高产玉米氮-水互作的激素调控机制与氮水高效利用

随着北方水资源短缺的日益加剧，提高夏玉米降水利用效率将是全年降水高效利用的关键。同时，氮素不合理施用和氮水时空错位严重制约了产量的进一步提高。研究表明氮-水互作对玉米产量和氮水利用效率影响显著，但其激素调控机制尚不明确。本项目采用植物生理生化、同位素示踪、酶学与激素分析等方法，选用氮水利用效率不同基因型的高产玉米为材料，以探明与氮水互作调控密切联系的脱落酸和细胞分裂素的合成、运输及对根冠代谢的调控机制为突破口，深入研究玉米氮水利用中激素调控的互作、营养器官贮存氮再分配的激素调节与氮水利用效率的关系；明确品种、常规与控释尿素、耕作措施对植株激素调控及对花后玉米叶片光合特性、水分利用和氮素吸收的影响。进而阐明玉米氮-水互作的激素调控机制及其与籽粒产量和氮水利用效率的关系。明确上述问题，不仅可深化玉米高产高效的机理研究，也为玉米更高单产的突破及氮水资源高效利用基因型品种的选育提供理论依据。

前人围绕作物对氮素和水分高效利用机制的问题开展了大量研究，但鲜见玉米氮-水互作对籽粒产量形成及氮水利用效率的激素调控机制与氮水利用效率关系的研究报道。本项目主要创新点有：（1）首次将模式植物ABA醛氧化酶（AO）活性测定的方法成功改进并用于大田作物研究，探明了氮水调控-光合-气孔特性-激素合成酶-叶粒激素含量-产量形成之间的调控机制。（2）创新了平衡压茎流液取样仪、野外土壤原状剖面土柱取土钻等取样设备，更好地明确了氮水互作利用的机理。（3）首次制作了15N包膜控释尿素，精确分析了深松与控释尿素对不同品种玉米氮素吸收、分配及运转规律，精确地探明了控释尿素的当地利用率及去向。（4）探讨了地上部喷施外源激素ABA和ZR对籽粒和叶片中激素含量、玉米氮水利用的影响，揭示了外源调控信号对氮素与水分吸收的激素调控机制及其与氮水利用效率的关系。已在国内外核心期刊发表研究论文12篇，SCI收录6篇，授权发明专利和实用新型专利共2项，获得奖励2项。培养博士1名、硕士4名。建立了深松与控释尿素耦合的玉米旱作高产技术，并进行示范推广，经济、生态和社会效益显著，为粮食持续增产提供了理论与技术支撑。