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
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。
变异来源
Source of variation | 块根产量
Yield (kg hm-2) | 单株有效薯块数
Valid storage root number per plant | | V | 34.56* | 230.33** | | A | 30.69** | 24.65** | | F | 16.48** | 66.99** | | A×F | 5.79** | 19.91** |
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表2
氮素形态和氮素用量对收获期块根产量与单株有效薯块数目性状影响的方差分析(F值, 2014-2015)
正文中引用本图/表的段落
适宜块根库器官的建成对于最终甘薯块根的高产优质具有重要的意义[1]。已有研究表明, 甘薯生长前期是块根分化建成的关键时期, 其茎叶封垄时形成的单株薯块数目性状的表现与最终块根产量的形成密切相关[2,3,4], 而块根的分化建成因品种特性、栽培环境的不同, 单株有效薯块数目会有显著的差异。在甘薯生长前期, 根系统的构建和组成中不定根向块根的变态分化, 是一系列基因分子表达和生理生化代谢协同作用的结果[2]。因此, 探索甘薯块根形成的调控措施, 研究块根分化建成解剖特征、分子或生理生化差异机制, 对甘薯高产优质具有重要的实践价值和理论意义。
由表2可以看出, 高低2个氮素水平和2种氮素形态对最终收获的块根产量和单株有效薯块数目均有显著影响, 且氮素水平和氮素形态2种处理间的交互效应显著。
一般在甘薯茎叶封垄期, 单株有效薯块数就基本稳定[11,23], 且此时单株有效薯块数目性状的表现对于最终块根产量的形成具有重要意义[2-4,24]。本研究试验2014年和2015年茎叶封垄期对照(N0)处理条件下, 2个甘薯品种结薯特性单株有效薯块的组成中, 商薯19侧重于有效块根的分化(形成更多根径介于0.5~1.0 cm和1.0~5.0 cm的薯块), 而济徐23侧重于块根的膨大发育(形成了更多根径大于5 cm的薯块), 且收获期单株有效结薯数较高的商薯19的块根产量显著的高于济徐23, 说明在生长前期甘薯块根的分化建成相对于块根的膨大生长对最终块根产量的形成具有更为重要的意义。同时, 在2014年和2015年茎叶封垄期不同氮素处理结薯特性的比较中发现, 与其余处理相比较, 60 kg hm-2铵态氮素处理2个品种甘薯植株均提高根径介于0.5~1.0 cm和1.0~5.0 cm的薯块数目, 因此显著地提高其单株有效薯块数目, 并最终实现了2年收获期显著最高的块根产量。说明60 kg hm-2铵态氮素处理通过促进生长前期单株有效薯块的分化建成, 实现了最终块根产量的提高。
本文的其它图/表
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