CN102835232B

CN102835232B - 一种提高油菜氮素利用效率的方法

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Publication number: CN102835232B
Application number: CN201210266627.2A
Authority: CN
Inventors: 张振华; 宋海星; 刘强; 荣湘民; 彭建伟; 谢桂先; 张玉平
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102835232A

Abstract

一种提高油菜氮素利用效率的方法，是一种降低油菜植株硝态氮含量从而提高氮素利用效率的方法，将油菜幼苗在玻璃网室中用Hoagland完全营养液（营养液组成为5mmol/LKNO₃，1mmol/LKH₂PO₄，7mmol/LMgSO₄，5mmol/LCa(NO₃)₂·4H₂O，3mmol/LFe-EDTA，0.5mg/LB，0.5mg/LMn，0.05mg/LZn，0.02mg/LCu，0.01mg/LMo）进行土培培养，于当年的9月份播种，一个月以后移栽到大田，并且在苗期移栽返青后补施尿素5kg/亩，适期灌水并追施薹花肥，春季结合春灌追施蕾薹肥尿素7.5kg/亩，在油菜的花期开始时用同时含有50nmol/LBafilomycinA₁和20μmol/LDCCD的抑制剂溶液对叶片进行均匀喷洒，每6天一次，直到进入角果发育期时结束，可以明显降低植株体内硝态氮的含量，进而明显提高油菜植株的氮素利用效率。

Description

一种提高油菜氮素利用效率的方法

技术领域

本发明涉及植物培养方法，具体为一种降低油菜植株硝态氮含量从而提高氮素利用效率的方法。

背景技术

我国年氮肥消耗量为2500万吨（纯氮），为世界之首，但氮肥报酬递减率越来越严重，许多地方出现了氮肥增加、产量不再增加甚至减少的现象，严重违反了低碳经济的要求。此外，氮肥增加使作物体内硝酸盐含量猛增已成为制约我国农产品出口创汇的主要因子之一。因此，从植物本身出发提高氮肥利用率，挖掘植物高效利用氮素的潜力是近几年来植物营养效率研究的热点之一。硝态氮是植物的主要氮源，在植物体内可大量累积。植物液泡占据了成熟细胞体积的90%左右，而液泡和细胞质中硝态氮的浓度通常分别在 30-50 mol/m³和3-5 mol/m³，可见，液泡是植物硝态氮累积的主要部位，研究植物氮素利用效率就不能忽视液泡硝态氮再利用所起的作用。

通常情况下细胞质用于硝态氮还原的同化力在叶片中是比较充足的，所以，硝态氮从液泡向细胞质的外流在很大程度上决定着植物对硝态氮的再利用。以上过程都与液泡膜上的硝态氮转运系统有关，搞清了这个问题就有望为控制植物体内硝态氮含量、提高植物体氮效率总结出切实可行的技术措施。可见，根据以往的研究，要提高氮素利用效率就必须使更多的硝态氮从液泡转运到细胞质加以利用，使无机氮转变为植株体所需的有机氮。而要完成这一过程就必须抑制液泡膜上负责向液泡转运硝态氮的动力来源（液泡膜质子泵，即V-ATPase和V-PPase），从而使更多的硝态氮留在细胞质中变成植株体的一部分（有机氮）而加以利用。此外，不同生长时期植株体内硝态氮的含量并不相同，利用的程度也不相同。以花期为界限，分为植株的营养生长期和生殖生长期；营养生长期主要为植物营养物质的累积过程，而生殖生长期主要为植物营养物质的再转运和利用过程。因此，花期是植株由营养生长期过渡到生殖生长期的关键时期，也是植株营养物质再利用和再转运的关键时期。所以在植株开花期对营养物质转运机制加以调控，可以起到事半功倍的调控效果。

关于硝态氮从细胞质向液泡累积的生理机制已经研究的比较清楚，其中液泡膜质子泵（V-ATPase和V-PPase）是其累积的主要动力来源。因此如何有效的抑制液泡膜质子泵的活性，就能有效的抑制硝态氮向液泡的积累，从而提高作物的氮素利用效率。此外，植物液泡膜质子泵V-ATPase是一种多亚基膜蛋白，由膜外可溶区（V₁）和膜结合区（V₀）组成，V₁区具有ATP水解和调控能力，V₀区则构成质子跨膜通道，二者紧密偶联，分离后酶活性即丧失。Bafilomycin A₁（巴弗洛霉素A₁）是一种具有大环内酯的抗生素，结合于液泡H⁺-ATPase的膜结合区（V₀），堵塞质子跨膜转运通道，从而强烈的抑制了V型H⁺-ATPase的活性，为液泡膜H⁺-ATPase的专一性抑制剂，以毫微摩尔的浓度抑制V-ATPase的活性，50 nm bafilomycin A₁ 抑制了酶活性的64%。二环己碳二亚胺（N，N′-dicyclohexylcarbodiimide，DCCD）是一种质子通道抑制剂，对V-PPase活性有强烈的抑制作用，同时也可以较弱的抑制V-ATPase活性。而V-ATPase c亚基的第四个跨膜ａ螺旋上有一个高度保守的Glu残基，该残基是质子通道抑制剂DCCD与V-ATPase唯一的作用位点，硫引起DCCD与V-ATPase结合位点的变化，使DCCD不能接近这一点，有效地拮抗了DCCD对V-ATPase水解的抑制，而并不保护被Bafilomycin A₁ 引起的抑制，因此,处理DCCD+NaSO₃是V-PPase的专一抑制剂。

可见，国内外对提高植物氮素利用效率已有一定研究，但到目前为止还没有一种普遍、有效的方法，也很少有报道将液泡膜质子泵的活性与氮素利用效率结合起来研究。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种提高油菜氮素利用效率的方法，充分挖掘以往研究成果中的技术和研究结果并加以改进利用。具体为提供一套可以明显降低油菜植株硝态氮含量的最佳抑制剂处理方案和相应的培养方式，从而为油菜氮素利用效率的提高提供一种有效的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种提高油菜氮素利用效率的方法，包括以下步骤：

第一步：油菜幼苗的培养，将油菜籽粒浸种于20%(v/v)的次氯酸钠进行表面消毒30分钟，用蒸馏水冲洗数遍以后于9月30日在玻璃网室的土培中发芽，所用Hoagland完全营养液组成为5 mmol/L KNO₃，1 mmol/L KH₂PO₄，7 mmol/L MgSO₄，5 mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O，3 mmol/L Fe-EDTA，0.5 mg/L B，0.5 mg/L Mn，0.05 mg/L Zn，0.02 mg/L Cu，0.01 mg/L Mo，每5天浇一次营养液，每次浇100 ml。玻璃网室中昼夜平均温度29℃/19℃，自然湿度和光照，光照强度为205-230 Ue/(m².s)。

第二步：油菜幼苗的移栽，采用育苗移栽方法，9月30日育苗，一个月以后移栽到大田，每小区200 m² (长20 m，宽10 m)，按8000株/亩的密度进行移栽，随机区组排列，按苗期、抽薹期、开花期、角果发育期和成熟期这5个生长时期进行划分，于当年的5月中旬收获。苗期移栽返青后补施尿素5 kg/亩，适期灌水并追施薹花肥，春季结合春灌追施蕾薹肥尿素7.5 kg/亩。

第三步：开花期液泡膜质子泵的抑制剂处理，将同时含有50 nmol.L-1 Bafilomycin(巴佛洛霉素)A₁和20μmol/L DCCD（N,N′-dicyclohexylcarbodiimide、N,N'-二环己基碳二亚胺）的抑制剂溶液，于每次的上午10点均匀的喷洒到油菜的叶片上，喷洒的量以抑制剂溶液完全湿润所有叶片为准，从开花期开始每6天均匀的喷洒一次直到进入角果发育期时结束。

有益效果

本发明能够明显降低油菜植株硝态氮的含量，从而明显提高油菜植株的氮素利用效率、达到氮素高效利用的效果。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面举实例对本发明进行详细描述。

油菜幼苗的培养：将X-2、X-6号油菜品种籽粒浸种于20%(v/v)的次氯酸钠进行表面消毒30分钟，用蒸馏水冲洗数遍以后于9月30日在玻璃网室的土培中发芽，所用Hoagland完全营养液组成为5 mmol/L KNO₃，1 mmol/L KH₂PO₄，7 mmol/L MgSO₄，5 mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O，3 mmol/L Fe-EDTA，0.5 mg/L B，0.5 mg/L Mn，0.05 mg/L Zn，0.02 mg/L Cu，0.01 mg/L Mo，每5天浇一次营养液，每次浇100 ml。玻璃网室中昼夜平均温度29℃/19℃，自然湿度和光照，光照强度为205-230 Ue/(m².s)。

油菜幼苗的移栽：采用育苗移栽方法，9月30日育苗，一个月以后移栽到大田，每小区200 m² (长20 m,宽10 m)，按8000株/亩的密度进行移栽，随机区组排列，按苗期、抽薹期、开花期、角果发育期和成熟期这5个生长时期进行划分，于当年的5月中旬收获。苗期移栽返青后补施尿素5 kg/亩，适期灌水并追施薹花肥，春季结合春灌追施蕾薹肥尿素7.5 kg/亩。

液泡膜质子泵的抑制剂处理：当油菜生长到花期时，将分别含有0、10、30、50、70 nmol/L Bafilomycin A₁以及0、10、20、30μmol/L DCCD的抑制剂溶液均匀的喷洒到油菜的叶片，于每次的上午10点喷洒，喷洒的量以抑制剂溶液完全湿润所有叶片为准，从花期开始每6天均匀的喷洒一次直到进入角果发育期时结束。同时测定喷洒结束时油菜植株体内的硝态氮含量以及收获时油菜植株的氮素利用效率。结果表明，当抑制剂Bafilomycin A₁和DCCD浓度分别为50 nmol/L 和20 μmol/L 时植株体内的硝态氮含量相对于对照处理（清水）下降的幅度最大、效果最好，分别下降了18.8%和17.7%，并且氮素利用效率分别提高了8.7%和11.6%。

液泡膜质子泵抑制剂用量和配方的选择：根据上述的结果，当油菜生长到花期时，将分别含有50 nmol/L Bafilomycin A₁、20 μmol/L DCCD以及同时含有这两种抑制剂（50 nmol/L Bafilomycin A₁ + 20 μmol/L DCCD）的溶液均匀的喷洒到油菜的叶片，从开花期开始于每次的上午10点喷洒，喷洒的量以抑制剂溶液完全湿润所有叶片为准，每6天均匀的喷洒一次直到进入角果发育期时结束。同时测定喷洒结束时油菜植株体内的硝态氮含量以及收获时油菜植株的氮素利用效率。结果表明同时喷洒2种抑制剂溶液时植株体内的硝态氮含量相对于单独喷洒1种抑制剂溶液下降的幅度更大，下降了24.9%，并且氮素利用效率提高了14.3%。

可见，在油菜开花期每6天均匀的喷洒一次同时含有50 nmol/L Bafilomycin A₁ 和 20 μmol/L DCCD的抑制剂溶液直到花期结束，有利于降低植株体内的硝态氮含量和提高油菜植株的氮素利用效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定

。

Claims

1.一种提高油菜氮素利用效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：油菜幼苗的培养，将油菜籽粒浸种于v/v为20%的次氯酸钠进行表面消毒30分钟，用蒸馏水冲洗数遍以后于9月30日在玻璃网室的土培中发芽，所用Hoagland完全营养液组成为5 mmol/L KNO₃，1 mmol/L KH₂PO₄，7 mmol/L MgSO₄，5 mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O，3 mmol/L Fe-EDTA，0.5 mg/L B，0.5 mg/L Mn，0.05 mg/L Zn，0.02 mg/L Cu，0.01 mg/L Mo，每5天浇一次营养液，每次浇100 ml，玻璃网室中昼夜平均温度29℃/19℃，自然湿度和光照，光照强度为205-230μE/(m².s)；

第二步：油菜幼苗的移栽，采用育苗移栽方法，9月30日育苗，一个月以后移栽到大田，每小区200 m² ，按8000株/亩的密度进行移栽，随机区组排列，按苗期、抽薹期、开花期、角果发育期和成熟期这5个生长时期进行划分，于当年的5月中旬收获，苗期移栽返青后补施尿素5 kg/亩，适期灌水并追施薹花肥，春季结合春灌追施蕾薹肥尿素7.5 kg/亩；

第三步：开花期液泡膜质子泵的抑制剂处理，将同时含有50 nmol/L Bafilomycin A₁和20μmol/L DCCD的抑制剂溶液，于每次的上午10点均匀的喷洒到油菜的叶片上，喷洒的量以抑制剂溶液完全湿润所有叶片为准，从开花期开始每6天均匀的喷洒一次直到进入角果发育期时结束。