根系形态在玉米高效获取氮素中的作用及其生理调节机制

提高植物吸氮量对于提高氮肥利用率具有重要意义,但作物高效吸收氮素的生理学机制并不很清楚。根系形态和硝酸盐吸收速率（硝酸盐转运系统活性）是决定作物吸氮能力的两个因素。以两个玉米自交系（478,吸氮能力强;Wu312,吸氮能力弱）为材料,采用营养液培养法,比较了根系与硝酸盐吸收速率在吸氮量中的相对贡献。在明确根系生长是决定氮吸收能力基因型差异的基础上,探讨了激素（细胞分裂素和生长素）在硝酸盐调节玉米根生长中的作用。主要结果和结论如下: 1.在7天的间隔期内,478的吸氮量、根干重净增量和根长净增量都高于Wu312,但平均吸氮速率和最大潜在吸氮速率均低于Wu312。478的叶片扩展能力显著高于Wu312,两个基因型的叶片净光合速率没有差异。吸氮净增量和叶面积净增量呈显著正相关。因此认为,地上部（叶片）生长能力为478高效吸氮提供了氮库的需求,这种氮的需求主要依赖于增强根系生长而满足,硝酸盐吸收系统的活性不是两个基因型氮素吸收能力差异的决定因素。 2.与Wu312相比,氮高效基因型478具有很强的氮素同化能力,表现在:（1）地上部及根中的硝酸还原酶活性均较高;（2）根部、木质部伤流液中及地上部NO3-含量较低;（3）地上部和韧皮部向根运输的氨基酸含量较高。地上部硝酸盐可能是调节根系生长的负反馈信号,而韧皮部向根运输的氨基酸可能负反馈调节硝酸盐转运系统活性。因此,478较高的氮素同化能力在一定程度上解释了其根系生长能力强、而硝酸盐吸收系统活性弱的特性。 3.在高浓度NO3-供应条件下,478根伸长显著缩短,侧根发生部位距根尖的距离变短、根冠变薄,根伸长区膨大。这些均与前人文献中外源细胞分裂素引起的现象相同。分析表明,硝酸盐供应显著增加478根中的内源细胞分裂素（Z+ZR）含量,外源细胞分裂素（6-BA）则抑制低浓度硝酸盐引起的根伸长,并使根尖伸长区膨大、根冠变短、侧根距根尖距离缩短。在Wu312中,高浓度硝酸盐供应未引起根尖形态的变化,相应地,其根内Z+ZR含量也没有影响。因此推测,高浓度硝酸盐通过调节细胞分裂素活性,进而影响根尖的正常功能,最终调节根伸长及侧根生长。 4.根尖功能与生长素运输、根尖的卸载及根中的分布有密切关系。研究发现,玉米根中的生长素（IAA）在近根尖部位（0—10cm）含量最高,沿根尖至根基部方向降低。高浓度NO3-下调了经由韧皮部向根中运输的IAA浓度,使根尖至根基部方向IAA的浓度梯度下降。外源生长素（NAA）能够缓解高浓度NO3-对根伸长的抑制作用,增加侧根数目,促进侧根伸长。表明硝酸盐可能通过影响IAA运输及其在根中分配而调节根的形态建成。