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选育和推广高产耐低氮与氮高效的作物品种，是解决我国粮食安全和资源、环境问题的重要途径之一。在减氮条件下，探明夏玉米耐低氮的生理与分子机制具有重要意义。本研究以高产耐低氮品种先玉335(XY335)、郑单958(ZD958)和低产氮敏感品种华农138(HN138)为供试材料，在大田试验条件下，设置不同供氮水平，系统研究了供氮水平对不同耐低氮特性夏玉米品种植株体内氮素分配转运、花后叶片中氮代谢相关基因表达变化，以及根系生长发育的影响，主要研究结果如下:
1.研究了供氮水平对不同耐低氮特性夏玉米品种氮素分配与转运及产量的影响。在所有氮水平下，耐低氮玉米品种XY335和ZD958表现出更高的籽粒产量，平均比氮敏感玉米品种HN138高14.57％和11.25％。在低氮供应条件下，XY335和ZD958籽粒产量的降低幅度小于HN138;营养器官(叶片和茎秆)氮素转运量和转运效率和花后氮素同化量也显著高于HN138，其中，XY335和ZD958叶片氮素转运量和转运效率表现更加显著，分别比HN138高26.05％和17.64％、15.17％和12.53％。XY335和ZD958具有更高的花前营养器官氮素转运量和花后氮素同化量，使得籽粒氮素积累量增加，氮素收获指数和利用效率得到提高，从而提高了籽粒产量。
2.研究了供氮水平对不同耐低氮特性夏玉米品种花后叶片光合速率及氮素转移变化的影响。在所有氮水平下，与氮敏感玉米品种HN138相比，耐低氮玉米品种XY335和ZD958花后叶片氮转移、净光合速率和光合氮利用效率均显著提高，叶片氮素转移效率分别提高9.68％和8.75％，净光合速率分别提高11.97％和9.71％，光合氮利用效率分别提高11.34％和9.22％。同时，XY335和ZD958在生育后期具有较高的叶片氮素同化酶活性，且随生育进程的推进叶片氮素同化酶降低缓慢。XY335和ZD958叶片中能保持较高的光合氮利用效率与氮代谢同化酶活性，两者促进花后叶片中氮素向籽粒转移，实现氮素高效吸收与高效转运的协调。
3.研究了供氮水平对XY335和HN138花后叶片中氮同化与转移过程中相关基因表达变化的影响。在低氮供应条件下，XY335叶片中衰老相关基因ZmSee2β花后表达量低，氮素同化基因ZmNR、ZmGAGOT、ZmAspAT1.3和氮素再转移基因ZmGS1-1、ZmGS1-2、ZmGS1-3、ZmGS1-4和ZmGS2ZmGDH1花后表达量高。尤其是在灌浆期，XY335叶片中ZmNR、ZmGS1-3和ZmGS1-4的表达量为HN138的1.4倍以上，较高的基因表达水平有利于促进XY335叶片中氮素同化和再转移。
4.研究了供氮水平对XY335和HN138根系生长发育及微观结构的影响。在所有氮水平下，与HN138相比，XY335具有较大的根长密度、总表面积、生物量和根系活力，吐丝后单株氮素积累显著增加，发达的根系促进了地上部生长。高产耐低氮玉米品的根系构型为根长密度高、总表面积大，根系活力强;在低氮下仍能保持较大的根长密度，根系皮层通气组织发达，导管直径增大。
从以上结果与分析得出如下初步结论:①先玉335和郑单958是高产耐低氮与氮素再转运效率高的玉米品种。②在玉米灌浆阶段，先玉335叶片中ZmNR,ZmGS1-3和ZmGS1-4的表达水平高，ZmNR，ZmGS1-3和ZmGS1-4是提高玉米耐低氮能力和氮素利用效率的关键基因。③先玉335具有发达的根系构型，表现为根长密度大、根系生物量大，根系皮层通气组织发达。
1.研究了供氮水平对不同耐低氮特性夏玉米品种氮素分配与转运及产量的影响。在所有氮水平下，耐低氮玉米品种XY335和ZD958表现出更高的籽粒产量，平均比氮敏感玉米品种HN138高14.57％和11.25％。在低氮供应条件下，XY335和ZD958籽粒产量的降低幅度小于HN138;营养器官(叶片和茎秆)氮素转运量和转运效率和花后氮素同化量也显著高于HN138，其中，XY335和ZD958叶片氮素转运量和转运效率表现更加显著，分别比HN138高26.05％和17.64％、15.17％和12.53％。XY335和ZD958具有更高的花前营养器官氮素转运量和花后氮素同化量，使得籽粒氮素积累量增加，氮素收获指数和利用效率得到提高，从而提高了籽粒产量。
2.研究了供氮水平对不同耐低氮特性夏玉米品种花后叶片光合速率及氮素转移变化的影响。在所有氮水平下，与氮敏感玉米品种HN138相比，耐低氮玉米品种XY335和ZD958花后叶片氮转移、净光合速率和光合氮利用效率均显著提高，叶片氮素转移效率分别提高9.68％和8.75％，净光合速率分别提高11.97％和9.71％，光合氮利用效率分别提高11.34％和9.22％。同时，XY335和ZD958在生育后期具有较高的叶片氮素同化酶活性，且随生育进程的推进叶片氮素同化酶降低缓慢。XY335和ZD958叶片中能保持较高的光合氮利用效率与氮代谢同化酶活性，两者促进花后叶片中氮素向籽粒转移，实现氮素高效吸收与高效转运的协调。
3.研究了供氮水平对XY335和HN138花后叶片中氮同化与转移过程中相关基因表达变化的影响。在低氮供应条件下，XY335叶片中衰老相关基因ZmSee2β花后表达量低，氮素同化基因ZmNR、ZmGAGOT、ZmAspAT1.3和氮素再转移基因ZmGS1-1、ZmGS1-2、ZmGS1-3、ZmGS1-4和ZmGS2ZmGDH1花后表达量高。尤其是在灌浆期，XY335叶片中ZmNR、ZmGS1-3和ZmGS1-4的表达量为HN138的1.4倍以上，较高的基因表达水平有利于促进XY335叶片中氮素同化和再转移。
4.研究了供氮水平对XY335和HN138根系生长发育及微观结构的影响。在所有氮水平下，与HN138相比，XY335具有较大的根长密度、总表面积、生物量和根系活力，吐丝后单株氮素积累显著增加，发达的根系促进了地上部生长。高产耐低氮玉米品的根系构型为根长密度高、总表面积大，根系活力强;在低氮下仍能保持较大的根长密度，根系皮层通气组织发达，导管直径增大。
从以上结果与分析得出如下初步结论:①先玉335和郑单958是高产耐低氮与氮素再转运效率高的玉米品种。②在玉米灌浆阶段，先玉335叶片中ZmNR,ZmGS1-3和ZmGS1-4的表达水平高，ZmNR，ZmGS1-3和ZmGS1-4是提高玉米耐低氮能力和氮素利用效率的关键基因。③先玉335具有发达的根系构型，表现为根长密度大、根系生物量大，根系皮层通气组织发达。