【摘 要】
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氮素是蛋白质、叶绿体和核酸等有机物的重要组成元素,与玉米叶片光合作用和根系形态建成密切相关。本研究以玉米自交系PH6WC和PH4CV幼苗为研究对象,采用水培方式,通过低氮（0.04 mmol·L-~1）和正常氮素水平（4 mmol·L-~1）处理,在分析其表型和生理性状动态变化的基础上,进一步利用转录组技术分析玉米叶片体内的基因表达情况,筛选碳氮类转运关键基因,为解析低氮下玉米碳氮分配的机制积累有
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氮素是蛋白质、叶绿体和核酸等有机物的重要组成元素,与玉米叶片光合作用和根系形态建成密切相关。本研究以玉米自交系PH6WC和PH4CV幼苗为研究对象,采用水培方式,通过低氮（0.04 mmol·L-~1）和正常氮素水平（4 mmol·L-~1）处理,在分析其表型和生理性状动态变化的基础上,进一步利用转录组技术分析玉米叶片体内的基因表达情况,筛选碳氮类转运关键基因,为解析低氮下玉米碳氮分配的机制积累有价值的信息和资料。主要研究结果如下:1.两玉米自交系的叶片对低氮胁迫的反应在基因型间存在明显差异。与正常氮素水平处理相比,低氮胁迫下,PH6WC第2叶生物量、叶面积、SPAD值、净光合速率、氮素积累量、可溶性糖含量、淀粉含量在8 d的降低幅度分别为27.9%、49.1%、98.5%、94.5%、59.2%、30.4%、25.6%,氮物质生产能力和碳氮比分别在8 d时增加了76.7%、87.1%,而第3叶相关性状变化幅度较小;PH4CV第2叶叶面积、SPAD值、净光合速率、氮素积累量、可溶性糖含量、淀粉含量在8 d的降低幅度分别为8%、66.7%、77.8%、29.7%、13.7%、27.1%,氮物质生产能力在8 d时增加了33.4%,而第3叶生物量在8 d降幅为11.3%,其它性状变化幅度较小。两自交系第2叶片的变化时间均早于第3叶片,且耐低氮型玉米自交系PH4CV这些指标的降幅小于低氮敏感型玉米自交系PH6WC,PH6WC比PH4CV提前衰老,PH4CV拥有更强的碳氮平衡能力,其叶片衰老相对滞后。2.与正常氮素相比,在低氮胁迫下,PH6WC根干重在8 d显著增大了51%,总根长、根表面积、根体积和根尖数4个根系性状均明显增大了27%、30%、41%和126%,而PH4CV根干重在8 d显著增大了61%,总根长、根表面积、根体积和根尖数4个根系性状均明显增大了61%、60%、53%和103%。其中根尖数对低氮胁迫的差异反应更为明显,使得根冠比增大,地上部干重增加缓慢;两自交系各叶片、地上部全氮含量、积累量降低,根系全氮含量及积累量均比对照增大,其中PH6WC地上部氮积累量在8 d时降低了42%,根系氮积累量增加了73%,而PH4CV地上部氮积累量在8 d时降低了31%,根系氮积累量增加了87%,两自交系氮素在根系中的分配显著增加;第1、2片叶、地上部和根系蔗糖、果糖、可溶性糖浓度及积累量上升,其中PH6WC地上部蔗糖、果糖、可溶性糖积累量在2-8 d的最大增幅为16%、22%、29%,根系地上部蔗糖、果糖、可溶性糖积累量最大增幅为42%、29%、34%,而PH4CV地上部蔗糖、果糖、可溶性糖积累量最大增幅为31%、22%、14%,根系地上部蔗糖、果糖、可溶性糖积累量最大增幅为120%、106%、35%;根系性状与根系氮含量及其积累量、根系糖积累量的相关系数分别在86%、89%、64%以上,呈极显著或显著正相关,表明根系性状的变化与根系中的碳氮分配有关。3.转录组测序结果显示,相较于正常氮素,低氮胁迫下,众多碳氮转运基因在叶片和根系中发生差异表达。其中20个氮素转运基因和31个糖转运基因在叶片中差异表达,18个氮素转运基因和4个糖转运基因在根系中差异表达。转录因子Zmb ZIP27（Zm00001d002143）、Zm HSF28（Zm00001d046299）和Zm NAC104（Zm00001d018435）及蛋白激酶Zm CRK2（Zm00001d010945）与Zm NRT7.2（Zm00001d017666）和Zm STP7（Zm00001d020463）表达模式一致,且同叶片和根系中碳氮分配的变化一致,推测这6个基因有助于协调低氮胁迫下玉米幼苗叶片和根系中氮素和糖的积累,可能为玉米碳氮分配的关键基因。
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