1、1番茄对有机氮的吸收及土壤可溶性有机氮行为特性研究博士生：XXX导 师：XXX 教授专 业：蔬菜学研究方向：植物营养生理生态2022年年10月月1日日2022-10-1.2.1.论文的背景2.研究思路和主要内容 4.土壤可溶性有机氮行为特性5.主要结论3.番茄对有机氮的吸收利用特性 论论 文文 内内 容容 提提 要要6.后续工作展望2022-10-1.3.1.论论 文文 背背 景景v 氮是植物生长最重要的元素之一，亦是全球生态系统物质循环的重要组成部分氮是植物生长最重要的元素之一，亦是全球生态系统物质循环的重要组成部分v 土壤有机氮直接或间接影响微生物活性及氮养分的生物有效性，是矿质氮的源和汇
2、土壤有机氮直接或间接影响微生物活性及氮养分的生物有效性，是矿质氮的源和汇 v 土壤有机氮矿化被认为是调节生态系统营养循环和全球碳循环的重要过程土壤有机氮矿化被认为是调节生态系统营养循环和全球碳循环的重要过程v 植物有机氮营养现象的深刻揭示植物有机氮营养现象的深刻揭示v 传统的矿质营养观念的改变导致许多生态学问题的再认识传统的矿质营养观念的改变导致许多生态学问题的再认识2022-10-1.4.有机氮源（有机氮源（ON）利用）利用植物氮源利用的多样性植物氮源利用的多样性v 极端环境野生植物（白毛羊胡子草、莎草）对极端环境野生植物（白毛羊胡子草、莎草）对ON的吸收的吸收v 作物（水稻、番茄等作物（水
3、稻、番茄等）对氨基酸态）对氨基酸态N的吸收的吸收v 植物对根际氨基酸分泌物的再吸收植物对根际氨基酸分泌物的再吸收v 菌根对植物吸收菌根对植物吸收ON的促进作用的促进作用2022-10-1.5.植物对氨基酸的吸收植物对氨基酸的吸收氨基酸种类氨基酸种类试验方法试验方法文献来源文献来源甘氨酸甘氨酸水培植株完全培养或切根离体培养水培植株完全培养或切根离体培养Turnbull et al.(1996);Raab(1999);Thornton(2001)谷氨酸、天（门）冬谷氨酸、天（门）冬氨酸氨酸水培切根离体培养水培切根离体培养Blaudez et al.(2001);Kielland(1994)15种自
4、由氨基酸种自由氨基酸水培切根离体培养水培切根离体培养Persson and Nsholm(2001)丙胺酸丙胺酸苗期水培苗期水培Bajwa and Read(1985)丙胺酸、丝氨酸、谷丙胺酸、丝氨酸、谷氨酸、氨酸、甘氨酸甘氨酸、天、天（门）冬氨酸（门）冬氨酸无菌水培无菌水培Cliquet et al.(1997)精氨酸、精氨酸、甘氨酸甘氨酸非无菌水培非无菌水培hlund and Nsholm(2001)甘氨酸甘氨酸非无菌条件下的水培或土培非无菌条件下的水培或土培Nsholm et al.(2000);Miller et al.(2003);Weigelt et al.(2003)甘氨酸甘氨酸
5、、丝氨酸、精、丝氨酸、精氨酸、苯丙氨酸氨酸、苯丙氨酸土壤盆栽土壤盆栽Alexandra Weigelt et al.(2005)谷氨酸、谷氨酸、甘氨酸甘氨酸、赖赖氨酸氨酸田间模拟试验田间模拟试验Henry and Jefferies(2003b)甘氨酸甘氨酸田间试验田间试验Streeter et al.(2000);Nsholm(2001);McKane(2002);Gly是土壤中含量最高的游离氨基酸，也是分子量最小，结构最简单的氨基酸，是土壤中含量最高的游离氨基酸，也是分子量最小，结构最简单的氨基酸，因此成为植物有机营养氨基酸态氮研究的理想氮源。因此成为植物有机营养氨基酸态氮研究的理想氮源。
6、2022-10-1.6.土壤有机氮土壤有机氮生态系统中有机氮对植物的潜在有效性生态系统中有机氮对植物的潜在有效性v土壤可溶性有机氮土壤可溶性有机氮来源来源：有机质分解的中间产物、施入的有机肥料和作物秸杆、微生物有机质分解的中间产物、施入的有机肥料和作物秸杆、微生物和根系的代谢产物和分泌物等和根系的代谢产物和分泌物等 v土壤氮素主要以有机态氮形式存在，约占土壤全氮的土壤氮素主要以有机态氮形式存在，约占土壤全氮的90%以上以上 v土壤土壤SON和土壤和土壤DONv土壤活性有机氮土壤活性有机氮v土壤游离氨基酸：土壤游离氨基酸：有可观的数量有可观的数量(浓度或库大小浓度或库大小)；有足够大的通量；有足
7、够大的通量土壤中各种土壤中各种N素形态素形态2022-10-1.7.生态系统可溶性有机氮循环生态系统可溶性有机氮循环Shoot SOMNO3-NH4+LabileDONStableDONStableDONLabileDONLeachedLeachedPlant and microbialRoot SOMMB SOMStable SOMSorbedSolution phase?2022-10-1.8.2.研究思路和主要内容2022-10-1.9.3.番茄对有机氮的吸收利用特性v 主要内容 氨基酸态氮对番茄幼苗生长、碳氮积累的影响 番茄氨基酸态氮营养效应机理 有机氮对番茄的氮营养贡献率v 材料和方
8、法 供试作物：申粉918（大番茄）；沪樱932（樱桃小番茄）试验体系：开放水培、无菌水培、土壤植物微区模拟试验 供试氮源：NO3-,NH4+和Gly-N以及0,1.5,3.0,6.0mM 四种浓度的Gly-N2022-10-1.10.不同氮素对番茄幼苗株高和生物量积累的影响株高 Plant height(cm)020406080100 NO3-NNH4+-N Gly-N 申 粉 918 Shenfen918沪 樱 932 932 Huying 932处理后天数 Days after treatments8162432生物量 Biomass(mg plant-1)0200040006000800
9、0申 粉 918 Shenfen9188162432沪 樱 932 932 Huying 9322022-10-1.11.不同氮素对番茄幼苗可溶性糖的影响2022-10-1.12.不同氮素对番茄幼苗植株氮积累的影响2022-10-1.13.不同氮素形态对番茄木质部、韧皮部汁液氮含量及其分泌速率的影响2022-10-1.14.不同氮素形态及甘氨酸浓度对无菌水培番茄生长及氮代谢产物的影响2022-10-1.15.不同甘氨酸浓度与不同甘氨酸浓度与无菌水培无菌水培番茄总氮量及干物质重的关系番茄总氮量及干物质重的关系2022-10-1.16.不同氮素形态对无菌水培番茄GS酶活性的影响2022-10-1.
10、17.不同甘氨酸态氮浓度对无菌水培番茄地上部、根系NR活性的影响 2022-10-1.18.不同氮素形态对番茄地上部、根系15N原子超的影响2022-10-1.19.番茄15N原子超和13C原子超的相关关系15N excess(nm ol g-1dry m ass)0459013518013C excess(nmol g-1dry mass)-3036912152-13C,15N-Glyince15NH+4-15NO-3-Control A:Shengfen91815N excess(nm ol g-1dry m ass)0459013518013C excess(nmol g-1dry ma
11、ss)-303691215B:Huying 932Y=0.42 X11.5R2=0.945 Y=0.25X5.75R2=0.945 2022-10-1.20.4.土壤可溶性有机氮行为特性v 主要内容 不同土壤可溶性有机氮含量及特性 氨基酸、多肽在土壤中的吸附、矿化及其吸收动力学 不同园艺生产系统土壤氮素的矿化特性v 材料和方法 供试土壤：园艺和草原生态系统土壤 试验体系：土壤通气培养、14C标记的氨基酸、多肽室内培养 供试氨基酸、多肽：14C标记的Glu，Val，Glu-Phe，Val-Pro-Pro2022-10-1.21.土壤可溶性氮含量土壤可溶性氮含量v 供试土壤DON含量占可溶性N的比
12、例在18-75之间v 游离氨基酸占DON的比例在1-5之间v 农业生态系统土壤：NO3-NH4+FAA2022-10-1.22.氨基酸、多肽在土壤中的吸附2022-10-1.23.不同土壤对外源氨基酸、多肽矿化的影响 2022-10-1.24.培养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 2022-10-1.25.不同生化抑制剂和土壤灭菌方式对氨基酸、多肽矿化的影响2022-10-1.26.不同温度对园艺生产系统土壤外源添加14C-Glu-Phe矿化的影响2022-10-1.27.Substrate concentration(mM)0.00.51.01.52.02.5Upt
13、ake Rate(nmol g-1 soil h-1)020406080表 层 土（0-20cm)14C-ValineSubstrate Concentration(mM)0.00.51.01.52.02.5Uptake Rate(nmol g-1 soil h-1)020406080 Organic SoilConversion SoilTraditional SoilSubstrate concentration(uM)0.00.51.01.52.02.5Uptake Rate(nmol g-1 soil h-1)0204060801 degree15 degree25 degreeSub
14、strate concentration(mM)0.00.51.01.52.02.5Uptake Rate(nmol g-1 soil h-1)050100150表 层 土（0-20cm)14C-Val-Pro-ProSubstrate concentration(mM)0.00.51.01.52.02.5Uptake Rate(nmol g-1 soil h-1)050100150200250 Organi c Soi lConversi on Soi l Tradi t i onal Soi lSubstrate concentration(mM)0.00.51.01.52.02.5Upt
15、ake Rate(nmol g-1 soil h-1)0501001502002503001 degree15 degree25 degree不同温度对土壤外源添加氨基酸、多肽吸收动力学的影响2022-10-1.28.Peptide or amino acid conc.(mM)0.00.51.01.52.02.5Susbtrate utilization rate(nmol g-1 h-1)0100200300400PeptideAmino acid氨基酸的吸收速率是多肽的氨基酸的吸收速率是多肽的2倍左右倍左右 2022-10-1.29.土壤土壤N素的硝化作用迅速素的硝化作用迅速（通气培养）
16、（通气培养）NH4+在矿化过程中不积累在矿化过程中不积累有机土壤有机土壤NH4+DONNO3-2022-10-1.30.5.主要结论（1）v 不同氮素对番茄幼苗的生长、碳水化合物、氮素积累等有不同的影响v 番茄能够直接吸收甘氨酸，且通过转氨酶的作用，最终合成蛋白质，促进植株生长v 申粉918、沪樱932能直接吸收12.5%和21%的外源甘氨酸分子v 番茄根系吸收甘氨酸态N的能力比土壤微生物弱 v 沪樱932吸收氨基酸的能力大于申粉9182022-10-1.31.v 供试土壤DON含量占可溶性N的比例在18-75之间v 在培养过程中，SON的含量呈增加趋势v 氨基酸、多肽在土壤中的矿化周转速率非
17、常迅速，其半衰期仅为1-4h v 氨基酸、多肽等可溶性有机氮在土壤中的矿化过程是一个完全依靠微生物参与的生物降解过程v 氨基酸、多肽等SON在土壤中的矿化速度表现为有机土壤转化期土壤常规土壤 v 影响SON含量的瓶颈不是微生物利用低分子量SON的速率，而是SON从生物体释放进入土壤的速率5.主要结论（2）2022-10-1.32.6.后续工作展望1土壤可溶性有机碳、氮库的时空动态变化复杂多肽、蛋白质在土壤中的动态生化特性23环境因子对可溶性有机氮行为的影响植物与微生物对可溶性有机氮吸收的相互竞争45可溶性有机碳和有机氮的耦合研究植物有机氮营养生理生化机理机制研究62022-10-1.33.附：
18、攻读学位期间完成的论文v Dynamics of Nitrogen Speciation in Horticultural Soils in Suburbs of Shanghai.Pedosphere(SCI,in press)(第第1作者作者)v 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
19、)(第第1作者作者)v Soluble Organic Nitrogen Pools in Soils.Communications in Soil Science and Plant Analysis (under review,SCI)(第第1作者作者)v Characterization of peptide and amino acid dynamics in soil.Soil Biology and Biochemistry (under review,SCI)(第第1作者作者)v Absorption of glycine by tomato seedlings under so
20、il microcosms culture conditions.Environmental and Experimental Botany(under review,SCI)(第第1作者作者)2022-10-1.34.v番茄根系分泌物、木质部和韧皮部汁液组分对矿质氮、有机氮的响应研究番茄根系分泌物、木质部和韧皮部汁液组分对矿质氮、有机氮的响应研究 园艺学报园艺学报 2008，35（1）：）：39-46(第第1作者作者)v循环经济下的有机（生态）农业：可持续农业发展的方向循环经济下的有机（生态）农业：可持续农业发展的方向 上海交通大学学报（农业上海交通大学学报（农业科学版）科学版）2006，2
21、4（9）：）：50-53(第第1作者作者)v不同氮素形态对番茄幼苗碳、氮积累的影响不同氮素形态对番茄幼苗碳、氮积累的影响 中国农业科学中国农业科学（已接受）（已接受）(第第1作者作者)v矿质氮和有机氮对番茄幼苗碳水化合物及氮素吸收的影响矿质氮和有机氮对番茄幼苗碳水化合物及氮素吸收的影响 应用与环境生物学报应用与环境生物学报（已接受）（已接受）(第第1作者作者)v无菌条件下，不同甘氨酸浓度对番茄幼苗生长和氮代谢的影响无菌条件下，不同甘氨酸浓度对番茄幼苗生长和氮代谢的影响 生态学报生态学报（已接收）（已接收）(第第1作者作者)v园艺作物有机生产系统中可溶性有机氮研究进展园艺作物有机生产系统中可溶性
22、有机氮研究进展.见见:王秀峰，李宪利王秀峰，李宪利 主编主编.园艺学进展园艺学进展:第七辑第七辑.北京，中国农业出版社，北京，中国农业出版社，2006：805-811(第第1作者作者)v矿质氮和氨基酸态氮对番茄木质部和韧皮部汁液中矿质养分的影响矿质氮和氨基酸态氮对番茄木质部和韧皮部汁液中矿质养分的影响 西北植物学报西北植物学报（审稿中（审稿中)(第第1作者作者)v不同园艺生产系统土壤可溶性有机氮和溶解性有机氮的含量及特征不同园艺生产系统土壤可溶性有机氮和溶解性有机氮的含量及特征.应用生态学报应用生态学报（审稿中）（审稿中）(第第1作者作者)附：攻读学位期间完成的论文2022-10-1.35.附
23、：攻读学位期间申请的专利v 专利(第一发明人)土壤液相和固相快速分离装置；专利受理号：200710041707.72022-10-1.36.致谢致谢 v 感谢我的恩师黄丹枫教授v 感谢英国Wales大学资源与环境学院的Davey Jones教授 v 感谢各位参加答辩的专家老师v 感谢所有关心我、支持我的老师和同学v 感谢我伟大的父母v 感谢国家“863项目”（2006AA10Z221）；上海市“蔬菜学”重点学科建设项目（B209）和上海交通大学博士生国外访学项目的联合资助37Email：2022-10-1.38.Experimental set-up for injecting amino a
24、cids into the rhizospherePlant-microbial competition microcosm experiment:using 14C or 13C-15N labelled amino acid2022-10-1.39.Soil solution extractionCentrifugation in the laboratorySON defined as the dissolved organic N extracted from soil by shaking with water or salt solutions in laboratory DON is the dissolved organic N in soil solution under natural condition and collected by suction cup(or other similar equipment)or from drainage water in field2022-10-1.40.Amino acid and Peptide mineralization study
