乙烯调控玉米硝态氮吸收转运的机制研究

Nitrate nitrogen uptake and transport are the important processes of nitrogen nutrient regulation. We previously found that ethephon (the main effective components of lodging resistant regulator widely used in crop production) decreased nitrogen uptake. However, molecular and physiological mechanism of exogenous ethylene regulated nitrate nitrogen uptake and transport of maize have not yet been reported. This research will be conducted under greenhouse and field condition, to quantitative analyze the effect of exogenous ethylene on maize nitrate nitrogen uptake and transport capacity using 15N labeling; to illuminate the mechanism of root growth and nitrate transporter gene regulated maize nitrate nitrogen uptake and transport induced by exogenous ethylene. These results will reveal the regulation mechanism of nitrogen nutrient, give theoretical basic for improving crop nitrogen uptake and use efficiency, and provide theoretical foundation for the creation of a new lodging resistant composite regulator.

硝态氮的吸收转运是氮营养调控的重要过程。课题前期研究发现作物生产上广泛应用的防倒伏调节剂的主要有效成分乙烯利降低玉米氮吸收量，但是外源乙烯如何调控玉米硝态氮吸收转运的分子生理机制尚未见报道。本项目拟在温室和大田条件下，利用15N标记定量分析外源乙烯对玉米硝态氮吸收转运能力的影响；并阐明外源乙烯诱导的根系生长和硝态氮转运蛋白基因对玉米硝态氮吸收转运的调控机理。研究将揭示氮营养调控机制，为提高作物氮吸收利用效率提供理论依据，也为创制新型防倒伏复合调节剂提供理论基础。

硝态氮的吸收转运是氮营养调控的重要过程。乙烯利是作物生产上广泛应用的防倒伏调节剂的主要有效成分，但是乙烯利如何调控甜玉米硝态氮吸收转运的分子生理机制尚未见报道。本项目在大田条件下研究发现施用180kg/hm2氮肥配合叶面喷施90g/hm2乙烯利可以显著降低甜玉米的株高和穗位高，同时对甜玉米鲜穗产量、穗长、秃尖长、穗粗和可溶性固形物没有显著影响。室内水培研究表明乙烯利显著降低甜玉米幼苗株高、叶面积和地上部生物量，对甜玉米幼苗总根长影响不大，但是显著降低不同氮水平下的初生根长和冠根长。利用15N标记发现乙烯利并没有抑制前期甜玉米硝态氮的吸收转运能力，其中乙烯利显著提高乙烯利处理后第1天高氮条件下根系的15N含量，但是显著降低第6天高氮条件下地上部的15N含量。而且乙烯利可以显著上调甜玉米第1天和第2天根系ZmNRT1.1A、ZmNRT1.1B和ZmNRT3.1A基因的表达，但是显著下调第6天叶中ZmNRT1.1A、ZmNRT1.1B和茎中ZmNRT3.1A基因的表达。可见，外源乙烯可以调节根系形态、地上部生长和硝态氮转运蛋白基因表达来影响氮的吸收转运。此外，优化施磷可以稳产并提高磷肥利用效率。项目结果可为提高甜玉米的氮磷利用效率提供理论依据，为甜玉米抗逆优质高效栽培技术提供理论基础。