土壤中的氮素分布不均,在氮素富集的土壤区域内,植物根系大量的生长。然而,不同玉米基因型根系对局部施氮的响应与氮素吸收效率之间的关系尚不清楚。本研究以4个玉米品种为研究对象,探讨根系生长对局部施氮响应的基因型差异及对氮素吸收的影响。在水培采用分根培养体系局部供氮,在田间采用条施和穴施的局部施氮方法。结果表明,不同品种根系局部氮响应在水培和田间条件之间具有高度相关性(r>0.99)。在水培局部供氮条件下,强响应品种郑单958、先玉335和先锋32D22的侧根长增加了50-63%,根系生物量增加了36-53%,而弱响应品种蠡玉13的根系生长响应较小。田间条件下,3个强响应品种的根长在40-60 cm土层显著增加66-75%,而蠡玉13的根长变化幅度显著较低。此外,局部施氮肥促进强响应品种的花后氮吸收,增幅达16-88%,并且促进了郑单958的籽粒产量显著增加10-12%。相关分析发现,产量与40-60 cm土层根长呈显著正相关(r=0.39)。综上所述,可在苗期鉴定玉米品种对局部施氮的响应类型,生产中强响应型玉米品种与局部施用氮肥配套应用;同时可将“根系局部施氮响应能力”作为玉米氮高效遗传改良的目标性状。
本文利用玉米水培分根体系发现,局部供铵到缺氮根系可以显著诱导ZmAMT1;1a与ZmAMT1;3基因的表达水平。测定15N标记铵吸收速率与根组织氨基酸含量发现,铵诱导的ZmAMT1s基因表达与根系铵吸收能力及谷氨酰胺含量显著正相关。外界添加谷氨酰胺合成酶抑制剂MSX时,供铵则不能诱导缺氮根系中ZmAMT1;1a与ZmAMT1;3基因的表达,表明铵的同化产物谷氨酰胺,而不是铵本身,负责调控ZmAMT1s基因表达。此外,外界供应不同浓度谷氨酰胺到缺氮根系发现,较低浓度的谷氨酰胺就能够诱导ZmAMT1s基因表达,但高浓度谷氨酰胺却能够抑制其表达。以上研究结果表明,为了严格调节玉米根系铵吸收能力,铵转运蛋白ZmAMT1s基因在转录水平被严谨调控,与根内谷氨酰胺水平密切相关。