中科院南土所施衛(wèi)明:水稻高氮素利用效率與根系形態(tài)和生理性狀的改善有關
NMT作為生命科學底層核心技術,是建立活體創(chuàng)新科研平臺的*技術。2005年~2020年,NMT已扎根中國15年。2020年,中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學,正式打開歐洲市場。 |
基本信息
主題:水稻高氮素利用效率與根系形態(tài)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(wèi)明、陳梅
研究使用平臺:NMT植物營養(yǎng)創(chuàng)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(wèi)明、陳梅
檢測離子/分子指標
NH4+
檢測樣品
水稻根伸長區(qū)
中文摘要(谷歌機翻)
在中國發(fā)展雜交“超級稻”品種已取得了很大進展。了解超級稻的形態(tài)根性狀和根系吸收氮的機制對于發(fā)展其生產(chǎn)中適當?shù)氖┓屎宛B(yǎng)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(tài)和生理特性。分別水培栽培了兩個雜交超級稻品種(永優(yōu)12號,YY;嘉優(yōu)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(tài)和生理特性的影響。結果表明,YY和JY表現(xiàn)出更大的根系,這是由于根尖和根長增加而根直徑?jīng)]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于較高的氮素積累并提高氮素吸收效率。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+,并顯示出無效的NH4+外排。通過非侵入式微測試技術測得的根部伸長區(qū)中的NH4+外流顯著低于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 mM NH4+)營養(yǎng)液處理2周。
離子/分子流實驗結果
采用NMT技術測定了三個水稻品種根系伸長區(qū)表面的凈NH4+流速。在正常(對照)氮條件下,永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號的根系主要在伸長區(qū)表現(xiàn)出NH4+的內流,而徐水134號的根系則表現(xiàn)出微弱的外排。永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號根系NH4+凈內流速率分別為138 pmol cm-2s-1和116 pmol cm-2s-1,徐水134號中NH4+凈外排速率為35 pmol cm-2s-1(圖1)。
圖1
高NH4+改變了永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號伸長區(qū)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(yōu)12號和嘉優(yōu)6號的伸長區(qū)均檢測到了NH4+外排。永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號的NH4+凈外排速率分別為13 pmol cm-2s-1和18 pmol cm-2s-1,顯著低于徐水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(yōu)12號和嘉優(yōu)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(yōu)12號和嘉優(yōu)6號在低氮條件下根系生長比普通品種徐水134號好。
改良的根系有助于嫩芽更好的生長和更高的氮積累。
超級稻品種永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號的通氣組織比例顯著高于徐水134號。
雜交水稻品種永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號對NH4+毒性的閾值較高。
永優(yōu)12號和嘉優(yōu)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(tǒng)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(tài)和生理特性進行了研究。結果表明,雜交超級稻品種永優(yōu)12號和嘉優(yōu)6號的根系較大,表現(xiàn)為根尖數(shù)多和根系較長,但根系直徑?jīng)]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主要歸因于更大的根系,更發(fā)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(jié)根部伸長區(qū)中無效的NH4+循環(huán)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(fā)現(xiàn)對指導田間施肥和養(yǎng)分管理實踐,進而指導超級稻的生長和產(chǎn)量表現(xiàn)有一定的幫助。
離子流實驗使用的測試液
0.5 mM NH4Cl,pH5.5