（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

【研究意義】馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是一種重要的糧食和蔬菜作物，氮對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育具有重要意義。氮是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的重要元素，銨鹽和硝酸鹽是作物氮素吸收的主要來源。氮肥可顯著影響馬鈴薯產(chǎn)量，氮素缺乏限制了馬鈴薯的生長(zhǎng)［1］，適宜的氮肥可有效提高收益率［2］，過量的氮肥反而降低了經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。因此，明確延薯4 號(hào)馬鈴薯受氮素影響的生理生化變化以及氮代謝相關(guān)基因的表達(dá)情況，為其他馬鈴薯品種相關(guān)內(nèi)容研究以及培育優(yōu)質(zhì)品種提供參考價(jià)值。【前人研究進(jìn)展】氮肥嚴(yán)重影響作物生理生化響應(yīng)，可溶性糖可為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供足夠能量，同時(shí)也是植物體生理代謝的中間產(chǎn)物，通過代謝途徑合成其他物質(zhì)（如蛋白質(zhì)等），是調(diào)節(jié)植物體生殖生長(zhǎng)與基因表達(dá)的作用因子?？扇苄缘鞍鬃鳛橹参矬w重要的生理指標(biāo)，參與了多項(xiàng)生長(zhǎng)過程中的物質(zhì)代謝活動(dòng)，是植物體內(nèi)氮素的主要存在方式，根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響植物的營(yíng)養(yǎng)狀況以及產(chǎn)量水平，硝酸還原酶（NR）與作物吸收利用的氮素含量有關(guān)，施氮可顯著提升作物的活性。谷氨酰胺合成酶（GS）是植物體內(nèi)氨同化關(guān)鍵酶，是氮代謝的中心樞紐，從外界吸收的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮，以及固氮和氨釋放均需要經(jīng)過GS 的反應(yīng)途徑。然而氮肥對(duì)作物產(chǎn)量的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于作物氮素效率的影響，培育氮素高效新品種是降低成本、減少環(huán)境污染、提高作物產(chǎn)量的有效途徑。氮代謝是植物重要的生理過程之一，是決定氮效率高低的重要生理代謝過程。作物通過硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從外部吸收氮，經(jīng)硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)化為銨鹽，GS 和谷氨酸合成酶（Glutamate synthase,GOGAT）將轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)化為必需的氨基酸或蛋白質(zhì)，谷氨酸脫氫酶（Glutamate dehydrogenase,GdH）對(duì)銨鹽和谷氨酸有調(diào)節(jié)作用，這便是作物吸收氮素并進(jìn)行同化利用的過程?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來，對(duì)作物氮素脅迫的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)于小麥［3］、玉米［4］、高粱［5］、水稻［6］等作物在氮素脅迫下的差異表達(dá)早有研究，而對(duì)于馬鈴薯受氮素影響的關(guān)鍵生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期以及此時(shí)期氮代謝基因的表達(dá)差異尚不明確。【擬解決的關(guān)鍵問題】延薯4 號(hào)為馬鈴薯中晚熟品種，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，受氮素的影響較為明顯，是氮高效品種，為了確定不同氮水平處理下馬鈴薯氮效率差異的生理生化響應(yīng)以及氮代謝差異基因，我們以延薯4 號(hào)馬鈴薯作為試驗(yàn)材料，我們對(duì)馬鈴薯在施氮處理和未氮處理下的產(chǎn)量、含氮量、氮效率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、NRA，GS 活性進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)蕾期為馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育過程中受到氮素影響最明顯的時(shí)期，進(jìn)而對(duì)馬鈴薯現(xiàn)蕾期的葉片和根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，確定了參與馬鈴薯氮代謝的相關(guān)基因以及表達(dá)水平的差異，研究結(jié)果為進(jìn)一步研究氮素轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理以及培育氮素高效品種提供了重要資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為延薯4號(hào)，供試肥料為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥18%）、硫酸鉀（K2O≥50%）；供試盆規(guī)格為盆底內(nèi)徑22 cm，高25 cm，盆口內(nèi)徑 30 cm；土壤為含氮量1.56 g/kg的田園土，過篩、風(fēng)干后每盆裝8 kg。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜基地進(jìn)行。2017年4月25日，采用隨機(jī)區(qū)組的方式將種薯進(jìn)行盆栽種植，種植深度6～8 cm，設(shè)置施氮（N、P、K）和不施氮（P、K）2個(gè)處理，每667 m2施肥量為純N 22 kg、純P 12 kg、純K 18 kg，均一次性作底肥施入，每個(gè)處理30盆，共60盆。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 馬鈴薯生理生化分析 在馬鈴薯整個(gè)生育期（苗期，現(xiàn)蕾期，塊莖膨大期，淀粉積累期，成熟期），使用蒽酮法測(cè)量葉片可溶性糖含量，使用考馬斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定葉片可溶性蛋白含量，使用TTC 法測(cè)量根系活力，采用活體法測(cè)定葉片NR 活性［7］，根據(jù)田洵試驗(yàn)方法測(cè)量葉片GS 活性［8］。在馬鈴薯成熟期選取3 株長(zhǎng)勢(shì)一致的馬鈴薯整株，使用電子秤測(cè)量薯塊重量；使用烘干箱將葉、莖、根在105 ℃下殺青30 min，85℃烘干至恒重，使用電子天平測(cè)量干重；使用粉碎機(jī)分別粉碎馬鈴薯葉、莖、根干樣過0.150 mm篩，土壤經(jīng)烘干后過0.150 mm 篩，使用開氏消煮法消煮樣品，使用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)量含氮量。

氮效率（NUE）=植株成熟期產(chǎn)量/土壤供氮量

氮吸收效率（UPE）=植株含氮總量/土壤供氮量

氮利用效率（UTE）=植株成熟期產(chǎn)量/植株含氮總量

1.3.2 馬鈴薯轉(zhuǎn)錄組分析 在馬鈴薯現(xiàn)蕾期采集新鮮的葉和根組織，用DEPC 水反復(fù)沖洗，選取≥500 mg 的葉片（頂部開始第二葉）和根，用濾紙吸干水分后存放于2 mL 凍存管中，經(jīng)液氮處理后-80 ℃冰箱保存，隨后送至Novogene 公司進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。

用Trizol 總RNA 提取試劑盒分離各樣品的總RNA。RNA 質(zhì)量的初步檢測(cè)采用瓊脂糖凝膠電泳，使用Nanodrop 檢測(cè)RNA 純度（OD260/280比值），使用Qubit 對(duì)RNA 濃度進(jìn)行精確定量，使用Agilent 2000 精確檢測(cè)RNA 的完整性；同時(shí)，計(jì)算Q20、Q30 和GC 含量。采用FPKM 計(jì)算方法，使用HTSeq 軟件對(duì)樣品進(jìn)行基因表達(dá)水平分析［9］，使用DESeq R 包對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行識(shí)別［10］，使用GOseq 軟件進(jìn)行GO 富集分析［11］，使用KOBAS（2.0）軟件［12］進(jìn)行Pathway 富集分析，使用HemI 軟件進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯產(chǎn)量及氮效率差異

由表1 可知，馬鈴薯的含氮量以及氮效率受不同氮濃度影響。在施氮處理下，葉、莖、根的含氮量明顯高于不施氮處理，分別為1.39 倍、1.29倍、1.25 倍，總氮含量為1.32 倍。在施氮處理下，產(chǎn)量增加13.89%，氮吸收效率增加19.57%，氮利用效率降低15.78%，氮效率增加3.96%。

2.2 馬鈴薯生理生化差異

由圖1 可知，馬鈴薯可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、硝酸還原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性受不同氮濃度影響。在兩種處理下，可溶性糖含量（圖1A）、根系活力（圖1C）、NRA（圖1D）、GS 活性（圖1E）均呈單峰曲線變化；可溶性蛋白含量（圖1B）在施氮處理下表現(xiàn)為雙峰曲線變化，在未施氮處理下呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí)，由于這5 個(gè)指標(biāo)均在現(xiàn)蕾期出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折性變化，本試驗(yàn)以部分指標(biāo)與馬鈴薯塊莖之間進(jìn)行通徑分析，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量與成熟期的氮吸收效率和氮利用效率、現(xiàn)蕾期的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量、現(xiàn)蕾期的NRA 和GS 活性呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.9692、0.8598 和0.9396，決定系數(shù)分別為0.9394、0.7393 和0.7049，直接通徑系數(shù)分別為1.0356、0.4819、0.1698、0.7495、0.2452 和0.9031。通徑分析表明，塊莖產(chǎn)量與馬鈴薯成熟期的氮吸收效率和氮利用效率呈顯著正相關(guān)（圖2A），與馬鈴薯現(xiàn)蕾期的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、NRA 和GS 活性呈顯著正相關(guān)（圖2B、C）。

表1 馬鈴薯產(chǎn)量及氮效率Table 1 Potato yield and nitrogen efficiency

圖1 氮素對(duì)馬鈴薯生理生化的影響Fig.1 Effects of nitrogen on physiology and biochemistry of potato

2.3 馬鈴薯轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)質(zhì)量

轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析了馬鈴薯在施氮和未施氮處理的葉和根，獲得12 個(gè)RNA-seq 文庫(kù)，利用Illumina/HiSeq TM 2000 RNA 測(cè)序平臺(tái)對(duì)其中的RNA-seq 文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序通過對(duì)raw reads 進(jìn)行過濾得到clean reads，占樣品總讀數(shù)的92%以上，共產(chǎn)生約5721 萬(wàn)個(gè)raw reads 以及約5402 萬(wàn)個(gè)clean reads，clean bases 在6.75 G 左右，Q20 和Q30 的百分比分別超過97%和92%，GC含量超過40%（表2），表明轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)可靠，可進(jìn)行下一步的分析。

2.4 馬鈴薯基因差異表達(dá)分析

由圖3 可知，馬鈴薯在施氮處理和不施氮處理下葉和根中均存在大量差異基因。施氮處理的馬鈴薯葉片中共有1446 個(gè)差異顯著基因，其中463 個(gè)上調(diào)基因，983 個(gè)下調(diào)基因；根中共有1009 個(gè)差異顯著基因，其中493 個(gè)上調(diào)基因、516 個(gè)下調(diào)基因。施氮處理的馬鈴薯葉片和根中共有12996 個(gè)差異顯著基因，其中6440 個(gè)上調(diào)基因、6556 個(gè)下調(diào)基因；不施氮處理的馬鈴薯葉片和根中共有12178 個(gè)差異顯著基因，其中6268 個(gè)上調(diào)基因、5910 個(gè)下調(diào)基因。表明氮素對(duì)馬鈴薯基因的表達(dá)水平有一定影響。

圖3 馬鈴薯葉片和根中差異表達(dá)基因分析Fig.3 Analysis of differentially expressed genes in potato leaves and roots

馬鈴薯氮代謝途徑分析表明，植物通過NRT轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因從外界吸收氮素，利用硝酸還原酶將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，隨后經(jīng)過亞硝酸還原酶轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮，或者直接通過硝酸還原酶轉(zhuǎn)換成銨態(tài)氮。銨態(tài)氮可通過GS/GOGAT 循環(huán)途徑合成谷氨酸供植物吸收，GdH 通過α-酮戊二酸和NH4+轉(zhuǎn)化成谷氨酸，同時(shí)在銨態(tài)氮不足時(shí)可釋放NH4+用以植物體生命活動(dòng)（圖4）。

圖4 馬鈴薯氮代謝熱圖和通路分析Fig.4 Nitrogen metabolism heat map and pathway analysis of potato

對(duì)馬鈴薯施氮與不施氮處理下葉片和根中氮代謝差異基因進(jìn)行聚類分析（圖4），馬鈴薯葉片中差異基因聚為一類，根中差異基因聚為一類。同時(shí)19 個(gè)差異基因在不同類別中存在顯著性差異。由表3 可知，在不同處理下馬鈴薯葉片和根中均僅有1 個(gè)下調(diào)表達(dá)基因。在施氮處理下馬鈴薯葉片和根中共有15 個(gè)差異基因，其中8 個(gè)上調(diào)表達(dá)基因，7 個(gè)下調(diào)表達(dá)基因；在不施氮處理下葉片和根中共有19 個(gè)差異基因，其中8 個(gè)上調(diào)表達(dá)基因，11 個(gè)下調(diào)表達(dá)基因。研究發(fā)現(xiàn)，在兩種處理下，有7 個(gè)差異基因在葉片中的表達(dá)量均高于根，分別為PGSC0003DMG400016996、PGSC0003DMG400006913、PGSC0003DMG400030212、PGSC0003DMG400025823、PGSC0003DMG400016001、PGSC0003DMG400004355、PGSC0003DMG400009698；同時(shí)，有7個(gè)差異基因均在根中的表達(dá)量高于葉片，分別為PGSC0003DMG400015734、PGSC0003DMG400001145、PGSC0003DMG400008262、PGSC0003DMG400008356、PGSC0003DMG400014592、PGSC0003DMG400013235、Novel02273。

3 討論

氮是馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育中重要的營(yíng)養(yǎng)元素，在生物體代謝和生化過程中起著關(guān)鍵作用。較低水平的氮肥會(huì)顯著抑制馬鈴薯的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、NRA、GS 活性，降低馬鈴薯各部位的含氮量以及氮效率。Illumina Hiseq 2000 測(cè)序現(xiàn)已成為植物轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的一種有效手段，本試驗(yàn)表明現(xiàn)蕾期為馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期，進(jìn)而對(duì)馬鈴薯現(xiàn)蕾期葉片和根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，探究馬鈴薯在施氮和不施氮下葉和根中氮代謝基因表達(dá)的差異。

3.1 馬鈴薯生理生化差異分析

可溶性糖在植物的整個(gè)生長(zhǎng)過程中占有重要的位置，可以為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供足夠的能量，同時(shí)也是植物體生理代謝的中間產(chǎn)物，是調(diào)節(jié)植物體生殖生長(zhǎng)與基因表達(dá)的作用因子，其活性的高低直接影響到植物的氮代謝能力［13］。可溶性蛋白作為植物體重要的生理指標(biāo)，參與了多項(xiàng)生長(zhǎng)過程中的物質(zhì)代謝活動(dòng)，是植物體內(nèi)氮素的主要存在方式，是限制馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量形成的主要因素之一。氮處理可顯著增加葉片中可溶性糖和可溶性蛋白含量，在甜菜［14］、冬小麥［15］、馬鈴薯［16］等作物中均有所體現(xiàn)，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。根系是植物最活躍的吸收器官和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響植物的營(yíng)養(yǎng)狀況以及產(chǎn)量水平。根系的發(fā)育與氮素吸收效率密切相關(guān)，而根系活力的強(qiáng)弱對(duì)氮素高效吸收有顯著影響［17］，高氮使馬鈴薯根系活力增加，且產(chǎn)量有所提升。NR 是植物氮代謝途徑中的一種限速酶，也是高等植物中氮同化的誘導(dǎo)酶或適應(yīng)酶，催化了植物硝酸鹽-亞硝酸鹽的還原過程，也就是將吸收的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物在體內(nèi)轉(zhuǎn)換成復(fù)雜的有機(jī)物供植物吸收利用。研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥可明顯提高馬鈴薯葉片的NRA，后期活性逐漸下降［18］，同時(shí)氮素越高GS 活性越強(qiáng)，并且提高氮利用效率［19］，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。同時(shí)本試驗(yàn)表明施氮處理可顯著增加馬鈴薯各部位含氮量、氮效率以及產(chǎn)量，并且可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、NRA、GS 活性均在現(xiàn)蕾期發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折性變化，通徑分析表明，塊莖產(chǎn)量與氮吸收效率和氮利用效率呈顯著正相關(guān)，與現(xiàn)蕾期可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、NRA、GS 活性呈顯著正相關(guān)。

綜上所述，施氮處理可顯著提高延薯4 號(hào)馬鈴薯各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，同時(shí)現(xiàn)蕾期為馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期。由此本試驗(yàn)以現(xiàn)蕾期的葉片和根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，尋找其氮代謝基因的差異表達(dá)水平，從分子生物學(xué)角度闡明延薯4 號(hào)馬鈴薯對(duì)氮素的響應(yīng)差異。

3.2 馬鈴薯差異表達(dá)基因分析

本試驗(yàn)選取馬鈴薯在施氮和不施氮處理下現(xiàn)蕾期的葉片和根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，獲得12 個(gè)RNA-seq 文庫(kù)，利用Illumina/HiSeq TM 2000 測(cè)序平臺(tái)對(duì)其中的RNA-seq 文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序。施氮處理下葉片和根中共有12996 個(gè)差異表達(dá)基因，其中6440 個(gè)上調(diào)基因，6556 個(gè)下調(diào)基因，通過KEGG 途徑共鑒別出15 個(gè)氮代謝差異基因，其中8 個(gè)基因在葉片中表達(dá)量較高，7 個(gè)基因在根中表達(dá)量較高。不施氮處理下葉片和根中共有12178 個(gè)差異表達(dá)基因，其中6268 個(gè)上調(diào)基因，5910個(gè)下調(diào)基因，通過KEGG途徑共鑒別出19個(gè)氮代謝差異基因，其中8個(gè)基因在葉片中表達(dá)量較高，11個(gè)基因在根中表達(dá)量較高。在相同處理下馬鈴薯葉片和根中共鑒別出19個(gè)氮代謝差異表達(dá)基因，其中7個(gè)基因在葉片中表達(dá)量較高，分別為PGSC0003DMG400016996（NRT2.5）、PGSC0003DMG400006913（NRT2.7）、PGSC0003DMG400030212（NR）、PGSC0003DMG400025823（NiR）、PGSC0003DMG400016001（GdH）、PGSC0003DMG400004355（GS）、PGSC0003DMG400009698（Fd-GOGAT）；同時(shí)，有7個(gè)差異基因均在根中表達(dá)量較高，分別為PGSC0003DMG400015734（NRT2.4）、PGSC0003DMG400001145（NRT2.4）、PGSC0003DMG400008262（NiR）、PGSC0003DMG400008356（GdH）、PGSC0003DMG400014592（GS）、PGSC0003DMG400013235（GS）、Novel02273（NADH-GOGAT）。

在一定的氮濃度范圍內(nèi)，NRT 2.4促進(jìn)了作物對(duì)氮的吸收，同時(shí)在低氮條件下仍能提供植物所需的養(yǎng)分［20］，NRT2.4在根表皮細(xì)胞中進(jìn)行高親和性NO3-N 轉(zhuǎn)運(yùn)［21］，本試驗(yàn)表明NRT2.4基因在根中的表達(dá)量高于葉片，結(jié)果一致。在低硝酸鹽的情況下，NRT 2.5可以促進(jìn)植物體內(nèi)硝酸鹽的流動(dòng)，表明NRT 2.5在低氮條件下表達(dá)量較高，在過量氮濃度條件下表達(dá)量受到抑制［22］，并且NRT2.5在不依賴NO3-N 攝取的植物中起作用，而在植物NO3-N 的分布中不起作用，優(yōu)先在葉中表達(dá)的NRT2.5基因在植物生長(zhǎng)中起到促進(jìn)作用［23］。唐賢禮等［24］發(fā)現(xiàn)，PtNRT2.7基因主要在葉片中表達(dá)，并且在成熟葉片中表達(dá)量最高，可受NO3-N 的誘導(dǎo)并增強(qiáng)作物根系的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)得出相似結(jié)論，即NRT2.5、NRT2.7基因在葉中表達(dá)量高于根。當(dāng)外界硝酸鹽含量過高時(shí)，NR、NiR停止工作，導(dǎo)致硝酸鹽、亞硝酸鹽大量累積。NRA 隨著施氮水平的增加，其活性會(huì)有所升高，適量増施氮肥能有效提高作物器官的NRA，但在氮含量達(dá)到一定程度時(shí)，NRA 將會(huì)下降［25］。杜永成等［26］研究表明，増施一定量的氮肥，NR 及NiR 活性均有一定的提升，且呈現(xiàn)雙峰曲線的變化。本試驗(yàn)表明，NR基因主要在葉片中表達(dá)，而NiR基因在葉片和根中均有所表達(dá)。NH4+經(jīng)過GS/GOGAT 作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)態(tài)氮，是氮同化吸收的主要過程。李楚曦［27］研究表明，GS基因過表達(dá)可以提高玉米對(duì)低氮條件脅迫的適應(yīng)能力。Glu+NH4++ATP → Gln+ADP+Pi 硝態(tài)氮與銨態(tài)氮都能誘導(dǎo)GS 表達(dá)，即吸收的氮含量越高，GS 活性越高。在低氮、中氮、高氮下大麥GS 活性有所變化，呈現(xiàn)出氮素越高GS 活性越強(qiáng)的現(xiàn)象［28］。利用NO3-N、NH4+-N、混合氮對(duì)大豆誘導(dǎo)，隨著氮含量不同程度的增加，GS 活性也相對(duì)增加，表明GS 與植株氮效率的吸收利用有重要作用［29］。余佳玲等［30］研究表明，在氮素供應(yīng)不足時(shí)，植物體內(nèi)GOGAT 對(duì)氮素的積累以及分配、利用等方面發(fā)揮的作用較GS 要高。GOGAT 活性隨氮素水平的增加而增加，可作為氮高效品種篩選的一項(xiàng)指標(biāo)［31］。GdH 在植株受到脅迫時(shí)發(fā)揮著重要作用，當(dāng)植株缺乏氮素時(shí)，也可作用于谷氨酸使其氧化并釋放出NH4+［32］。GdH 在外界NH4+-N增加時(shí)，GdH 活性有所提升，而在外界NO3-N 濃度逐步增加的條件下，GdH 活性受到短期抑制之后活性有所增加，此時(shí)的NO3-N 轉(zhuǎn)變成NH4+-N使得植株GdH 活性發(fā)生變化［33］。GdH 主要分為NADH-GdH 與NAD+-GdH，趙雙雙等［34］研究表明，當(dāng)外界氮源充足時(shí)，植株NADH 型GdH 活性下降，NAD+型GdH 活性上升，而在氮源不足時(shí)，NADH 與NAD+型GdH 活性明顯下調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)N的吸收利用。本試驗(yàn)表明，GS和GdH基因在葉片和根中均有所表達(dá)，而Fd-GOGAT主要在葉中表達(dá)，NADH-GOGAT主要在根中表達(dá)。

4 結(jié)論

本研究對(duì)施氮和不施氮處理下延薯4號(hào)馬鈴薯現(xiàn)蕾期葉和根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，氮代謝途徑中鑒定出編碼9種基因的19個(gè)DEGs，其中PGSC0003DMG400016996（NRT2.5）、PGSC0003DMG400006913（NRT2.7）、PGSC0003DMG400030212（NR）、PGSC0003DMG400025823（NiR）、PGSC0003DMG400016001（GdH）、PGSC0003DMG400004355（GS）、PGSC0003DMG400009698（Fd-GOGAT）等7個(gè)DEGs在葉片中的表達(dá)量較高，PGSC0003DMG400015734（NRT2.4）、PGSC0003DMG400001145（NRT2.4）、PGSC0003DMG400008262（NiR）、PGSC0003DMG400008356（GdH）、PGSC0003DMG400014592（GS）、PGSC0003DMG400013235（GS）、Novel02273（NADH-GOGAT）等7個(gè)DEGs在根中的表達(dá)量較高。本研究結(jié)果表明，NRT2.4、NRT2.5、NRT2.7、NR、NiR基因主要參與馬鈴薯氮素吸收功能，GdH、GS、GOGAT基因主要參與馬鈴薯氮素利用功能，這些基因的表達(dá)提高了馬鈴薯氮效率、產(chǎn)量，增加了植株各部位氮含量，同時(shí)使得馬鈴薯可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、NRA、GS活性提高，能夠進(jìn)行更好的生長(zhǎng)發(fā)育。因此了解氮高效馬鈴薯延薯4號(hào)的氮素作用機(jī)理以及氮代謝基因表達(dá)情況，將會(huì)為今后馬鈴薯氮高效品種的培育以及相關(guān)作物氮效率的研究提供理論依據(jù)。