玉米杂交种在生理层面对谷氨酰胺施用表现出差异性反应

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Maize Hybrids Show Differential Response to Glutamine Application At the Physiological Level

　　

摘要

目的

作物对有机氮 (N) 的利用已得到充分证实，但其在主要谷物中的基因型特异性代谢效应尚不清楚。我们假设，在混合氮供应下，优势玉米杂交种通过基因型特异性调控氮和糖转运蛋白，在碳氮代谢协调方面存在差异，从而塑造地上部 - 根部分配和生物量。

方法

三种优势玉米杂交种 (XY335, ZD958, LY99) 在温室条件下种植于 Turface 盆中。幼苗接受混合氮源 (GLN 处理；80% 无机氮为 NH₄NO₃, 20% 谷氨酰胺) 或对照 (100% 无机氮为 2 mM NH₄NO₃, pH 6.0)。收获前分析前，每天施用营养液七天 (至第六叶期)，每个处理六个重复。

结果

LY99 表现出最平衡的地上部 - 根部协调，总生物量高出 15.3%。这与增强的光合效率、升高的氮和糖代谢物以及独特的根系构型重塑有关，包括根长增加 17.2%。转录分析表明，LY99 的表现与地上部和根部关键转运蛋白 (ZmAMT1.3, ZmNRT1.1, ZmLHT1, ZmSUT1) 的持续上调有关，同时伴有降低的脱落酸 (ABA) 和生长素水平，这可能促进根系生长。相比之下，ZD958 增加了地上部生物量但根系生长减少了 13%，而 XY335 基本无反应。

结论

本研究证明了在混合氮 (GLN) 处理下碳氮协调和根冠分配的基本遗传差异。LY99 表现出对 GLN 的优异反应性，凸显其作为培育氮利用高效玉米品种和精准农业中基因型特异性施肥策略的模型。

图文摘要

混合氮源 (GLN, 1.6 mM 硝酸铵 (NH?NO?) + 0.4 mM 谷氨酰胺) 下通过根冠协调增强 LY99 玉米杂交种氮同化和碳氮 (C/N) 耦合的示意图表示。植株显示繁茂的根系和健康的地上部，具有高效的 GLN 吸收和转运。根系特异性转运蛋白 (ZmAMT1.3, ZmNRT1.1, ZmLHT1) 和激素平衡维持生长。增加的 CO? 同化和降低的内部 CO? 增强光合作用。性能指标包括高 17.2% 的根系生物量和升高的氨基酸/可溶性糖。AA, 氨基酸；ABA, 脱落酸；GA, 赤霉素；IAA, 吲哚 -3-乙酸；TCA, 三羧酸。