利用基因诊断技术精准量化马铃薯对氮素的需求

Potato is the world's fourth largest crop and plays a very important role in the national economy and food security system. Due to maximize the economic interests, farmers put more and more nitrogen in order to get more out put. But too much nitrogen will decline the potato quality, reduce the specific gravity, and cause the unbalance of costs and benefits. Moreover the leach nitrogen will pollute the soil and groundwater. Precise N-fertilization is the way to put forward the sustainable development of agriculture. The goal of this project is to quantify plant nitrogen demand by using gene expression. Balance the crop demand and soil supply. This study include 6 different N treatments, two varieties, 3 stages including flowering, potato initiation and bulking, 36 genes expression including 32 N-transporter, synthesize and metabolism genes and 4 house-keeping genes. Those genes expression response to N-fertilization will analysis with the petiole nitrate concentration, SPAD-502 reading, the whole plant N/C concentration and the yield by SPSS. The gene which show the high signification with the yield and amount of N-fertilize, will chose to be the candidate gene to diagnosis the potato nitrogen demands. This gene expression profiles may quantified potato nitrogen demands in Hunan paddy soil in winter.

马铃薯是世界第四大粮食作物，对国民经济和粮食安全具有重要意义。但由于对经济利益的盲目追求，化肥施用量越来越大。过多的氮肥施用只会使马铃薯薯块品质下降，比重降低，造成成本和效益的失衡，并且流失的氮素将会造成土壤和地下水污染。合理施用氮肥是农业可持续发展的重中之重。本项目的主要目标是，通过检测氮素响应基因表达量的变化，实时诊断植物的氮素需求情况，平衡施用量和需求量之间的关系。主要研究内容是，在6个氮素水平处理下，测定氮素相关基因在开花期，薯块形成期和薯块膨大期基因表达量，并结合施肥量、产量、叶柄硝酸盐含量、SPAD-reading等指标进行SPSS统计分析，筛选出与马铃薯产量和氮肥施用量极显著相关基因。最后通过量化基因表达变化情况，建立基因表达数字化与产量和马铃薯的氮素需求量之间的关系，对植物的需肥量进行量化，建立利用基因诊断技术精准量化南方冬闲田马铃薯氮素需求量体系。

总所周知，马铃薯是一种高产的作物，其产量会随着氮素的增加而增加。然而我们对马铃薯的氮素吸收，转运合成等生理调节知之甚少。本研究采用实时定量PCR的方法研究了马铃薯的4个氮素相关基因（铵转运蛋白基因，硝酸盐转移基因，硝酸还原酶基因，谷氨酸脱氢酶基因）在缺氮的情况的实时表达情况。.本次实验地采用的实验地是南方的冬闲田，即采用的是12月份收获完水稻后的田地。实验品种是‘费乌瑞它’，实验设计了6个氮素的施肥浓度（0-240kg N ha-1）。在马铃薯的生长季，每个星期进行叶盘收集，用于实时基因表达研究。同时也采用传统的氮素检测方法即叶柄硝酸盐检测和叶绿素含量检测。.结果显示，马铃薯的产量随着土壤N素的增加而增加，当N量达到240kg N ha-1时，产量最高。但是，当施N量达到135 kg N ha -1以上时，马铃薯的产量之间并没有显著性差异。马铃薯干物质的含量也是随着施用N素的增加而增加，当N量达到240kg N ha-1时，干物质含量最高。但是，当施N量达到135 kg N ha -1以上时，马铃薯的干物质含量之间并没有显著性差异。氮素处理为0以上的各处理之间，马铃薯薯块中P和K的含量并无显著差异，但氮素处理为0以上的各处理与使用氮素为0的对照之间有显著差异。叶柄硝酸盐含量结果显示，不同的氮素处理以及不同的采样日期之间存在极显著差异。叶绿素含量检测结果显示，每个采样日，随着氮素处理的增加，叶绿素含量也增加，当氮素施用量最高时，叶绿素含量的结果也是最高。当氮素的处理达到135 kg N ha -1以上时，各处理之间的叶柄硝酸盐含量和叶绿素含量之间并没有显著性差异。基因表达的结果显示，在3月27日到4月29日的采样期间，AT 基因和 NT基因表达量与采样日期之间并没有显著性关系。AT基因的表达结果与N素施用量之间呈现显著负相关。结果显示AT基因是与马铃薯产量和氮素施用量之间有极显著相关的基因。