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缺钙胁迫下花生植株的傅里叶红外光谱研究

光谱学与光谱分析 2014年第11期34卷 2923-2928页

作者：高丽丽王盛锋韩亚刘自飞黄金生 Hilman 刘荣乐汪洪农业部植物营养与肥料重点开放实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业科学院研究生院北京100081 Southeast Sulawesi Assessment Institute for Agricultural Technology Indonesian Agency for Agricultural Research and Development

钙(Ca)是植物必需营养元素之一,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。缺钙会减少作物的产量,降低品质,因此影响经济价值。花生(Arachis hypogaea)是对缺钙很敏感的作物。试验选取LH11与YZ9102两个花生品种为供试作物,待花生幼... 详细信息

钙(Ca)是植物必需营养元素之一,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。缺钙会减少作物的产量,降低品质,因此影响经济价值。花生(Arachis hypogaea)是对缺钙很敏感的作物。试验选取LH11与YZ9102两个花生品种为供试作物,待花生幼苗长出第一片真叶以后,转移至营养液中,分别在三个钙处理(0,0.01和2.0mmol·L-1)下培养28d,随后取样分析花生幼苗生长情况与钙吸收,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)检测花生苗期植株不同器官的特征吸收峰,研究缺钙胁迫下花生苗期植株体内的化学组分变化。试验结果表明:在0和0.01 mmol·L-1钙处理下,花生品种YZ9102并未出现缺钙症状,但是品种LH11缺钙症状明显:叶片变小、植株变矮、茎尖顶端生长点坏死,基部侧枝数增多。品种YZ9102植株体内与LH11相比较,有较高的钙浓度与钙积累量。0和0.01mmol·L-1的钙缺钙营养液培养下,品种LH11根系钙积累量在整个植株中所占比例较高,而品种YZ9102在叶中钙积累比例较高。与正常钙供应处理相比,缺钙胁迫下,品种LH11根、茎、叶FTIR谱在1 060,1 380,1 655,2 922和3 420cm-1波长附近透射率较高,表明缺钙胁迫下花生幼苗植株体内蛋白质、糖类和脂类等组分明显降低,但品种YZ9102受到缺钙胁迫影响较小。品种YZ9102比LH11更耐缺钙胁迫。

关键词：花生傅里叶红外光谱(FTIR) 缺钙

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缺锌胁迫介导玉米叶片细胞凋亡

缺锌胁迫介导玉米叶片细胞凋亡

作者：王盛锋中国农业科学院

学位级别：硕士

植物缺锌时，表现为叶片脉间失绿，枯萎黄化，局部细胞死亡。动物学上研究业已表明缺锌会诱导细胞凋亡，但缺锌是否会导致植物出现细胞凋亡特征，还缺少深入研究。本文选择两个玉米品种郑单958和农大108为试验材料，进行营养液培养，设... 详细信息

植物缺锌时，表现为叶片脉间失绿，枯萎黄化，局部细胞死亡。动物学上研究业已表明缺锌会诱导细胞凋亡，但缺锌是否会导致植物出现细胞凋亡特征，还缺少深入研究。本文选择两个玉米品种郑单958和农大108为试验材料，进行营养液培养，设置缺锌（0μmol/L）和正常供锌（1μmol/L）处理，研究缺锌胁迫下玉米幼苗生长和锌吸收;利用傅立叶变换红外光谱（FTIR）技术研究植株不同器官组分变化;利用光学显微镜和电子显微镜观察叶片细胞结构;通过透射电镜-X射线能谱（TEM-EDS）测定叶片细胞中锌含量分布;利用琼脂糖凝胶电泳进行叶片DNA梯状条带分析，利用DAPI荧光染色研究叶片细胞DNA降解特征，检测类Caspase-3酶活性，以期阐明缺锌胁迫玉米叶片细胞形态与生理变化特征。得到如下主要结论：（1）缺锌胁迫下，植株地上部锌含量明显下降，低于临界水平（20g/g），生物量降低;缺锌根系面积与体积变小，侧根数量和长度减少，直径≤0.3mm细根在总根长中的比例降低，总根长变短。用缺锌/施锌植株生物量比来表征玉米对缺锌敏感性，品种农大108较郑单958对缺锌更为敏感。FTIR研究发现：缺锌条件下根系和叶片FTIR谱在波数3410、2920、1650、1380、1055cm-1附近处透过率较高，茎FTIR谱在这些波数处透过率较低，表明缺锌导致根系和叶片中碳水化合物、脂类、蛋白质及核酸含量下降，而在茎中有所积累。农大108各组分变化受缺锌影响较大。（2）TEM-EDS检测结果表明：锌在叶绿体和细胞核中分布较多，在细胞质中分布较少。缺锌时，叶片细胞细胞质中锌分布极低，施锌增加了细胞核和叶绿体中的锌分配。缺锌胁迫下，郑单958维管束鞘细胞叶绿体、细胞质中锌分布高于农大108，而正常供锌条件下，农大108叶肉细胞各部位锌分布比例大于郑单958，农大108叶片细胞中锌含量分布受缺锌影响较大。（3）光学显微镜下观察发现缺锌玉米叶肉细胞体积变小、收缩，叶绿体数量减少。电子显微镜下观察发现缺锌维管束鞘细胞叶绿体中淀粉粒积累;叶肉细胞核膜出现皱缩，核内染色质凝集固缩，趋向核膜边缘，向外周聚集，形成周边化;维管束鞘细胞细胞核结构变形、萎缩，呈不规则状。（4）利用琼脂糖凝胶电泳发现：缺锌处理15天，叶片中DNA出现降解，电泳呈现拖尾（DNA ladder）。通过DAPI（4',6-二脒基-2-苯基吲哚）染色，荧光显微镜下观察发现缺锌时，可见叶片细胞的细胞核变形、弥散，碎片增多。缺锌培养20天后，农大108叶片Caspase3酶活性显著升高，而郑单958叶片中Caspase酶活性在锌处理间差异不明显。缺锌胁迫下叶片细胞的细胞核、细胞质和叶绿体中锌分布明显减少，细胞体积变小，收缩;细胞核变形，破碎，核内染色质凝集固缩、弥散，向外周聚集。DNA出现降解，出现DNAladder现象，Caspase3酶活性有所上升。初步结论认为，缺锌胁迫下，玉米叶片细胞出现细胞凋亡。

关键词：锌玉米叶片细胞凋亡

不同磷供应水平下小麦根系形态及根际过程的变化特征

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植物营养与肥料学报 2012年第2期18卷 324-331页

作者：陈磊王盛锋刘荣乐汪洪农业部植物营养与肥料重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业科学院中国农业科学院研究生院北京100081

以石麦15和衡观35两个品种小麦为试验材料,应用根袋栽培方式,研究了不同施磷量对小麦根系形态和根际特征的影响。结果表明,与施磷量P2O50.1 g/kg相比,高量供磷(P2O50.3 g/kg)条件下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35;但... 详细信息

以石麦15和衡观35两个品种小麦为试验材料,应用根袋栽培方式,研究了不同施磷量对小麦根系形态和根际特征的影响。结果表明,与施磷量P2O50.1 g/kg相比,高量供磷(P2O50.3 g/kg)条件下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35;但不施磷处理衡观35地上部生物量降低幅度小于石麦15,磷含量和累积量高于石麦15,衡观35耐低磷能力较强。土壤供磷不足时,衡观35总根长中直径≤0.16 mm细根所占比例高于石麦15,根系平均直径较小;而高磷供应下,石麦15根系中直径≤0.16 mm细根长度较长,在总根长中所占比例较高。总根长和直径≤0.16 mm的细根长度与植株地上部磷累积量之间呈显著正相关关系。总根长越长尤其是细根越多,有利于促进植株对磷的吸收。与非根际土壤相比,高磷供应下根际土壤有机磷含量增加,微生物量磷含量降低;而供磷不足时根际土壤碱性磷酸酶活性较高,有机磷含量较低。与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷下根际土壤pH值升高、碱性磷酸酶活性下降,不施磷处理根际土壤pH值降低。本研究表明,供磷不足时,小麦根系形态和根际过程均发生适应性变化,而高量供磷条件下,小麦植株根系形态的改变因品种而异。

关键词：磷小麦根系形态根际

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硝态氮供应下植物侧根生长发育的响应机制

植物营养与肥料学报 2011年第4期17卷 1005-1011页

作者：汪洪高翔陈磊王盛锋刘荣乐农业部作物营养与施肥重点开放实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业科学院研究生院北京100081

旱地土壤上硝态氮是作物吸收和利用的主要无机氮形态。硝态氮不仅是植物营养的主要氮源,而且还可以作为信号物质调节植物根系生长发育。为适应土壤中硝态氮非均衡供应,植物侧根发育往往呈现出可塑性反应。本文综述了植物侧根生长发育对... 详细信息

旱地土壤上硝态氮是作物吸收和利用的主要无机氮形态。硝态氮不仅是植物营养的主要氮源,而且还可以作为信号物质调节植物根系生长发育。为适应土壤中硝态氮非均衡供应,植物侧根发育往往呈现出可塑性反应。本文综述了植物侧根生长发育对硝态氮供应的响应机制。在拟南芥、玉米、大麦等植物上研究表明,硝态氮对植物侧根发育具有双向调节途径,即:1)局部供应硝态氮,硝态氮自身作为信号物质通过信号传导通路发生作用,对侧根具有伸长的刺激效应,硝态氮转运蛋白AtNRT1.1作用于转录因子ANR1的上游,ANR1的转录调节侧根发育;2)植物组织中高浓度的硝态氮对侧根分裂组织活动具有抑制效应,植物激素如生长素和脱落酸可能参与其中的信号传导过程。近些年来研究发现小RNA也参与调控硝态氮供应下植物侧根发育。

关键词：侧根硝态氮响应机制

土壤剖面硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长和氮素吸收特征

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麦类作物学报 2012年第2期32卷 270-279页

作者：高翔陈磊云鹏王盛锋刘荣乐汪洪农业部植物营养与施肥重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业科学院研究生院北京100081

为探讨土壤硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长及氮素吸收特征,选用石麦15、衡观35、H10和L14等4个小麦品种为材料,进行土壤分层培养试验,模拟土壤剖面中上下层硝态氮空间分布差异,测定和分析了小麦根系长度、直径、分布等形态学特征... 详细信息

为探讨土壤硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长及氮素吸收特征,选用石麦15、衡观35、H10和L14等4个小麦品种为材料,进行土壤分层培养试验,模拟土壤剖面中上下层硝态氮空间分布差异,测定和分析了小麦根系长度、直径、分布等形态学特征及植株氮素含量和累积量。结果表明,当土壤中硝态氮施用量上层较低、下层较高时,小麦植株根系总长和表面积在上下土层中分布比值降低,根系趋向下层土壤生长。上下层土壤中硝态氮施用量均较高时,上下层土壤中的根系总长和表面积比值较大,根系趋向上层土壤生长。土壤剖面不同层次中硝态氮供应非均匀条件下,小麦根系发育呈现明显的可塑性反应。小麦根系总长和表面积以及直径≤0.15mm的细根长(占整个根系的比重很大)与植株地上部氮含量和氮素积累量极显著正相关,与土壤中硝态氮含量极显著负相关。

关键词：小麦土壤硝态氮非均匀分布根系生长氮素吸收

LaCl_3对硝态氮供应下小麦根系生长的影响

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中国稀土学报 2013年第4期31卷 495-502页

作者：江华波王盛锋高丽丽陈磊黄金生乙引汪洪中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室北京100081 贵州师范大学生命科学院贵州贵阳550001 黑龙江省农业科学院黑龙江哈尔滨150086 广西农业科学院农业资源与环境研究所广西南宁530007

选择石麦15、衡观35两个品种小麦为供试作物,进行营养液培养,研究不同浓度硝态氮供应下Ca2+通道阻断剂LaCl3对小麦苗期根系形态特征的影响。结果表明:添加Ca2+通道阻断剂LaCl3后,3种浓度硝态氮处理的小麦根系初生根长度、侧根长度、根... 详细信息

选择石麦15、衡观35两个品种小麦为供试作物,进行营养液培养,研究不同浓度硝态氮供应下Ca2+通道阻断剂LaCl3对小麦苗期根系形态特征的影响。结果表明:添加Ca2+通道阻断剂LaCl3后,3种浓度硝态氮处理的小麦根系初生根长度、侧根长度、根系总长度、侧根平均长度均较不添加LaCl3处理显著变短;直径(>0.45 mm)范围内根系所占比例增加。不施用硝态氮条件下,与不添加LaCl3处理相比,LaCl3处理对小麦植株地上部NO3-含量变化不大,但一级侧根数量明显减少,2.5和50.0 mmol.L-1硝态氮施用时,LaCl3处理侧根分布密度增加,衡观35较石麦15更明显。结论初步认为:Ca2+通道阻断剂LaCl3施用,影响小麦根系生长发育:根系伸长受抑,根系变粗,若施用硝态氮,侧根数量分布增加。

关键词：小麦硝态氮根系 Ca2+通道 LaCl3

X射线衍射法在土壤粘粒矿物测定方面的研究进展

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光谱学与光谱分析 2020年第4期40卷 1227-1231页

作者：徐蕾袁会敏江荣风王雁峰武良王盛锋中国农业大学资源与环境学院北京100193 农业部作物专用肥料重点实验室北京100193 植物—土壤相互作用教育部重点实验室北京100193

土壤是由大小不同、形状各异的颗粒组成,其中土壤粘粒矿物是土壤的重要组成部分之一,它不仅蕴含着土壤的形成轨迹、发生学特征以及成土环境的变化,而且还能够对土壤中的营养物质以及水分起到保蓄的作用。同时,由于不同类型土壤的粘粒矿... 详细信息

土壤是由大小不同、形状各异的颗粒组成,其中土壤粘粒矿物是土壤的重要组成部分之一,它不仅蕴含着土壤的形成轨迹、发生学特征以及成土环境的变化,而且还能够对土壤中的营养物质以及水分起到保蓄的作用。同时,由于不同类型土壤的粘粒矿物组成不尽相同,不同利用方式以及长期定位施肥都会对土壤粘粒矿物的演变产生影响,因此研究土壤粘粒矿物的组成及演变规律,可以更加全面的了解不同类型土壤之间的发生学规律,对探究土壤肥力的可持续性具有重要意义。目前对土壤粘粒矿物展开研究已经成为农业绿色发展研究的重点之一,X射线衍射分析法(XRD)作为研究土壤粘粒矿物最有效的手段,具有方便、快捷、测量精度高以及对样品无污染等优点,近年来受到国内外学者的广泛关注。文章介绍了X射线衍射分析法测定土壤粘粒矿物的基本原理和分析方法,综述了该技术在测定土壤粘粒矿物方面的国内外研究进展,并对X射线衍射分析法测定粘粒矿物的应用前景进行了展望。应用XRD对土壤粘粒矿物进行研究,结合传统分析方法对土壤基本性质进行测定,可以揭示不同类型土壤的粘粒矿物组成及差异,以及不同利用方式下的土壤粘粒矿物的组成和演变规律,从而为土壤肥力的可持续利用及农业绿色发展提供理论基础和技术支撑。目前有关土壤粘粒矿物演变展开的研究多集中于长期定位施肥处理上,而对于长期秸秆还田以及不同耕作方式引起的土壤粘粒矿物演变的研究却非常少,相信未来,XRD可以被应用到土壤研究的更多方面,为农业绿色发展做出贡献。

关键词： X射线衍射仪粘粒矿物土壤类型利用方式

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不同硝态氮水平下钙对小麦根系发育的影响

麦类作物学报 2024年第8期44卷 1041-1047页

作者：王盛锋陈磊江华波高丽丽乙引汪洪中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081 新洋丰农业科技股份有限公司/养分资源高效利用湖北省工程研究中心湖北荆门448000 黑龙江省黑土保护利用研究院黑龙江哈尔滨150086 贵州师范大学生命科学院贵州贵阳550001

为探讨不同硝态氮供应水平下外源钙对小麦根系生长发育的影响,通过水培实验,在不同浓度硝态氮(0、2.5、50.0 mmol·L^(-1))下设置0 mmol·L^(-1)CaCl_(2)(缺钙)、2 mmol·L^(-1)CaCl_(2)(正常供钙)和2 mmol·L^(-1)CaCl_(2)+6 mmol·L^(-1)EGTA(Ca^(2+)螯合剂)三个外源钙梯度,比较分析了不同处理下小麦地上部鲜重及根系长度、表面积等形态指标的差异。结果表明,与2.5 mmol·L^(-1)硝态氮处理相比,0和50 mmol·L^(-1)(高浓度)硝态氮供应下,小麦地上部鲜重、侧根长度、根系表面积、根系体积均明显减少,根系生长受到抑制。无硝态氮(0 mmol·L^(-1))供应下,缺钙与EGTA施用对小麦根系侧根长度、侧根总数、次生根数、平均侧根长度均无明显影响。在硝态氮供应条件下,缺钙与EGTA施用后小麦根系伸长受抑,初生根长度、侧根长度、根系总长度均显著变短;一、二级侧根数及侧根总数和根系表面积均明显减少;直径>0.45 mm的根系所占比例增加,根系变粗。缺钙和添加EGTA对小麦根系生长发育影响表现一致。综合分析,硝态氮供应水平对小麦根系生长发育具有重要调控作用,外源钙可能参与了硝态氮的这一生物学功能。

关键词：硝态氮钙 EGTA 小麦根系

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低磷条件下植物根系形态反应及其调控机制

中国土壤与肥料 2011年第6期 1-12页

作者：陈磊王盛锋刘自飞刘荣乐汪洪农业部作物营养与施肥重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业科学院研究生院北京100081

磷是植物必需营养元素之一,土壤中磷有效性低,限制作物生长发育。磷肥施用量逐年增加,但是磷矿资源面临耗竭。植物根系形态变化对于植物适应低磷胁迫,提高植物对土壤磷的吸收利用具有重要意义。本文从植物根系构型、根冠比、初生根、根... 详细信息

磷是植物必需营养元素之一,土壤中磷有效性低,限制作物生长发育。磷肥施用量逐年增加,但是磷矿资源面临耗竭。植物根系形态变化对于植物适应低磷胁迫,提高植物对土壤磷的吸收利用具有重要意义。本文从植物根系构型、根冠比、初生根、根毛、侧根等方面综述了植物适应低磷胁迫的根系形态变化特征。低磷条件下,植物根系构型发生改变,普遍抑制主根生长,刺激侧根发育起始与伸长,诱导根毛形成。同时,分析了转录因子、植物激素、蔗糖以及关键基因等对低磷条件下植物根系生长发育的生理与分子调控机制,低磷胁迫下转录因子ZAT6和MYB62参与调控初生根生长,BHLH32和PHR调控根毛形成发育,WRKY75对侧根发育有抑制作用。研究表明,在低磷条件下,赤霉素、细胞分裂素、生长素和乙烯对初生根发育起着调控作用,而根毛的生长发育与赤霉素、生长素和乙烯有关,侧根发育过程中生长素作用明显。一些基因如LPR1、LPR2、LPR3以及PDR2参与调控低磷胁迫下植物初生根的发育。低磷胁迫下光合产物蔗糖对植物根毛和侧根发育有影响。

关键词：磷根系形态植物激素转录因子