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不同生菜品种对不同铵硝比反应差异及其机理的研究

王波

   过去的研究表明,将营养液中部分硝态氮用铵态氮来取代不仅能显著提高旱地作物的生物量,而且也能显著降低旱地作物体内的硝酸盐含量,这对提高因硝酸盐含量过高而对市民健康构成严重威胁的叶菜类蔬菜的品质来说具有很重要的作用。因此,在生产上可以通过在蔬菜地上施用铵态氮肥和硝化抑制剂来实现降低蔬菜中硝酸盐含量的目标,进而实现农民增收,农业增效。同时还可以降低因为大量施用硝态氮肥而引发的硝态氮流失所带来的环境风险。然而,有关不同生菜品种对不同铵硝比反应差异及其机理的影响仍然知之不多。本论文以生菜为研究对象,采用水培条件,从植物营养和植物生理的角度来探讨不同生菜品种对不同铵硝比反应差异及其机理的影响规律,并筛选出对不同铵硝配比敏感及钝感的生菜品种,然后利用所筛选出的典型品种生菜研究不同形态氮素营养对生菜的光合特性、根系生长发育特性、NO_3~-的吸收动力学特性、内源激素及液泡中NO_3~-调动特性的影响。研究结果表明: 1不同铵硝配比对不同品种生菜的生物量(地上部、地下部)有显著的影响,供试5个品种(奶油生菜、中选1号、软尾生菜、耐抽苔生菜和耐热耐抽苔)的生物量(地上部、地下部)均随着营养液中NH_4~+-N比例的增加而增加,并在营养液中铵硝配比为25:75时达最高。然后,随着NH_4~+-N比例的进一步增加,5个生菜的生物量(地上部、地下部)反而迅速下降,当营养液中铵硝配比为50:50时,其生物量反而低于全硝处理。说明通过改变营养液中铵硝配比可以改变生菜的生长发育,但营养液中过高或过低的NH_4~+-N比例均要影响生菜的生物量,只有适宜的铵硝配比对生菜生长发育才具有较好地促进作用。本研究认为适合生莱生长的最佳铵硝配比为25:75。不同铵硝配比对生菜根系的根冠比有影响,随着营养液中NH_4~+-N比例的增加,生菜的根冠比先上升,然后下降。 2不同铵硝配比对生菜地上部硝酸盐含量有显著影响,5个品种生菜地上部的硝酸盐含量均是随着营养液中NH_4~+-N比例的上升而下降。 3不同品种生菜对不同铵硝配比的反应不一样。从不同铵硝配比与生菜生物量(地上部、地下部)及生菜地上部硝酸盐含量的响应情况来看,在供试的5个生菜品种中,申选1号(SX 1)和耐热耐抽苔(Nrnct)属于典型生菜品种,其中申选1号对不同铵硝配比最为敏感,是敏感型生菜品种,而耐热耐抽苔对不同铵硝配比敏感程度最低,是钝感型生菜品种。 4不同铵硝配比对2个典型品种生菜的光合特性有显著的影响。随着营养液中NH_4~+-N比例的增加,生菜叶片叶绿素含量、净光合速率及气孔导度均随着增加,并在营养液中NH_4~+-N比例为25%时达最高。然后,随着NH_4~+-N比例的进一步增加到50%,上述特性反而迅速下降。叶片的胞间二氧化碳浓度随着营养液中NH_4~+-N比例的增加而下降,并在营养液中NH_4~+-N比例为25%时达最低。然后,随着NH_4~+-N比例的进一步增加到50%,叶片的胞间二氧化碳浓度反而有所增加。通过对影响生菜光合作用的影响因子进行分析发现叶肉导度是影响不同形态氮素营养对生莱光合作用的主要限制因子。 5从不同铵硝配比对不同品种生菜光合特性影响的角度来看,与热耐抽苔生菜相比,申选1号对环境中不同铵硝配比的变化更为敏感,热耐抽苔对环境中不同形态氮素营养及不同铵硝配比的变化钝感。 6不同铵硝配比对生菜的根系特征参数有显著的影响。随着营养液中NH_4~+-N比例从0%增加到10%及25%,生菜根系表面积、体积、总根长及侧根数量均随之增加,并在营养液中NH_4~+-N比例为25%时达最高,且在0%处理与25%处理的差异均达到显著或极显著水平。随着营养液中NH_4~+-N比例的进一步增加到50%,根系表面积、体积、总根长及侧根数量参数反而迅速下降。同时试验还发现,不同形态氮素营养对不同直径根系长度的影响主要是表现在对直径为0-0.15mm根系上。 7从不同铵硝配比对不同品种生菜根系特征参数影响的角度来看,与热耐抽苔生菜相比,申选1号对环境中不同形态氮素营养的变化更为敏感。 8不同铵硝配比对生菜根系和叶片中的内源激素含量有显著的影响。随着营养液中NH_4~+-N比例的增加,生菜根系和叶片的IAA含量及iPAs含量均随着增加,并在营养液中NH_4~+-N比例为25%时达最高。然后,随着NH_4~+-N比例的进一步增加到50%,生菜根系和叶片的IAA含量及iPAs含量反而下降。生菜根系和叶片的ABA含量随着营养液中NH_4~+-N比例的增加而下降,并在营养液中NH_4~+-N比例为25%时达最低。然后,随着NH_4~+-N比例的进一步增加到50%,生菜根系和叶片的ABA含量反而增加。随着试验进程从4叶期推进到6叶期、8叶期,供试生菜根系和叶片中的内源激素水平随之下降。 9从不同铵硝配比对不同品种生菜内源激素水平影响的角度来看,申选1号根系和叶片中的IAA和iPAs含量均高于耐热耐抽苔,且2个品种的差异均达到显著水平,申选1号根系和叶片中的ABA含量均低于耐热耐抽苔,分别为耐热耐抽苔根系和叶片中的ABA含量的93.0%和96.9%,2个品种的差异均没有达到显著水平。 10通过对申选1号和耐热耐抽苔吸收NO_3~-的动力学研究发现,在全NO_3~-N营养液中,随着营养液中NO_3~-浓度的增加,2个品种生菜吸收NO_3~-的速率也随着增加,但增加的幅度随着营养液中NO_3~-浓度的增加而减少。环境中NH_4~+-N的存在对生菜吸收NO_3~-的速率有明显影响。将全NO_3~--N营养液中的10%NO-3~--N用NH_4~+-N取代和在全NO_3~--N营养液中直接添加10%NH_4~+-N后,生菜吸收NO_3~-的速率与在全NO_3~--N营养液中相比有明显下降。与全NO_3~--N营养液中生菜吸收NO_3~-的动力学参数比较后发现,环境中NH_4~+-N的存在影响生菜吸收NO_3~--N的动力学参数。将全NO_3~--N营养液中的10%NO_3~--N用NH_4~+-N取代和在全NO_3~--N营养液中直接添加10%NH_4~+-N后对生菜吸收NO_3~-的动力学参数有明显影响。有NH_4~+-N存在时,生菜吸收NO_3~-的Vmax与在全NO_3~--N营养液中相比有显著下降。有NH_4~+-N存在时,生菜吸收NO_3~-的Km与在全NO_3~--N营养液中相比有少量增加,但差异不显著。说明NH_4~+-N存在对生莱吸收NO_3~-的动力学参数的影响主要表现在对Vmax的影响,对Km影响较小。同时还发现环境有NH_4~+-N存在时,生菜吸收NO_3~-的Cmin增加。 11不同品种生菜吸收NO_3~-的速率不同。不管有无NH_4~+-N的存在,申选1号在有NO_3~--N的营养液中吸收NO_3~-的速率均大于耐热耐抽苔,且随着营养液中NO_3~-浓度的增加,两者的差距逐渐加大。与全NO_3~--N营养液中生菜吸收NO_3~-的动力学参数比较后发现,环境中NH_4~+-N的存在,耐热耐抽苔Vmax下降的程度大于申选1号,耐热耐抽苔Km增加的程度小于申选1号。 12通过对申选1号和耐热耐抽苔液泡中硝酸根离子的再调动和再利用的研究发现:在正常供应硝酸盐时,液泡中硝酸盐活度远远高于细胞质中硝酸盐活度。在氮亏缺的时候,生菜的地上部、地下部生物量的增长均较缓慢,地下部生长速率相对较快,根冠比逐渐增加。液泡中的硝酸盐迅速下降,但下降到一定程度后就不再下降,而细胞质中的硝酸盐活度在整个氮亏缺培养时期均能够维持在一个较低的浓度(4.0 mmol1~(-1)),并保持基本稳定。在恢复供应硝酸根离子后,细胞质中的硝酸盐继续保持稳定(4.0mmol 1_(-1)),液泡中的硝酸盐活度迅速增加,但地上部、地下部生物量的增长有一个滞后的效应,地上部生长速率相对较快,根冠比逐渐下降。不同生菜基因型在氮亏缺及恢复供应硝酸根时表现不一样。与耐热耐抽苔相比,在氮素亏缺时,申选1号液泡中硝酸盐活度下降的较快,且能维持一个更低的水平。在恢复氮素供应时,申选1号液泡中硝酸盐活度上升较耐热耐抽苔更迅速。 综上所述,不同铵硝配比通过影响生菜根系特性、光合特性及生菜内源激素含量来影响生菜地上部、地下部生物量;铵硝配比对不同生菜品种的影响存在明显差异,这种差异除了在根系特性、光合特性及生菜内源激素含量上有表现外,还表现在不同生菜品种吸收NO_3~-的速率及吸收动力学参数存在明显的差异,以及在氮亏缺和恢复供氮后液泡中硝酸盐调动速率有明显不同;生菜液泡中的硝酸盐在氮亏缺时能被调动出来,以维持细胞质中硝酸盐浓度稳定,从而保证细胞的正常功能的发挥。……   
[关键词]:铵硝比;生菜;硝态氮;铵态氮;生物量;营养液
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2007年