不同氮源下钼对冬小麦根系形态、光合作用及氮代谢的影响

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小麦是世界第二大种植作物,它一直被认为是喜硝态作物且铵态氮对其具有毒害效应。钼是植物必需的微量元素,它通过含钼酶影响植物体内的诸多生理生化过程,尤其是在氮代谢中具有重要作用。本论文以钼高效小麦品种 97003 和钼低效小麦品种 97014 为供试品种。利用营养液培养试验系统研究了不同氮源下(NO3--N、NH4NO3 和 NH4+-N)钼对冬小麦根系形态、光合参数、氮代谢相关酶活及矿质元素含量、铵毒诱导的抗氧化特性的影响。获得的主要结果如下:(1)研究了不同氮源条件下施钼对小麦根系结构的影响。结果表明,不同氮源下施钼均能促进根系生长,然而根系干重、根系形态指标、硝酸还原酶活性、NO 含量、NO3-含量、全氮含量、硝酸还原酶和硝酸盐转运蛋白等指标的增加幅度呈现以下顺序:NH4NO3> NO3- > NH4+,这说明硝态氮营养下钼对冬小麦根系生长的促进作用大于单一铵态氮。这些结果说明钼可能通过调控 NO 产生、氮吸收和同化、硝酸盐转运基因的表达等参与小麦根系形态建成,尤其是在硝态氮营养下。(2)研究了不同氮源下施钼对小麦光合作用及其特性的影响。结果表明,3种不同氮源下施钼均提高了小麦植株干重、光合速率、叶绿素含量、硝酸还原酶活性,且保证了叶绿体结构的完整性,说明钼在光合作用过程中具有重要作用。从光合参数变化幅度,NR 活性、硝态氮同化相关基因表达增加量来看,均表现为:NH4NO3> NO3 > NH4+。值得关注的是,与对照相比,在钼缺乏条件下钼低效品种97014 叶片光合参数、硝态氮同化相关指标的下降幅度更大,说明钼低效品种97014 对外源钼依赖性更强。这些结果表明,施钼增强冬小麦光合作用不仅与叶绿素含量和叶绿体构型有关,还受氮的吸收和同化等过程的影响。(3)研究不同氮源下钼对冬小麦氮代谢相关酶及矿质元素吸收影响。结果表明,硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(Ni R)在不同氮源下的酶活及其基因表达的高低顺序为 NH4NO3> NO3-> NH4+,而谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性在不同氮源下的高低顺序为 NH4+> NH4NO3> NO3-。除单施铵态氮时硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性及其基因表达有所降低外,其他氮源处理下施Mo 均增加了酶硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性及其基因表达量。此外,冬小麦叶片中大元素(K,Ca,Mg)和微量元素(Cu,Zn,Fe)含量受不同氮源的影响,但在所有 N 源下,Mo 对冬小麦叶片中的矿物元素吸收没有显著影响。这些研究结果表明,Mo 和不同氮源均对 N 代谢相关酶活性及其基因表达有显著影响,但小麦中矿质元素(K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe)的吸收仅受不同氮形态的影响。(4)研究了钼对冬小麦铵毒害诱导的抗氧化系统的影响。结果表明,纯铵态氮源下小麦植株积累的过氧化物阴离子和丙二醛(MDA)含量最高,Mo 诱导的抗氧化酶活性增强、脱落酸(ABA)含量提高以及 Ta AO 和 Ta Aba3 基因表达上调,均遵循 NH4+> NO3-> NH4NO3 的顺序,表明纯铵态氮源下施钼对冬小麦抗氧化能力的增加效果更显著。这些结果也说明,钼可能通过调控 ABA 产生减及激活 ROS 清除酶减轻了 NH4+对小麦植株的毒性。
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