水稻氮素吸收利用研究进展

doi:10.3969/j.issn.1006-8082.2015.05.003

摘要/Abstract

摘要： 氮肥能提高水稻产量已经是不争的事实，作为水稻最重要的营养元素，氮在水稻体内的吸收、转运及利用显得尤为重要。本文综述了氮肥在水稻体内的重要作用，结合最新研究成果对氮肥吸收和转运规律进行了整理，具体分析了铵态氮和硝态氮在水稻体内的同化和转运过程，也对氮肥吸收的限制因素进行了讨论，并对如何提高水稻氮肥利用效率提出展望，以期为氮肥的合理有效利用提供依据，也为水稻氮素营养研究提供理论基础。

关键词: 水稻, 氮, 吸收和利用, 氮肥利用效率, 铵态氮, 硝态氮

Abstract: Nitrogen fertilizer was applied to increase the yield of rice, which is an indisputable fact. As the most important nutrient element in rice, nitrogen plays an important role about its absorption, transportation and utilization of nutrient elements in rice. We introduced the significance of nitrogen fertilizer in rice in this review, combined with the latest research on nitrogen nutrition of rice, analyzed the absorption and assimilation process of ammonium and nitrate in rice plants. We also discussed the restriction factors of nitrogen use efficiency. Valuable outlook on how to improve nitrogen use efficiency of rice has been provided, and nitrogen fertilizer must be applied with a rational and efficient way. We also hope that this summary will offer a theoretical basis for reasonable application of nitrogen fertilizer and nutrition research on rice.

Key words: rice, nitrogen, absorption and utilization, nitrogen use efficiency, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen

中图分类号:

S511

张晓果,王丹英*,计成林,徐春梅,陈松,章秀福. 水稻氮素吸收利用研究进展[J]. 中国稻米, 2015, 21(5): 13-19.

参考文献

[1]    陆景陵. 植物营养学（上册）[M]. 2版. 北京：中国农业大学出版社， 2003：23.

[2]    张奇春. 稻田土壤供氮机理及水稻氮肥优化施用研究[D]. 杭州：浙江大学， 2005.

[3]    王绍华，曹卫星，王强盛，等. 水稻叶色分布特点与氮素营养诊断[J]. 中国农业科学，2002，35（12）：1 461-1 466.

[4]    林文土. 水稻营养失常症及其防止措施[J]. 福建农业，2001（1）：7.

[5]    罗风，卢永恩，杨猛，等. 氮胁迫对水稻营养生长期氮代谢及相关基因表达量的影响[J]. 华中农业大学学报，2012，31（1）：16-22.

[6]    沈波，俞炳杲. 氮素对水稻叶片衰老的调节作用[J]. 南京农业大学学报，1989，12（2）：12-16.

[7]    Chen G, Guo S W, Kronzucker H J, et al. Nitrogen use efficiency （NUE） in rice links to NH4+ toxicity and futile NH4+ cycling in roots[J]. Plant Soil, 2013, 369（2）: 351-363.

[8]    李宝珍，范晓荣，徐国华. 植物吸收利用铵态氮和硝态氮的分子调控[J]. 植物生理学通讯，2009，45（1）：80-88.

[9]    黄见良，邹应斌，彭少兵，等. 水稻对氮素的吸收、分配及其在组织中的挥发损失[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10（6）：579-583.

[10] Forde B G, Clarkson D T. Nitrate and ammonium nutrition of plants: physiological and molecular perspectives [J]. Advances in Botanical Research, 1999, 30: 1-90.

[11] Kronzucker H J, Siddiqi M Y. Effects of hypoxia on 13NH4+ flux in rice roots：Kineties and cornpartmental analysis[J]. Plant Physiol, 1998, 116: 581-587.

[12] 孙羲. 作物营养与施肥[M]. 北京：农业出版社，1990.

[13] Siddiqi M Y, Glas A D M, Ruth T J, et a1. Studies of the uptake of nitrate in barley: L Kinetics of 13NO3- influx[J]. Plant Physiol, 1990, 93: 1 426-1 432.

[14] Aslam M, Travis R L, Huffaker R C. Comparative induction of nitrate and nitrite uptake and reduction systems by ambient nitrate and nitrite in intact roots of barley（Hordeum vulgare I）seedlings[J]. Plant Physiol, 1993, 102: 81l-8l9.

[15] Joseph J V, Zhuo D G, Siddiqi M Y, et a1. Regulation of high affinity nitrate transporter genes and high-affinity nitrate influx by nitrogen pools in roots of barley[J]. Plant Physiol, 2000, 123: 307-318.

[16] Ullrich W R. Transport of nitrate and ammonium through plant membranes[M]. In: Mengel K, Pilbeam D J, eds. Nitrogen Metabolism of Plants Oxford: Clarendon Press, 1992: 121-137.

[17] 赵霞，徐春梅，王丹英，等. 根际溶氧量在水稻氮素利用中的作用机制研究[J]. 中国水稻科学，2013，27（6）：647-652.

[18] Araki R, Hasegawa H. Expression of rice （Oryza sativa L.） genes involved in high-affinity nitrate transport during the period of nitrate induction[J]. Breeding Sci, 2006, 56: 295-302.

[19] Fan X R, Shen Q R, Ma Z Q, et al. A comparison of nitrate transport in four different rice （Oryza sativa L.） cultivars[J]. Sci China C Life Sci, 2005, 48（Special Issue）: 897-911.

[20] 李宝珍. 水稻吸收和利用不同形态氮素的生理特征和相关基因的表达调控分析[D]. 南京：南京农业大学，2007.

[21] Cai C, Wang J Y, Zhu Y G, et al. Structure and expression analysis of the components of high-affinity nitrate transporter system in rice roots[J]. J Integr Plant Biol, 2007, 50（4）: 443-541.

[22] 肖焱波，李文学，段宗颜，等. 植物对硝态氮的吸收及其调控[J]. 中国农业科技导报，2002，4（2）：56-59.

[23] 何文寿，李生秀，李辉桃. 水稻对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究[J]. 中国水稻科学，1998，12（4）：249-252.

[24] 曹翠玲，李生秀. 氮素形态对作物生理特性及生长的影响[J]. 华中农业大学学报，2004，23（5）：581- 586.

[25] 石英，沈其荣，茆泽圣，等. 旱作水稻根际土壤铵态氮和硝态氮的时空变异[J]. 中国农业科学，2002，35（5）：520-524.

[26] 张辰明，徐烨红，赵海娟，等. 不同氮形态对水稻苗期氮素吸收和根系生长的影响[J]. 南京农业大学学报，2011，34（3）：72-76.

[27] Datta R, Sharma R. Temporal and spatial regulation of nitrate reductase and nitrite reductase in greening maize leaves [J]. Plant Sci, 1999（144）: 77-83.

[28] Duan Y H, Zhang Y L, Shen Q R, et al. Nitrate effect on rice growth and nitrogen absorption and assimilation at different growth stages[J]. Pedosphere, 2006, 16（6）: 707-717.

[29] 段英华，范晓荣，李奕林，等. 水稻增硝营养的生理与分子生物学机制[J]. 中国水稻科学，2008，22（6）：1 708-1 716.

[30] Loqué D, von Wirén N. Regulatory levels for the transport of ammonium in plant roots [J]. J Exp Bot, 2004, 55（401）: 1 293-1 305.

[31] Gazzarrini S, Lejay L, Gojon A, et al. Three functional transporters for constitutive, diurnally regulated，and starvation-induced uptake of ammonium into Arabidopsis roots[J]. Plant Cell, 1999, 11: 937-947.

[32] 邓若磊，谷俊涛，路文静，等. 水稻铵转运蛋白基因OsAMT1；4 和 OsAMT5的特征分析、功能和表达[J]. 中国农业科学，2007，40（11）：2395-2402.

[33] 张亚丽，董园园，沈其荣，等. 不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究[J]. 土壤学报，2004，41（6）：918-923.

[34] Taylor A R, Bloom A J. Ammonium, nitrate, and proton fluxes along the maize root [J]. Plant Cell Environ, 1998, 21（12）: 1 255-     1 263.

[35] Kronzucker H J, Siddiqi M Y, Glass A D M. Kinetics of NH4+ influx in spruce[J]. Plant Physiol, 1996, 110: 773-779.

[36] 荣湘民，刘强，朱红梅. 水稻的源库关系及碳、氮代谢的研究进展[J]. 中国水稻科学，1998 （12）：63-69.

[37] Miflin B J, Lea P J. Ammonia assimilation [J]. Plant Biol, 1980, 5: 169-202.

[38] 李泽松，林清华，张楚富，等. 不同氮源对水稻幼苗根氨同化酶的影响[J]. 武汉大学学报，2000，46（6）：729-732.

[39] 李勇，周毅，郭世伟，等. 铵态氮和硝态氮营养对水、旱稻根系形态及水分吸收的影响[J]. 中国水稻科学，2007，21（3）：294-298.

[40] 孙园园，孙永健，杨志远，等. 不同形态氮肥和抽穗期土壤水分对不同水稻品种氮素吸收利用的影响[J]. 杂交水稻，2013，28（2）：68-74.

[41] 缪其松，曾后清，朱毅勇，等. 铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17（5）：1 044-1 049.

[42] Wang M Y, Glass A D M, Shaft J E, et al. Ammonium uptake by rice root[J]. Plant Physiol, 1994, 104: 899-906.

[43] 尹晓明，范晓荣，贾莉君，等. NH4+的吸收对水稻根系细胞膜电位的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2005，11（6）：769-773.

[44] Zeng H Q, Liu G, Toshinori Kinoshita, et al. Stimulation of phosphorus uptake by ammonium nutrition involves plasma membrane H+ ATPase in rice roots[J]. Plant Soil, 2012, 357: 205-214.

[45] 张夫道，孙羲. 氨基酸对水稻营养作用的研究[J]. 中国农业科学，1984（5）：61-66.

[46] 欧杨虹，徐阳春，沈其荣. 有机氮部分替代无机氮对水稻产量和氮素利用率的影响[J]. 江苏农业学报，2009，25（1）：106-111.

[47] 袁嫚嫚，姜振升，孙义祥，等. 控释氮肥对稻油产量及氮肥利用的影响[J]. 安徽农业大学学报，2013，40（6）：1 028-1 033.

[48] 张耀鸿，张亚丽，黄启为，等. 不同氮肥水平下水稻产量以及氮素吸收、利用的基因型差异比较[J]. 植物营养与肥料学报，2006，12（5）：616- 621.

[49] Mo R X, Jiang L G, Guo L, et al. Effect of nitrogen application on contents of different forms of nitrogen in rice plants [J]. Agricultural Science and Technology, 2011, 12（10）: 1 484－1 489.

[50] 霍中洋，李杰，张洪程，等. 不同种植方式下水稻氮素吸收利用的特性[J]. 作物学报，2012，38（10）：1 908-1 919.

[51] 张富锁，王激清，张卫峰，等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报，2008，45（5）：915-924.

[52] 刘立军，徐伟，唐成，等. 土壤背景氮供应对水稻产量和氮肥利用率的影响[J]. 中国水稻科学，2005，19 （4）：343-349.

[53] 钟旭华，黄农荣，郑海波，等. 不同时期施氮对华南双季杂交稻产量及氮素吸收和氮肥利用率的影响[J]. 杂交水稻，2007，22（4）：62-66.

[54] 沈阿林，刘春增，张付申，等. 不同水分管理对水稻生长与氮肥利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，1997，3（2）：111-116.

[55] 王绍华，曹卫星，丁艳峰，等. 水氮互作对水稻氮吸收与利用的影响[J]. 中国农业科学，2004，37（4）：497-501.

[56] 高迎旭，周毅，郭世伟，等. 不同形态氮素营养对水稻抗旱性影响的研究[J]. 干旱区研究，2006，23（4）：598-603.

[57] 区惠平，周柳强，黄金生，等. 不同施氮量对稻田氨挥发损失的影响[J]. 南方农业学报，2013，44（11）：1 851-1 855.

[58] 王亮，朱建国，曾青，等. 大气CO2 浓度升高对水稻氮代谢影响的研究进展[J]. 土壤，2010，42（3）：344-351.

[59] 陆彬彬. 低温对水稻幼苗碳、氮代谢相关酶的影响[D]. 武汉：武汉大学，2004.

[60] Sun H Y, Qian Q, Wu K, et al. Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice [J]. Nature Genet, 2014, 46（4）: 652-657.