葛 敏 王元琮 宁丽华 胡梦梅 石 习 赵 涵

江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所 / 江苏省农业生物学重点实验室, 江苏南京 210014

氮素(nitrogen, N)是植物生长发育需求量最大的矿质营养元素, 也是促进作物增产的最关键因素之一[1-2]。玉米是我国重要的粮食、饲料和生物能源作物, 对我国的粮食安全具有举足轻重的战略作用。玉米的产量对氮肥施用量依赖度极高, 农户往往通过大量施加氮肥以保障玉米产量[3]。然而, 氮肥过度施加, 不仅增加生产成本, 造成资源浪费, 还引发水体富营养化和土壤酸化等环境问题[4]。因此,为了农业的绿色发展, 研究玉米氮素高效利用机制并挖掘其中重要的调控基因, 具有重要的经济和社会现实意义, 有助于在保障作物高产的同时降低肥料的施用[5]。

玉米主要通过根部吸取土壤中以硝态氮(NO3-)为主的氮素, NO3-也可作为信号分子协同调控植物氮代谢途径中关键基因的表达, 影响植株氮响应和生长发育过程[6-7]。NO3-进入根部细胞后由硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)转化为亚硝酸盐(NO2-), 再由亚硝酸还原酶(nitrite reductase, NIR)将NO2-快速转化成铵态氮(NH4+)。NH4+结合谷氨酸通过GS/GOGAT循环同化形成谷氨酰胺, 谷氨酰胺作为活跃的氨基供体参与到氮素的多种代谢过程[8]。

应对不同氮素环境, 植物拥有多层感应和适应机制以响应氮营养元素的利用, 上述适应性的反应即为 “氮响应”, 其包括植物形态和生理上的反应。例如: 低氮环境下, 植株主根伸长生长, 以促进植株寻找更多氮源; 高氮环境下, 植株激发侧根组织的萌发[9-10]。……