一種測定植物掠銨能力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及到一種測定植物掠奪式吸收限制性銨態(tài)氮能力的技術(shù)方法，屬于喀斯 特生態(tài)治理及農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國喀斯特(巖溶）分布面積約有130多萬Km2,其中石漠化面積約占28. 7%。"南 石（石漠化）北沙（沙漠化）"成為制約西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的兩大生態(tài)環(huán)境問題?？λ?特生境中的基巖多為碳酸鹽巖類，其主要化學成分為0 &〇)3、1%〇)3等。由于長期強烈的巖 溶作用，造成喀斯特地區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)為地表地下雙重空間結(jié)構(gòu)。該區(qū)地下河系很發(fā)育，地 表發(fā)育有眾多的溶洞、溶洼、溶溝、溶隙、漏斗和落水洞天窗等，再加上土層較薄，大部分巖 石裸露，致使雨水很快滲漏到地下，成為深埋的地下水，形成水土分離格局，很薄的土壤覆 蓋層所形成的土壤水又迅速被蒸發(fā)掉，致使土壤干旱。同時，在基巖的巖溶作用過程中，也 消耗了氫離子，形成大量的鈣離子和碳酸氫根離子，這也勢必改造其上覆土壤，使其上覆土 壤呈現(xiàn)出高pH、高鈣和高重碳酸鹽的環(huán)境。由于喀斯特地區(qū)土壤干旱、pH值以及重碳酸鹽 濃度高，銨態(tài)氮容易生成氨氣進入大氣由于喀斯特地區(qū)土壤干旱、PH值以及重碳酸鹽濃度 高，銨態(tài)氮容易生成氨氣進入大氣。因此，喀斯特地區(qū)土壤的銨態(tài)氮含量常常低于非喀斯特 地區(qū)，而硝態(tài)氮含量則常常高于非喀斯特地區(qū)。劉叢強等對喀斯特地區(qū)石漠化和非石漠化 區(qū)域的土壤的氮的研究表明，20個土壤樣本平均銨態(tài)氮的含量為5. 09 mg/kg，而平均硝態(tài) 氮的含量為13. 60 mg/kg。這樣的銨態(tài)氮的含量僅為黃土高原的70%，而硝態(tài)氮的含量則是 黃土高原的6. 5倍。土壤中低銨態(tài)氮高硝態(tài)氮是喀斯特地區(qū)土壤無機氮的賦存特征。
[0003] 喀斯特適生植物為了適應(yīng)喀斯特地區(qū)的土壤干旱、高pH、高鈣和高重碳酸鹽的環(huán) 境，逐步進化出一套獨特的無機氮利用機制和策略。這種無機氮利用策略可以概括為掠奪 式吸收限制性的銨態(tài)氮，補償式吸收硝態(tài)氮。這種無機氮利用策略，一方面使得植物最大限 度地利用限制性的銨態(tài)氮，另一方面在銨態(tài)氮不足時，植物能夠高效利用硝態(tài)氮，以此來破 解喀斯特生境中的無機氮限制，表現(xiàn)出喀斯特適生植物對喀斯特環(huán)境的高度適應(yīng)性。
[0004] 植物對限制性的銨態(tài)氮的掠奪式吸收能力大小，決定這種植物適應(yīng)喀斯特環(huán)境能 力的大小，但是，到目前為止，還沒有一個很好方法來測定植物這種掠銨能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種測定植物掠銨能力的技術(shù)方法，以克服現(xiàn) 有技術(shù)不能定量測定植物對限制性銨態(tài)氮的吸收能力的不足。為喀斯特適生植物的篩選提 供新的指標體系。
[0006] 本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種測定植物掠銨能力的方法，包含以下步驟： 第一，將被考察植物和參照植物諸葛菜進行水培，選擇大小一致的幼苗，以相同株數(shù)的 幼苗為單位，分別在未加 NH4+-N的培養(yǎng)液中饑餓培養(yǎng)； 第二，將經(jīng)過饑餓培養(yǎng)后的被考察植物和參照植物諸葛菜幼苗，分別放到附加0. 1-0. 5 mmol/lCaS04的含銨離子的吸收液中進行銨離子吸收實驗； 第三，依據(jù)上述離子吸收實驗，分別獲得被考察植物和參照植物諸葛菜的銨離子吸收 的米氏常數(shù)Km-ob和Km-o和最小濃度，即植物根對銨離子的凈吸收速率等于零時的外界養(yǎng) 分濃度 Cmin-〇b 和 Cmin-o ; 第四，依據(jù)上述獲取的被考察植物和參照植物諸葛菜的銨離子吸收的米氏常數(shù)Km-ob 和Km-o以及最小濃度Cmin-ob和Cmin-o,分別計算被考察植物和參照植物諸葛菜吸收抑制 率為50%時的環(huán)境中的離子濃度，即吸收半抑制濃度IC50-〇b和IC50-〇b ; 第五，依據(jù)上述獲取的考察植物和參照植物諸葛菜吸收抑制率為50%時的環(huán)境中的離 子濃度IC50-〇b和IC50-〇b，計算被考察植物的掠銨能力Pam。
[0007] 在第二步驟中，所敘的銨離子吸收實驗中含銨離子吸收液為附加了 0. 1-0. 5mmol/ L CaS04、銨的濃度與喀斯特地區(qū)土壤的銨態(tài)氮的平均含量處在同一數(shù)量級的溶液。
[0008] 在第三步驟中，吸收速率通過測定吸收液中銨離子隨時間的變化量來計算，將濃 度C及對應(yīng)濃度下的吸收速率In帶入方i
?古算被考察植物和參照植物諸 葛菜的銨離子吸收的米氏常數(shù)Km-ob和Km-o和最小濃度Cmin-〇b和Cmin-〇。
[0009] 在第四步驟中，計算被考察植物和參照植物諸葛菜吸收抑制率為50%時的 環(huán)境中的離子濃度IC50_ob和IC50-O的公式分別為：IC50-〇b=Km-〇b+Cmin-〇b和 IC50-〇=Km-〇+Cmin-〇 〇
[0010] 在第五步驟中，被考察植物的掠銨能力Pam的計算采用公式：Pam=IO IC50-O/ IC50-〇b〇
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點如下： 1) 本方法能快速獲取植物的掠銨能力； 2) 本方法步驟少，計算簡單；數(shù)據(jù)可靠； 3) 本方法運用的半抑制濃度，一方面結(jié)合使用了最小濃度和親和力兩個指標，另一 方面也具有明確的生物學意義，因此，可以很好地表征植物耐低銨能力；不僅優(yōu)于現(xiàn)有技 術(shù)或僅用最小濃度^_或僅用米氏常數(shù)4來表征耐瘠薄能力，也優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中用β值 [β=(4?；,") 1/2]與α值[α=/_/4]來描述的耐瘠薄能力。因為無論β值與α值都沒有 明確的生物學意義，并且可能放大或縮小離子對植物的實際效應(yīng)。
[0012] 4)本方法以喀斯特適生植物的模式植物諸葛菜為參照，定量的結(jié)果可以直接比較 不同植物的喀斯特適生性。
[0013] 5)可以借用本方法，定量評判植物對其它無機營養(yǎng)元素的低濃度的耐受能力，為 篩選優(yōu)良作物品種提供技術(shù)支撐。
[0014] 本發(fā)明的基本原理為： 離子吸收直接涉及到載體、離子通道等酶的反應(yīng)，與酶促反應(yīng)中的酶系統(tǒng)極為相似， 因而可以用酶促反應(yīng)動力學來描述植物對離子的動力學吸收過程，其動力學方程為：
(1) 其中：/一植物對養(yǎng)分的吸收速率. 一植物體對養(yǎng)分的最大吸收速率。
[0015] 4-米氏常數(shù)，即當吸收速率為最大吸收速率一半時的外界養(yǎng)分濃度。植物對 離子的親和力則用1/ 4表征。
[0016] 由于離子吸收與一般酶反應(yīng)又有不同，離子吸收中植物細胞膜不能完全將環(huán)境中 的離子吸收干凈，而且細胞中的離子還有被動擴散過程，這樣使環(huán)境中的離子吸收干凈。能 很好滿足酶動力學方程的是涉及到酶促過程的主動吸收和運轉(zhuǎn)?？紤]到植物根系在吸收離 子的同時也發(fā)生離子的溢泌現(xiàn)象。因此在進行離子吸收動力學研究時，實際的吸收速率是 凈吸收速率，也就是植物根系對離子的凈吸收速率=總吸收速率-溢泌速率。后來Nielsen 和Barber對上述的離子吸收動力學方程（1)進行了矯正：
其中：一植物根對某種離子的凈吸收速率等于零時的外界養(yǎng)分濃度。
[0017] In一表不在外界養(yǎng)分濃度為C時的條件下植物根系對養(yǎng)分的凈吸收速率 與方程（1)相比，方程（2)更附合植物根系對離子的吸收和代謝過程。因此，方程（2) 現(xiàn)已被離子吸收動力學在植物營養(yǎng)的應(yīng)用研究中所廣泛采用。^_是吸收速率為零時外液 離子的濃度。值越小，植物吸收能力越強，耐貧瘠能力越大。
[0018] 將方程（2)變形為
(3) 這里/?相對吸收速率。
[0019] 將（3)式變形為：
(4) 這里Λ為吸收抑制率為卜忍取值為0-1。
[0020] -般表示某種效應(yīng)物的生物學效應(yīng)都采用半抑制率來表示，達到最大效應(yīng)值的一 半時的效應(yīng)物濃度為半抑制濃度。同樣，可以把吸收抑制率為50%時的環(huán)境中的離子濃度 (IC 5。）作為評判植物掠奪離子的能力。
[0021] IC50=4+C_ (5) 諸葛菜為喀斯特適生模式植物，以諸葛菜的掠奪式吸收限制性銨態(tài)氮能力(掠銨能力） 為參照，評價被考察植物的掠銨能力。用下式（6)表示諸葛菜絕對掠銨能力： IC50 0=Km a+Cmin 0 (6) 被考察植物的絕對掠銨能力，可用用下式（7)表示： IC50 ob ob+Gin ob (7) 定義諸葛菜的掠銨能力為10,因此被考察植物的掠銨能力Pani為：
(8)〇
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明的實例：它包括以下步驟： 第一，將被考察植物和參照植物諸葛菜進行水培，選擇大小一致的幼苗，以相同株數(shù)的 幼苗為單位，分別在未加 NH/-N的培養(yǎng)液中饑餓培養(yǎng)48h ; 第二，將經(jīng)過饑餓培養(yǎng)后的被考察植物和參照植物諸葛菜幼苗，分別放到附加0.2 mmol/L CaSO4的含銨離子的吸收液中進行銨離子吸收實驗。
[0023] 第三，依據(jù)上述離子吸收實驗，分別獲得被考察植物和參照植物諸葛菜的銨離子 吸收的米氏常數(shù)4 &和疋。和最小濃度，也即植物根對銨離子的凈吸收速率等于零時的外 界養(yǎng)分濃度^min C^P C