大豆吸收利用氮素规律及相关酶活性研究

摘要

本试验于2006-2007年进行，采用框栽、砂培以及组培相结合的方法进行。框栽试验，应用15N示踪技术，选用高蛋白型、高油型、丰产型、饲料型大豆和不结瘤大豆，以其中一个品种为材料，设置高氮、中氮和低氮三个施氮水平，研究大豆氮素积累与来源规律，同时测定谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶活性；砂培试验，以15N标记的氮肥为氮源，测定大豆氮素来源与构成及谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶活性，并测定硝态氮诱导下的硝酸还原酶mRNA含量；组培试验，以15N标记硫酸铵或硝酸钾以及两者混合为氮源培养大豆，测定铵态氮和硝态氮吸收比例。运用以上方法，对大豆吸收利用氮素规律及相关酶活性进行了研究，结果表明： ㈠大豆氮素吸收表现为明显的时期性，而栽培品种与秣食豆(饲料大豆)有明显差异。(1)无机氮营养期，大豆主要依靠土壤氮和肥料氮。栽培品种的无机氮营养期为出苗-R1期，在R1期土壤氮所占比例为83.8％～85.2％，肥料氮所占比例为12.7％～15.0％，根瘤固氮所占比例在3.0％以下：而秣食豆无机氮营养期为出苗-V4期，在V4期土壤氮所占比例为75.4％，肥料氮所占比例为15.7％，根瘤固氮所占比例为8.9％。(2)根瘤固氮快速增长期，大豆主要依靠土壤氮和根瘤固氮，而根瘤固氮快速增加。栽培品种表现在R1-R5期，根瘤固氮量和所占比例大幅度提高，土壤氮和肥料氮的积累量都有所增加，但其所占比例均下降：栽培品种在R5期土壤氮所占比例为60.0％～67.9％，根瘤固氮所占比例达到28.3％～36.3％，肥料氮所占比例低于4.0％；而秣食豆表现在V4-R5期，在R5期时根瘤固氮所占的比例达到69.1％，土壤氮所占比例为29.7％，而肥料氮所占比例仅为1.2％。(3)土壤氮和根瘤固氮同步吸收期，既依靠土壤氮，又依靠根瘤固氮。栽培大豆表现在R5-R8期，土壤氮和根瘤固氮仍有大量积累，肥料氮积累不明显，而土壤氮和根瘤固氮积累接近：栽培品种R8期土壤氮所占比例在39.3％～60.5％，根瘤固氮所占比例为37.5％～59.2％，肥料氮所占比例均低于2.0％：秣食豆在这一时期主要依靠根瘤固氮，土壤氮和肥料氮的积累量较少，R8期根瘤固氮所占的比例高达71.4％。 ㈡施氮水平对大豆氮的吸收积累有明显影响。(1)在框栽条件下，东农47的氮素积累量大小顺序为：低氮处理＞中氮处理＞高氮处理，差异达到显著水平；根瘤固氮积累量的大小顺序为：低氮处理＞中氮处理＞高氮处理，低氮处理显著高于中氮处理和高氮处理，中氮和高氮处理差异不显著。(2)在砂培条件下，东农47随氮素水平增加，大豆植株中肥料氮所占比例增大，根瘤固氮所占比例减小；在出苗-V3期、出苗-R1、出苗-R2期给予高氮处理，而V3-R8期、R1-R8期、R2-R8期变为低氮处理时，随高氮处理的时间延长氮素积累量减少，其中根瘤固氮积累量随高氮处理的时间延长明显减少，而肥料氮积累量差异不大；从出苗-R4期、出苗-R5期给予低氮处理，R4-R8期、R5-R8期给予高氮处理时，与全生育期给予低氮的处理相比氮素积累量明显增加，其中R5-R8期给予高氮的处理肥料氮积累量显著大于R4-R8期给予高氮的处理，两个处理根瘤氮积累量差异不显著。 ㈢施氮水平对大豆产量影响很大。(1)在框栽条件下，东农47的产量大小顺序为：低氮处理＞中氮处理＞高氮处理，低氮处理和中氮处理的产量显著大于高氮处理，而低氮和中氮处理的产量差异不显著。(2)在砂培条件下，低氮处理不能满足大豆对氮的需求，产量较低，而高氮处理因抑制根瘤的生长，也不能获得较高的子粒产量。从出苗-V3期、出苗-R1期、出苗-R2期给予高氮处理，而V3-R8期、R1-R8期、R2-R8期变为低氮处理时，随高氮处理的时间延长产量降低；从出苗-R4期、出苗-R5期给予低氮处理，R4-R8期、R5-R8期给予高氮处理时，与全生育期给予低氮的处理相比产量显著增加，但两个处理间差异不显著。由此可见，当外源氮水平较低时，于R4期或R5期提高外源氮水平可以增加大豆产量。 ㈣对大豆产量与子粒中肥料氮所占比例、大豆产量与根瘤固氮所占比例分别作回归分析，回归方程分别为y=-0.017x2+1.329x+25.294、y=-0.017x2+2.091x-12.828，经测验两个回归方程拟合效果很好，经求导分析得出大豆子粒中肥料氮所占比例为39.1％、根瘤固氮所占比例为61.5％时大豆产量最高。由此推断，当外源氮对子粒的贡献率为40％左右、根瘤固氮贡献率为60％左右时，能够同时满足大豆对根瘤固氮和外源氮的需求.有利于大豆产量的形成。 ㈤铵态氮和硝态氮对大豆的营养作用不同，大豆吸收铵态氮比例大于硝态氮。在无菌条件利用组培方法下培养大豆，当培养基中NH+4-N与NO-3-N比例为1:1时，大豆吸收NH+4-N与NO-3-N的比例接近1.5:1，其中叶片、茎、根吸收NH+4-N与NO-3-N的比例分别为1.6:1、1.4:1和1.6:1。大豆上部幼嫩叶片硝酸还原酶活性较高，中部成熟叶片和下部老化叶片活性较低，品种间表现一致，而大豆叶片硝酸还原酶活性动态品种间存在一定差异。NO-3能够诱导iNR的基因表达，经NO-3诱导iNR1和iNR2两种同工酶mRNA含量明显增加。大豆上部幼嫩叶片和中部成熟叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性较高，下部老化叶片活性较低，品种间表现一致。各部位谷氨酰胺合成酶(GS)活性随生育进程总的变化趋势一致，但年份间差别较大。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1大豆植株氮素吸收利用研究

1.2.2氮素形态对作物生长发育的影响

1.2.3大豆硝酸还原酶(NR)研究

1.2.4大豆谷氨酰胺合成酶(GS)研究

1.2.5施氮肥对大豆产量和品质的影响

2材料与方法

2.1框栽部分

2.1.1试验材料

2.1.2试验处理

2.2砂培部分

2.2.1试验材料

2.2.2试验处理

2.3组培试验

2.4取样方法

2.5测定方法

2.5.1化学指标测定

2.5.2酶活性测定

2.5.3硝酸还原酶(NR)mRNA的定量测定

2.6相关计算

3结果与分析

3.1大豆植株吸收利用氮素规律

3.1.1大豆植株氮素含量动态

3.1.2大豆植株氮素积累动态

3.1.3大豆植株氮素来源与构成

3.2施氮水平对大豆植株吸收利用氮素的影响

3.2.1施氮水平对大豆植株氮素积累的影响

3.2.2施氮水平对大豆根瘤重量的影响

3.2.3施氮水平对大豆植株氮素构成的影响

3.2.4施氮水平对大豆产量及构成因素的影响

3.3铵态氮和硝态氮对大豆植株生长的营养作用

3.3.1铵态氮和硝态氮水平对大豆苗期生长的影响

3.3.2铵态氮和硝态氮对大豆的营养的作用

3.4大豆氮代谢相关酶活性及调控

3.4.1大豆叶片硝酸还原酶活性动态

3.4.2氮素对大豆叶片中NRmRNA的影响

3.4.3大豆谷氨酰胺合成酶(GS)活性动态及调控

4讨论

4.1大豆植株氮素积累规律

4.2大豆氮素吸收利用

4.3施氮水平对大豆氮素吸收利用的影响

4.4施氮水平对大豆根瘤的影响

4.5铵态氮和硝态氮对大豆植株生长的营养作用

4.6大豆氮代谢相关酶活性及调控

4.7施氮水平对大豆产量的影响

4.8本研究的创新之处

5结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文