前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的反枝莧對農田資源波動的響應，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

許多生態系統，都經歷過資源波動。資源波動，是在時間及空間尺度上，由氣候與環境因素的累積釋放以及種群急劇爆發綜合作用而產生的［1］。盡管資源波動在特定系統中是非正常事件，但實際上在自然界中屬常見現象［2］。農田生態系統由于作物輪作以及耕作活動(施肥、灌溉、除草等)經常處于資源波動的狀態。然而，關于資源波動的研究主要針對自然生態系統，針對農田生態系統的并不多。農田是我國外來物種入侵最多的生境類型，占所有外來入侵種數量的59.1%［3］。而反枝莧作為一種常見的外來入侵雜草，在我國暖溫帶危害面積達36%［4－5］。反枝莧之所以能夠成功入侵農田生態系統，并在與作物的競爭中求得生存，其必然具有一系列適應機制來應對農田生態系統的變化情況。既然外來雜草反枝莧可以成功入侵栽種大豆的農田生態系統，那么它是如何適應常常處于資源波動狀態的農田生境的呢?在這個過程中，其植物體內氮代謝的關鍵酶———硝酸還原酶又是怎樣變化的呢?擬以東北地區典型農田生態系統中外來雜草反枝莧和典型作物大豆為研究對象，采用比較研究的方法，通過人工模擬不同的氮素波動條件(單峰式、雙峰式、均勻施肥)，在不同的物種競爭組合(單栽大豆、單栽反枝莧、大豆和反枝莧混栽)中，探討外來雜草反枝莧和大豆體內硝酸還原酶活性對氮素波動的響應規律，旨在更好地闡明外來雜草反枝莧對農田生態系統資源波動的響應及其適應策略。   1材料與方法   1.1試驗材料   以外來雜草反枝莧和典型作物大豆為研究對象。反枝莧種子采自東北農業大學香坊農場實驗基地。大豆品種為“東農54”，生育期約為120d。   1.2試驗方法   盆栽試驗在東北農業大學校園內進行，試驗地年降水量400～600mm，無霜期平均氣溫3.78℃，平均有效積溫2800℃［6］。土壤類型為黑土，土壤基礎肥力為:有機質含量23.1g/kg，全氮149.9mg/kg，速效氮65.6mg/kg，速效磷22.4mg/kg，速效鉀131.7mg/kg，pH值為7.6。盆栽所采用的塑料盆直徑30cm，高30cm，裝土12.75kg，裝盆之前將土過篩。設置3種氮素波動處理，分別為單峰式施肥、雙峰式施肥、均勻施肥(即在總量相同的情況下，在種植之前施入一次氮肥;或者分兩次施肥，種植之前施1/2，大豆開花結莢期施1/2;或者每10d施一次)，3種處理所施的氮素總量相同，即每盆施0.7873g尿素(相當于50kg/hm2)，各為一個小區，共9個小區，各小區隨機排列;小區內為裂區分布，設置3種物種組合，分別為單栽大豆(每盆內2株大豆)、單栽反枝莧(每盆內2株反枝莧)、混栽(每盆內大豆、反枝莧各1株)，每種物種組合重復12個。2010年5月20日播種，種子萌發出苗1周后每盆按照物種競爭組合保留反枝莧2棵、大豆2棵或反枝莧和大豆各1棵。每隔30d取1次樣，共3次，采樣時選擇天氣晴好的上午，在9個小區中，每個小區隨機抽取3盆植物，分別采集根、莖、葉和繁殖器官，葉片稱取完全展開的第一片葉子;莖取距頂端2～6cm處;根取不帶根瘤的須根;繁殖器官的采集依據植物發育狀況，開花時采取花，成熟時采取整果。每個器官稱取0.5g，迅速包好放入液氮罐中冷凍，保存在－70℃冰箱中，以備硝酸還原酶的提取及測定。   1.3酶活性測定方法   將采集的植物樣品轉移至預冷的研缽中加入5mL浸提液(1∶5、w/v)迅速研磨，浸提液成分主要為0.1M磷酸鉀緩沖液(pH7.5)、5mM半胱氨酸、2mMEDTA與0.5%PVP。研磨充分后轉至低溫高速離心機，在4℃下離心(4000轉/min，30min)。離心之后，取上清液待用。上清液中分別加入反應液共1.4mL，反應液主要包括0.1M磷酸鉀混合液(pH7.5)、10mM氯化鎂、7mM硝酸鉀、0.14mM還原型輔酶I(NADH)以及酶提取液。加入NADH反應開始。在27℃水浴培養30min后加入0.1mL0.5M醋酸鋅反應停止，然后離心(3000轉/min，10min)。然后加入1%磺胺和0.01%萘基乙烯胺(NEA)，在室溫下靜置20min，在540nm處測其吸光值，亞硝態氮含量通過NaNO2標準曲線計算［7］。   1.4數據處理   采用SPSS17.0統計分析軟件對試驗數據進行One-WayANOVA方差分析，并用Ducan多重比較法分析各處理之間的差異，利用EXCEL2003進行作圖。   2結果與分析   2.1不同氮素資源波動條件下大豆硝酸還原酶活性的變化   由圖1可見，不同氮素波動方式均不改變大豆各器官中硝酸還原酶活性的變化趨勢。總體上，各器官中的硝酸還原酶活性隨生育期推進呈現先上升后下降的趨勢，但是不同器官中硝酸還原酶活性變化存在差異。在生長初期，大豆各器官的硝酸還原酶活性均表現為單峰式施肥＞雙峰式施肥＞均勻施肥;在開花結莢期，大豆葉的硝酸還原酶活性則表現為雙峰式施肥＞單峰式施肥＞均勻施肥，其余各部位均表現為雙峰式施肥＞均勻施肥＞單峰式施肥;在鼓粒期，大豆葉和繁殖器官的硝酸還原酶活性表現為單峰式施肥＞雙峰式施肥＞均勻施肥，大豆莖和根的硝酸還原酶活性則表現為單峰式施肥＞均勻施肥＞雙峰式施肥;在大豆生長初期和開花結莢期，大豆硝酸還原酶活性對環境中的氮素添加作出快速的響應，很可能與硝酸還原酶是一種誘導酶［8－9］有關。在大豆生長初期，大豆葉中硝酸還原酶活性高于其他器官，表明硝酸還原反應主要在葉中進行，該時期內不同器官酶活性主要體現為葉＞根＞莖。在大豆開花期與大豆鼓粒期硝酸還原酶活性在不同器官間表現為葉＞繁殖器官＞根＞莖。單栽大豆與混栽大豆各器官硝酸還原酶活性變化基本一致，但單峰式施肥條件下根中有顯著差異，單栽大豆根硝酸還原酶活性表現為先下降后上升，混栽大豆根硝酸還原酶活性表現為持續上升;其原因很可能是由于生長初期硝酸鹽供應量大，根中還原力不足，故將硝酸鹽上運到葉片中進行還原。總體上，單栽大豆各器官硝酸還原酶活性均高于混栽條件下大豆各器官的酶活性。   2.2不同氮素資源波動條件下反枝莧硝酸還原酶活性的變化   由圖2可以看出，反枝莧各器官硝酸還原活性也呈現先上升后下降的趨勢。在反枝莧生長初期，反枝莧各器官的硝酸還原酶活性均表現為單峰式施肥＞雙峰式施肥＞均勻施肥;在反枝莧開花結實期，反枝莧各器官的硝酸還原酶活性均表現為雙峰施肥＞均勻施肥＞單峰式施肥;在反枝莧結實期，反枝莧葉和莖的硝酸還原酶活性表現為雙峰式施肥＞單峰式施肥＞均勻施肥，反枝莧根和繁殖器官的硝酸還原酶活性則表現為均勻施肥＞單峰式施肥＞雙峰式施肥。在反枝莧生長初期，反枝莧葉中硝酸還原酶活性高于其他器官，且活性表現為葉＞莖＞繁殖器官＞根;在開花結實期，由于氮素的添加，雙峰式施肥條件下各器官硝酸還原酶活性顯著升高，且高于其他兩種處理，在莖中硝酸還原酶活性最高;在反枝莧結實期，反枝莧繁殖器官的硝酸還原酶活性高于其他器官的硝酸還原酶活性，說明在結實期，反枝莧主要將營養物質供給種子。在圖2中還可以看出，無論在哪種氮素波動條件下，單栽反枝莧各器官硝酸還原酶活性都高于混栽反枝莧各器官的硝酸還原酶活性。#p#分頁標題#e#   2.3不同氮素資源波動條件下大豆與反枝莧硝酸還原酶活性的響應差異   植物從土壤中吸收的硝態氮需要經硝酸還原酶催化轉為亞硝態氮，才能被植物吸收利用。硝酸還原酶是NO3-同化步驟中的第一個酶，也是整個同化過程的限速酶，直接影響植物對硝態氮的利用吸收，在植物氮素代謝過程中起關鍵作用［10］。從圖1和圖2可以看出，無論大豆還是反枝莧，單栽條件下植物各器官硝酸還原酶活性均高于混栽條件下植物各器官的硝酸還原酶活性，表明與種內競爭相比，種間競爭對大豆或反枝莧體內的硝酸還原酶活性影響更大，將會進一步減弱其體內的硝酸還原酶活性。在大豆和反枝莧生長初期，植物葉片中的硝酸還原酶活性最高，且在不同氮素波動條件下硝酸還原酶活性均體現為單峰式施肥＞雙峰式施肥＞均勻施肥;在開花結實期，雙峰式施肥條件下硝酸還原酶活性最高，體現了硝酸還原酶作為誘導酶的特性;而在結實期，繁殖器官的硝酸還原酶活性均升高，表明在這個時期，大豆與反枝莧主要將營養物質供給繁殖體。由圖1和圖2還可以看出，大豆和反枝莧間硝酸還原酶活性在不同器官也存在差異，大豆葉與根中硝酸還原酶活性分別高于反枝莧葉與根的硝酸還原酶活性，而大豆莖與繁殖器官中的硝酸還原酶活性分別低于反枝莧，說明大豆的硝酸還原反應主要在葉和根中進行，而反枝莧中硝態氮同化則主要在莖和繁殖器官中進行。   3討論   有研究表明，氮素施用對大豆生長、干物質積累以及根瘤固氮能力有一定影響。雖然大豆根瘤具有固氮功能［11－13］，但是僅靠生物固氮無法滿足大豆生長所需，因此需施入適量氮肥。供氮方式、氮肥施用時期以及施肥方式均影響大豆的生長和固氮作用［14－19］。   本研究表明，氮素資源波動對于大豆硝態氮同化過程存在影響。生長初期，各個部位都顯示出單峰式施肥酶活性高于其他兩處理;在開花結莢期雙峰式施肥處理顯著高于其他兩處理，產生這些現象的原因很可能是因為硝酸還原酶屬于誘導酶，只有供應硝酸鹽后才能合成，且酶活性與硝態氮含量有密切關系，硝態氮含量越高，酶活性相應越強。由于硝酸還原酶催化的反應可在葉或根中進行［8］，并且硝酸還原酶活性在一定程度上受到光照、溫度的影響，這種現象在葉和根中體現得尤為明顯。研究也表明，氮素資源波動對大豆氮素同化能力存在影響，且大豆的硝酸還原反應主要在葉和根部進行。反枝莧可以成功入侵農田，其中一個重要原因就是反枝莧和作物對肥料添加的不同響應。相對于作物而言，反枝莧可以對肥料添加作出更為快速的響應［19－21］。這種雜草與作物對肥料的響應差異在其他入侵種中也有體現，例如土壤含氮量高時，紫莖澤蘭的種群數量生長量處于較高水平，反之，則較低［22］。   本研究中，在反枝莧生長初期，各個部位都顯示出單峰式施肥酶活性高于其他兩處理;在開花期，雙峰式施肥處理顯著高于其他兩處理，說明反枝莧能對氮素添加作出快速的響應，也體現了硝酸還原酶作為誘導酶的特性;在結實期，反枝莧繁殖器官的硝酸還原酶活性較高，說明在結實期，反枝莧主要將營養物質輸送給繁殖器官，在此期間，反枝莧莖的硝酸還原酶活性也較高，莖中酶活性較高對雜草有重要意義，莖能在短時間內迅速生長，利于反枝莧與其他作物在競爭光照時獲得優勢地位。   研究還發現，無論大豆還是反枝莧，單栽條件下各器官硝酸還原酶活性均高于混栽條件，說明種間競爭與種內競爭相比，種間競爭對作物和雜草體內的硝酸還原酶活性影響更大。而本研究中涉及到的兩種植物，無論是大豆［23－25］還是反枝莧［26－29］，都具有化感作用，硝酸還原酶活性的變化是否與兩者的化感作用有關，也是一個非常值得探討的科學問題。