精英面包小麦品系在碱性土壤中表达生物硝化抑制（BNI）能力的氮动态与产量表现研究

本研究首次通过田间试验证实携带Lr#N短臂渗入片段（+BNI）的春小麦在碱性土壤（pH 8.6–8.7）中仍可显著降低土壤硝态氮（NO3-）含量，抑制硝化潜力达27–77%，并维持籽粒蛋白质含量与氮吸收量，为全球小麦系统提供环境友好型种子解决方案。

　　

亮点

田间定位

三项田间试验于2019至2022年间在墨西哥西北部亚基河谷的诺曼·E·博洛格实验站（CENEB）开展。该区域属干旱气候、灌溉高投入的麦作 mega-environment 1 典型区，主要土壤类型为旱成土（Aridisols）。

土壤硝态氮与铵态氮

试验1中，硝态氮（NO₃^-）含量受施氮处理（+N/-N）显著影响，但不受采样位置干扰。施氮区在33天追肥后（DANF）出现显著硝态氮峰值，但仅见于–BNI对照；未施氮区全程保持低硝态氮，仅+BNI小区在14 DANF略有上升。铵态氮（NH₄⁺）浓度在14 DANF时垄上较高，33 DANF时+BNI垄位浓度显著低于–BNI（图2A）。沟位铵态氮在+BNI中持续较高（图2B）。试验3显示，第二次追铵后一个月，+BNI小区硝态氮降幅达73–77%，且铵态氮在14–42 DANF间显著高于对照。

BNI：种子驱动的氮污染控制策略

前瞻研究表明，若205年实现40%硝化抑制率的BNI小麦，可使氮肥用量减少15%、温室气体排放降16%、氮利用效率（NUE）提17%。本试验在碱性田间验证了BNI降低土壤硝态氮的效应，且体外潜在硝化率（PNR）在+BNI土壤中连续两年降低27–32%。尽管花期延迟，籽粒产量与品质未受显著影响，印证了BNI在可持续麦作中的潜力。

总结与展望

本研究首次证实BNI在碱性土壤中仍可表达，对全球南方麦区具有重要意义。其机制可能包括：（I）铵触发根系主动释放BNI分泌物；（II）根系周转中的被动释放；（III）渗入系增强的硝态氮吸收与向旗叶转运。需进一步评估Lr#N短臂对其他精英品系产量与品质的影响，并关注野生供体基因组对麸质质量的潜在风险。

结论

BNI在碱性高氮条件下可显著抑制硝化作用，并呈现时空动态差异，为全球小麦系统带来重要环境效益。