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铵态氮素促进甘薯块根形成的解剖特征及其IbEXP1基因的表达
王翠娟, 柴沙沙, 史春余, 朱红, 谭中鹏, 季杰, 任国博
作物学报    2021, 47 (2): 305-319.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04112
摘要   (720 HTML19 PDF(pc) (22313KB)(257)  

探讨铵态氮素对甘薯块根形成的调控效应及其作用机制, 本研究利用单株结薯数差异显著的甘薯品种商薯19 (S19)和济徐23 (J23)为材料, 于2014—2015年进行大田试验和盆栽辅助试验, 设置60 kg hm-2低氮(LN60)和180 kg hm-2高氮(HN180) 2个氮素水平, 酰胺态(XN)和铵态(AN) 2种氮素形态, 进行甘薯幼根向块根分化关键时期的发育解剖观察和IbEXP1基因的表达分析。结果表明, 单株有效结薯数较高的商薯19块根产量显著高于济徐23, 生长前期甘薯块根的分化建成相较于块根的膨大生长更利于最终块根产量的形成。同时, 2个甘薯品种60 kg hm-2铵态氮素处理在茎叶封垄期建成更多根径介于0.5~5.0 cm的薯块, 显著提高了收获期的单株有效薯块数目, 块根产量最高。其中, 60 kg hm-2铵态氮素处理2个品种甘薯幼根在前形成层时期原生木质部束的导管数目及中柱薄壁组织木质化薄壁细胞数目最多; 初生形成层发育时期IbEXP1基因高水平表达, 幼根直径、中柱直径大, 原生、次生木质部束数目多; 次生形成层活动初期IbEXP1基因的相对表达和中柱薄壁细胞的木质化程度介于不施氮和高氮素处理之间, 但幼根直径、中柱直径和中柱占横截面比均显著最高, 在块根分化建成中建立了中柱薄壁细胞木质化活动和分裂活动的平衡。


品种
Variety
处理
Treatment
薯块鲜重
VSRFWP
(g plant-1)
薯块数
VSRNP
(per plant)
YSR (cm) DSR (cm) MSR (cm)
0.5 ≤ Φ < 1.0 1.0 ≤ Φ < 5.0 Φ ≥ 5.0
商薯19
S19
N0 79.15 b 6.19 b 2.00 cd 2.67 b 1.50 a
AN60 85.97 a 7.17 a 3.00 a 4.00 a 0.34 d
XN60 78.34 b 4.50 c 2.17 c 1.67 c 0.67 b
AN180 77.44 b 4.84 c 2.67 b 1.67 c 0.50 c
XN180 65.01 c 3.34 d 1.67 d 1.05 d 0.67 b
济徐23
J23
N0 87.41 b 4.00 b 0.67 1.00 c 2.34 a
AN60 96.71 a 5.25 a 1.50 a 2.50 a 1.25 c
XN60 87.79 b 3.17 c 0.84 1.17 bc 1.67 b
AN180 70.59 c 3.00 cd 0.50 1.33 b 1.17 c
XN180 70.30 c 2.67 d 0.75 1.34 b 0.67 d
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表3 封垄期单株薯块鲜重、单株薯块数目及其组成(2014-2015)
正文中引用本图/表的段落
2015年盆栽试验为研究甘薯块根分化建成的辅助试验。以甘薯块根形成过程中内部形成层的活动为依据, 在幼根向块根分化前的前形成层期、分化的初生形成层活动时期和建成的次生形成层活动时期这3个主要变化的关键节点取样, 大约为秧苗栽后7、14和21 d, 进行块根分化过程的解剖学观察; 同时对块根分化关键时间点(初生形成层活动期)和建成关键时间点(次生形成层活动初期)的取样发育根进行IbEXP1基因表达的检测试验。其中, 在根系解剖学观察试验的根系取样中, 须将整株根系挖出、冲根, 每株选取着生的最粗不定根3条(最具分化潜力的不定根), 距其着生端5~10 cm处截取最粗部位1 cm左右长度, 先于FAA固定液(其中的酒精浓度为50%)中进行杀死固定, 固定6~8 h之后, 60%乙醇过渡0.5 h, 最后浸泡于70%酒精, 4℃冰箱保存; 而基因表达试验的根取样, 将最粗3条不定根膨大部位及其以上部切段(切段长度≈1 cm), 然后切片并各自混匀, 液氮速冻, -80℃保存。
将2014年和2015年封垄期调查数据平均化进行结果分析发现, 氮素水平和氮素形态对2个甘薯品种封垄期形成的薯块数目均有显著影响(表3)。在相同的处理条件下, 商薯19形成的单株薯块数目高于济徐23, 而其单株薯块鲜重要低于济徐23。其中对照(N0)处理条件下的结薯数较高的商薯19形成的单株薯块数目显著高于甘薯品种J23, 其根径介于0.5~1.0 cm的幼龄薯块(YSR)和1.0~5.0 cm的发育薯块(DSR)均高于甘薯品种J23, 而济徐23形成了更多根径大于5 cm的成熟薯块(MSR)。同时, 相较于不施氮对照, 低水平铵态氮素处理(AN60)形成的薯块数目最高, 其余氮素处理显著降低或相似。其中商薯19氮素形态效应更加显著, 铵态氮素处理形成的单株薯块数目均高于酰胺态氮素, 2个甘薯品种的低水平氮素处理的单株薯块数目均高于高水平氮素处理。其中, 在低水平铵态氮素处理(AN60)的单株薯块组成中, 根径介于0.5~1.0 cm和1.0~5.0 cm的薯块数目均最高, 且差异显著。说明该处理单株薯块数目的优势是因为其提高了根径介于0.5~5.0 cm薯块的形成。
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