第15章同位素示踪在木本植物学中的应用.pptx
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1、植物营养学研究植物营养学研究 1.氮素营养学研究氮素营养学研究 在陆地生态系统中,氮素营养经常是植物生长的限制性因子(Cole,1981;Vitousek and Howarth,1991),植物氮的经济使用在植物生产与生存过程中具有关健作用(Chapin et al.,1990),为了提高经济性林木的果品生产能力,同时防止硝态氮对地下水的污染,必需不断改进氮肥的有效使用与管理,提高氮肥利用的效率,这将是农业科学需要面对和解决的 一 项 长 期 任 务(Dirceu Mattos et al.,2003),15N示踪作为直 接进行氮肥利用率测定的方法,已经成为氮肥使用与管理研究的重要手段。与一
2、年生草本植物不同,多年生生草本和木本植物在氮素供应过量时可以将其储存起来,并在植株对土壤氮的吸收受到限制时重新调用并用于植物生长(Millard,1996;Bausenwein et al.,2001),N的储存主要发生在秋季,以皮及木质蛋白质和氨基酸(Wetzelet al.,1989;Sagisaka,1993;Stepienat et al.,1994)的型式储存于根和茎(Millard,1996),调用主要发生于无性苗木生根发育初期(Burdett et al.,1984;van den Driessche,1985;Burdett,1990)以及越冬树木早春生长期,此时土壤温度低根系
3、吸收慢(Chapin et al.,1986;Atkin,1996),除此之外,植物生 长过程中氮素装卸及源-库关系调控,又是林木和果品生产实现优质高产的生理基础,目前认为15N(富集或贫化)示踪是定量N的储存与调用以及源-库关系的最准确的方法(Millard and Neilsen,1989;Deng et al.,1989)。在植被混杂的森林生态系统,氮素营养可通过植物凋零物或根际作用在混杂树种间的相互转移,氮素营养的这种依存关系影向着生态系统的构成和演化,同位素示踪为氮素营养转移提供直接测定的方法(Roggy J.C.et al.,2004)。森林系统中的全球氮素循环的重要部分,15N示
4、踪研究是阐明氮循环与周转的基本方法,如用于研究大气氮在森林植被上的沉淀(Schulze,1989)以及林间凋零物N在土壤中周转等。1.1改进氮肥肥效的研究改进氮肥肥效的研究 目的意义目的意义 改进高氮肥使用效率(use efficiency),即植物对氮的回收率(recovery),不但可以提高果木生产的产出率,而且可以防止农业施肥可能对地下水造成污染,对影响氮肥使用效率的因子,如肥料类型、施肥方式、施肥时间等其它因子与肥效关系开展研究,是提高肥料使用与管理水平需要解决的长期课题。15N示踪,因能将肥料氮素与土壤的氮素相互区分,提供了一种唯一的能够直接测定肥料利用的方法。实验设计实验设计 指标
5、变量体系:植物的N肥利用率,生物学性状,经济产量以及氮素平衡等;因子变量体系:单矿质肥料因子,包括:肥料种类,如15NH4-N,15NO3-N,(15NH2)2CO-N;肥料剂型,如颗粒肥料,复混肥料,复合肥料,液体肥料;施肥方式,如根部土壤施肥,叶面施肥;施肥时期,如不同生育期施肥;矿质肥料与有机肥料、土壤水分、气象与环境等其它因素的交互作用因子。标记肥料15N丰度的选择,可按如下公式估算:式中,W施肥量或植物生物产量,N含氮量(%),a原子百分超,R肥料利用率,f、p肥料或植物。对于肥料实验,一般取15N丰度为5%-10%。计量公式计量公式 在样品15N丰度分析测量基础上,以植物各器官作样
6、本单位进行的计算。相关公式如下:植物某一器官(i)中的氮素来自肥料的百分比为 式中,和 分别植物器官(i)和标记肥的15N原子百分超,其中,和 分别是标记植物和非标记参考植物相应器官的15N丰度。器官(i)吸收的肥料氮量为 式中,是器官(i)的生物量和含氮量。对整株植物,和 分别可以表示为对各器官的氮含量的加权平均,即 植 株 对 肥 料 氮 的 利 用 率(use efficiency)或 肥 料 氮 的 回 收 率(recovery)为参考文献:1.Tosell,M.Leaf uptake and subsequent partitioning of urea N as affected
7、by the concentration and volume of spray solution and by the shoot leaf position in apple trees.Journal of horticultural science and biotechnology,2004,79:1,97-1002.Aguirre,P.B.Apple tree rootstock and fertilizer application timing affect nitrogen uptake.American society for horticultural science,20
8、01,36:7,1202-12053.Dong ShuFu Scagel,C.F.Soil temperature and plant growth stage influence nitrogen uptake and amino acid concentration of apple during spring growth.Tree physiology,2001,21:8,541-5474.Neilsen,D.Nitrogen uptake,efficiency of use,and partitioning for growth in young apple trees.Journa
9、l of the American Society for Horticultural Science,2001,126:1,144-1505.Nannipitri,P.The uptake of 15N enriched urea by young apple trees in a course textured soil.Advance in Horticultural Science,1995,9:2,61-666.Millard,P.The influence of nitrogen supply on the uptake and remobilization of stored N
10、 for the seasonal growth of apple trees.Annual of Botany,1989,63:3,301-3097.Dirceu Mattos.Biomass distribition and nitrogen-15 partitioning in citrus trees on a sandy entisol.Soil.Sci.Soc.Am.j.2003,67:555-5638.ClarK C.J.Uptake 15N by Kiwfruit vines from application nitrogen fertilizer prior to budbr
11、eak.Annals of Botany,1993,71:311-316 1.2储存氮素调用的研究储存氮素调用的研究 目的意义目的意义 多年生植物具有储存和调用氮素的生理功能,对氮素储存和调用过程及其调控机理进研究,可有效地进行植物氮素营养的管理。多年生草本和木本植物,在氮素供应充盈时一般会将多余的氮储存起来已备需要时调用(Millard,1996;Bausenwein et al.,2001)。储存一般发生在头一年秋后和冬季,氮主要储存于根和茎,以储藏蛋白或氨基酸的形式储于存树皮及木质部 (Wetzel et al.,1997;Millard et al.,2001),调用一般发生次年的春季
12、,在根吸收之前或与根吸收同时,用以树木抽芽和新梢生长(Domenach and Kurdali,1989;Millardand Proe,1991;Neilsen et al.,1997;Millard et al.,2001)。定量测定氮素储存与移动的最好方法是基于15N富集(Millard and Neilsen,1989)或贫化(Deng et al.,1989)的示踪技术,示踪法能精确定量进出植物组织的养分通量(Weinbaum et al.,1987;Millard and Proe,1993),它不但能够精测定氮的重新移动,而且确定所涉及到的不同的氮库(Nmmik,1990)。实验
13、设计实验设计 为了测定植株中的重新移动,实验方法要能够区分已存在于植株内的氮与新从土壤吸收的氮。15N示踪可以通过标记植株氮,即内源氮标记(Ela Frak,2002),也可标记土壤氮,即外源氮标记(Ksalifu K.F.,2003)的两种基本方案进行。例1(K.F.Salifu,2003)黑云杉氮的再运转对15N-氮供给的响应。实验处理,三个因子,每个因子两个水平,构成(222)个处理,每处理2个重复单位,组成1个区组(16个单元),共3个随机区组(48单元)。N储备状态 肥料N养分 取样时间 水平1 64mg tree-1 250mg tree-1 60d after transplan
14、t 水平2 10mg tree-1 0 mg tree-1 120d after transplant 实验的头一年,对苗床培育的云杉苗进行N储备装载处理,装载与非装载苗被施以混合肥料液,培养18周,各得到64mg N/每树和10mg N/每树。次年移栽云 杉 苗 到 盛 有 酸 洗 沙 的 塑 料 盆(17cm18cm),进行肥料N处理,施氮250mgN/每盆(200Kg Nha-1),或不施 氮。N肥 为15NH415NO3(15N丰 度 为5%),在移栽后第1,2和第3周分3次随浇灌施入。取样分析,分别在移栽后60d和120d进行,样品被分为根、老梢和新梢。例2(Ela Frak2002
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