矿山生态型水蓼氮素吸收特性研究

论文摘要

农业生产过程中,氮肥的大量施用,导致土壤中过量氮易随渗漏、径流等方式进入水体,造成水体富营养化加剧。去除富营养水体中过量氮的有效途径之一是通过植物吸收积累并收获植株,彻底从环境中带走过量的氮。无机氮是植物吸收利用的主要氮形态。弄清修复植物对无机氮的吸收积累机理可为广泛运用其去除环境中的氮提供理论依据。研究发现,矿山生态型水蓼（Polygonum hygropiper）对氮有较强积累能力,且其对于畜禽污水中氮素去除效果也较好。因此,本研究以矿山生态型水蓼（ME）为研究对象,非矿山生态型水蓼（NME）为对照,探讨不同铵态氮和硝态氮处理对矿山生态型水蓼根系氮吸收动力学特性、根系形态、根系代谢的影响,以期揭示根系形态及根系代谢情况与水蓼氮吸收的关系。主要研究结果如下:（1）两种生态型水蓼对于无机氮的吸收特征均符合Michaelis-Menten方程,其随着供氮浓度的增加,吸收速率逐渐趋于平缓。矿山生态型水蓼对铵态氮和硝态氮的最大吸收速率分别为0.626 mmol g-1h-1和5.539 mmol g-1h-1。两种生态型水蓼对硝态氮的最大吸收速率显著高于铵态氮,矿山生态型水蓼对硝态氮的最大吸收速率是铵态氮的8.85倍,非矿山生态型也有8.04倍;且两种生态型水蓼对硝态氮的米氏常数也要显著低于铵态氮,表明两种生态型水蓼对硝态氮的吸收偏好更强。矿山生态型水蓼对硝态氮的最大吸收速率显著高于非矿山生态型,矿山生态型水蓼对硝态氮具有更强吸收潜力。矿山生态型水蓼对铵态氮的亲和力显著低于非矿山生态型,矿山生态型水蓼适用于范围更广的铵态氮污染水体。（2）两种生态型水蓼均在供氮浓度50 mg L-1时生物量和氮积累量最高。在铵态氮和硝态氮处理下,矿山生态型水蓼氮积累量分别为75.42 mg plant-1、76.78 mg plant-1。硝态氮处理对两种生态型水蓼生长促进作用更佳,铵态氮处理能提高两种生态型水蓼体内氮素养分含量。矿山生态型水蓼生物量、氮含量和氮积累量均高于非矿山生态型。矿山生态型水蓼对无机氮有更好的吸收积累能力。随着铵态氮供应浓度增加,水蓼根系生长受到抑制;在硝态氮供应浓度为50 mg L-1时,水蓼根系形态各参数达到最大。矿山生态型水蓼根系形态各参数优于非矿山生态型。矿山生态型水蓼对铵态氮有更强的适应性;硝态氮矿山生态型水蓼根系生长促进作用更佳。在不同氮处理下,矿山生态型水蓼侧根长占总根长的63%72%,非矿山生态型水蓼侧根长占总根长的59%70%。矿山生态型水蓼良好的侧根发育和更好的根系形态为其氮素获取奠定了良好基础。（3）随着供氮浓度增加,两种生态型水蓼根系硝酸还原酶（NR）活性增加;谷氨酰胺合成酶活性（GS）、谷氨酸合成酶活性（GOGAT）在供氮50 mg L-1最大。两种生态型水蓼根系可溶性蛋白（SP）含量和游离氨基酸（FAA）含量分别在供氮50 mg L-1和75 mg L-1时最大,且铵态氮处理高于硝态氮处理。供氮50 mg L-1是两种生态型水蓼氮吸收同化的最佳无机氮浓度。矿山生态型水蓼根系氮代谢相关酶活高于非矿山生态型,矿山生态型水蓼具有更强氮素代谢能力,且其根系内游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量更高,其具有更高氮素同化水平和抗逆性。矿山生态型水蓼具有更强的氮吸收同化能力和环境适应性。（4）两种生态型水蓼根系分泌的有机酸以草酸为主,其分泌量占有机酸总量的60%以上,其次是甲酸和丙酸,通过逐步回归分析发现,草酸在影响根系氮素吸收方面起主要作用;氨基酸分泌以丝氨酸为主,其分泌量占到总分泌量的10%25%,其次是天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸,组氨酸和苏氨酸的分泌在影响水蓼氮素吸收方面起主要作用。矿山生态型水蓼根系分泌有机酸和氨基酸含量和组分均高于非矿山生态型,有机酸和氨基酸总量分别是非矿山生态型的1.261.79倍和1.191.57倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1 立题依据
•   2 国内外研究现状
•     2.1 无机氮形态与植物氮吸收
•     2.2 植物根系形态与氮的吸收
•     2.3 植物氮代谢与氮的吸收
•   3 研究内容和技术路线
•     3.1 研究内容
•     3.2 技术路线
• 第二章 矿山生态型水蓼根系氮素吸收动力学特性
•   1 材料与方法
•     1.1 供试材料
•     1.2 试验设计与处理
•     1.3 样品采集与制备
•     1.4 测定项目及方法
•     1.5 数据处理
•   2 结果与分析
•     2.1 矿山生态型水蓼吸收铵态氮的动力学特性
•     2.2 矿山生态型水蓼吸收硝态氮的动力学特性
•     2.3 无机氮处理下矿山生态型水蓼氮素吸收动力学特征
•   3 讨论
•   4 小结
• 第三章 氮处理对矿山生态型水蓼氮积累及根系形态的影响
•   1 材料与方法
•     1.1 供试材料
•     1.2 试验设计与处理
•     1.3 样品采集与制备
•     1.4 测定项目及方法
•     1.5 数据处理
•   2 结果与分析
•     2.1 氮处理对矿山生态型水蓼生物量的影响
•     2.2 氮处理对矿山生态型水蓼氮积累能力的影响
•     2.3 氮处理对矿山生态型水蓼根系形态的影响
•   3 讨论
•   4 小结
• 第四章 氮处理对矿山生态型水蓼根系氮代谢的影响
•   1 材料与方法
•     1.1 供试材料
•     1.2 试验设计与处理
•     1.3 样品采集与制备
•     1.4 测定项目及方法
•     1.5 数据处理
•   2 结果与分析
•     2.1 矿山生态型水蓼根系氮代谢酶活性的变化
•     2.2 矿山生态型水蓼根系游离氨基酸和可溶性蛋白的变化
•     2.3 氮处理对矿山生态型水蓼根系分泌有机酸的影响
•     2.4 氮处理对矿山生态型水蓼根系分泌氨基酸的影响
•   3 讨论
•   4 小结
• 第五章 全文主要结论和研究展望
•   1 全文主要结论
•   2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 卿悦

导师: 李廷轩,刘忠义

关键词: 无机氮,水蓼,吸收,根系,植物修复

来源: 四川农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 四川农业大学

基金: 国家自然科学基金(41671323)

分类号: Q945

DOI: 10.27345/d.cnki.gsnyu.2019.000237

总页数: 57

文件大小: 1459k

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