甘蓝型油菜（以下简称为油菜）是我国重要的油料作物之一,但其需肥量高、利用效率偏低。充分挖掘油菜遗传潜力提升油菜氮效率是降低肥料投入、实现油菜绿色可持续发展的有效途径之一。然而,充分了解油菜氮高效的生理机理是提升油菜氮效率的前提和基础。基于上述研究背景,本实验以一对氮效率差油菜种质为材料,利用水培试验从植株表型、根系形态结构、养分协同、氮吸收、转运和利用等方面揭示油菜氮高效的生理机制。主要研究结果如下:1.在正常供氮条件下,氮效率差异油菜植株表型、氮累积量和总氮利用率差异较小,低氮胁迫加大了种质间的差异,氮高效型油菜生物量大于氮低效型油菜,为低氮高效类型。低氮胁迫抑制了油菜的生长,生物量显著减少,但是促进了主根和侧根伸长,根冠比增加。生物量与根系形态相关性分析表明低氮胁迫下,油菜干物质的累积对根系总根长、总表面积、体积、侧根数、主根长、根部生物量的依赖程度增加。低氮胁迫下氮高效型油菜根系总根长、表面积、体积、侧根数和主根长分别比氮低效型油菜高30.96%、22.02%、24.13%、28.20%和40.62%,且根冠比更为合理。进一步对主根细胞结构观察发现:低氮胁迫下,氮高效型油菜根尖分生区细胞分裂数目和伸长区细胞长度均大于氮低效型油菜,说明低氮胁迫下氮高效型油菜可通过促进主根细胞分裂、增加伸长区细胞长度来促进主根生长,从而适应低氮胁迫。因此,较为发达的根系形态是油菜氮高效的基础。2.低氮胁迫下油菜氮磷钾累积量均显著小于正常水平;而氮高效型油菜氮磷钾累积量降低幅度较小,且氮磷钾累积量均显著大于氮低效型油菜,分别是氮低效型油菜的2.02、1.89和3.37倍,养分间的协同效果更加明显,养分吸收能力也更加突出。低氮胁迫下油菜对NO₃^-、NH₄⁺的亲和力显著增加,根系吸收动力参数测定结果表明油菜氮饥饿胁迫下对NO₃^-、NH₄⁺吸收速率均显著小于正常氮水平,但氮高效型油菜对NO₃^-、NH₄⁺吸收速率显著大于氮低效型油菜。通过¹⁵N同位素吸收法测定油菜氮饥饿胁迫下油菜对NO₃^-、NH₄⁺的吸收能力,结果表明油菜更倾向于吸收NH₄⁺。此外,氮高效型油菜对NO₃^-、NH₄⁺的吸收能力显著大于氮低效型,对NH₄⁺的转运效率亦是如此,而对NO₃^-的转运二者无显著差异。因此,高效的NO₃^-、NH₄⁺吸收速率和NH₄⁺转运速率是氮高效型油菜氮积累能力强的可能原因。3.低氮胁迫下油菜氮生理利用率显著增加,氮高效型油菜生理利用效率显著大于氮低效型油菜,且植株游离氨基酸含量、叶片谷氨酰胺合成酶和根系硝酸还原酶活力也显著大于氮低效型油菜。因此,高效的氮同化能力为植株形态构建提供了有利的物质基础,是油菜氮高效的重要原因之一。