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摘 要

近几十年来，随着经济的发展越来越快，土壤酸化已经成为我国农业面临的重大问题之一，并且已经制约着农业的的发展，同时制约着农作物产量的增加。研究表明，我国正在遭受着不同程度的酸化危害的土地已经多于90%。植物体内具有多种代谢活动，而氮代谢是农作物的重要代谢活动之一，农作物的产量和品质与氮代谢息息相关。但是，在酸性条件下，氮代谢是会受到一定程度影响的，这制约了农作物产量的提高。本文以小麦为例，通过实验研究的方法，探究了在酸性条件下，小麦对氮素的吸收利用情况。从生理、基因和酶活等多个方面探究了酸性条件对氮元素吸收利用影响。为增强植物的耐酸性提供了一定的依据，并为提高农作物的产量提供重要的依据。

关键词： 土壤酸化，氮素利用，小麦，生理机制，基因因素

Abstract: In recent decades, with the rapid development of the economy, Soil acidification has become one of the major issues facing our country’s agriculture and it has restricted the development of agriculture, and at the same time it has restricted the increase of crop yields. Studies have shown that China has suffered more than 90% of the land of varying degrees of acidification hazards. There are many metabolic activities in plants, and nitrogen metabolism is one of the important metabolic activities of crops. The yield and quality of crops are closely related to nitrogen metabolism. However, under acidic conditions, nitrogen metabolism will be affected to a certain extent, which restricts the increase of crop yield. In this paper, wheat was taken as an example to explore the absorption and utilization of nitrogen in wheat under acidic conditions. The effects of acidic conditions on the absorption and utilization of nitrogen were explored in terms of physiology, genes, and enzyme activity. It provides a certain basis for enhancing the acid resistance of plants and provides an important basis for increasing the yield of crops.

Key words: Soil acidification, nitrogen utilization, wheat, physiological mechanism, genetic factors

目录

1 前言 6

1 土地酸化对植物的不良影响 6

1.1.1土壤酸化研究概况 6

1.1.2 土壤酸化的原因 6

1.1.3土壤酸化对植物的影响 7

1.2 氮元素对植物的影响 8

1.3 立题依据和研究意义 8

2 实验方法 9

2.1 实验材料与方法 9

2.2 小麦N含量测定 9

2.3 小麦根尖对NO₃^- 的吸收测定 10

2.4 氮代谢相关酶活测定 10

2.5 氮代谢相关基因表达Real-time PCR分析 10

3 结果分析 11

3.1 不同pH环境下，小麦生长表型变化及N元素含量的测定 11

3.2 不同pH条件下，小麦根尖对NO₃的吸收情况的实验 12

3.3 不同pH环境下,相关酶的活性的测定 12

3.4 不同pH环境下,相应基因表达的情况 14

小结与讨论 16

结论 17

参 考 文 献 18

1 前言

1.1土地酸化对植物的不良影响

1.1.1土壤酸化研究概况

土壤酸化是我国面临的最严重的农业问题之一。对我国农作物的生长及产量有着消极的影响，危害着农作物的正常生长。土壤是众多资源中一种极其重要的自然的、非可再生类资源，是植物生长的媒介，水、热和化合物的源头，可以生产出人类赖以生存的食物，除此之外，土壤亦可充当水分的过滤器、废弃物分解的生物介质。据统计，世界酸化土壤约占全球非冰川覆盖陆地面积的30%。大部分地区酸性土壤的pH值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，甚至达4.5。^[1]

土壤盐渍化、荒漠化、贫瘠化及土壤酸化等这些问题，作为土壤退化的一个重要反映，引起了人们的高度关注，且对于酸化的机制、土壤酸化对作物的影响及其对生态环境的危害等进行了许多研究。2010年美国《科学》杂志报道，从上个世纪80年代至今，中国几乎所有土壤类型的pH值都下降了0.13到0.80个单位，国内大量研究表明，我国大部分地区的土壤的pH值均有所下降，酸化趋势越来越明显，酸化面积越来越大。^[2]土壤酸化的问题的解决迫在眉睫。

1.1.2 土壤酸化的原因

土壤自然酸化过程，即盐基阳离子淋失，使土壤交换性阳离子变成以铝离子和氢离子为主的过程，是一个非常缓慢一个渐进的过程。^[3]土壤酸化的原因，主要表现在以下两个方面。一方面某些专家认为大气中酸性物质沉降是导致土壤酸化的主要原因；另一方面则认为引起土壤酸化的主要原因是过量的输入氮肥。在目前，大多数专家学者认为导致土壤酸化的主要原因是大气中酸性物质的沉降，而对氮肥的过量使用的原因没有进行过多重视。但是，在近期，相关研究表明，大气中酸性物质的沉降所造成的土壤酸化影响远远低于氮肥的不当使用造成的土壤酸化影响。土壤酸化是土壤退化的一个重要反映，它已经深深影响到土壤的肥沃度和土壤的生产量。据报道，在国内百分之九十的耕地都有着不同程度的酸化，在北美地区和欧洲，土壤酸化已经导致大片森林冠层不同程度枯萎，在同时严重酸化的土壤渗漏水进入水生生态系统后，引起了河流湖泊的酸化以及鱼类的死亡。^[4]每单位面积上因施用了氮肥后而产生的酸性物质的量比相同单位面积上酸性物质的沉降量多很多。相关研究表明：施用氮肥过量而引起的土壤酸化程度比酸沉降的引起的土壤酸化程度强25倍。^[5]自1980年以来，中国的化肥的使用量特别多，让人大吃一惊，中国的耕地面积仅占世界的7%，而氮肥的使用量却占全球氮肥使用量的35%。从1981年至2008年，虽然中国粮食年产量与过去相比增长了63%，然而氮肥消费量却增长了近2倍。^[6]不合理的滥用化肥，不但不利于农作物产量和品质的提高，导致农作物减产，反而会导致土壤酸化的程度增加，造成恶性循环^[7]。

1.1.3土壤酸化对植物的影响

对于高等植物来说，高等植物的地下部分就是所说的土壤植物，包括植物根系、地下块茎。植物器官中最为重要的部分是根系，它不仅是植物体吸收水分和养分的器官，而且能合成多种生理活性物质，主要能影响地上部分的生长和活力水平、营养状况及生物量的构成。综上所述，可知造成土壤酸化的主要原因是氮肥的过量使用，而土壤的酸化必定会影响农作物的正常生长。植物通过氮循环产生了大量的酸性物质，如硝化，NO₃^-和NH₄累积浸出。酸化的土壤会造成铝离子或其他重金属离子的溢出，在生态层面上也会影响农作物的矿质元素的循环利用，从植物本身角度而言，根系被动的吸收了过多地铝离子或其他重金属元素，因此在一定程度上会使根系受到伤害。又因为根系是植物吸收营养物质的主要器官，植物活动中的重要器官也是根系，它不仅是植物吸收水分和养分的器官，而且能合成多种生理活性物质，其生长情况和活力水平直接影响地上部分的生长、营养状况，根系的破坏会导致植物植株幼苗的地上部分生物量下降，另外酸化的土壤也会造成植株高度降低，使植株地上部分干重的减少，同时酸化的土壤也会对地上器官有间接的影响。如果土壤的酸度从pH= 5.5下降到 pH=5.0甚至pH值更低的过程中，小麦就会在酸性下降的过程中会经历钙充足-缺钙-缺钙和铝毒并存的过程。幼苗期的小麦在酸性土壤条件下会出现苗色较黄，生长较差等表现^[7，9]。对烟草而言，当烟草根际pH从7.5低至4.5时，烟草根系的一些指标比如根体积、根系活跃吸收面积、干重和总吸收面积等都出现下降的走向。有些植物如油菜，随着土壤pH值的下降，一些指标比如根的体积、根的生物量以及根系活跃吸收面积，根的吸收总面积呈上升趋势。

各方面的研究指出，土壤酸化对植物幼苗有以下三个方面的影响：其一方面作物幼苗在较差的生长环境下膜脂的过氧化作用对植物细胞的损伤过大，与此同时影响幼苗生长速率的是由于活性氧的积累和POD活性的大幅上升从而导致的生长激素大量氧化分解影响幼苗生长；第二方面是土壤的酸化作用会导致植物的叶绿素受到破坏，同时MDA含量的增加也会抑制PEP羧化酶和RUBP羧化酶等与暗反应相关的酶的活性，降低幼苗光合速率；第三是由于酸雨致使土壤中淋溶盐基消失，由于植株体内大量的缺乏矿质营养从而导致幼苗生长状况差，苗色黄，生长缓慢^[8，15]。

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