1、1,番茄對有機(jī)氮的吸收及土壤可溶性有機(jī)氮行為特性研究,博士生：葛體達(dá) 導(dǎo) 師：黃丹楓 教授 專 業(yè)：蔬菜學(xué) 研究方向：植物營養(yǎng)生理生態(tài),2020年9月23日,2020/9/23,.2.,1. 論文的背景,2. 研究思路和主要內(nèi)容,4. 土壤可溶性有機(jī)氮行為特性,5. 主要結(jié)論,3. 番茄對有機(jī)氮的吸收利用特性,論 文 內(nèi) 容 提 要,6. 后續(xù)工作展望,2020/9/23,.3.,1. 論 文 背 景,氮是植物生長最重要的元素之一，亦是全球生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分 土壤有機(jī)氮直接或間接影響微生物活性及氮養(yǎng)分的生物有效性，是礦質(zhì)氮的源和匯 土壤有機(jī)氮礦化被認(rèn)為是調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)和全球碳

2、循環(huán)的重要過程 植物有機(jī)氮營養(yǎng)現(xiàn)象的深刻揭示 傳統(tǒng)的礦質(zhì)營養(yǎng)觀念的改變導(dǎo)致許多生態(tài)學(xué)問題的再認(rèn)識,2020/9/23,.4.,有機(jī)氮源（ON）利用植物氮源利用的多樣性,極端環(huán)境野生植物（白毛羊胡子草、莎草）對ON的吸收 作物（水稻、番茄等 ）對氨基酸態(tài)N的吸收 植物對根際氨基酸分泌物的再吸收 菌根對植物吸收ON的促進(jìn)作用,2020/9/23,.5.,植物對氨基酸的吸收,Gly是土壤中含量最高的游離氨基酸，也是分子量最小，結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸，因此成為植物有機(jī)營養(yǎng)氨基酸態(tài)氮研究的理想氮源。,2020/9/23,.6.,土壤有機(jī)氮生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)氮對植物的潛在有效性,土壤可溶性有機(jī)氮來源：有機(jī)質(zhì)分解的

3、中間產(chǎn)物、施入的有機(jī)肥料和作物秸桿、微生物和根系的代謝產(chǎn)物和分泌物等 土壤氮素主要以有機(jī)態(tài)氮形式存在，約占土壤全氮的90%以上 土壤SON和土壤DON 土壤活性有機(jī)氮 土壤游離氨基酸：有可觀的數(shù)量(濃度或庫大小)；有足夠大的通量,土壤中各種N素形態(tài),2020/9/23,.7.,生態(tài)系統(tǒng)可溶性有機(jī)氮循環(huán),Shoot SOM,NO3-,NH4+,Stable DON,Labile DON,Leached,Leached,Plant and microbial,Root SOM,MB SOM,Stable SOM,Sorbed,Solution phase,?,?,?,?,2020/9/23,.8.

4、,2. 研究思路和主要內(nèi)容,2020/9/23,.9.,3. 番茄對有機(jī)氮的吸收利用特性,主要內(nèi)容 氨基酸態(tài)氮對番茄幼苗生長、碳氮積累的影響 番茄氨基酸態(tài)氮營養(yǎng)效應(yīng)機(jī)理 有機(jī)氮對番茄的氮營養(yǎng)貢獻(xiàn)率 材料和方法 供試作物：申粉918（大番茄）；滬櫻932（櫻桃小番茄） 試驗(yàn)體系：開放水培、無菌水培、土壤植物微區(qū)模擬試驗(yàn) 供試氮源：NO3-,NH4+ 和Gly-N以及0,1.5,3.0,6.0mM 四種濃度的Gly-N,2020/9/23,.10.,不同氮素對番茄幼苗株高和生物量積累的影響,2020/9/23,.11.,不同氮素對番茄幼苗可溶性糖的影響,2020/9/23,.12.,不同氮素對番茄

5、幼苗植株氮積累的影響,2020/9/23,.13.,不同氮素形態(tài)對番茄木質(zhì)部、韌皮部汁液氮含量及其分泌速率的影響,2020/9/23,.14.,不同氮素形態(tài)及甘氨酸濃度對無菌水培番茄生長及氮代謝產(chǎn)物的影響,2020/9/23,.15.,不同甘氨酸濃度與無菌水培番茄總氮量及干物質(zhì)重的關(guān)系,2020/9/23,.16.,不同氮素形態(tài)對無菌水培番茄GS酶活性的影響,2020/9/23,.17.,不同甘氨酸態(tài)氮濃度對無菌水培番茄地上部、根系NR活性的影響,2020/9/23,.18.,不同氮素形態(tài)對番茄地上部、根系15N原子超的影響,2020/9/23,.19.,番茄15N原子超和13C原子超的相關(guān)關(guān)

6、系,Y =0.42 X11.5 R2 = 0.945,Y =0.25X5.75 R2 = 0.945,2020/9/23,.20.,4. 土壤可溶性有機(jī)氮行為特性,主要內(nèi)容 不同土壤可溶性有機(jī)氮含量及特性 氨基酸、多肽在土壤中的吸附、礦化及其吸收動力學(xué) 不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤氮素的礦化特性 材料和方法 供試土壤：園藝和草原生態(tài)系統(tǒng)土壤 試驗(yàn)體系：土壤通氣培養(yǎng)、14C標(biāo)記的氨基酸、多肽室內(nèi)培養(yǎng) 供試氨基酸、多肽：14C標(biāo)記的Glu，Val，Glu-Phe， Val-Pro-Pro,2020/9/23,.21.,土壤可溶性氮含量,供試土壤DON含量占可溶性N的比例在18-75之間 游離氨基酸占DON

7、的比例在1-5之間 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤：NO3- NH4+ FAA,2020/9/23,.22.,氨基酸、多肽在土壤中的吸附,2020/9/23,.23.,不同土壤對外源氨基酸、多肽礦化的影響,2020/9/23,.24.,培養(yǎng)24h后，外源氨基酸、多肽在不同土壤中的半衰期及微生物碳量,2020/9/23,.25.,不同生化抑制劑和土壤滅菌方式對氨基酸、多肽礦化的影響,2020/9/23,.26.,不同溫度對園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤外源添加14C-Glu-Phe礦化的影響,2020/9/23,.27.,不同溫度對土壤外源添加氨基酸、多肽吸收動力學(xué)的影響,2020/9/23,.28.,氨基酸的吸收速率是多

8、肽的2倍左右,2020/9/23,.29.,土壤N素的硝化作用迅速 （通氣培養(yǎng)）,NH4+ 在礦化過程中不積累,有機(jī)土壤,NH4+,DON,NO3-,2020/9/23,.30.,5. 主要結(jié)論（1）,不同氮素對番茄幼苗的生長、碳水化合物、氮素積累等有不同的影響 番茄能夠直接吸收甘氨酸，且通過轉(zhuǎn)氨酶的作用，最終合成蛋白質(zhì)，促進(jìn)植株生長 申粉918、滬櫻932能直接吸收12.5%和21%的外源甘氨酸分子 番茄根系吸收甘氨酸態(tài)N的能力比土壤微生物弱 滬櫻932吸收氨基酸的能力大于申粉918,2020/9/23,.31.,供試土壤DON含量占可溶性N的比例在18-75之間 在培養(yǎng)過程中，SON的含量

9、呈增加趨勢 氨基酸、多肽在土壤中的礦化周轉(zhuǎn)速率非常迅速，其半衰期僅為1-4h 氨基酸、多肽等可溶性有機(jī)氮在土壤中的礦化過程是一個完全依靠微生物參與的生物降解過程 氨基酸、多肽等SON在土壤中的礦化速度表現(xiàn)為有機(jī)土壤轉(zhuǎn)化期土壤常規(guī)土壤 影響SON含量的瓶頸不是微生物利用低分子量SON的速率，而是SON從生物體釋放進(jìn)入土壤的速率,5. 主要結(jié)論（2）,2020/9/23,.32.,6. 后續(xù)工作展望,生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 氮 循 環(huán),2020/9/23,.33.,附：攻讀學(xué)位期間完成的論文,Dynamics of Nitrogen Speciation in Horticultural Soils

10、in Suburbs of Shanghai. Pedosphere (SCI, in press ) (第1作者) Influence of inorganic and amino acid nitrogen on the growth and nitrogen assimilatory enzymes of tomato seedlings. Journal of Horticultural Science & Biotechnology (SCI, in press ) (第1作者) Soluble Organic Nitrogen Pools in Soils. Communicati

11、ons in Soil Science and Plant Analysis (under review, SCI) (第1作者) Characterization of peptide and amino acid dynamics in soil. Soil Biology and Biochemistry (under review, SCI) (第1作者) Absorption of glycine by tomato seedlings under soil microcosms culture conditions. Environmental and Experimental B

12、otany (under review, SCI) (第1作者),2020/9/23,.34.,番茄根系分泌物、木質(zhì)部和韌皮部汁液組分對礦質(zhì)氮、有機(jī)氮的響應(yīng)研究 園藝學(xué)報 2008，35（1）：39-46 (第1作者) 循環(huán)經(jīng)濟(jì)下的有機(jī)（生態(tài)）農(nóng)業(yè)：可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向 上海交通大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)科學(xué)版）2006，24（9）：50-53 (第1作者) 不同氮素形態(tài)對番茄幼苗碳、氮積累的影響 中國農(nóng)業(yè)科學(xué) （已接受）(第1作者) 礦質(zhì)氮和有機(jī)氮對番茄幼苗碳水化合物及氮素吸收的影響 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 （已接受）(第1作者) 無菌條件下，不同甘氨酸濃度對番茄幼苗生長和氮代謝的影響 生態(tài)學(xué)報 （已接收）

13、(第1作者) 園藝作物有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中可溶性有機(jī)氮研究進(jìn)展.見:王秀峰，李憲利 主編.園藝學(xué)進(jìn)展:第七輯. 北京，中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：805-811 (第1作者) 礦質(zhì)氮和氨基酸態(tài)氮對番茄木質(zhì)部和韌皮部汁液中礦質(zhì)養(yǎng)分的影響 西北植物學(xué)報 （審稿中) (第1作者) 不同園藝生產(chǎn)系統(tǒng)土壤可溶性有機(jī)氮和溶解性有機(jī)氮的含量及特征. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報 （審稿中）(第1作者),附：攻讀學(xué)位期間完成的論文,2020/9/23,.35.,附：攻讀學(xué)位期間申請的專利,專利 (第一發(fā)明人) 土壤液相和固相快速分離裝置；專利受理號：200710041707.7,2020/9/23,.36.,致謝,感謝我的恩師黃丹楓

14、教授 感謝英國Wales大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院的Davey Jones教授 感謝各位參加答辯的專家老師 感謝所有關(guān)心我、支持我的老師和同學(xué) 感謝我偉大的父母 感謝國家“863項(xiàng)目”（2006AA10Z221）；上海市“蔬菜學(xué)”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（B209）和上海交通大學(xué)博士生國外訪學(xué)項(xiàng)目的聯(lián)合資助,37,請批評指正！,Email：,2020/9/23,.38.,Experimental set-up for injecting amino acids into the rhizosphere,Plant-microbial competition microcosm experiment : using 14C or 13C-15N labelled amino acid,2020/9/23,.39.,Soil solution extraction,Centrifugation in the laboratory,SON defined as the dissolved organic N extracted from soil by shaking with water or salt solutions in