中科院南土所施衛明:水稻高氮素利用效率與根系和生理的改善有關

2020-12-04 中關村NMT聯盟

基本信息

主題：水稻高氮素利用效率與根系形態和生理性狀的改善有關

期刊：3.013

影響因子：中科院南京土壤所施衛明、陳梅

研究使用平臺：NMT植物營養創新科研平臺

標題：Higher nitrogen use efficiency (NUE) in hybrid 「super rice」 links to improved morphological and physiological traits in seedling roots

作者：中科院南京土壤所施衛明、陳梅

檢測離子/分子指標

NH4+

檢測樣品

水稻根伸長區

中文摘要（谷歌機翻）

在中國發展雜交「超級稻」品種已取得了很大進展。了解超級稻的形態根性狀和根系吸收氮的機制對於發展其生產中適當的施肥和養分管理實踐至關重要。本研究旨在研究雜交超級稻根系中與氮利用效率（NUE）相關的形態和生理特性。分別水培栽培了兩個雜交超級稻品種（永優12號，YY；嘉優6號，JY）和一個常見品種（徐水134號，XS），其水肥條件不同，研究了氮素變化對幼苗根系形態和生理特性的影響。結果表明，YY和JY雜種表現出更大的根系，這是由於根尖最大化和根長增加而根直徑沒有變化所致。超級稻根中的通氣組織橫截面比例明顯更高。超級雜交稻的較大根系有助於較高的氮素積累並提高氮素吸收效率。15N（15NH4+）標記結果表明YY和JY吸收銨（NH4+）的能力增強，而且YY和JY更耐高NH4+，並顯示出無效的NH4+外排。通過非侵入式微測試技術測得的根部伸長區中的NH4+外流顯著低於XS。綜上所述，我們的結果表明，更長的根，更多的葉尖，更好的通氣組織，更高的氮吸收能力以及從根中減少的NH4+外排與雜交超級稻的更高NUE和生長性能有關。

離子/分子流實驗處理方法

32日齡水稻幼苗，正常氮（2.86 mM NH4+）和高氮（15 mMNH4+）營養液處理2周。

離子/分子流實驗結果

採用NMT技術測定了三個水稻品種根系伸長區表面的淨NH4+流速。在正常（對照）氮條件下，永優12號和嘉優6號的根系主要在伸長區表現出NH4+的內流，而徐水134號的根系則表現出微弱的外排。永優12號和嘉優6號根系NH4+淨內流速率分別為138 pmol cm-2s-1和116 pmol cm-2s-1，徐水134號中NH4+淨外排速率為35 pmol cm-2s-1（圖1）。

圖1

高NH4+改變了永優12號和嘉優6號伸長區NH4+流速的方向，增加了徐水134號中NH4+的外排。當施用高濃度NH4+時，永優12號和嘉優6號的伸長區均檢測到了NH4+外排。永優12號和嘉優6號的NH4+淨外排速率分別為13 pmol cm-2s-1和18 pmol cm-2s-1，顯著低於徐水134號觀察到的127pmol cm-2s-1（圖2）。結果表明，雜交超級水稻品種永優12號和嘉優6號根對NH4+的吸收顯著增強，吸收效率更高。

圖2

其他實驗結果

超級水稻品種永優12號和嘉優6號在低氮條件下根系生長比普通品種徐水134號好。改良的根系有助於嫩芽更好的生長和更高的氮積累。超級稻品種永優12號和嘉優6號的通氣組織比例顯著高於徐水134號。雜交水稻品種永優12號和嘉優6號對NH4+毒性的閾值較高。永優12號和嘉優6號的根具有較高的NH4+吸收能力，但徐水134號中的根轉運系統對NH4+的親和力較高。

結論

本研究對與NUE相關的雜交超級水稻根系形態和生理特性進行了研究。結果表明，雜交超級稻品種永優12號和嘉優6號的根系較大，表現為根尖數多和根系較長，但根系直徑沒有變大。雜交超級水稻根系中通氣組織的比例也明顯較高。在低氮和中等氮條件下，雜交超級水稻品種較高的NUE主要歸因於更大的根系，更發達的通氣組織和較高的氮吸收能力。在高氮條件下，雜交超級水稻品種通過調節根部伸長區中無效的NH4+循環來維持根系生長，從而提高NUE。在選育氮高效水稻品種時考慮這些根系性狀，這些發現對指導田間施肥和養分管理實踐，進而指導超級稻的生長和產量表現有一定的幫助。

離子流實驗使用的測試液

0.5 mM NH4Cl，pH5.5

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