專利名稱：一種提高油菜氮素利用效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物培養(yǎng)方法，具體為ー種降低油菜植株硝態(tài)氮含量從而提高氮素利用效率的方法。
背景技術(shù)：
我國年氮肥消耗量為2500萬噸(純氮)，為世界之首，但氮肥報酬遞減率越來越嚴(yán)重，許多地方出現(xiàn)了氮肥増加、產(chǎn)量不再増加甚至減少的現(xiàn)象，嚴(yán)重違反了低碳經(jīng)濟的要求。此外，氮肥增加使作物體內(nèi)硝酸鹽含量猛增已成為制約我國農(nóng)產(chǎn)品出ロ創(chuàng)匯的主要因子之一。因此，從植物本身出發(fā)提高氮肥利用率，挖掘植物高效利用氮素的潛力是近幾年來植物營養(yǎng)效率研究的熱點之一。硝態(tài)氮是植物的主要氮源，在植物體內(nèi)可大量累積。植物液泡占據(jù)了成熟細胞體積的90%左右，而液泡和細胞質(zhì)中硝態(tài)氮的濃度通常分別在30-50 mol/m3和3-5 mol/m3,可見，液泡是植物硝態(tài)氮累積的主要部位，研究植物氮素利用效率就不能忽視液泡硝態(tài)氮再利用所起的作用。通常情況下細胞質(zhì)用于硝態(tài)氮還原的同化力在葉片中是比較充足的，所以，硝態(tài)氮從液泡向細胞質(zhì)的外流在很大程度上決定著植物對硝態(tài)氮的再利用。以上過程都與液泡膜上的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運系統(tǒng)有關(guān)，搞清了這個問題就有望為控制植物體內(nèi)硝態(tài)氮含量、提高植物體氮效率總結(jié)出切實可行的技術(shù)措施?？梢姡鶕?jù)以往的研究，要提高氮素利用效率就必須使更多的硝態(tài)氮從液泡轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)加以利用，使無機氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹仓牦w所需的有機氮。而要完成這ー過程就必須抑制液泡膜上負(fù)責(zé)向液泡轉(zhuǎn)運硝態(tài)氮的動カ來源(液泡膜質(zhì)子泵，即V-ATPase和V-PPase)，從而使更多的硝態(tài)氮留在細胞質(zhì)中變成植株體的一部分(有機氮)而加以利用。此外，不同生長時期植株體內(nèi)硝態(tài)氮的含量并不相同，利用的程度也不相同。以花期為界限，分為植株的營養(yǎng)生長期和生殖生長期；營養(yǎng)生長期主要為植物營養(yǎng)物質(zhì)的累積過程，而生殖生長期主要為植物營養(yǎng)物質(zhì)的再轉(zhuǎn)運和利用過程。因此，花期是植株由營養(yǎng)生長期過渡到生殖生長期的關(guān)鍵時期，也是植株營養(yǎng)物質(zhì)再利用和再轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵時期。所以在植株開花期對營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運機制加以調(diào)控，可以起到事半功倍的調(diào)控效果。關(guān)于硝態(tài)氮從細胞質(zhì)向液泡累積的生理機制已經(jīng)研究的比較清楚，其中液泡膜質(zhì)子泵(V-ATPase和V-PPase)是其累積的主要動カ來源。因此如何有效的抑制液泡膜質(zhì)子泵的活性，就能有效的抑制硝態(tài)氮向液泡的積累，從而提高作物的氮素利用效率。此外，植物液泡膜質(zhì)子泵V-ATPase是ー種多亞基膜蛋白，由膜外可溶區(qū)(V1)和膜結(jié)合區(qū)(Vtl)組成，V1區(qū)具有ATP水解和調(diào)控能力，Vtl區(qū)則構(gòu)成質(zhì)子跨膜通道，二者緊密偶聯(lián)，分離后酶活性即喪失。Bafilomycin A1 (巴弗洛霉素A1)是ー種具有大環(huán)內(nèi)酯的抗生素，結(jié)合于液泡H+-ATPase的膜結(jié)合區(qū)(Vtl),堵塞質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)運通道，從而強烈的抑制了 V型H+-ATPase的活性，為液泡膜H+-ATPase的專ー性抑制劑，以毫微摩爾的濃度抑制V-ATPase的活性,50 nm bafilomycin A1抑制了酶活性的64%。ニ環(huán)己碳ニ亞胺(N,N' -dicyclohexylcarbodiimide, DCO))是一種質(zhì)子通道抑制劑，對V-PPase活性有強烈的抑制作用，同時也可以較弱的抑制V-ATPase活性。而V-ATPase c亞基的第四個跨膜a螺旋上有ー個高度保守的Glu殘基，該殘基是質(zhì)子通道抑制劑DCXD與V-ATPase唯一的作用位點，硫引起DCXD與V-ATPase結(jié)合位點的變化，使DCXD不能接近這一點，有效地拮抗了 DCXD對V-ATPase水解的抑制，而并不保護被Bafilomycin A1引起的抑制，因此，處理DCCD+NaS03 是 V-PPase 的專ー抑制劑?？梢?，國內(nèi)外對提高植物氮素利用效率已有一定研究，但到目前為止還沒有ー種普遍、有效的方法，也很少有報道將液泡膜質(zhì)子泵的活性與氮素利用效率結(jié)合起來研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種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術(shù)和研究結(jié)果并加以改進利用。具體為提供一套可以明顯降低油菜植株硝態(tài)氮含量的最佳抑制劑處理方案和相應(yīng)的培養(yǎng)方式，從而為油菜氮素利用效率的提高提供一種有效的方法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種提高油菜氮素利用效率的方法，包括以下步驟
第一歩油菜幼苗的培養(yǎng)，將油菜籽粒浸種于20%(v/v)的次氯酸鈉進行表面消毒30分鐘，用蒸餾水沖洗數(shù)遍以后于9月30日在玻璃網(wǎng)室的土培中發(fā)芽，所用Hoagland完全營養(yǎng)液組成為 5 mmol/L KNO3,1 mmol/L KH2PO4, 7 mmol/L MgSO4, 5 mmol/L Ca (NO3) 2 4H20, 3mmol/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天澆一次營養(yǎng)液，每次澆100 ml。玻璃網(wǎng)室中晝夜平均溫度29°C/19°C，自然濕度和光照，光照強度為205-230 Ue/(m2. s)。第二歩油菜幼苗的移栽，采用育苗移栽方法，9月30日育苗，一個月以后移栽到大田，每小區(qū)200 m2 (長20 m，寬10 m)，按8000株/畝的密度進行移栽，隨機區(qū)組排列，按苗期、抽薹期、開花期、角果發(fā)育期和成熟期這5個生長時期進行劃分，于當(dāng)年的5月中旬收獲。苗期移栽返青后補施尿素5 kg/畝，適期灌水并追施薹花肥，春季結(jié)合春灌追施蕾薹肥尿素7. 5 kg/畝。第三步開花期液泡膜質(zhì)子泵的抑制劑處理，將同時含有50 nmol. L-IBafilomycin (巴佛洛霉素)A1 和 20 u mol/L DCCD (N，N, -dicyclohexylcarbodiimide、N，N’-ニ環(huán)己基碳ニ亞胺)的抑制劑溶液，于每次的上午10點均勻的噴灑到油菜的葉片上，噴灑的量以抑制劑溶液完全濕潤所有葉片為準(zhǔn)，從開花期開始每6天均勻的噴灑一次直到進入角果發(fā)育期時結(jié)束。有益效果
本發(fā)明能夠明顯降低油菜植株硝態(tài)氮的含量，從而明顯提高油菜植株的氮素利用效率、達到氮素高效利用的效果。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面舉實例對本發(fā)明進行詳細描述。油菜幼苗的培養(yǎng)將X-2、X-6號油菜品種籽粒浸種于20%(v/v)的次氯酸鈉進行表面消毒30分鐘，用蒸餾水沖洗數(shù)遍以后于9月30日在玻璃網(wǎng)室的土培中發(fā)芽，所用Hoagland 完全營養(yǎng)液組成為 5 mmol /T, KNO3,1 mmol/L KH2PO4, 7 mmol/L MgSO4, 5 mmol/LCa (NO3) 2 *4H20, 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天澆一次營養(yǎng)液，每次澆100 ml。玻璃網(wǎng)室中晝夜平均溫度29°C/19°C，自然濕度和光照，光照強度為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，一個月以后移栽到大田，每小區(qū)200 m2 (長20 m，寬10 m)，按8000株/畝的密度進行移栽，隨機區(qū)組排列，按苗期、抽薹期、開花期、角果發(fā)育期和成熟期這5個生長時期進行劃分，于當(dāng)年的5月中旬收獲。苗期移栽返青后補施尿素5 kg/畝，適期灌水并追施薹花肥，春季結(jié)合春灌追施蕾薹肥尿素
7.5 kg/ 畝 o液泡膜質(zhì)子泵的抑制劑處理當(dāng)油菜生長到花期吋，將分別含有0、10、30、50、70nmol/L Bafilomycin A1以及O、10、20、30 y mol/L DCO)的抑制劑溶液均勻的噴灑到油菜的葉片，于每次的上午10點噴灑，噴灑的量以抑制劑溶液完全濕潤所有葉片為準(zhǔn)，從花期開 始每6天均勻的噴灑一次直到進入角果發(fā)育期時結(jié)束。同時測定噴灑結(jié)束時油菜植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量以及收獲時油菜植株的氮素利用效率。結(jié)果表明，當(dāng)抑制劑Bafilomycin A1和DCCD濃度分別為50 nmol/L和20 U mol/L時植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量相對于對照處理(清水)下降的幅度最大、效果最好，分別下降了 18. 8%和17. 7%，并且氮素利用效率分別提高了 8. 7% 和 11. 6%o液泡膜質(zhì)子泵抑制劑用量和配方的選擇根據(jù)上述的結(jié)果，當(dāng)油菜生長到花期吋，將分別含有50 nmol/L Bafilomycin A1JO u mol/L DCCD以及同時含有這兩種抑制劑(50nmol/L Bafilomycin A1 + 20 U mol/L D(XD)的溶液均勻的噴灑到油菜的葉片，從開花期開始于毎次的上午10點噴灑，噴灑的量以抑制劑溶液完全濕潤所有葉片為準(zhǔn)，每6天均勻的噴灑一次直到進入角果發(fā)育期時結(jié)束。同時測定噴灑結(jié)束時油菜植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量以及收獲時油菜植株的氮素利用效率。結(jié)果表明同時噴灑2種抑制劑溶液時植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量相對于單獨噴灑I種抑制劑溶液下降的幅度更大，下降了 24. 9%，并且氮素利用效率提聞了 14.3%?？梢?在油菜開花期姆6天均勻的噴灑一次同時含有50 nmol/L Bafilomycin A1和20 u mol/L DCCD的抑制劑溶液直到花期結(jié)束，有利于降低植株體內(nèi)的硝態(tài)氮含量和提高油菜植株的氮素利用效率。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種提高油菜氮素利用效率的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一歩油菜幼苗的培養(yǎng)，將油菜籽粒浸種于20%(v/v)的次氯酸鈉進行表面消毒30分鐘，用蒸餾水沖洗數(shù)遍以后于9月30日在玻璃網(wǎng)室的土培中發(fā)芽，所用Hoagland完全營養(yǎng)液組成為 5 mmol/L KNO3,1 mmol/L KH2PO4, 7 mmol/L MgSO4, 5 mmol/L Ca (NO3) 2 4H20, 3mmol/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天澆一次營養(yǎng)液，每次澆100 ml。
2.玻璃網(wǎng)室中晝夜平均溫度29°C/19°C，自然濕度和光照，光照強度為205-230Ue/(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，一個月以后移栽到大田，每小區(qū)200 m2 (長20 m，寬10 m)，按8000株/畝的密度進行移栽，隨機區(qū)組排列，按苗期、抽薹期、開花期、角果發(fā)育期和成熟期這5個生長時期進行劃分，于當(dāng)年的5月中旬收獲，苗期移栽返青后補施尿素5 kg/畝，適期灌水并追施薹花肥，春季結(jié)合春灌追施蕾薹肥尿素7. 5 kg/ 畝； 第三步開花期液泡膜質(zhì)子泵的抑制劑處理，將同時含有50 nmol/L Bafilomycin A1和20 u mol/L DCCD的抑制劑溶液，于每次的上午10點均勻的噴灑到油菜的葉片上，噴灑的量以抑制劑溶液完全濕潤所有葉片為準(zhǔn)，從開花期開始每6天均勻的噴灑一次直到進入角果發(fā)育期時結(jié)束。
全文摘要
一種提高油菜氮素利用效率的方法，是一種降低油菜植株硝態(tài)氮含量從而提高氮素利用效率的方法，將油菜幼苗在玻璃網(wǎng)室中用Hoagland完全營養(yǎng)液(營養(yǎng)液組成為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)進行土培培養(yǎng)，于當(dāng)年的9月份播種，一個月以后移栽到大田，并且在苗期移栽返青后補施尿素5kg/畝，適期灌水并追施薹花肥，春季結(jié)合春灌追施蕾薹肥尿素7.5kg/畝，在油菜的花期開始時用同時含有50nmol/LBafilomycinA1和20μmol/LDCCD的抑制劑溶液對葉片進行均勻噴灑，每6天一次，直到進入角果發(fā)育期時結(jié)束，可以明顯降低植株體內(nèi)硝態(tài)氮的含量，進而明顯提高油菜植株的氮素利用效率。
文檔編號A01G7/06GK102835232SQ20121026662
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者張振華, 宋海星, 劉強, 榮湘民, 彭建偉, 謝桂先, 張玉平 申請人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)