大气CO2浓度升高对水稻和稗草根系生长的影响

在两种N水平下(低N 10 mg.L-1和常N 30 mg.L-1),采用水培方法比较了分蘖盛期C3植物水稻(O ryzasativa)和C4植物稗草(Echinochloa crusgalli)在CO2浓度升高(550μmol.mol-1)和CO2浓度未升高(350μmol.mol-1)条件下的根系生长变化。结果表明,常N水平下高浓度CO2显著增加水稻和稗草的根干重、根体积、根总长和根直径,水稻对CO2浓度升高的响应强于稗草;低N胁迫时,高浓度CO2显著增加稗草的根干重、根体积和根总长,而对水稻生长无明显促进作用。在两种N水平下,高浓度CO2均显著降低水稻和稗草根系N含量,而C含量上升不明显,导致C/N比值显著增加。高浓度CO2显著降低水稻和稗草单位根重根毛数,这可能是CO2浓度升高条件下根系活力显著降低的形态学原因之一。     

开放式空气CO2浓度升高对水稻根系形态的影响

在FACE（free-air carbon dioxide enrichment）技术平台上，采用水培的研究方法，观测了大气CO2浓度升高和两种氮水平下水稻根系形态的变化。结果表明，在水稻各生育期，CO2浓度升高都极显著增加了根干质量，且主要增加于根粗为2．0～2．5mm／n的部位。根系形态的各项指标均对高CO2浓度有积极的响应，在抽穗期尤为明显；N处理的差异很明显，低氮条件下根系表现为根长、根尖数和根表面积增加，常氮条件下根粗和发根数增加。各生育期的根冠比在高CO2浓度下极显著增加，尤其在LN处理下。水稻从分蘖期到抽穗期，因地上部分的增幅大，根冠比表现为逐渐降低的趋势。     

低磷诱导水稻化感抑草能力增强的分子生理特性

以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont为供体,以无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)为受体,采用水培的方法研究低磷(P,0.5 mg L-1)胁迫下稻/稗共培体系中水稻化感抑草作用的分子生理机制.结果表明,低磷条件下,化感水稻PI312777抑草效应增强,对稗草的保护酶活性及其它生理生化指标呈明显的抑制作用.进一步分析发现,低磷条件下,化感水稻PI312777根和叶组织中苯丙氨酸解氨酶活性及总酚含量上升,且明显高于非化感水稻Lemont.对水稻根系分泌物中酚类物质的HPLC分析结果表明,低磷条件下,从化感水稻PI312777根系分泌物中检出的酚酸类物质总量是正常磷素条件下的2.89倍,而非化感水稻Lemont中的则是正常磷素条件下的1.17倍.两个水稻品种根部和叶部酚酸代谢途径关键酶基因的差异表达分析结果表明,化感水稻PI312777酚酸代谢途径的4个关键酶基因均上调表达,而非化感水稻Lemont中只有苯丙氨酸解氨酶基因上调,其余均下调.可见,低磷条件下,化感水稻PI312777化感抑草能力增强与其酚酸代谢途径关键酶基因增强表达,代谢途径旺盛,进而导致酚酸类物质含量增加有关.     

大气CO_2浓度升高和氮肥施用对三江平原湿地小叶章生物量及根冠比的影响

利用开顶箱薰气室(open-top chamber)试验装置,研究了不施氮(NN)、施常氮(MN,5 g·m-2)和施高氮(HN,15 g·m-2)3个氮素水平下大气CO2浓度升高对小叶章(Calamagrostis angustifolia)生物量和根冠比的影响.结果表明,大气CO2浓度升高对小叶章生物量的影响因生长期而异.大气CO2浓度升高对小叶章地上生物量的促进作用主要表现在生长前期,拔节期和抽穗期地上生物量较正常大气CO2浓度增加12.42%～22.60%,而腊熟期和成熟期仅增加3.11%～12.97%;大气CO2浓度升高对小叶章地下生物量的促进作用在生长后期表现明显,除拔节期外,小叶章地下生物量增加17.63%～42.20%.小叶章生物量和根冠比对大气CO2浓度的响应与供N水平有关.在HN水平下,大气CO2浓度升高使小叶章生物量和根冠比明显增加,在NN条件下促进作用则不显著.小叶章根冠比明显增加主要是地下生物量显著增长引起的.     

低磷胁迫下不同品种水稻秧苗生长的分子生理特性

以国际上公认的化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont(均引自美国)为材料,采用水培方法研究了不同水稻品种响应低磷(0.5 mg/L,以P计)胁迫的分子生理特性.结果表明,低磷胁迫促进PI312777根的生长,对株高和干重具有微弱的抑制作用.而Lemont相应形态指标均受到较大的抑制,与PI312777相比,均达到极显著差异.低磷胁迫对PI312777相应生理生化指标的影响均低于Lemont,且达极显著水平.此外,低磷胁迫下,PI312777植株氮(N)、磷(P)、钾(K)含量均不同程度高于Lemont,具体表现为两种水稻植株N含量差异不显著,而P、K含量差异达极显著水平.N、P、K吸收利用相关的12个关键酶的基因差异表达进一步证明了前述结论.研究显示,低磷胁迫下,PI312777比Lemont具有更强的适应性能力.     

大气CO2浓度升高和氮肥施用对三江平原湿地小叶章生物量及根冠比的影响

利用开顶箱薰气室（open—top chamber）试验装置,研究了不施氮（NN）、施常氮（MN,5g·m^2）和施高氮（HN,15g·m^2）3个氮素水平下大气CO2浓度升高对小叶章（Calamagrostis angustifolia）生物量和根冠比的影响。结果表明,大气CO2浓度升高对小叶章生物量的影响因生长期而异。大气CO2浓度升高对小叶章地上生物量的促进作用主要表现在生长前期,拔节期和抽穗期地上生物量较正常大气CO2浓度增加12．42％～22．60％,而腊熟期和成熟期仅增加3．11％～12．97％;大气CO2浓度升高对小叶章地下生物量的促进作用在生长后期表现明显,除拔节期外,小叶章地下生物量增加17．63％～42．20％。小叶章生物量和根冠比对大气CO2浓度的响应与供N水平有关。在HN水平下,大气CO2浓度升高使小叶章生物量和根冠比明显增加,在NN条件下促进作用则不显著。小叶章根冠比明显增加主要是地下生物量显著增长引起的。     

花椒叶浸提液对大豆种子萌发和幼苗生长的化感作用

研究了不同浓度的花椒叶浸提液(5、10、20、40、80 g L-1)对3个大豆品种种子萌发、幼苗生长的化感作用.结果表明:花椒对大豆化感效应的总体趋势为浸提液浓度越高,对大豆生长的抑制作用越强;高于40 g L-1的浓度处理,主要形态和生化指标都表明大豆生长受到显著抑制或破坏;在小于20 g L-1的浓度范围内,化感作用能够提高低活力种子的萌发率,但降低了种子发芽指数和发芽速度,且化感作用受受体品种差异和自身种子活力的影响而表现不一致;随着化感物质浓度增高,SOD酶活显著降低,丙二醛(MDA)含量持续增高.大豆幼苗各器官或组织受花椒化感作用的影响大小依次为根生物量>地上部生物量>株高>根长.图2表3参12     

O3对水稻叶片氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响

臭氧(O3)被认为是重要的气污染物之一,水稻又是主要的粮食作物,因而准确地评估O3浓度升高对水稻生长发育的影响具有十分重要的意义。采用开顶式气室法模拟研究了O3对水稻叶片可见伤害症状、氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响。结果显示,O3污染胁迫会导致水稻叶片产生明显的伤害症状,具体表现为:老叶叶鞘褪绿,有褐斑,直至完全干枯;稻穗小且黄化,籽粒不饱满;水稻成熟期提前等。O3浓度升高对水稻叶片的硝酸还原酶活性有显著影响。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,水稻叶片硝酸还原酶活性与对照组相比均降低,其中,分蘖期分别降低了25.3%、67.4%和86.3%;拔节期分别降低了57.4%、75.7%和97.8%;抽穗期分别降低了91.0%、97.2%和99.3%;乳熟期分别降低了89.5%、89.5%和96.7%。水稻叶片铵态氮和硝态氮含量随着O3浓度的升高而显著地降低,例如当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,与对照相比,水稻叶片硝态氮含量分别降低46.3%、52.7%和65.7%,铵态氮含量分别降低6.5%、12.9%和43.4%。O3污染胁迫下水稻叶片脯氨酸含量在不同生长期变化不同,分蘖期、拔节期和抽穗期脯氨酸含量在40nL.L-1浓度O3熏蒸下急剧地提高,但是随着O3浓度的增加,脯氨酸含量又不断地降低。在水稻乳熟期,脯氨酸含量均随着O3浓度的增加而显著地下降。O3污染胁迫导致水稻叶片还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著低于对照组,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量显著高于对照组。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,乳熟期水稻叶片GSH含量分别比对照组降低68.7%、80.2%和78.2%,GSSG含量分别比对照提高494.4%、527.2%和439.8%。研究表明,O3污染胁迫对水稻叶片氮代谢和抗氧化系统产生了极显著的影响。     

氮磷营养盐因子对缘管浒苔生长、叶绿素荧光特性和氮磷富集的影响

为探讨大型海藻缘管浒苔(Ulva linza)对氮、磷加富的生理响应及其机制,分析了氮、磷浓度变化对藻体相对生长速率(Rr.g),氮、磷富集,叶绿素(Chl)含量,类胡萝卜素(Car)含量,色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,在30μmol·L-1P浓度不变条件下,随着N浓度的增加,藻体P含量持续降低,而其Rr、g、N含量、Chl含量、Car含量、色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)和叶绿素荧光参数均逐渐上升,N3处理(500μmol· L-1 N)缘管浒苔Rr.g和叶绿素荧光参数均达到最大值,N4处理(1 000 μmol·L-1)缘管浒苔Chl含量、Car含量和Chl a/Chl b比值均达到最大值.在500 μmol·L-1N浓度不变条件下,依次增加P浓度,缘管浒苔Rr,g没有显著差异,N含量没有显著变化,而P含量则呈明显上升趋势,其他指标变化幅度小.综上所述,与P相比,N的变化对缘管浒苔生长、光合色素和光合作用的影响更明显,在N浓度为500 μmol·L-1、P浓度为30 μmol ·L-1、N/P比值为16.67条件下,藻体生长最佳.当水体富营养化加剧时,缘管浒苔富集氮、磷的能力持续上升.     

高CO_2浓度下水稻高产品种特三矮2号的生长、产量与米质的研究(英)

于1996年晚季，从移栽到收割水稻高产品种特三矮2号种植于高CO2浓度（xco2=600X10-6）与目前大气CO2浓度（xco2=350X10-6）的塑料大棚内.xco2浓度由自动监控系统调节控制在整个生育期内，地上部生物学产量在高xco2下显著增加抽穗前，绿叶面积在高CO2浓度下显著增加；但抽穗后，绿叶面积在高CO2浓度下下降更快高CO2浓度下，谷产量、结实率和千粒重增加，而穗数和每穗谷粒数下降蒸煮品质（包括直链淀粉含量，胶稠度和碱消值）不受CO2浓度影响；而营养品质（蛋白质与氨基酸含量）在高CO2浓度下显著下降.我们认为，为了获得水稻的最大生产力和保持米的营养品质，施氮的数量与时间在高CO2浓度下应该有所调整.     

植物体中萜类物质化感作用的研究进展

萜类物质主要以挥发油的形式广泛存在于高等植物中,尤以菊科植物含量丰富。萜类是天然物质中种类最多的一类,按结构可分为单萜、双萜、倍半萜、三萜及多萜等,是第二大类化感物质,尤其是单萜和倍半萜化感活性很强。萜类化感物质合成后大多通过植物体挥发或根系分泌等途径进入土壤,从而影响自身及邻近植物的生长。植物体中萜类物质化感作用已成为近年来国内外研究的热点。文章从萜类物质在植物中的分布、积累特点、释放途径及影响因素等方面进行了系统论述,分析了萜类对植物化感作用的机理及特点,总结了近年来该领域所取得的研究成果。文章认为萜类物质具有独特的化感活性,往往在较低的浓度即能表现出很强的抑制作用,影响其释放的内外因素较多,而且因其种类繁多化感作用机制也较复杂。最后指出了萜类物质化感作用研究中存在的关键问题,并对今后的研究方向进行了展望,希望研究者能进一步创新萜类化感物质的收集方法,关注土壤及空气等媒介对萜类物质化感活性的影响,采用多学科交叉的手段深入探索萜类物质的化感机理。     

Allelotoxicity of Parthenium leaf extracts on cytomorphological behaviour of sunflower (Helianthus annuus)

In recent decades allelopathy has gained much attention in the sustainable agricultural systems. It is necessary to trace out the mechanism of action of allelochemicals of plants on other plants. Allelochemicals of different plants interact differently with each other. In the present context an attempt has been made to study the influence of allelochemicals released by Parthenium on the growth, morphology and cytology of Helianthus annuus, both being strong allelopathic plants. The lower concentration of decomposed Parthenium leaves showed enhancing effect while higher doses depicted suppressive effect on growth and morphology of Helianthus annuus. However, cytological studies of pollen mother cells (PMCs) revealed increase in abnormality percentage with increasing concentration of allelochemicals. This study suggests better understanding of allelochemicals interaction and their incorporation into the betterment of crop.     

CO2 enrichment inhibits shoot nitrate assimilation in C3 but not C4 plants and slows growth under nitrate in C3 plants

The CO2 concentration in Earth's atmosphere may double during this century. Plant responses to such an increase depend strongly on their nitrogen status, but the reasons have been uncertain. Here, we assessed shoot nitrate assimilation into amino acids via the shift in shoot CO2 and O2 fluxes when plants received nitrate instead of ammonium as a nitrogen source (deltaAQ). Shoot nitrate assimilation became negligible with increasing CO2 in a taxonomically diverse group of eight C3 plant species, was relatively insensitive to CO2 in three C4 species, and showed an intermediate sensitivity in two C3-C4 intermediate species. We then examined the influence of CO2 level and ammonium vs. nitrate nutrition on growth, assessed in terms of changes in fresh mass, of several C3 species and a Crassulacean acid metabolism (CAM) species. Elevated CO2 (720 micromol CO2/mol of all gases present) stimulated growth or had no effect in the five C3 species tested when they received ammonium as a nitrogen source but inhibited growth or had no effect if they received nitrate. Under nitrate, two C3 species grew faster at sub-ambient (approximately 310 micromol/mol) than elevated CO2. A CAM species grew faster at ambient than elevated or sub-ambient CO2 under either ammonium or nitrate nutrition. This study establishes that CO2 enrichment inhibits shoot nitrate assimilation in a wide variety of C3 plants and that this phenomenon can have a profound effect on their growth. This indicates that shoot nitrate assimilation provides an important contribution to the nitrate assimilation of an entire C3 plant. Thus, rising CO2 and its effects on shoot nitrate assimilation may influence the distribution of C3 plant species.     

Elevated CO2 stimulates net accumulations of carbon and nitrogen in land ecosystems: a meta-analysis

The capability of terrestrial ecosystems to sequester carbon (C) plays a critical role in regulating future climatic change yet depends on nitrogen (N) availability. To predict long-term ecosystem C storage, it is essential to examine whether soil N becomes progressively limiting as C and N are sequestered in long-lived plant biomass and soil organic matter. A critical parameter to indicate the long-term progressive N limitation (PNL) is net change in ecosystem N content in association with C accumulation in plant and soil pools under elevated CO2. We compiled data from 104 published papers that study C and N dynamics at ambient and elevated CO2. The compiled database contains C contents, N contents, and C:N ratio in various plant and soil pools, and root:shoot ratio. Averaged C and N pool sizes in plant and soil all significantly increase at elevated CO2 in comparison to those at ambient CO2, ranging from a 5% increase in shoot N content to a 32% increase in root C content. The C and N contents in litter pools are consistently higher in elevated than ambient CO2 among all the surveyed studies whereas C and N contents in the other pools increase in some studies and decrease in other studies. The high variability in CO2-induced changes in C and N pool sizes results from diverse responses of various C and N processes to elevated CO2. Averaged C:N ratios are higher by 3% in litter and soil pools and 11% in root and shoot pools at elevated relative to ambient CO2. Elevated CO2 slightly increases root:shoot ratio. The net N accumulation in plant and soil pools at least helps prevent complete down-regulation of, and likely supports, long-term CO2 stimulation of C sequestration. The concomitant C and N accumulations in response to rising atmospheric CO2 may reflect intrinsic nature of ecosystem development as revealed before by studies of succession over hundreds to millions of years.     

氮在水稻中的行为及其品种间的差别

目前氮肥的利用效率很低，很多研究重点放在氮肥在土壤过程中的损失，对植物本身的氮素损失较少注意。作者利用^15NH4^ 和^15NO3^-双标记，对Indica和Japonica水稻亚种进行水培，在分蘖期、幼穗分化期、开花期施用，将培养液ρ(N)20mg／L的NH4NO3换成相同质量浓度的^15NH4^ NO3或NH^15NO3^；部分水稻在一周后收获，其他分别在分蘖期、幼穗分化期、开花期、成熟期收获。植株分成根系、地上部和穗部，对各自的全氮、^15N进行测定，计算植物的总吸收量。从施用量、植株总吸收量以及三部分总和的植株氮残存量的比较来研究氮素在两种水稻亚种中的行为。研究结果表明，两种植物都近100％吸收了所施用的^15NH4NO3或NH4^15NO3，但^15NH4^ 和^15NO3^-在Japonica的残存量要比Indica多，损失的部分可能往大气中散失了，意味着两种水稻亚种有着明显不同的氮素利用率。比较^15NH4^ 和^15NO3^-的残存量，结果表明^15NH4^ 留在植株体内要比^15NO3^-多，尤其在抽穗期施用的情况下，植物体在后期对^15NO3^-的转化能力大大减弱，但这部分的氮如何损失掉尚不清楚。比较植株体内各部分的氮素含量，发现Japonica的穗部比Indica含有更多的氮素，表明氮在前者的体内转化效率和利用效率高。试验结果表明，不同水稻亚种对氮素的利用以及不同氮素形态在其体内的行为不同。     

东北北部温带森林和干草地土壤养分分布及影响因素

土壤是陆地生态系统碳储存的重要场所,其养分变化与全球陆地碳循环密切相关。土壤养分是植物生长的重要保证,而土壤各养分之间是紧密联系的。理解土壤养分变化与环境因素的关系有助于更好地了解陆地生态系统碳、氮、磷循环。本研究以东北北部自东向西沿降水量梯度变化纬度带上的温带森林与干草地生态系统为研究对象,利用气象数据和野外土壤实测数据,分析了纬度带上不同植被类型土壤的有机碳、全氮、碳氮比、速效磷的空间分布格局及其与环境因子（年降水量、年均温、土壤pH值）的关系。研究纬度带上降水量自东向西逐渐减少,植被类型从温带森林过渡到干草原,与降水量和植被类型对应,植被生物量也自东向西呈现从高到低的分布梯度。研究结果表明：从整个研究带上来说,降水量与土壤pH值是土壤养分空间分布的决定因素,沿纬度带从东到西,随着降水量逐渐减少,土壤pH值逐渐增加,而土壤有机碳、全氮、碳氮比、速效磷含量逐渐减少。但如果将森林和草地分别讨论则发现,森林和草地生态系统的土壤养分环境控制因素有较大差别。对于草地生态系统而言,降水量和土壤pH值仍然是其土壤养分含量的控制因子,但森林生态系统由于所处区域降水量充足,降水量不再是其土壤养分的控制因子,降水量只与森林土壤碳氮比呈显著正相关。研究还发现森林土壤的速效磷含量与温度呈正相关,与土壤pH值呈负相关,说明温度对东北北部温带森林的土壤养分含量具有一定的控制作用。     

化感物质的抑藻作用研究、应用及生态安全性评价

水体富营养化日益严重,水华频繁爆发,如何有效控制水华,治理富营养化水体是目前水环境领域的研究热点和前沿。目前湖泊藻类控制技术主要有：物理方法、化学法、生物法,但是这些方法都有其固有的缺点。利用植物化感作用抑制有害藻类生长具有廉价、生态安全等优点近年来备受关注。化感作用就是生物体产生的生物活性物质即化感物质在生物体之间传递信息并导致生物体相互作用。归纳了国内外不同生活型水生植物化感作用研究的主要成果（包括已报道的抑藻水生植物种类、已从水生植物体内和种植水中分离鉴定得到的化感物质）,以及化感物质的联合作用研究,讨论了化感物质的生态安全性。通过化感作用能有效控制引起水体富营养化的各种藻类生长,优化水生生物的组成结构。例如,水体中投放大麦秆可以增加无脊椎动物以及鱼类的数量,从而达到改善水生生态系统的目的。展望了植物化感作用用于水环境治理的发展前景。以期为利用植物化感作用控制水华的发生提供理论基础。     

水稻耐氨固氮菌施用效应研究

早、晚两季的田间试验结果表明，在电脑推荐施N水平上,耐氨固氮菌的增产效果不显著；在低N情况下(每公顷减纯N37.5kg)，耐氨固氮菌的增产效果达显著水平，早、晚稻分别增产8.41％和7.21％。15N示踪盆栽试验结果表明，耐氨固氮菌对根系生长有明显的促进作用，在秧苗期明显增加秧苗对肥料15N的吸收．禾苗分蘖盛期则增强了禾苗根系的吸氮能力。