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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(guān)

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(biāo)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(biāo)

NH₄⁺

檢測樣品

水稻根伸長區(qū)

中文摘要（谷歌機(jī)翻）

在中國發(fā)展雜交“超級稻”品種已取得了很大進(jìn)展。了解超級稻的形態(tài)根性狀和根系吸收氮的機(jī)制對于發(fā)展其生產(chǎn)中適當(dāng)?shù)氖┓屎宛B(yǎng)分管理實(shí)踐至關(guān)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(guān)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(jié)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(biāo)記結(jié)果表明YY和JY吸收銨（NH₄⁺）的能力增強(qiáng)，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(shù)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(jié)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(guān)。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用NMT技術(shù)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(nèi)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(nèi)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(dāng)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(jié)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(qiáng)，吸收效率更高。

圖2

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對NH₄⁺的親和力較高。

結(jié)論

本研究對與NUE相關(guān)的雜交超級水稻根系形態(tài)和生理特性進(jìn)行了研究。結(jié)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?dú)w因于更大的根系，更發(fā)達(dá)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(diào)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(dǎo)田間施肥和養(yǎng)分管理實(shí)踐，進(jìn)而指導(dǎo)超級稻的生長和產(chǎn)量表現(xiàn)有一定的幫助。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測試液

0.5 mM NH₄Cl，pH5.5