低氮胁迫对玉米幼苗生长的影响论文.docx
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低氮胁迫对玉米幼苗生长的影响论文
河北农业大学
植物生理论文
题目:
低氮胁迫对玉米幼苗的影响
学院:
生命科学学院
学生姓名:
孙财强
专业:
生物科学
班级学号:
2011044020203
指导教师姓名:
顾玉红
指导教师职称:
副教授
二0一三年六月三日
低氮胁迫对玉米幼苗的影响
摘要
试验研究了低氮胁迫对玉米幼苗的影响。
采用蛭石盆栽试验,设置完全营养液和缺氮营养液两种处理,研究低氮胁迫下玉米幼苗的苗期形态特征和光合特性变化的影响。
结果表明,低氮胁迫下的玉米幼苗株高、叶绿素含量、地上部干质量、地下部干质量、根冠比以及光合强度等生理指标均低于完全营养液培养的玉米幼苗。
结果表明氮素对玉米幼苗植株生长具有明显的影响。
关键词
玉米幼苗 叶绿素 低氮胁迫光合强度根冠比
Theinfluenceofnitrogendeficiencyoncornseedlinggrowth
SunCaiqiang
(Collegeoflifescience,AgriculturalUniversityofHebei,baoding,071000,China)
Abstract
Experimentalstudyontheeffectsoflownitrogenstressonmaizeseedlings.Potexperimentwithvermiculite,setupcompletenutrientsolutionandnitrogennutritionoftwokindsoftreatment,effectsofseedlingmorphologicalcharacteristicsofMaizeSeedlingsunderlownitrogenstressandthechangesofphotosyntheticcharacteristics.Theresultsshowthat,underthelownitrogenstressinmaizeseedlingheight,chlorophyllcontent,shootdryweight,rootdryweight,rootshootratioandphotosyntheticrateandotherphysiologicalindicatorsbelowthecompletenutrientsolutioncultureofmaizeseedlings.Nitrogenhasobviouseffectoncornseedlinggrowth.
Keywords
MaizeseedlingschlorophyllLownitrogenstressrateofphotosynthisis
rootshootratio
目录
引言4
1材料与方法4
1.1实验用品4
1.2实验步骤4
1.2.1幼苗的培养4
1.2.2.幼苗的选取及处理4
1.2.3.营养液的配制及浇灌5
1.3试验项目与方法6
1.3.1光合速率测定6
1.3.2根冠比的测定6
1.3.3叶绿素含量的测定6
2结果与分析7
2.1低氮胁迫对玉米幼苗生长的影响7
2.2低氮胁迫对玉米幼苗光合速率的影响8
2.3低氮胁迫对玉米幼苗根冠比的影响8
2.4低氮胁迫对玉米幼苗叶绿素含量的影响9
3.讨论10
4结论10
参考文献:
11
引言
玉米是我国北方主要栽培作物之一,随着经济的迅速发展,玉米的种植对发展农业、畜牧业具有十分重要的意义。
氮是构成蛋白质、叶绿素和核酸等的组成成分[1],氮是影响作物生长的最重要营养元素之一[2]。
缺氮是严重影响玉米产量和品质的重要因素之一,尽早对玉米植株缺氮做出诊断、及时采取补救措施,对指导玉米生产具有重要的意义。
对玉米缺氮的诊断已有一些报道,但多集中在植株形态和叶片颜色变化上,对于缺氮造成生理指标上的变化则较少报道。
在玉米形态症状表现时,已经对其生长、发育造成了影响。
另外,单纯将形态特征作为诊断依据比较片面,可靠性较低。
因此,需要从生理指标上及早做出诊断。
为此,本试验以玉米幼苗为实验材料,采用盆栽方法,分析低氮胁迫下玉米幼苗的形态特征和光合特性,以期为玉米生产中判断植株是否缺氮提供理论依据。
1材料与方法
1.1实验用品
实验材料:
玉米种子
实验药品:
Ca(NO3)2、KNO3、MgSO4、KH2PO4、K2SO4、CaCl2、NaH2PO4、NaNO3、Na2SO4、EDTA-Fe、微量元素
实验仪器及其他用品:
培养土(蛭石)、花盆(6个)、花盆托盘(2个)、便携式红外线分析器(北京市华中分析仪器研究所有限公司),T22型可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司),比色杯,研钵,漏斗架,大烧杯,量筒,剪刀,天平,直尺,滤纸等。
1.2实验步骤
1.2.1幼苗的培养
取6个花盆,每个盆中装入一定蛭石,并种入4-6粒种子,每3个花盆放入一个托盘中,在托盘内浇自来水,使水能够渗入花盆上层,保持土壤上层湿润,放在阳台上适时浇
水,培养两周左右,待其发育成幼苗。
1.2.2.幼苗的选取及处理
每6个人一组,选取18株本组所有玉米幼苗中最健壮,具有一心两叶的幼苗。
将18株幼苗编号,并且将所有根系均修剪成6cm长,测量修剪完成后的植株高度。
拍照保留植株原始样貌(见图2)。
取6个花盆,将6盆分2组,每组三盆放入一个托盘中,填入蛭石,并贴上标签,分别为完全、缺氮,将选定的玉米幼苗每盆三株种在花盆中。
即1-9为完全培养液培养,10-18为缺氮培养液培养。
1.2.3.营养液的配制及浇灌
1.2.3.1营养液的配制
取两个10L的大桶,配制营养液以备用,营养液成分见下表:
表1营养液配制表
原液名称
配制培养液所需ml/l
完全液
缺N
Ca(NO3)2
5
__
KNO3
5
__
MgSO4
5
5
KH2PO4
5
5
K2SO4
__
5
CaCl2
__
5
NaH2PO4
__
__
NaNO3
__
__
Na2SO4
__
__
EDTA-Fe
5
5
微量元素
1
1
1.2.3.2幼苗的浇灌
将不同组的幼苗用相应的培养液进行浇灌,与幼苗的培养相同,在用营养液浇灌时,不可直接浇到花盆中,而是灌入托盘内,以上层土壤湿润为宜。
1.2.3.3幼苗生物形态的观察
在缺素处理培养阶段,对幼苗的株高进行观察和测量,每两天一次,在浇灌营养液后进行。
1.2.3.4幼苗生物形态测量
培养两周后,停止培养,统计幼苗株高数据(见表2)。
1.3试验项目与方法
分别选取完全培养幼苗与缺素培养幼苗各一株。
拍照保留两样株叶片表现(见图3,4)
1.3.1光合速率测定
1.3.1.1光合速率测量方法
利用IRGA的密闭式气路系统,根据仪器内二氧化碳的变化量来计算出净光合速率。
计算公式:
净光合速率Pn=△CO2*F*(60/1000)*(100/S)
S:
叶面积(cm^2)F:
空气流量1.5L/min
△CO2:
大气二氧化碳浓度与叶片二氧化碳浓度差(mg/m^3)
1.3.1.2光合速率测定步骤
(1)打开并调整便携式红外线分析仪(北京市华云分析仪器研究所有限公司),预热半小时,并调零。
(2)开始测量,将接通大气的皮管举高,观测显示屏的数据,记录。
将叶片中间部位夹在气室之间并向光放置,等待10min,记录显示器数据,绘制成表(见表3)。
1.3.2根冠比的测定
分别将各处理的玉米从塑料盆中连同石英砂轻轻取出。
洗净每株玉米根部的细沙,用吸水纸擦干,在根茎结合部将植株剪开,测量其长度、最大叶宽、鲜重、叶片鲜重和根冠比(R/T),绘制成表(见表4)。
1.3.3叶绿素含量的测定
1.3.3.1叶绿素含量测定的原理
叶绿素含量测定方法主要有分光光度法和活体叶绿素仪法两大类[3],最近又发展了光声光谱法[4]。
其中,应用最为广泛的是分光光度法。
用得较多的是由Mackinney[5]提出经Arnon[6]解释和推导的Arnon法以及80年代初提出的乙醇提取法[7]。
(1)叶绿素易溶于有机溶剂(如乙醇),用95%的乙醇提取叶绿素;
(2)叶绿素a和叶绿素b分别在665nm和649nm处有最大吸收峰值;
(3)根据朗伯-比尔定律,OD=KC(K为比例系数),根据OD值求出叶绿素的浓度,代入公式计算样品鲜重的叶绿素的百分含量。
Ca=13.95D665-6.88D649Cb=24.96D649-7.32D665
1.3.3.2叶绿素含量测定的步骤
(1)取玉米叶片0.23g,剪碎
(2)叶绿素的提取:
样品置于研钵中,加适量95%乙醇研磨成匀浆,过滤,将滤液用漏斗转移至25ml容量瓶中。
冲洗研钵、钵棒、玻璃棒次数至无绿色为止,将冲洗液转移至容量瓶中,定容容量瓶至25ml,摇匀。
(3)比色:
使用T—22型可见光光度计(上海光谱仪器有限公司)95%乙醇作对照,用两个1cm比色杯在649nm,665nm波长下分别比色两次,两次结果取平均值。
测量结果见表4。
2结果与分析
2.1低氮胁迫对玉米幼苗生长的影响
表2玉米幼苗生长周期株高测量结果
日期
编号
株高
0
2
4
6
8
10
12
完全
1
25.0
28.0
28.5
28.5
28.6
28.8
——
2
22.0
23.0
23.4
23.4
——
——
——
3
26.0
27.5
28.0
28.0
28.2
——
——
4
24.0
24.5
——
——
——
——
——
5
20.5
23.2
24.0
24.3
——
——
——
6
25.0
26.5
26.7
26.7
——
——
——
7
22.0
24.5
24.5
——
——
——
——
8
19.5
23.0
24.8
25.0
25.5
25.5
——
9
19.7
20.0
20.0
——
——
——
——
缺氮
10
22.5
——
——
——
——
——
——
11
18.0
20.0
20.8
——
——
——
——
12
17.5
21.0
23.5
24.0
25.5
27.5
30.5
13
20.5
24.0
25.2
26.4
27.0
27.4
27.5
14
19.5
20.0
21.1
21.7
23.6
26.6
27.5
15
26.0
28.0
29.4
32.0
35.0
38.5
39.0
16
18.5
19.5
20.0
22.0
25.0
28.5
28.5
17
22.5
24.5
25.2
25.7
26.4
27.5
27.7
18
17.4
18.5
19.3
19.6
19.6
20.0
21.0
注:
由于完全培养液浇灌过多,产生涝灾,叶色褪绿,植株基部呈紫红色并出现枯黄叶,造成生长缓慢或停滞,严重的全株枯死[8]。
导致完全培养液培育的玉米幼苗死亡。
图1玉米幼苗生长曲线图
由表2可看出:
低氮胁迫下的玉米幼苗生长缓慢。
通过对玉米幼苗的外部形态观察,发现低氮胁迫下玉米幼苗矮化、瘦弱、叶丛黄绿;叶片呈淡绿色,然后变成黄色,同时下部叶片干枯,由叶尖开始沿着中脉向叶片基部枯黄,枯黄部分呈“V”字形,叶边缘仍保持绿色且略有卷曲,最后呈焦灼状死亡(见图2)。
表明低氮胁迫抑制玉米幼苗影响玉米幼苗生长。
2.2低氮胁迫对玉米幼苗光合速率的影响
表3玉米幼苗光合速率测量结果
净光合速率测定结果:
大气CO2(mg/m^3)
叶片CO2(mg/m^3)
叶片长度(cm)
叶片宽度(cm)
叶面积(cm^2)
光合速率Pn
缺氮
844.60
746.39
11.25
1.35
15.19
58.19
完全
824.96
707.10
12.00
1.40
16.80
63.14
由表3可见:
低氮胁迫下的玉米幼苗净光合速率明显低于完全营养培养的玉米幼苗的净光合速率。
缺氮条件下,叶绿素Ca,Cb,Ca+Cb和Ca/Cb都远远低于全素培养下的植株。
表明低氮胁迫抑制叶片光合作用而影响地上部和地下部的生长。
2.3低氮胁迫对玉米幼苗根冠比的影响
表4玉米幼苗根冠比测量结果
植株
株高(cm)
最大根长(cm)
根系重(g)
叶片鲜重(g)
根冠比
完全
32
11.5
0.75
1.81
0.414
缺N
28.1
11.5
0.63
0.93
0.677
由表4可见,低氮胁迫下的玉米幼苗株高、根重、叶片鲜重均小于完全营养培养的玉米幼苗,根冠比大于完全营养培养的玉米幼苗。
低氮胁迫对玉米幼苗根上部的影响大于对根下部的影响。
图2玉米幼苗图照
图4缺氮培养的玉米幼苗叶片表现
图3完全培养的玉米幼苗叶片
2.4低氮胁迫对玉米幼苗叶绿素含量的影响
表5玉米幼苗叶绿素比色结果
平均D649
平均D665
Ca
Cb
Ca/Cb
缺氮
0.376
0.868
9.16
3.04
3.01
完全
0.409
0.953
10.48
3.24
3.23
由表5可见:
低氮胁迫下的玉米幼苗测量出的D649、D665、Ca、Cb、Ca/Cb均低于完全营养培养的玉米幼苗测量出的数据。
低氮胁迫对玉米幼苗的叶绿素合成具有明显的影响。
3.讨论
在本试验中发现玉米幼苗株高指标在第一次测量中,不同处理的玉米幼苗之间的差异较小,这是因为此时期玉米幼苗从胚乳中摄取的氮素未完全利用完,靠培养液获取养分的数量有限,所以培养液中氮素的有无对其生长影响不大。
氮素既是植物最重要的结构物质,又是生理代谢中最活跃、无处不在的重要物质酶的主要成分[9]氮是构成蛋白质的主要成分,核酸、核苷酸、磷酸、叶绿素及某些植物激素也含有氮。
由于植株缺氮,往往老叶中氮素会转移到幼嫩组织中去维持植株生长,所以整个植株先从老叶开始表现症状,即先由老叶尖端呈现倒V字型枯黄,逐及叶中脉向叶鞘发展。
叶片由下而上变成黄褐色而死去。
由此可见,缺氮造成叶绿素合成受阻,蛋白质合成受阻,光合作用减弱,导致生长发育受阻[10]。
缺氮素培养后,引起生物体膜脂过氧化程度增高,导致生物体内自由基的产生与消除的平衡被迫坏,加速植株早衰。
这与缺氮处理培养液培养超氧化物歧化酶(SOD)活性表现极显著相关。
氮胁迫使玉米地方品种幼苗长势偏低,根冠比偏大[11]。
在叶绿素方面,叶绿素含量在植物叶片光合作用中对光能的吸收传递和转化起重要作用[12]。
缺N条件下,叶绿素a,b,都远远低于全素培养下的植株。
Chl.b与叶片含氮量有较好的相关性,其相关系数为0.9724。
Chl.a与叶片含氮量的相关性略低一些(r=0.9069)[13]。
可见,缺N使植物叶绿素缺乏。
叶绿素是植物光合作用的必须物质,缺乏叶绿素时,植物生长不良,叶片黄化,有机物合成受阻,严重影响了植物生长。
在一定范围内玉米叶片的叶绿素含量和光合速率与叶片的含氮量成正比,氮素供应失调或光氮平衡失调将导致光合能力下降[14]。
而且细胞色素,植物激素(比如吲哚乙酸,细胞分裂素),和维生素中都含有N,缺N使这些物质的合成受到影响,植物生长不良[15]。
本实验结果虽具有一定的规律性,但在实验进行中存在一些片面、不稳定因素:
本实验培养的材料有限,这对实验采集的数据的代表性有很大影响;实验中所测数据有时波动较大,这可能由于材料个体的活力不同,并且在苗期培养操作中对种子和幼苗的伤害所致。
4结论
氮素既是植物最重要的结构物质,又是生理代谢中最活跃、无处不在的重要物质酶的主要成分。
氮是构成蛋白质的主要成分,核酸、核苷酸、磷酸、叶绿素及某些植物激素也含有氮,是影响作物生长的最重要营养元素之一。
玉米幼苗缺氮造成叶绿素合成受阻,蛋白质合成受阻,光合作用减弱,导致生长发育受阻,严重影响玉米的产量。
参考文献:
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(2):
152~158.文章编号:
1008O505X(2000)02O0152O07
致谢:
感谢我的导师顾玉红给与我的指导;
感谢实验室众实验员给予我的帮助;
感谢生科一班提供的完全营养培养的玉米幼苗;
感谢我的同组人员:
孙宏权、刘英全、未小虎、郑世杰、尹忠楠给予我的帮助;
感谢我的父母,家人给予我的关心和支持;
感谢所以关心我、支持我的人。
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