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前沿 |农学院耕作制度与农田生态课题组揭示根系与共生真菌驱动小麦氮素利用效率的生育期互补机制

2022-08-08 来源:农学院 作者:杨海水 图片:

近日,我校农学院耕作制度与农田生态课题组的最新研究成果“Temporal complementarity be tween roots and mycorrhizal fungi drives wheat nitrogen use efficiency”在New Phytologist上在线发表。该成果揭示了氮高效小麦品种在花前依赖根系吸收氮素而花后依赖丛枝菌根真菌(AMF)促进花前吸收氮素转化形成籽粒产量的生育期互补机制。

提高氮素利用效率(NUE) 以降低氮素投入而改善农业环境并节约生产成本是实现小麦可持续生产的主要目标。然而,AMF是否及如何影响小麦NUE目前并不清楚。本研究首先提出了概念模型(图1),并设计了3个独立且互补的试验进行阐明根系和AMF对小麦氮素吸收和转化利用上的贡献。

图1 小麦花前与花后根系和AMF之间的C/NP交易概念模型

该研究首次发现:根系和AMF在驱动小麦NUE方面表现出生育期互补现象(Temporal complementarity) (图2)。小麦花前氮素吸收效率主要依赖于根系功能性状,而花前吸收氮素转化形成籽粒生物量的效率(EN,g)受到AMF的强烈影响。高EN,g小麦品种依赖AMF在花后吸磷而可能提高灌浆期光合碳同化效率而提高花前吸收氮素的籽粒生物量转化效率,增加产量。同时,高EN,g小麦品种依赖于AMF在花后吸氮而提高籽粒氮含量而改善品质(图3)。这些研究发现为AMF在农业生中的重要性提供了有力支撑,并提供了解决小麦产量-品质协同提升矛盾的潜在方向。

图2AMF对小麦花后氮素吸收的影响图3AMF对不同氮效率小麦品种产量-品质的影响

本研究成果是在由南京农业大学农学院杨海水教授和瑞典农业大学Martin Weih教授共同主持的国家自然基金国际(地区)合作项目的资助下完成的。农学院耕作制度与农田生态课题组杨海水教授为第一作者和通讯作者,Martin Weih为共同通讯作者。该成果的试验实施主要由方春、李逸凡和吴永成三位硕士研究生完成。德国科学院Matthias C. Rillig院士(柏林自由大学) 和我校新引进领军人才李凤民教授给予了重要支持和富有建设性的指导。

原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.18419

审核:屈勇 赵烨烨

校对:赵烨烨

编辑:胡晓璐

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