Kuanyu Zhu, Yuemei Xu, Zhiwei Sun, Yajun Zhang, Weiyang Zhang, Yunji Xu, Junfei Gu, Hao Zhang, Zhiqin Wang, Lijun Liu, Jianhua Zhang, Jianchang Yang
调整叶片氮分布来匹配光梯度分布,对于促进作物冠层干物质生产和提高氮利用效率至关重要。然而,有关根源细胞分裂素梯度与水稻叶片氮分布之间的关系及其对干物质生产的影响和潜在机制,知之甚少。本研究采用了2个粳型氮高效品种(NEVs)和2个粳型氮低效品种(NIVs)种植于大田,且它们之间光消减系数(KL)差异较小,设置了4个施氮量(0、90、180和360 kg N ha−1)水平。结果表明,在较低的施氮量(0-180 kg N ha−1)下,与NIVs相比,NEVs在成熟期具有较高的地上部干物重、产量和植株内在氮利用率(IEN),但两类品种的总吸氮量接近。与NIVs相比,NEVs在灌浆中前期,叶片中呈现出更大的氮分布梯度,即较高的氮衰减系数(KN);较大的氮分布梯度在较低的施氮量下,促进了NEVs花后的光合生产。此外,与NIVs相比,NEVs叶片中玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)梯度较大(即上部叶与下部叶之间的Z+ZR水平比值高)、下部叶中氮输出和根中装载细胞分裂素的关键基因表达水平较高以及上部叶中氮同化相关的酶活性也较强。相关分析和随机森林分析表明,Z+ZR梯度、KN和干物质生产之间呈极显著正相关,并且较大的Z+ZR梯度促进了氮在下部叶片中的输出和在上部叶片中的同化,对KN和干物质生产具有显著的贡献作用。 这一过程也与NEVs较高的根系活性密切相关,包括根系氧化力、根中Z+ZR含量和Z+ZR的装载能力。我们通过往根部浇灌根系活性促进剂和抑制剂验证了这一结果。有趣的是,在施氮量为360 kg N ha−1时,NEVs和NIVs都展现出无差异的植物性状且达到了超高产水平(产量超过10.5 t ha−1),但两类品种的IEN非常低。总之,水稻叶片中较高的Z+ZR梯度可以提高KN和干物质生产,但需要保持较高的根系活力,进而获得高产和氮高效利用。今后需要进一步探索和开发减氮的栽培措施,以实现氮高效水稻品种的超高产潜力。