不同氮效率類型小麥氮代謝差異及其機理分析.pdf

1、在當前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮素利用效率較低，既造成資源浪費又對環(huán)境帶來了極大威脅。因此，基于經(jīng)濟和生態(tài)因素考慮，提高氮素利用效率成為當前農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨問題。本研究在水培和田間栽培條件下，對不同品種小麥的氮素利用效率進行鑒定，從中篩選出氮素高效型和氮素低效型品種。運用形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)等方法對不同氮效率類型小麥品種的氮素吸收、同化、轉(zhuǎn)運過程進行分析，旨在明確不同氮效率類型品種氮代謝差異機理。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.不同品種

2、小麥氮素利用效率鑒定在水培條件下，128個小麥品種苗的氮含量、干物質(zhì)積累和氮素積累存在顯著的品種間差異，其F 檢驗值均達到極顯著水平。說明，供試小麥品種苗期氮素利用效率存在著顯著的基因型差異。研究結(jié)果顯示，供試小麥品種氮素利用效率和氮素吸收效率具有相同的表現(xiàn)趨勢。氮素利用效率高的品種，其氮素吸收效率也較高，而氮素利用效率低的品種其氮素吸收效率也較低。
　　 根據(jù)氮素利用效率差異，將供試128個小麥品種劃分為高氮低氮雙高效型、高氮

3、高效型、低氮高效型、高氮低氮雙低效型。從中選擇雙高效型小麥品種和雙低效型小麥品種各10個在田間栽培條件下進一步進行氮效率鑒定。田間鑒定結(jié)果顯示,20個小麥品種的籽粒產(chǎn)量、氮含量、氮素積累量存在顯著的基因型差異，其F 檢驗值均達到極顯著水平。根據(jù)20個小麥品種田間氮素利用效率，將其劃分為高氮低氮雙高效型、高氮高效型、低氮高效型、高氮低氮雙低效型。
　　 綜合128個小麥品種在水培和田間栽培條件下的氮素利用效率表現(xiàn)，篩選在水培和田間

4、試驗條件下表現(xiàn)穩(wěn)定的雙高效型小麥品種和雙低效型小麥品種各2個，用于進一步的氮代謝機理分析。
　　 2.小麥生長發(fā)育對氮素的需求差異在水培條件下，氮素高效型品種苗、根干重以及鮮重均顯著高于氮素低效型品種。
　　 供氮對2 氮效率類型小麥品種的干重和鮮重均具有顯著的促進作用。氮素高效型品種的葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、類胡蘿卜素含量、總?cè)~綠素含量以及可溶性蛋白質(zhì)含量均高于氮素低效型品種，且均受到氮素供應(yīng)的正向調(diào)控。在田間

5、栽培條件下，氮素高效型品種的籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量均高于氮素低效型品種，干物質(zhì)的收獲指數(shù)也高于氮素低效型品種。氮素高效型品種旗葉和籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量均高于低效型品種?？梢?，在水培和田間栽培條件下，氮素高效型品種具有更高的生長勢，需求更多的氮素來滿足生長發(fā)育的需要。
　　 3.不同氮效率類型小麥品種氮素吸收能力差異氮素高效型品種的單株根數(shù)、最大根長和根體積分別比氮素低效型品種高10.20％、12.56％和20％。氮素高效型品種的

6、平均總吸收面積、活躍吸收面積和根系活力分別比氮素低效型品種高9.52％、10.00％和11.08％。供氮對2 氮效率類型小麥品種根系形態(tài)指標有顯著的影響，其中，供氮對氮素低效型品種的單株根數(shù)和最大根長的調(diào)控效應(yīng)高于氮素高效型品種，而對氮素低效型品種的單株根體積調(diào)控效應(yīng)低于高效型品種。供氮對2氮效率類型小麥品種根系生理指標有顯著的影響，其中，供氮對氮素低效型品種總吸收面積和活躍吸收面積的調(diào)控強度高于高效型品種，而對氮素低效型品種根系活力的

7、調(diào)控強度低于高效型品種。
　　 不同氮效率類型小麥品種根硝酸根轉(zhuǎn)運蛋白相關(guān)基因的表達存在顯著差異，并受到外源供氮的調(diào)控。氮素高效型小麥品種TaNRT基因的表達豐度高于低效型品種，且2氮效率類型小麥品種TaNRT基因的表達均受到供氮的負向調(diào)控。不同TaNRT基因間比較發(fā)現(xiàn)，TaNRT2.1和TaNRT2.2 均具有較高的表達量，而TaNRT2.3的表達水平較低。
　　 可見，氮素高效型品種具有更強的氮素吸收能力。
　

8、　 4.不同氮效率類型小麥品種氮素同化能力差異在水培條件下，氮素高效型小麥品種的NR活性和GS活性顯著高于低效型品種，且受到氮素供應(yīng)水平的正向調(diào)控。氮素高效型小麥品種TaGS1和TaGS2基因的表達高于低效型品種。在2 氮效率類型小麥品種中TaGS的表達均表現(xiàn)為TaGS2>TaGS1，且均受到外源供氮的正向調(diào)控，其中高效型品種受供氮的促進作用要高于低效型品種。
　　 在田間栽培條件下，隨著籽粒灌漿進程的進行,2 氮效率類型小麥

9、旗葉NR活性和籽粒GS活性呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。2 氮效率類型小麥GS 旗葉活性在花后呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，花后5天達最大值。品種間比較發(fā)現(xiàn)，氮素高效型小麥品種旗葉NR、GS活性和籽粒GS活性高于低效型品種?？梢?，在水培和田間栽培條件下，氮素高效型品種具有更高氮素同化能力，外源供氮對2 氮效率類型小麥的氮素同化能力具有正向調(diào)控效應(yīng)，且對氮素高效型小麥品種的調(diào)控效應(yīng)強于氮素低效型小麥品種。
　　 5.不同氮效率類型小麥品種氮素再轉(zhuǎn)

10、運能力差異小麥體內(nèi)的氮素總是處于利用和再利用狀態(tài)。在田間栽培條件下，氮素高效型品種的花前氮素轉(zhuǎn)移量、花前氮素轉(zhuǎn)移率、花后氮素同化量均高于氮素低效型品種。氮素高效型品種各器官的氮素轉(zhuǎn)移量均顯著高于低效型品種，其中旗葉、穗部、其他葉和莖等器官分別比低效型品種高22.62％、28.78％、28.50％和6.94％。2 氮效率類型小麥品種各器官積累氮素的轉(zhuǎn)移比例表現(xiàn)為，旗葉>其他葉>莖>穗部。而氮素高效型品種的花前氮素貢獻率比低效型品種低5.7

11、9％。
　　 兩氮效率類型小麥旗葉EP和CP活性在花后呈現(xiàn)相似的趨勢，隨籽粒灌漿進程的進行EP和CP 均活性逐漸升高，在花后25天達最大值。品種間比較發(fā)現(xiàn)，在灌漿前期2 氮效率類型小麥品種間沒有顯著差異，但在灌漿中后期氮素高效型品種旗葉EP和CP活性顯著高于氮素低效型品種?？梢?，氮素高效型品種具有更高的水解旗葉前期積累氮素的能力，對花前積累氮素的再轉(zhuǎn)運能力要強于低效型品種。氮素低效型品種對花前積累氮素再轉(zhuǎn)運量的依賴程度要高于高效

12、型品種。
　　 6.供氮對小麥幼苗的氮代謝的調(diào)控效應(yīng)小麥幼苗的苗高、苗干物質(zhì)和氮素積累量均隨供氮水平的提高而調(diào)高，說明氮素供應(yīng)對干物質(zhì)和氮素的積累均具有顯著的促進作用。供氮抑制小麥幼苗的最大根長和根冠，而提高了小麥幼苗的根數(shù)、總吸收面積和活躍吸收面積。小麥幼苗的根系TaNRT1和TaNRT2表達對外源供氮的響應(yīng)趨勢不同，TaNRT1 受到供氮水平的正向調(diào)控，而TaNRT2表達受到外源供氮的抑制作用。TaNRT2.1和TaNRT2

13、.3 隨供氮水平的增加緩慢降低，在高氮水平下也能保持較高的表達量，而TaNRT2.2的表達隨著氮素供給迅速降低?？梢?，供氮促進了小麥幼苗的根數(shù)和根吸收面積的增加，且擁有較高的TaNRT表達量。小麥幼苗的NR、GS活性和TaGS1和TaGS2基因表達均受到供氮水平的正向調(diào)控。小麥幼苗的TaGS2的表達豐度均高于TaGS1?？梢姡┑龠M了2 品種的氮素同化能力，但不同的氮素同化酶的作用不同。
　　 7.小麥強、弱勢粒氮代謝差異強勢

14、粒的活躍灌漿速率、平均灌漿速率、最大灌漿速率、籽粒體積和籽粒表面積均顯著高于弱勢粒。強勢粒在灌漿過程中具有較強的干物質(zhì)積累速率，并且在成熟期形成較大的籽粒體積和表面積可能是強勢粒粒重顯著高于弱勢粒的原因。強勢粒的蛋白質(zhì)含量和氮素積累量均高于弱勢粒。除花后15天強勢粒游離氨基酸含量高于弱勢粒外，其余時期均表現(xiàn)為弱勢粒高于強勢粒。除花后15天強勢粒GS活性低于弱勢粒外，其余時期均表現(xiàn)為弱勢粒低于強勢粒?？梢姡鮿萘５毓?yīng)底物充足，其氮素含