番茄苗期根-氮互作生理与分子机制研究

Due to the lack of quantitative indicators for nitrogen input and proportion of saltpeter and ammonia in practical production, seedling rhizosphere nitrogen deficiency or salt damage seriously affects the seedling development. In this study, tomato seedling root was divided into eight space with the bucket substrate cultivation. Three-dimensional digital technique and 15N tracer technique was used to analyze the response of spatial configuration of tomato seedling roots and expression of enzymes related to nitrogen absorption and transportation and metabolism under different growth stages. Meanwhile, rhizosphere nitrogen absorption and transportation between aboveground and belowground was quantitative analyzed. Then, mechanism of physiological and molecular on tomato seedling root - nitrogen interaction was clarified. A tomato seedling root nitrogen uptake model was developed to assess the nitrogen use efficiency within spatial root structure. Thus the result will provide a scientific basis for the standardized management of tomato seedlings nitrogen.

番茄育苗生产中根际氮素调控缺乏量化指标，容易造成幼苗根际氮素不足或根际盐害，严重影响壮苗的培育。本项目采用三维数字技术和15N示踪技术，定量分析在不同施氮量及硝铵配比下，不同发育时期番茄幼苗根系空间构型应答反应、根际氮吸收转运代谢相关酶活性及蛋白基因表达、氮素在地上地下部运转规律，阐明基质栽培番茄幼苗根-氮互作生理及分子机制，构建番茄幼苗根际氮素吸收转运模型来评估根系吸氮利用效率，从而为番茄苗期氮素调控标准化管理提供科学依据。

番茄育苗中，幼苗根系三维结构与根际氮素互作机理不明确从而影响到生产中氮素调控。本项目采用三维数字技术和15N示踪技术，定量分析在不同施氮量及硝铵配比下，不同发育时期番茄幼苗根系空间构型应答反应，根际氮吸收转运代谢相关酶活性及蛋白基因表达等，阐明基质栽培番茄幼苗根-氮互作生理及分子机制。结果表明:设置 4、12、20 mmol/L 3 个氮处理，4 mmol/L 处理番茄幼苗根系总长、根表面积和根系分支密度分别高于 20 mmol/L 处理 16.5%、17.5% 和 15.5%，4 mmol/L 根系的平均深度较 20 mmol/L 处理高 30%、但半径宽度较 20 mmol/L 处理低 8%；高氮浓度会提高根系 15N 吸收率与分配率，各器官 15N 分配率为叶>茎>根，说明根际氮素转运对叶的贡献率最大;12 mmol/L 处理幼苗 15N 转运量与氮素利用率最高分别为 508.3 mg/株和 8.9%，20 mmol/L 处理较 4 mmol/L 处 理15N转运量高128 mg/株，但是氮素利用率却降低2%。另外利用自行设计的根系多视角成像系统获取每天根系 360°图像序列，并基于 GIARoot 软件平台对图像序列进行根系特征参数的定量计算研究番茄幼苗根系的三维构型与氮素的应答反应。研究结果表明：设置 4、12、20 mmol/L 3 个氮处理，第 12 d 根总体积、横截面最大根个数出现显著性差异 ( P < 0.05)，12 mmol/L分别比 20 mmol/L显著高 57.0%、117.9%。而根平均直径 16 d 内无明显差异 ( P > 0.05)，均在 0.42～0.54 mm。研究表明苗期高氮处理对根系生长具有抑制作用，且相对于根总长、根总表面积、根垂直投影面积、根总体积，这种抑制对侧根数量尤为明显。研究结果可以构建番茄幼苗根际氮素吸收转运模型来评估根系吸氮利用效率，从而为番茄苗期氮素调控标准化管理提供科学依据。