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大豆吸收利用氮素规律及相关酶活性研究

董守坤  
【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~(15)N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、中氮和低氮三个施氨水平,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~(15)N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~(15)N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: 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—R_1期,在R_1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—V_4期,在V_4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R_1—R_5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R_5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V_4—R_5期,在R_5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R_5—R_8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R_8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,R_8期根瘤固氮所占的比例高达71.4%。 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—V_3期、出苗—R_1、出苗—R_2期给予高氮处理,而V_3—R_8期、R_1—R_8期、R_2—R_8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—R_4期、出苗—R_5期给予低氮处理,R_4—R_8期、R_5—R_8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R_5—R_8期给予高氮的处理肥料氮积累量显著大于R_4—R_8期给予高氮的处理,两个处理根瘤氮积累量差异不显著。 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—V_3期、出苗—R_1期、出苗—R_2期给予高氮处理,而V3—R_8期、R_1—R_8期、R_2—R_8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—R_4期、出苗—R_5期给予低氮处理,R_4—R_8期、R_5—R_8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R_4期或R_5期提高外源氮水平可以增加大豆产量。 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=-0.017x~2+1.329x+25.294、y=-0.017x~2+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。 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。


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