氮磷营养及氮形态对水曲柳幼苗生长和生理的影响机制

摘要

该学位论文以水曲柳一年生苗和播种苗为研究对象进行温室沙培试验.主要设置不同氮素浓度试验(浓度分别为1、4、8和16mmol·L<'-1>),不同磷素浓度试验(浓度分别为0.125、0.5、1和2mmol·L<'-1>)和不同氮素形态比例试验(NO<,3><'->:NH<,4><'+>分别为100:0,75:25,50:50,25:75,0:100).通过季节性取样测定各项指标,揭示N、P对幼苗生长和生理的影响,其中着重研究了各试验处理下幼苗光合作用与叶片Rubisco活性的关系.主要试验结果如下:(1)养分供应浓度与水曲柳幼苗体内养分浓度关系密切.随氮素水平增加,水曲柳根系、茎干和叶片中全N浓度均上升.磷素对水曲柳体内养分状况影响较小.在氮素形态处理下,NO<,3><'->-N和NH<,4><'+>-N比例为75:25时叶片N、P浓度较高的情形.不同季节叶片N浓度有明显变化.(2)供氮浓度对ALA(5-aminolevulinic acid)合成速率和PBG(Porphobilinogen)合成酶活性的影响没有明显的规律.供氮水平增加时,水曲柳幼苗叶片叶绿素含量、类胡萝卜素和可溶性蛋白含量增加.可溶性糖含量也增加.叶片总氮含量、可溶性蛋白含量在氮浓度为8 mmol L-1时达到最大.但在P处理下水曲柳幼苗叶片上述各项指标没有显著差异.在氮素形态处理下水曲柳幼苗叶片叶绿素含量没有明显变化,而可溶性蛋白的变化比较大.(3)Rubisco作为光合作用的关键酶,其活性和叶片氮含量密切相关.在幼苗生长旺盛时期,随供氮水平提高,Rubisco初始活性和总活性均上升,在供氮浓度为16 mmol L<'-1>时,其初始活性和总活性达到最高.磷处理下Rubisco初始活性和总活性变化趋势相似,均呈波浪型变化.水曲柳播种苗在混合氮源培养下叶片Rubisco初始活性和总活性要高于单一氮源处理下,当NO<,3><'->比例为75﹪(7月份)或50﹪(8月份)时活性达到最大.而一年生苗则表现出随NO3-比例增加,Rubisco初始活性和总活性均上升的趋势.(4)供氮水平明显影响水曲柳光合作用,水曲柳幼苗叶片的光饱和净光合速率与供氮浓度之间存在着强烈的正相关关系.与氮素相比,供磷浓度对水曲柳幼苗的光合特性影响较小.氮素形态处理下水曲柳表现出喜硝特性,NH<,4><'+>-N不利于水曲柳幼苗进行光合作用,在完全NH<,4><'+>-N培养下光合速率明显低于其它处理.(5)不同试验处理下叶绿素荧光参数也有变化.Fv/F0、Fv/Fm和Fm/F0均随供氮浓度增加而增加,在供氮浓度为16 mmol L<'-1>时达到最大.P胁迫降低了水曲柳叶片的叶绿素荧光参数,然而,P供给过量时,Fv/F0、Fv/Fm和Fm/F0也降低.当NO<,3><'->N比例从0增加到75﹪时,F<,v>/F<,m>、Fv/F0和Fm/F0都逐渐增大,NO<,3><'->N比例进一步增加时各项指标均降低.(6)氮素的供应明显影响水曲柳幼苗的生长和生物量积累.在试验的浓度范围内,幼苗的生物量几乎随氮素供给的增加而线性增加.在0.125 mmol·L<'-1>~1 mmol·L<'-1>的磷素供应范围内,水曲柳幼苗的生物量也随磷素供给浓度增加而增加,株高的增加幅度相对较小,而超量供磷(2 mmol·L<'-1>)的水曲柳幼苗,株高和生物量均低于常量供磷处理(1 mmol·L<'-1>).随氮素形态比例的变化,水曲柳幼苗总生物量和各部分生物量也明显变化,在NO<,3><'->/NH<,4><'+>比例为75:25时达到最大.(7)对于不同试验处理下水曲柳幼苗养分吸收效率和利用效率的研究发现,总体上,水曲柳幼苗的NNUR随N浓度增加而增加,而N形态比例和P浓度变化对NNUR的影响无规律性.在不同的生长时期,NPUR在N不充足时(1~8 mmol L<'-1>)随N浓度增加而增加;氮形态影响则无明显规律;NPUR随P浓度的变化在生长不同生长时期表现不同.总之,在氮、磷浓度较低条件下水曲柳幼苗生长和生理活动受到抑制,光合速率降低.这提示我们在苗圃育苗和造林时,要合理施肥,促进苗木生长.

目录

文摘

英文文摘

第1章前言

1.1氮磷营养研究的历史

1.2氮磷营养与植物生长的关系

1.2.1氮磷养分对植物形态的影响

1.2.2氮磷养分水平与植物体内养分含量

1.2.3养分有效性与植物碳分配

1.2.4氮素营养与光合作用

1.2.5光合作用的N利用效率

1.2.6磷素对植物生长和生理的影响

1.3养分胁迫环境下植物的碳氮平衡

1.4氮素形态与植物生长

1.4.1不同形态氮素的吸收和同化

1.4.2氮素形态对树木生长的影响

1.4.3植物对不同氮素形态的喜好

1.4.4铵或硝酸根对其它离子吸收的影响

1.4.5不同形态氮素对植物生理特性的影响

1.5水曲柳研究现状及不足之处

1.6问题的提出

1.7本研究的理论意义和实践价值

第2章研究目标与研究方法

2.1研究目标及研究内容

2.2研究方法和技术路线

2.3试验设计

2.3.1试验材料和营养液组成

2.3.2苗木管理和生长环境

2.3.3植株收获

2.3.4主要指标测定方法

2.3.5数据处理

第3章氮、磷营养及不同氮形态处理下水曲柳幼苗体内养分状况

3.1材料与方法

3.1.1试验方法

3.1.2数据处理

3.2结果与分析

3.2.1水曲柳幼苗根系养分浓度

3.2.2水曲柳幼苗茎中养分浓度

3.2.3水曲柳幼苗叶片养分浓度

3.2.4 N处理下水曲柳根、茎、叶中N的分配

3.2.5 N处理下根系N浓度与叶片N浓度关系

3.3讨论

3.3.1氮磷养分供应与植物体内养分含量

3.3.2叶片与根系间的N浓度关系

3.3.3不同N素形态与植物养分吸收

3.4初步结论

第4章氮磷营养胁迫对水曲柳幼苗生理特性的影响

4.1材料与方法

4.2结果与分析

4.2.1各处理下叶绿素的生物合成速率与活性变化

4.2.2水曲柳体内可溶性蛋白含量变化

4.2.3叶绿素和类胡萝卜素含量变化

4.2.4可溶性糖含量变化

4.2.5 Rubisco初始活性和总活性变化

4.2.6根系吸收面积变化情况

4.3讨论

4.3.1 ALA合成与PBG和叶绿素合成的关系

4.3.2养分供应与叶绿素和可溶性蛋白含量

4.3.3供氮浓度与Rubisco

4.4初步结论

第5章水曲柳幼苗光合作用和叶绿素荧光特性反应

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.2.1水曲柳叶片光合速率变化

5.2.2氮处理下叶片N浓度与光合作用关系

5.2.3不同处理下水曲柳幼苗叶绿素荧光

5.3 讨论

5.3.1氮处理下光合作用

5.3.2磷处理下光合作用

5.4初步结论

第6章氮磷营养处理下水曲柳幼苗生长和生物量变化

6.1材料与方法

6.2结果与分析

6.2.1氮、磷以及氮形态处理下水曲柳苗木苗高和地径生长

6.2.2水曲柳生物量积累

6.2.3各处理下水曲柳幼苗地上地下生物量分配

6.3讨论

6.3.1养分对幼苗生长和生物量分配的影响

6.3.2 N形态与植物生长

6.4初步结论

第7章水曲柳苗木养分吸收利用和生物量季节性变化

7.1材料与方法

7.1.1植物材料与培养

7.1.2分析方法

7.2结果与分析

7.2.1不同处理下水曲柳苗木对N、P的净吸收效率

7.2.2不同处理下水曲柳苗木对N、P的利用效率

7.2.3氮处理、磷处理及氮素形态处理下苗木生长反应

7.2.4不同季节水曲柳苗木生物量分配格局

7.3讨论

7.3.1水曲柳幼苗N和P的净吸收速率和利用效率

7.3.2 N素形态处理下水曲柳幼苗营养吸收、利用和生长的关系

7.4初步结论

第8章结论与建议

8.1主要结论

8.2存在问题与建议

参考文献

附录

在学期间发表论文

致谢