氮的同化、硝酸盐的转运以及碳代谢的协同作用是棉花氮利用效率的基础

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Integrated Nitrate Transport, Assimilation, and Carbon Metabolism Underpins Nitrogen Use Efficiency in Cotton

　　

摘要

氮（N）的供应限制会降低棉花的产量；然而，在氮供应不足的情况下调节氮利用效率（NUE）的生理机制仍不清楚。在这项研究中，研究人员在低氮（0.5 mmol L?1）和充足氮（5 mmol L?1）条件下种植了两种高效利用氮的基因型（HM-2270和GH-Uhad）和两种低效利用氮的基因型（Z-50和FH-444），以探讨氮的吸收、同化和利用机制及其与生长表现、生理特性和分子反应之间的关系。在两种氮供应条件下，高效利用氮的基因型在所有评估的性状上都优于低效利用氮的基因型。HM-2270表现出最高的生物量积累、叶面积和有利的气孔特性，而Z-50的生长表现最差。尽管FH-444的细胞间二氧化碳浓度（Ci）最高，但高效利用氮的基因型仍保持了显著较高的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（E）以及叶绿素含量。生理表现的改善与Rubisco酶、蔗糖磷酸合成酶、硝酸盐还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的提高有关。这些酶的活性在HM-2270中最高，其次是GH-Uhad。氮供应上调了测试基因型中硝酸盐转运蛋白（GhNRT1.1、GhNRT2.1和GhNRT2.2）的表达；因此，高效利用氮的基因型的表达更强且更持久，这与它们更好的氮吸收和同化能力一致。棉花幼苗中氮利用效率的提高与根系形态、硝酸盐转运蛋白表达、气孔特性和氮同化酶之间的功能性相互作用有关，这些因素共同增强了在不同氮供应条件下的生长可塑性和氮平衡。

图解摘要

氮（N）的供应限制会降低棉花的产量；然而，在氮供应不足的情况下调节氮利用效率（NUE）的生理机制仍不清楚。在这项研究中，研究人员在低氮（0.5 mmol L?1）和充足氮（5 mmol L?1）条件下种植了两种高效利用氮的基因型（HM-2270和GH-Uhad）和两种低效利用氮的基因型（Z-50和FH-444），以探讨氮的吸收、同化和利用机制及其与生长表现、生理特性和分子反应之间的关系。在两种氮供应条件下，高效利用氮的基因型在所有评估的性状上都优于低效利用氮的基因型。HM-2270表现出最高的生物量积累、叶面积和有利的气孔特性，而Z-50的生长表现最差。尽管FH-444的细胞间二氧化碳浓度（Ci）最高，但高效利用氮的基因型仍保持了显著较高的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（E）以及叶绿素含量。生理表现的改善与Rubisco酶、蔗糖磷酸合成酶、硝酸盐还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的提高有关。这些酶的活性在HM-2270中最高，其次是GH-Uhad。氮供应上调了测试基因型中硝酸盐转运蛋白（GhNRT1.1、GhNRT2.1和GhNRT2.2）的表达；因此，高效利用氮的基因型的表达更强且更持久，这与它们更好的氮吸收和同化能力一致。棉花幼苗中氮利用效率的提高与根系形态、硝酸盐转运蛋白表达、气孔特性和氮同化酶之间的功能性相互作用有关，这些因素共同增强了在不同氮供应条件下的生长可塑性和氮平衡。

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