玉米毛状根再生植株氮高效利用生理机制初析.docVIP

玉米毛状根再生植株氮高效利用生理机制初析 　　摘要： 以玉米毛状根再生植株为材料，探究玉米毛状根再生植株氮高效利用生理机制。采用水培试验设计，对六叶期植株根系形态学指标、叶片氮含量、SPAD值及光合作用特性进行测定。结果表明，毛状根再生植株根系形态指标、固氮能力、SPAD值以及光合作用参数明显高于对照组。毛状根再生植株的根系发达，促进了生长环境中氮营养元素吸收，提高了植株的氮利用效率，进而提高了植株光合能力。本试验为玉米氮高效利用生理机制研究提供了理论基础。 　　关键词： 玉米；毛状根再生植株；氮肥固定效率；高效利用；光合特性；生理机制 　　中图分类号： S513.06 文献标志码： A 　　文章编号：1002-1302（2017）22-0064-03 　　良好的根系形态有利于提高玉米对水分以及营养的吸收与积累。氮是作物必需的大量营养元素之一，不仅是蛋白质合成的主要成分，还是叶绿素、植物激素等的重要组成成分[1]。 玉米叶片的生长与氮的吸收之间有着显著的关系，氮能够影响玉米叶片的生长及光合作用能力，缺氮能够抑制植物的生长速率和作物质量[2-3]。因此，高效的氮吸收对作物的生长有着重要的影响[4]。光合作用直接受叶片氮含量的影响，叶片光合作用速率是判断和分析作物生长以及营养状况的重要指标[5]。前人研究发现，RuBPcase酶是植物光合作用的关键酶，Makino等在对玉米和水稻氮高效利用的研究中发现植株叶片氮含量与RuBPcase酶有着重要关系[6]。 　　毛状根再生植株是通过发根农杆菌介导的基因对植物体进行遗传转化后获得的，毛状根再生植株在形态学上表现根系发达，侧根增多[7]。徐洪伟等发现在水分胁迫下，毛状根再生植株的根系形态指标较对照组显著提高[8]。徐洪伟等通过研究玉米毛状根再生植株在水分胁迫下的生理指标发现，玉米毛状根再生植株的光合速率、蒸腾速率、细胞间隙CO2浓度、气孔导度均高于对照组[9]。 　　本研究采用笔者所在实验室具有自主知识产权的玉米毛状根再生植株为材料，以吉单35自交系为对照，对玉米毛状根再生植株六叶期叶片氮元素含量、SPAD值、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、水分利用效率（WUE）、水蒸气压亏缺（VPD）、根系形态学指标（植株总根长、总投影面积、总表面积、平均根系直径、总根体积、根尖数、分支数、交叉数）进行测定，为提高玉米氮肥固定效率、研究玉米氮高效机制提供了理论基础。 　　1 材料与方法 　　1.1 试验材料 　　1.1.1 植物材料 　　毛状根再生植株：笔者所在实验室具有自主知识产权的玉米毛状根再生植株（ 发根农杆菌介导的吉单35转化株）[7]。对照组：吉单35自交系，吉林省农业科学院惠赠。 　　1.1.2 培养液组成 　　Hoagland营养液组成：K2SO4 0.75 mmol/L，KH2PO4 0.25 mmol/L，MgSO4?7H2O 0.65 mmol/L，EDTA-Na-Fe 0.1 mmol/L，H3BO3 1.0×10-2 mmol/L，MnSO4?H2O 1.0×10-3 mmol/L，ZnSO4?7H2O 1.0×10-3 mmol/L，CuSO4?5H2O 1.0×10-4 mmol/L，（NH4）6Mo7O24?4H2O 5.0×10-6 mmol/L。 　　1.1.3 主要仪器设备 　　CIRAS-3便携式光合荧光测定仪，KN580全自动凯氏定氮仪，根系分析系统WinRhizo 2012b，TYS-A叶绿素测定仪等。 　　1.2 试验方法 　　采用水培试验设计，选择大小均?蛞恢碌挠衩字肿樱?2%次氯酸钠消毒 10 min后用去离子水冲洗3次，后转移到培养箱中催芽，待种子露白后于室温下暗室培养。两叶一心时精选生长状态相似的幼苗，去胚乳，移至pH值5.6±0.1的营养液中培养。毛状根再生植株和对照组每个品种12棵，营养液用电动气泵连续通气，每4 d更换1次营养液。营养中NO3-浓度控制为2.0 mmol/L，试验中所需氮以Ca（NO3）2?4H2O供给。使玉米植株在适量氮条件下生长，待玉米植株生长到六叶期时进行叶片氮元素含量、SPAD值、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、水分利用效率（WUE）、水蒸气压亏缺（VPD）、根系形态学指标测定，3次重复。 　　1.3 毛状根植株根系分析 　　用剪刀从轴根基部将轴根剪下，然后将根系置于根盘内，利用WinRhizo根系分析系统进行扫描，将获得的图像经WinRhizo 2012b分析程序进行分析，得到总根长、根体积、总根投影面积等根系形态学指标数据。 　　1.4 叶片氮含量测定 　　叶片氮含量测定采用