γ-聚谷氨酸通过协同调控氮素同化与光合性能提升大豆幼苗的抗旱适应力

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：γ-PGA Enhances Drought Adaptation in Soybean Seedlings Through Coordinated Regulation of Nitrogen Assimilation and Photosynthetic Performance

　　

摘要

已有研究证实，γ-聚谷氨酸（γ-PGA）可以改善土壤保水能力和作物抗旱性，但根系区资源可用性的改善与氮同化、光合功能以及早期生物量形成之间的生理关联尚未得到充分阐明。因此，本研究考察了氮同化能力是否代表了干旱胁迫下这一土壤–植物响应中的重要连接过程。采用四种γ-PGA施用速率（0（N0）、占干土质量的0.1%（N1）、0.3%（N2）和0.5%（N3））在干旱胁迫条件下开展了温室盆栽试验。测定了根系区土壤水分和养分有效性、叶片氮代谢、叶绿素及叶绿素荧光、气体交换特征以及大豆幼苗生长情况，并利用偏最小二乘路径建模（PLS-PM）量化了这些响应组之间的统计关联。γ-PGA改善了根系区的水分和养分有效性，但下游的生理响应与施用速率不成正比。与N0相比，N2（0.3%）使土壤平均含水量提高了16.2%，土壤氮提高了39.2%，地上部鲜重提高了43.8%，根部鲜重提高了50.0%。氮同化酶活性、叶绿素积累、光系统II（PSII）光合性能和气体交换特征通常在N2时达到峰值，并在N3时略有下降，尽管土壤养分有效性仍在持续增加。在PLS-PM分析中，γ-PGA与氮代谢之间的直接关联最强（0.91），而氮代谢与叶绿素积累（0.85）、光合性能（0.51）和幼苗生长（0.45）呈正相关。在当前温室条件下，中等γ-PGA投入量（0.3%）在根系区资源保持与生理利用之间达到了最佳平衡。研究结果支持一种统计上整合的土壤–植物响应模式，即根系区条件的改善与氮同化能力增强及光合恢复的协调进行相关联。由于实验仅限于盆栽和幼苗期，0.3%的施用速率应被视为实验最优值而非田间推荐值，所提出的路径需要通过田间试验和分子生物学手段进行验证。

图形摘要