,其中油酸(18:1)的量占据了中性脂TAG的一半以上,符合生产高品质生物柴油的要求。

分批补料及缺氮培养对小球藻油脂产量的影响

[目的]为了实现小球藻的高密度及高产油培养。[方法]通过分析分批培养过程中藻细胞的生长曲线、葡萄糖消耗曲线、pH及溶氧变化曲线,对小球藻进行分批补料,待藻细胞达到一定的高密度后再进行缺氮培养以富集细胞内的油脂。[结果]经过4次分批补料,小球藻的生物量达到了65.25 g/L,然后进行缺氮培养12 h,小球藻的油脂含量由42.75%提高到了63.82%,油脂产量达43.37 g/L。[结论]合理的分批补料明显地提高了小球藻的生物量。缺氮培养进一步提高了小球藻的油脂含量。

玉米缺氮的早期诊断方法研究

以农大108玉米为材料,在苗期进行缺氮处理,结果如下:(1)叶片长度在处理后第5天出现明显差异,处理组叶长低于对照组,仅为对照组的66.67%;(2)对照与处理组间叶绿素含量从第6天开始出现显著差异;(3)处理组叶片蛋白质含量在处理后第5天明显低于对照组;(4)叶片硝酸还原酶活性在处理的第4天明显低于对照组,并始终低于对照组水平.综合利用上述指标可以在出苗后4～6d时间内对缺氮玉米幼苗做出比较准确的诊断.

矮牵牛缺氮、缺磷、缺钾植株的形态和生理指标的变化

利用对照的试验方法,探讨了矮牵牛在缺素条件下外部形态和内部生理指标的变化,指出了氮、磷和钾元素不同的生理作用。缺氮处理25d的矮牵牛植株叶色淡绿,下部叶片发黄,叶柄短而纤弱,叶绿素含量较对照植株叶绿素含量减少20%左右;缺磷植株叶片呈暗绿色,部分植株的茎部和叶片出现紫红色,叶子小而狭,叶柄短而纤弱;缺钾植株叶子有缺绿斑和坏死斑出现,叶子变厚,叶柄变短。矮牵牛缺钾植株叶片中可溶性糖含量高于根部;矮牵牛缺磷植株叶片中可溶性糖含量低于根部。