诸葛菜和苷蓝型油菜组培苗碳氮同化及同位素响应

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喀斯特地区地质环境脆弱,营养元素缺乏,土壤贫瘠。土壤中的氮是喀斯特土壤肥力的重要组成部分,土壤中的氮含量可以作为反映喀斯特土壤肥力的重要指标。而由于喀斯特地区土壤的不均匀分布,必然导致了土壤氮含量存在较大的差异性。此外,土壤中的无机氮一般呈现低铵多硝的赋存特征。脆弱的地质环境还导致了脆弱的植被系统,喀斯特地区通常生物多样性缺乏,植被结构简单,生态问题非常严重。氮素的同化是植物生命活动最重要的生理过程之一,氮还是植物生长发育过程所必需的营养元素,是蛋白质、核酸和叶绿素等重要组成成分。因此,研究不同氮环境下植物(组培苗)的碳氮的同化及同位素响应情况,将为喀斯特地区植物的氮管理提供指导依据。同时要恢复喀斯特地区脆弱的生态系统,必定需要大量的喀斯特适生植物的苗木。而植物组织培养技术为供应大量的喀斯特适生苗木提供了技术支持。此外,在研究组培苗的无机氮利用机制时,同时研究不同氮环境对组培苗自养能力的影响,这将为获取优质的适生植物组培苗提供有效的氮管理。本论文选择喀斯特适生植物诸葛菜组培苗和非适生植物甘蓝型油菜组培苗作为研究材料。为两种组培苗提供不同的氮环境。测定组培苗叶片的碳氮元素含量来探讨了不同氮环境下组培苗的碳氮同化情况;测定组培苗叶片的稳定碳同位素值来探讨了不同氮环境对组培苗自养能力的影响;根据硝态氮作为单独氮源培养下组培苗叶片的稳定氮同位素分馏值来探讨了硝酸盐同化能力与硝酸盐供应的关系,并比较了适生组培苗和非适生组培苗的硝酸盐同化能力;利用双向稳定氮同位素标记技术量化了不同氮环境下组培苗硝态氮和铵态氮的利用情况;以上研究结果为揭示喀斯特地区植物的无机氮利用策略提供了新的依据。  本研究的主要结论如下:  (1)硝酸盐作为唯一氮源时对组培苗碳氮同化及同位素影响的研究。发现诸葛菜组培苗在20mM硝酸盐浓度下就获得最大生长量,而甘蓝型油菜组培苗在40mM硝酸盐浓度下才获得最大生长量。通过比较两种组培苗的稳定氮同位素分馏值,得出诸葛菜组培苗在低硝酸盐浓度(10mM,20mM和40mM)下的硝酸盐同化能力大于甘蓝型油菜组培苗的硝酸盐同化能力,并且诸葛菜组培苗在低硝酸盐浓度下的叶片碳含量都高于甘蓝型油菜组培苗叶片碳含量。在硝酸浓度从10mM增加到40mM,两种组培苗的叶片稳定碳同位素值呈现逐渐偏负的趋势,但各硝酸浓度下的两种组培苗叶片稳定碳同位素值均差异不显著。  (2)无机氮浓度对组培苗碳氮同化及同位素的影响。在最低无机氮浓度(1/3TN)时,诸葛菜组培苗的叶片氮含量明显高于甘蓝型油菜的叶片氮含量,此时诸葛菜硝态氮的利用份额也明显大于甘蓝型油菜组培苗的硝态氮利用份额。而当无机氮浓度增加到2/3TN和1TN时,两种组培苗叶片60%的氮含量来自铵态氮。诸葛菜组培苗在各无机氮浓度下叶片稳定碳同位素值无显著变化,而甘蓝型油菜组培苗的叶片稳定碳同位素值则随着无机氮浓度的增加而显著偏负。诸葛菜组培苗在1/3TN时已获得很好长势,增加无机氮的浓度对其生长无显著促进作用;而甘蓝型油菜组培苗的生长量则随着无机氮浓度的增加而增加。诸葛菜组培苗对无机氮营养的较小需求可能是其作为喀斯特适生植物的特征之一。  (3)铵态氮浓度恒定下,硝态氮浓度对组培苗碳氮同化及同位素的影响。在铵态氮浓度都为20mM的情况下,硝态氮的浓度对诸葛菜组培苗和甘蓝型油菜的生长,叶片碳含量和稳定碳同位素值有较大的影响。在硝态氮浓度为5mM时,两种组培苗的生长量都较小,且叶片碳含量都较低。此时两种组培苗叶片碳同位素值都比较偏正。但当硝态氮浓度增加到20mM时,诸葛菜组培苗获得了最大生长量,而甘蓝型油菜组培苗在40mM时才获得最大生长量。在硝态氮浓度为5mM,10mM,和20mM时,诸葛菜组培苗组培苗叶片氮含量均高于甘蓝型油菜组培苗的叶片氮含量。两种组培苗叶片的氮含量都主要来自铵态氮。  (4)硝态氮浓度恒定下,铵态氮浓度对组培苗碳氮同化及同位素的影响。在硝态氮浓度都为20mM的情况下,增加铵态氮的浓度能显著促进诸葛菜和甘蓝型油菜组培苗叶片氮含量的增加,当铵态氮浓度从1mM增加10mM时,两种组培苗的叶片碳含量和稳定碳同位素值均无明显变化。在铵态氮浓度小于2.5mM时,两种组培苗主要利用硝态氮。此外,两种组培苗获得最大生长量所需的铵态氮浓也明显不同。诸葛菜组培苗在铵态氮浓度为2.5mM时就获得了最大生长量,而甘蓝型油菜组培苗在铵态氮浓度为10mM才获得最大生长量。
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