不同菠菜基因型氮素吸收與利用效率的差異及機(jī)理研究.pdf

1、我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用氮肥所引起的氮素利用效率下降、生產(chǎn)成本提高、經(jīng)濟(jì)效益低下以及環(huán)境污染等問題已經(jīng)引起了人們的高度重視。利用遺傳改良手段,選育氮高效作物品種被認(rèn)為是提高氮肥利用效率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。而了解不同作物基因型間氮效率的遺傳變異以及生理機(jī)制,是進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)性狀改良進(jìn)而提高氮素利用效率的基礎(chǔ)。雖然前人對(duì)糧食作物、油料作物等對(duì)氮素吸收、利用的基因型差異、評(píng)價(jià)以及生理機(jī)制等方面作了大量研究,但對(duì)蔬菜作物報(bào)

2、道較少。由于葉菜類蔬菜作物與糧食、油料作物在生長(zhǎng)周期、需肥規(guī)律、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物等方面存在顯著的差異,其他作物氮素吸收和利用效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法是否適用于蔬菜作物,機(jī)理是否相同尚不清楚。因此,本文以全國(guó)各地收集的30個(gè)菠菜基因型為供試材料,研究了不同菠菜基因型氮效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法、不同氮效率菠菜基因型氮素吸收和利用效率的差異及其生理機(jī)制以及氮對(duì)不同氮效率菠菜基因型品質(zhì)以及抗氧化活性的影響。取得的主要結(jié)果如下:
　　 (1)以30個(gè)菠菜

3、基因型為材料,采用水培方法評(píng)價(jià)了在低氮(2 mmol·L-1)和高氮(10 mmol·L-1)水平下其對(duì)氮素吸收與利用效率的差異。結(jié)果表明,供試菠菜基因型在2個(gè)氮水平下氮素吸收和利用效率的相關(guān)指標(biāo)均存在顯著的差異。在高氮水平下,菠菜地上部干重、含氮量和氮累積量顯著高于低氮水平;而氮素吸收效率、氮素利用效率和氮素利用效率指數(shù)則明顯低于低氮水平。其中地上部干重在低氮和高氮條件下均具有較大的變異系數(shù),可以作為同一供氮水平下氮效率(NUE)的重

4、要評(píng)價(jià)指標(biāo),而地上部氮累積量、氮素吸收效率和氮素利用效率指數(shù)的變異系數(shù)也較高,且與地上部干重具有極顯著的正相關(guān),故可作為菠菜氮效率的輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)不同菠菜基因型在低氮和高氮條件下低于或高于供試基因型的地上部干重平均值作為氮低效基因型和氮高效基因型,所篩選出的氮高效基因型在低氮和高氮水平下均具有較高的地上部干重、地上部氮累積量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮素利用效率指數(shù)。通徑分析表明,氮素吸收效率在2個(gè)氮水平下對(duì)菠菜氮效率的貢獻(xiàn)明顯

5、高于氮素利用效率,但氮素利用效率對(duì)氮效率也有一定的貢獻(xiàn)。由此可見,在菠菜氮高效品種的選育工作中應(yīng)協(xié)同提高低氮和高氮條件下氮素的吸收和利用效率。
　　 (2)以典型氮高效(益農(nóng)398)、低效(丹麥威綠)菠菜基因型為供試材料,采用水培方法,研究了在低氮(2 mmol·L-1)和高氮(10 mmol·L-1)條件下2個(gè)菠菜基因型氮素吸收效率的差異及其與根系形態(tài)生理學(xué)特性的關(guān)系。結(jié)果表明,不同氮效率的菠菜基因型氮素吸收效率和根系形態(tài)生理

6、特性的相關(guān)指標(biāo)均存在極顯著的差異。在2個(gè)氮水平下,氮高效菠菜基因型益農(nóng)398的根系鮮重、根系干重、總根長(zhǎng)、最大根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根系活力和根系氮代謝酶活性均顯著高于氮低效菠菜基因型丹麥威綠。相關(guān)性分析表明,氮素吸收效率與上述根系形態(tài)和生理特性指標(biāo)均呈顯著或極顯著的正相關(guān)。由此可見,不同菠菜基因型氮素吸收效率的差異與其根系的形態(tài)特征以及生理特性密切相關(guān)。益農(nóng)398的氮素吸收效率高是由于它具有強(qiáng)大的根系、較高的根系活力和氮代謝酶活性。

7、
　　 (3)采用水培方法,研究了典型氮高效(益農(nóng)398)、低效(丹麥威綠)菠菜基因型在低氮(2 mmol·L-1)和高氮(10 mmol·L-1)條件下,其氮素利用效率與體內(nèi)氮素代謝及其轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)系。結(jié)果表明,這些指標(biāo)在不同氮效率菠菜基因型間均存在極顯著的差異。無論在低氮還是高氮水平下,氮高效菠菜基因型益農(nóng)398的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、類胡蘿卜素含量、葉片和葉柄含氮量、氮轉(zhuǎn)運(yùn)率、氮代謝酶活性和可溶性蛋白含量均顯著高于氮

8、低效菠菜基因型丹麥威綠。相關(guān)性分析表明,氮素利用效率與上述生理特性指標(biāo)均呈顯著或極顯著的正相關(guān)。因此,不同菠菜基因型氮素利用效率的差異與其體內(nèi)氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝密切相關(guān)。較強(qiáng)的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)能力和較高的氮代謝酶活性是益農(nóng)398具有較高氮素利用效率的主要原因。
　　 (4)以前期試驗(yàn)篩選出的典型氮高效菠菜基因型(益農(nóng)398)和氮低效菠菜基因型(丹麥威綠)為供試材料,采用水培法,研究了低氮(2 mmol·L-1)和高氮(10 mmol·L-

9、1)處理對(duì)其生物量、品質(zhì)和抗氧化活性的影響。結(jié)果表明,高氮處理下菠菜地上部鮮重、硝酸鹽含量、總草酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性顯著升高,而過氧化氫酶(CAT),抗壞血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、FRAP值和DPPH自由基清除率顯著降低。在2個(gè)氮水平下,氮高效菠菜基因型益農(nóng)398的地上部鮮重、SOD、CAT、POD活性,AsA、GSH含量和表征總抗氧化能力的FRAP值、DPPH自由基清除率均顯著高于氮低效