氮素调控下柳枝稷自然变异体的生物量及细胞壁组成变异研究

为解决柳枝稷(Panicum virgatum)作为生物燃料作物的产量与品质稳定性问题，研究人员在田纳西州诺克斯维尔开展为期4年的田间试验，探究氮素(N)施用(0 vs 135 kg N/ha)对多样化种质生物量及木质素特性的影响。发现高氮利用效率基因型在低氮条件下仍保持9倍生物量优势，木质素含量受氮调控但单体比例(S/G)稳定，筛选出的低氮高产种质为生态友好型育种提供新资源。

　　

作为极具潜力的木质纤维素生物燃料作物，柳枝稷(Panicum virgatum)的生物量产量与加工品质至关重要。然而基因型与环境互作导致的表型变异制约着其产业化应用。这项研究在田纳西州诺克斯维尔田间条件下，采用高度多样化的柳枝稷种质资源，系统评估了4年间两种氮素处理（低氮0 kg N/ha vs 中氮135 kg N/ha）对作物产量与细胞壁特性的影响。

有趣的是，尽管不同氮处理间的生物量生产呈现显著相关性，研究者仍鉴定出在低氮条件下表现卓越的特殊基因型——其生物量不仅未受氮限制影响，某些个体甚至达到中氮处理的9倍水平。更令人振奋的是，部分材料展现出高达94%的氮素再动员效率(Nitrogen-remobilization efficiency)，彰显其卓越的养分利用策略。

在细胞壁组成方面，氮素施用显著影响整株分蘖的木质素含量，但对木质素单体组成中紫丁香基(Syringyl, S)与愈创木基(Guaiacyl, G)的比例(S/G比值)无显著调控作用。平行设置在佐治亚州沃特金斯维尔的对照试验显示，两地材料在前3年的生物量差异显著，但第4年趋于一致。值得注意的是，两地表现最优的基因型重叠率达20-37%，而木质素含量的地理相关性较低，S/G比值则呈现中度保守性。

这项研究不仅揭示了柳枝稷氮素响应的基因型特异性规律，更为重要的是筛选出一批在低氮条件下仍保持高产特性的精英种质。这些材料可直接应用于育种项目，助力开发兼具环境友好性与经济可行性的柳枝稷栽培体系，为可持续生物能源生产提供解决方案。