不同小麦品种GS同工酶表达差异与氮效率关系的研究
发布时间：2021-09-28 13:14
采用大田与盆栽相结合的方法,以高氮高效型（HH）:周麦27、郑麦366;高氮低效型（HL）:周麦28、开麦20;低氮高效型（LH）:漯麦18、豫麦49-198和低氮低氮型（LL）:西农509、矮抗58这8个品种为研究对象,分析了三个氮水平（N0:0 kg/ha,N120:120 kg/ha,N225:225 kg/ha）下这些品种的产量及其构成、氮效率特征、氮素的积累和分配特征以及籽粒灌浆特性。同时,研究了小麦器官不同发育时期的氮代谢特征,包括氮代谢物的含量和相关代谢酶的活性,测定了GS同工酶的蛋白亚基表达和基因表达。利用相关性分析,回归分析和灰色关联度分析的方法,分析了GS1,GS2和GS2m三种同工酶和氮效率的具体关系。以期明确不同氮效率小麦品种的GS同工酶表达特征及其时空分布,探究GS同工酶对小麦氮效率的主要调控方式,为不同小麦的优质高效栽培和氮高效品种选育提供参考和理论依据。结果表明:（1）施氮量对氮低效品种的影响大于氮高效品种,且氮水平与氮效率指标均呈负相关关系,氮低效品种的氮效率提高潜力高于氮高效品种;（2）氮素在籽粒中的积累和分配量与氮素利用效率呈显著正相关,且氮高效品种...
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内氮素吸收同化过程及其酶（Betti[44]etal.，2012）
7为其他氨基酸的合成提供代谢底物[47]。因此，GS/GOGAT循环被认为是高等植物体内进行氨同化的最主要途径[48]。前人研究表明，高等植物体内通过此循环进行的NH4+同化超过总同化量的95%以上[49]，因此它作为植物体内无机氮转化为有机氮的枢纽，对氮素同化起着至关重要的作用。谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）作为植物形成其他氨基酸合成蛋白质的主要前体底物，也是氮素储备和运输的主要形式[46]。图1-2高等植物体内同化氨的GS/GOGAT循环Figure1-2Theglutaminesynthetase-glutamatesynthase(GS/GOGAT)cycleinhigherplantsKichey等通过主成分分析法（PrincipalComponentAnalysis，PCA）表明，小麦氮代谢生理指标的第一主成分为GS酶活性、总氮、蛋白质含量、氨基酸含量和叶绿素含量，且发现蛋白质含量、氨基酸含量和总氮与开花期小麦的旗叶GS活性呈显著正相关关系，而与硝酸还原酶（NR）活性无显著相关性[50,51]；并且在玉米、水稻等作物上越来越多的研究表明，GS酶不但是控制植物生长和产量的核心，而且直接与氮利用效率相关联[52-56]，表明GS是小麦氮素吸收与同化的关键酶[57]。1.2.2小麦氮素的转移与再利用光合器官将氮素同化产物谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）等氨基酸向库器官（sink）运输的过程称为小麦的氮素转移。将衰老器官中蛋白质等含氮有机化合物降解释放出的NH4+以及光呼吸中产生的NH4+重新同化成Gln和Glu等化合物，并运输到库器官的过程，称为氮素的再利用[50]。在小麦生长发育的不同时期，氮素转移及再利用呈现不同的特点。拔节期之前，小麦为了根蘖的形态更有利建成，氮素主要由绿色光合器官（功能叶，倒二叶等）向新生组织、有效分蘖及根部中运输，其次是衰老叶片（茎基部位叶片）向新生叶片?
302.2.4不同小麦品种叶片形态的差异从图2-1可以看出，不同氮效率小麦品种的小麦旗叶对氮肥的响应不同。在N0条件下，小麦叶片旗叶均较小，其中叶面积最大的品种为YM49，叶面积最小的品种为HL型品种开麦20和LL型品种AK58，且表现为叶色较浅；在N225条件下，叶片面积最大的品种为LL型品种AK58，其次为XN509，叶片面积最小的品种为LH型品种LM18和HL型品种KM20；在N120处理下，叶面积最大的品种为LH型品种YM49和HH型品种ZM27，表明在减氮处理下（N120），氮高效型品种具有较大的叶面积。例如，在减氮处理下，LH型品种YM49的叶长为22.2cm，LL型品种XN509的叶长为18.9cm，YM49较XN509叶片长度长17.46%，且叶色明显深于XN509。叶片面积和叶色在一定程度上可以表征叶片光合能力的强弱。从图中可以看到，不同品种的叶片形态随氮肥处理的影响差异较大，如HH型品种ZM366和LL型品种AK58随着氮肥的增多，表面积呈现明显增大的趋势，但LH型品种YM49，随着氮肥的增多，叶面积增大幅度小于ZM366，这可能由品种本身的基因型决定，对氮肥处理较敏感。图2-1不同小麦品种开花期旗叶叶片形态的研究Figure2-1StudyontheflagleafmorphologicalofdifferentwheatgenotypesunderdifferentNlevel
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进小麦供给侧结构性改革的思考——以河南优质专用型小麦产业为例[J]. 路燕,周正富,王强,吴政卿,许保疆,李豪,田云峰. 农业科技管理. 2017(01)
[2]我国小麦进出口贸易发展现状、原因及对策[J]. 王新华,鲁艳,王锐,杜江. 农业经济. 2017(01)
[3]不同氮效率小麦的氮代谢特征及GS酶活性与氮代谢指标的相关性研究[J]. 周晓明,张志勇,王小纯,熊淑萍,韩锦峰,马新明. 河南农业科学. 2016(09)
[4]施钾对甘薯氮素转移分配及氮代谢酶活性的影响[J]. 汪顺义,刘庆,史衍玺,李欢. 应用生态学报. 2016(11)
[5]不同水氮水平下小麦品种对光、水和氮利用效率的权衡[J]. 张凯,陈年来,顾群英. 应用生态学报. 2016(07)
[6]氮循环与中国农业氮管理[J]. 王敬国,林杉,李保国. 中国农业科学. 2016(03)
[7]氮高效利用水稻碳氮代谢物含量的变化特征[J]. 阮新民,施伏芝,从夕汉,罗志祥. 作物杂志. 2015(06)
[8]水分管理调控水稻氮素利用研究进展[J]. 曹小闯,李晓艳,朱练峰,张均华,禹盛苗,吴良欢,金千瑜. 生态学报. 2016(13)
[9]春性和半冬性小麦花后旗叶和籽粒氮代谢关键酶活性的差异[J]. 董召娣,易媛,张明伟,郭明明,朱新开,封超年,郭文善,彭永欣. 麦类作物学报. 2015(08)
[10]减氮处理对不同小麦品种干物质积累及氮素转运特性的影响[J]. 熊淑萍,吴延鹏,王小纯,马新明,杜盼,吴懿鑫. 麦类作物学报. 2015(08)
博士论文
[1]氮素供应及衰老对小麦铁锌转移及其在籽粒中累积的影响[D]. 赵蓉蓉.中国农业大学 2014
[2]花后弱光对小麦产量和蛋白质品质的影响及氮素调控研究[D]. 陈二影.山东农业大学 2012
[3]小麦氮素利用效率的生理生态与氮肥调控研究[D]. 孙传范.南京农业大学 2002
硕士论文
[1]黄淮麦区不同小麦品种的产量及其相关因素分析[D]. 张明响.中国农业科学院 2013
[2]不同菠菜基因型氮素吸收与利用效率的差异及机理研究[D]. 刘敏娜.浙江大学 2012
[3]不同栽培模式对西北旱地春玉米光合特性及产量的影响[D]. 张林春.西北农林科技大学 2010
[4]水稻氮素高效利用QTLs定位及基因互作关系[D]. 白建江.苏州大学 2010
[5]小麦冠层氮/碳时空分布特征及与氮素利用效率的关系[D]. 秦晓东.南京农业大学 2006
[6]小麦不同发育阶段硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的遗传分析[D]. 徐书果.河南农业大学 2006
[7]大豆氮素同化关键酶及氮素代谢规律研究[D]. 刘业丽.东北农业大学 2006
[8]不同基因型水稻对施用氮肥的响应及氮效率研究[D]. 杨靖民.吉林农业大学 2004
本文编号：3411968
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内氮素吸收同化过程及其酶（Betti[44]etal.，2012）
7为其他氨基酸的合成提供代谢底物[47]。因此，GS/GOGAT循环被认为是高等植物体内进行氨同化的最主要途径[48]。前人研究表明，高等植物体内通过此循环进行的NH4+同化超过总同化量的95%以上[49]，因此它作为植物体内无机氮转化为有机氮的枢纽，对氮素同化起着至关重要的作用。谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）作为植物形成其他氨基酸合成蛋白质的主要前体底物，也是氮素储备和运输的主要形式[46]。图1-2高等植物体内同化氨的GS/GOGAT循环Figure1-2Theglutaminesynthetase-glutamatesynthase(GS/GOGAT)cycleinhigherplantsKichey等通过主成分分析法（PrincipalComponentAnalysis，PCA）表明，小麦氮代谢生理指标的第一主成分为GS酶活性、总氮、蛋白质含量、氨基酸含量和叶绿素含量，且发现蛋白质含量、氨基酸含量和总氮与开花期小麦的旗叶GS活性呈显著正相关关系，而与硝酸还原酶（NR）活性无显著相关性[50,51]；并且在玉米、水稻等作物上越来越多的研究表明，GS酶不但是控制植物生长和产量的核心，而且直接与氮利用效率相关联[52-56]，表明GS是小麦氮素吸收与同化的关键酶[57]。1.2.2小麦氮素的转移与再利用光合器官将氮素同化产物谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）等氨基酸向库器官（sink）运输的过程称为小麦的氮素转移。将衰老器官中蛋白质等含氮有机化合物降解释放出的NH4+以及光呼吸中产生的NH4+重新同化成Gln和Glu等化合物，并运输到库器官的过程，称为氮素的再利用[50]。在小麦生长发育的不同时期，氮素转移及再利用呈现不同的特点。拔节期之前，小麦为了根蘖的形态更有利建成，氮素主要由绿色光合器官（功能叶，倒二叶等）向新生组织、有效分蘖及根部中运输，其次是衰老叶片（茎基部位叶片）向新生叶片?
302.2.4不同小麦品种叶片形态的差异从图2-1可以看出，不同氮效率小麦品种的小麦旗叶对氮肥的响应不同。在N0条件下，小麦叶片旗叶均较小，其中叶面积最大的品种为YM49，叶面积最小的品种为HL型品种开麦20和LL型品种AK58，且表现为叶色较浅；在N225条件下，叶片面积最大的品种为LL型品种AK58，其次为XN509，叶片面积最小的品种为LH型品种LM18和HL型品种KM20；在N120处理下，叶面积最大的品种为LH型品种YM49和HH型品种ZM27，表明在减氮处理下（N120），氮高效型品种具有较大的叶面积。例如，在减氮处理下，LH型品种YM49的叶长为22.2cm，LL型品种XN509的叶长为18.9cm，YM49较XN509叶片长度长17.46%，且叶色明显深于XN509。叶片面积和叶色在一定程度上可以表征叶片光合能力的强弱。从图中可以看到，不同品种的叶片形态随氮肥处理的影响差异较大，如HH型品种ZM366和LL型品种AK58随着氮肥的增多，表面积呈现明显增大的趋势，但LH型品种YM49，随着氮肥的增多，叶面积增大幅度小于ZM366，这可能由品种本身的基因型决定，对氮肥处理较敏感。图2-1不同小麦品种开花期旗叶叶片形态的研究Figure2-1StudyontheflagleafmorphologicalofdifferentwheatgenotypesunderdifferentNlevel
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进小麦供给侧结构性改革的思考——以河南优质专用型小麦产业为例[J]. 路燕,周正富,王强,吴政卿,许保疆,李豪,田云峰. 农业科技管理. 2017(01)
[2]我国小麦进出口贸易发展现状、原因及对策[J]. 王新华,鲁艳,王锐,杜江. 农业经济. 2017(01)
[3]不同氮效率小麦的氮代谢特征及GS酶活性与氮代谢指标的相关性研究[J]. 周晓明,张志勇,王小纯,熊淑萍,韩锦峰,马新明. 河南农业科学. 2016(09)
[4]施钾对甘薯氮素转移分配及氮代谢酶活性的影响[J]. 汪顺义,刘庆,史衍玺,李欢. 应用生态学报. 2016(11)
[5]不同水氮水平下小麦品种对光、水和氮利用效率的权衡[J]. 张凯,陈年来,顾群英. 应用生态学报. 2016(07)
[6]氮循环与中国农业氮管理[J]. 王敬国,林杉,李保国. 中国农业科学. 2016(03)
[7]氮高效利用水稻碳氮代谢物含量的变化特征[J]. 阮新民,施伏芝,从夕汉,罗志祥. 作物杂志. 2015(06)
[8]水分管理调控水稻氮素利用研究进展[J]. 曹小闯,李晓艳,朱练峰,张均华,禹盛苗,吴良欢,金千瑜. 生态学报. 2016(13)
[9]春性和半冬性小麦花后旗叶和籽粒氮代谢关键酶活性的差异[J]. 董召娣,易媛,张明伟,郭明明,朱新开,封超年,郭文善,彭永欣. 麦类作物学报. 2015(08)
[10]减氮处理对不同小麦品种干物质积累及氮素转运特性的影响[J]. 熊淑萍,吴延鹏,王小纯,马新明,杜盼,吴懿鑫. 麦类作物学报. 2015(08)
博士论文
[1]氮素供应及衰老对小麦铁锌转移及其在籽粒中累积的影响[D]. 赵蓉蓉.中国农业大学 2014
[2]花后弱光对小麦产量和蛋白质品质的影响及氮素调控研究[D]. 陈二影.山东农业大学 2012
[3]小麦氮素利用效率的生理生态与氮肥调控研究[D]. 孙传范.南京农业大学 2002
硕士论文
[1]黄淮麦区不同小麦品种的产量及其相关因素分析[D]. 张明响.中国农业科学院 2013
[2]不同菠菜基因型氮素吸收与利用效率的差异及机理研究[D]. 刘敏娜.浙江大学 2012
[3]不同栽培模式对西北旱地春玉米光合特性及产量的影响[D]. 张林春.西北农林科技大学 2010
[4]水稻氮素高效利用QTLs定位及基因互作关系[D]. 白建江.苏州大学 2010
[5]小麦冠层氮/碳时空分布特征及与氮素利用效率的关系[D]. 秦晓东.南京农业大学 2006
[6]小麦不同发育阶段硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的遗传分析[D]. 徐书果.河南农业大学 2006
[7]大豆氮素同化关键酶及氮素代谢规律研究[D]. 刘业丽.东北农业大学 2006
[8]不同基因型水稻对施用氮肥的响应及氮效率研究[D]. 杨靖民.吉林农业大学 2004
本文编号：3411968
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