马铃薯氮高效材料筛选及氮代谢关键酶基因表达量差异

马铃薯氮高效材料筛选及氮代谢关键酶基因表达量差异

通过施用氮肥来增加产量是马铃薯生产中采用的主要农业措施之一。但盲目的过度施氮不但会减低块茎的产量和品质,还会造成氮素利用率的下降、资源浪费,并增加环境污染的风险。

因此,在保证产量与品质的同时减少氮肥的施用,以此提高氮肥利用率成为热门研究领域。优化氮肥施用技术可以有效提高氮肥利用率,除此之外,氮高效育种也是提高氮素利用率的途径之一。

为了明确东北地区马铃薯不同基因型在氮素利用方面的差异,本研究首先采用盆栽试验,在3个氮素水平(低、中、高)下对11个主栽品种进行了苗期的初步筛选,并对筛选指标进行评价。再通过3个氮素水平(低、中、高)下的田间试验,对筛选出来的具有代表性的品种在形态、生理及相关基因表达上的差异进行比较分析,为今后马铃薯氮高效基因型筛选与利用提供理论依据。

试验主要结论如下:(1)东农310、延薯4号、克新13号、克新22号等马铃薯品种苗期氮素积累量随着供氮水平的提高增加幅度显著,对氮素的响应度高;东农311、东农312、东农316、延薯7号、延薯9号、克新19号、大西洋等马铃薯品种氮素积累量随供氮水平的提高增加幅度略低,对氮素的响应度较低。对氮素响应度高的基因型其生理和形态指标等随着供氮水平的提高显著增加,对氮素响应度低的基因型氮处理间差异不显著。

(2)苗期低氮胁迫下氮素积累量与含氮量、根系活力、SPAD值、干物重、氮代谢关键酶活性呈正相关,高氮下氮素积累量与酶活性和干物重呈正相关,而与SPAD、根系活力呈负相关。可将NR活性、NiR活性、GS活性、GOGAT活性、干物质、含氮量等指标用作衡量苗期时马铃薯氮素吸收效率的主要指标,SPAD值和

根系活力作为辅助指标。

(3)低氮胁迫下东农310、克新22号、延薯9号、东农311产量均较高,增施氮肥后东农310、克新22号产量仍增加,氮处理间产量差异显著;延薯9号、东农311在增施氮肥后产量增加不显著;大西洋在低氮和高氮下产量均较低,且增幅不显著。氮肥适度增加,对氮素响应度高的东农310和克新22号产量增幅大于对氮素响应度低的延薯9号、东农311和大西洋。

东农310、克新22号含氮量、氮素积累量、根系活力、SPAD值、干物重、氮代谢关键酶活性随施氮量增加而显著提高,东农311、延薯9号和大西洋氮处理间差异不显著。(4)低氮胁迫下克新22号和东农310氮代谢酶基因表达量大于延薯9号、东农311和大西洋,高氮下克新22号和东农310的NR基因表达量增加显著;延薯9号和东农311在低氮胁迫与高氮下时NR基因表达量较大西洋高,但氮处理间差异不显著;大西洋在低氮胁迫和高氮下NR基因表达量均较低。

(5)高氮素响应度品种东农310与克新22号的氮代谢酶基因表达模式存在差异,东农310的NR基因和GS-3基因表达量高,克新22号的NiR基因和FdGOGAT 基因表达量高,预测各基因在两品种氮代谢通路上的贡献率不同。