陳敬東，戢強(qiáng)強(qiáng)，余 憶，王宇航，曾長立

（湖北省漢江流域特色生物資源保護(hù)開發(fā)與利用工程技術(shù)研究中心；江漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430056）

油菜作為中國的主要油料作物之一，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年來種植總面積保持在7.4 ×106hm2左右，我國將近60%的國產(chǎn)食用植物油由此條途徑生產(chǎn)［1］。由于我國耕地面積有限，加之城市化增速占用了大量農(nóng)用土地，使得本就有限的耕地面積進(jìn)一步減小。因此，在一定的耕作范圍之內(nèi)，提高油菜的單位產(chǎn)量至關(guān)重要。氮元素（N）是影響油菜產(chǎn)量的最重要營養(yǎng)元素之一［2］，因而定量施氮對于油菜生長有著重要作用。

然而，施氮對環(huán)境的負(fù)面影響，如硝酸鹽的淋溶［3］和徑流對水體的污染［4］、溫室氣體的排放［5］以及可能引起的生物多樣性的減少［6］，使得我們必須采取合理措施施用氮肥，以減輕或者消除可能造成的對資源的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。為了解決不斷減少的耕地面積與可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾，提高油菜產(chǎn)品質(zhì)量，減少生態(tài)系統(tǒng)中可供利用的氮素?fù)p失，必須大力提高油菜的氮效率（nitrogen use efficiency ，NUE）［7］。

1 氮效率內(nèi)涵及提高氮效率的有效途徑

1.1 氮效率內(nèi)涵

目前學(xué)術(shù)界仍沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義和標(biāo)準(zhǔn)來對氮效率進(jìn)行規(guī)范。Moll 等［7］提出的氮效率是科研人員較為接受和肯定的一種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。氮效率為單位重量的有效氮所產(chǎn)生的籽粒產(chǎn)量［8］，由氮吸收效率（nitrogen uptake efficiency，NupE）和氮生理利用效率（nitrogen utilization efficiency，NutE）這兩個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，其中氮吸收效率＝氮素積累量/氮素供應(yīng)量，氮生理利用率＝收獲物中氮素含量（或積累量）/作物體內(nèi)氮素含量（或積累量）。NUE ＝NupE × NutE，即氮效率為氮吸收效率與氮生理利用效率的乘積。有時(shí)，在植物苗期，也使用氮轉(zhuǎn)運(yùn)效率（nitrogen transfer efficiency，NTE）作為氮效率的評價(jià)指標(biāo)。氮轉(zhuǎn)運(yùn)效率＝地上部氮累積量/總植株氮累積量［9］。

在低氮脅迫的條件下，具有較強(qiáng)氮吸收效率的作物能夠更好地從介質(zhì)中吸收氮素供給自身的生長發(fā)育。Creelman 等［10］利用這一規(guī)律得到了一種重組DNA 載體，該載體可以重組到植物種子中，得到氮吸收速率高的轉(zhuǎn)基因植物。而氮生理利用率與農(nóng)作物產(chǎn)量直接相關(guān)，因此它取決于氮的亞組分同化、再分配，而最終被有效地同化和利用的氮素將參與籽粒淀粉的生物合成當(dāng)中去。Jat 等［11］研究了兩種氮水平下22 種基因型印度芥菜NutE 的變化情況，結(jié)果表明氮素吸收與種子產(chǎn)量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而兩種氮水平下種子產(chǎn)量與NutE 也呈正相關(guān)關(guān)系。

1.2 提高氮效率的有效途徑

由于氮是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，在世界各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，都采取了大量施用氮肥的方式來保證作物的產(chǎn)量，這一舉動導(dǎo)致了生產(chǎn)中作物的NUE 普遍較低。1999 年世界谷物生產(chǎn)中，NUE 僅有33%［12］，意味著施用的氮肥中有大約66.7% 的氮素以淋溶和氣體等形式損失，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，更由于氮素?fù)p失形式的不確定，造成了土壤、水體、大氣等的污染?？蒲泄ぷ髡呔蚇UE 水平較低的現(xiàn)狀從農(nóng)藝學(xué)、環(huán)境學(xué)及遺傳育種學(xué)等方面去尋找解決問題的方法，取得了許多研究成果［13－15］。

隨著人們對環(huán)境以及氮肥的過度施用問題的日益關(guān)注，如何利用現(xiàn)有手段去提高NUE 成為世界范圍內(nèi)生態(tài)學(xué)研究或生態(tài)系統(tǒng)研究的一個(gè)熱門話題。目前提高氮效率的有效途徑有多種（表1），但提高作物NUE 的最大挑戰(zhàn)是如何綜合考量遺傳育種、農(nóng)藝及環(huán)境等方面因素，在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上運(yùn)用跨學(xué)科的理論技術(shù)去減少氮素流失。

表1 提高氮效率的有效途徑Tab.1 Effective ways to improve nitrogen efficiency

1.2.1 農(nóng)藝學(xué) 傳統(tǒng)農(nóng)藝學(xué)的主要做法是通過減少氮肥的施用量去提高作物的NUE［16］。但是，以這種做法去提高氮肥的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)有一個(gè)前提，那就是必須要保證作物產(chǎn)量控制在一定的范圍之內(nèi)，不能因?yàn)闇p少了氮肥的施用量而造成作物的大量減產(chǎn)?；谶@樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)，我們必須要在有限的世界耕地面積范圍內(nèi)，著力加強(qiáng)農(nóng)作物生產(chǎn)，以應(yīng)對可能因此造成的供求不平衡的挑戰(zhàn)。適宜的施氮時(shí)機(jī)可以提高NUE 的同步性和氮素吸收、利用的效果［17－18］。這種方法需要在狹長的田間地帶施用較多的氮肥，并利用傳感器識別，基于一定的算法來直觀地識別作物季節(jié)性的需氮量。這有利于應(yīng)對因田間相對區(qū)域不同導(dǎo)致的局部作物NUE 較低的問題，并在不同季節(jié)在保證植物NUE 處于一定水平的情況下避免施用大量氮肥造成浪費(fèi)。

而農(nóng)藝學(xué)的進(jìn)步，特別是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面的研究對提高作物NUE 做出了貢獻(xiàn)［19－20］。農(nóng)藝學(xué)的進(jìn)步使得世界作物產(chǎn)量提高成為了必然。在發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)當(dāng)中，已經(jīng)開發(fā)出對農(nóng)田中的特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化管理的技術(shù)手段。通過智能化控制肥料、除草劑、農(nóng)藥等的施用，農(nóng)業(yè)的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)得以相互協(xié)調(diào)，一定程度上做到了“既要金山銀山，又要綠水青山”的效果。

1.2.2 環(huán)境學(xué) 同樣值得一提的是，加強(qiáng)土壤肥力管理以提高NUE 的方式在世界各地的作物生產(chǎn)中十分普遍。但因各國生產(chǎn)制度的不同使得其土壤肥料投入量有所差異。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的作物產(chǎn)量仍處于較低的水平。發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)由于高度的機(jī)械化及其對化學(xué)品施用的嚴(yán)格把控，使得其具有很高的作物生產(chǎn)能力［27］。但是，在許多情況下，為了追求產(chǎn)量、降低成本，也常常通過加大肥料施用量的方式進(jìn)行生產(chǎn)，尤其是加大氮肥的施用［28］，從而造成了氮的損失。當(dāng)然，也存在撒哈拉以南非洲的極端情況，其NUE 甚至超過了100%［29］，其田間土壤氮含量貧瘠且沒有施加氮肥是高估該地區(qū)作物NUE 的主要原因。

利用化學(xué)及生物學(xué)方法對土壤肥力、植物NutE 以及氮揮發(fā)程度進(jìn)行控制，也是提高植物NUE 的重要手段。對于控制土壤肥力而言，相比于單獨(dú)施用氮肥，施用緩釋肥料能夠讓土壤始終保持一定的氮營養(yǎng)水平，使得植物能夠持續(xù)地吸收利用氮營養(yǎng)［21］。生物炭是一種很好的氮肥增效劑，它能夠提高土壤中有效氮的含量，使得植物更容易吸收，從而提高植物的NutE，進(jìn)而提高其NUE［22］。氮揮發(fā)不僅增加了施肥成本，還造成了環(huán)境污染，而在施肥過程中添加脲酶抑制劑、腐殖酸、生物菌劑等化學(xué)、生物藥劑能夠有效地抑制肥料中的氮素營養(yǎng)轉(zhuǎn)換為銨態(tài)氮，以達(dá)到減少施氮量，提高植物NUE 的效果［23］。

1.2.3 遺傳育種學(xué) 隨著科研工作的不斷深入，遺傳育種學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了作物產(chǎn)量和作物NUE不斷提高［30－32］。與傳統(tǒng)的作物選育方法不同，利用現(xiàn)代生物技術(shù)去提高作物產(chǎn)量更有前景。由于傳統(tǒng)耕作方式仍是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，以致必須以加大氮肥施用量的方法去保證收成，因此，選育出氮高效的種質(zhì)資源，減少氮肥施用量，與其他改良方法相比，具有高效性和實(shí)效性。

Stahl 等［24］在德國的10 個(gè)不同地域?qū)?989－2014 年間注冊的30 個(gè)油菜優(yōu)良品種進(jìn)行了為期兩年的田間試驗(yàn)，在2 個(gè)氮水平下測試了其菜籽產(chǎn)量和質(zhì)量，也計(jì)算了它們的NUE，發(fā)現(xiàn)無論是菜籽產(chǎn)量、質(zhì)量，還是NUE，都是新注冊品種要優(yōu)于舊注冊品種，且越是新注冊的品種，其在不同氮水平下的性狀差異就越小。這些數(shù)據(jù)表明，通過現(xiàn)代育種技術(shù)進(jìn)行油菜種質(zhì)改良，具有提高油菜NUE、減少氮肥投入的巨大作用。

Zhou 等［25］利用高通量測序技術(shù)，對水稻的一組高產(chǎn)量的基因型染色體片段替代品系進(jìn)行了基因分型，并構(gòu)建了超高質(zhì)量的物理圖譜。在水培條件下，總共鑒定出13 個(gè)數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL），其中氮吸收量（nitrogen uptake，NUP）為7 個(gè)，NUE 為6 個(gè)。這些QTL 表達(dá)的NUP 和NUE 表型變異比例分別為3.16% ～13.99%和3.76% ～12.34%。還確定了一些生物量產(chǎn)量和谷物產(chǎn)量的QTL，它們分別占觀察到的表型變異的3.21% ～45.54% 和6.28% ～7.31%。發(fā)現(xiàn)谷物產(chǎn)量與NUP 和NUE 顯著正相關(guān)，NUP 比NUE 更緊密相關(guān)。

Ueda 等［26］探討了運(yùn)用轉(zhuǎn)錄因子（TFs）的基因工程方法來提高植物NUE 水平，該方法已成功用于改善環(huán)境脅迫耐受性和對植物養(yǎng)分的響應(yīng)。盡管基于TF 的基因工程是一種有前途的方法，可用于生產(chǎn)需肥量少的農(nóng)作物，此類嘗試尚少見報(bào)道。然而，許多TF 對于這種類型的基因工程可能還是有用的，在總結(jié)了TF、能提高NUE 水平的基因工程的基本概念的基礎(chǔ)上，還提供了一系列TF，這些TF 被證明對擬南芥和幾種作物的NUE 可能有用。

2 氮元素對油菜生長的影響

甘藍(lán)型油菜（Brassica napusL.）作為一種重要的油料作物，被廣泛種植于中國、北歐、加拿大和澳大利亞等地。無論哪種類型的甘藍(lán)型油菜（冬性型、春性型、半冬性型），在苗期對于氮素營養(yǎng)都有著大量的需求，但是在成熟期卻常常出現(xiàn)因氮素營養(yǎng)過剩而破壞其營養(yǎng)元素平衡性的問題［33］。

作物吸收氮素的主要形式是無機(jī)態(tài)氮，包括銨態(tài)氮與硝態(tài)氮；同時(shí)，也可以吸收和利用有機(jī)態(tài)氮，如尿素等。氮元素占植物干重的1% ～3%，是植物體生長發(fā)育不可或缺的大量元素，也是每個(gè)活細(xì)胞的組成成分。氮素參與了植物遺傳物質(zhì)、供能物質(zhì)、細(xì)胞骨架、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、葉綠素等的合成［34］，在植物的生命活動中占有極其重要地位，因此又有“生命元素”之稱。不同的氮水平在植物的生長發(fā)育過程中具有極為深刻的影響。

在油菜的全生長期，氮素對油菜生長均起到了關(guān)鍵作用，對油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)都有著極大的影響。劉濤等［35］通過研究不同葉位油菜葉片的光合氮素分配，發(fā)現(xiàn)光合氮素利用效率受到氮素營養(yǎng)限制主要是由于羧化系統(tǒng)和生物力能學(xué)組分氮分配兩個(gè)因子影響。Hegewald 等［36］對高強(qiáng)度輪作和氮素管理對德國油菜產(chǎn)量的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)一定程度上減少施氮量能緩解氮素過剩的風(fēng)險(xiǎn)，提高油菜的產(chǎn)量。Yousaf 等［37］研究了N、P、K 肥的不同組合對華中地區(qū)油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)混合施用N、P、K 肥的組合對油菜的產(chǎn)量提高影響最佳，且氮素對油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的限制性最強(qiáng)，通過增加氮肥的施用量，菜籽的油含量減少，蛋白質(zhì)含量持續(xù)增加。Khan等［38］研究了不同種植密度和施氮量下油菜的產(chǎn)量、氮素利用效率和抗倒伏能力，結(jié)果表明油菜在種植密度30 株/m2、施氮量120 kg/hm2的情況下產(chǎn)量最高。

3 油菜氮高效幾種常見的評價(jià)指標(biāo)

3.1 菜籽產(chǎn)量

在低氮水平條件下提高菜籽產(chǎn)量是提高油菜NUE 的關(guān)鍵之一。通過比較分析不同氮素水平下油菜的菜籽產(chǎn)量，可以作為估算該基因型油菜整體NUE 水平的依據(jù)。此外，收獲指數(shù)（harvest index）即種子重量與總植株干物質(zhì)的比率，和氮收獲指數(shù)（nitrogen harvest index）即收獲時(shí)種子氮與總植株氮的比率，也可以作為油菜利用氮和碳生產(chǎn)菜籽能力的指標(biāo)［39］。然而，這些指標(biāo)是一些受多因素影響的復(fù)雜變量，油菜必須經(jīng)歷漫長的全生長期，在其成熟期收獲菜籽，測量統(tǒng)計(jì)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后才能獲取這些想要的指標(biāo)。因此，在油菜的生長發(fā)育過程中的不可控變量如植物個(gè)體生長的差異性、非生物脅迫和生物壓力等，會在很大程度上影響最終通過樣本估計(jì)整體值時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性。2014 年Miersch［40］的研究結(jié)果表明，選用半矮稈性狀油菜的雜交種可能是增加NUE 的有效方法，這項(xiàng)研究比較了同一母本的75 個(gè)半矮稈雜交種和75 個(gè)正常雜交種在兩個(gè)不同氮肥水平下不同。結(jié)果表明，在低氮和高氮條件下，半矮稈雜交種的氮素吸收效率、氮素利用效率和菜籽產(chǎn)量均較高，其秸稈較短使收獲指數(shù)和氮素利用效率均有所提高。2016 年Miersch 等［41］進(jìn)一步比較了半矮稈雜交種和矮桿雜交種，結(jié)果發(fā)現(xiàn)半矮稈雜交種表現(xiàn)出更高的氮收獲指數(shù)、NupE、NutE 和NUE。通過分析低氮水平條件下5 個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)和高氮水平條件下2 個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)連鎖群A60 上的bzh－locus 位點(diǎn)表達(dá)出半矮稈性狀對NUE 有很大影響，低氮條件下半矮稈雜交種為氮高效基因型。

3.2 生物量

生物量是最能直接反映植物生長發(fā)育狀況的性狀之一。大量研究表明，植物的生物量與其NUE 常常處于正相關(guān)的關(guān)系?？蒲腥藛T對水稻、玉米、棉花、大豆等作物進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)生物量與NUE 之間有一定的關(guān)聯(lián)性［42－45］。對于油菜而言，其生物量也被證實(shí)與NUE 存在關(guān)聯(lián)。顧熾明等［46］在兩個(gè)氮水平條件下對162 份油菜種質(zhì)進(jìn)行了氮效率評價(jià)和基因型差異分析，結(jié)果表明油菜苗期生物量與其NupE 具有極顯著的相關(guān)性，側(cè)根長、N 累積量、NUE 與NupE 存在顯著正相關(guān)，因此該研究認(rèn)為油菜的苗期以生物量作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量油菜NUE 是一種行之有效的途徑。

3.3 根系形態(tài)

根系形態(tài)結(jié)構(gòu)和氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性是植物在土壤中吸收氮能力大小的關(guān)鍵因素［47］。而NupE 直接與植物的吸氮量相關(guān)，并且能夠影響到NUE 的水平高低。因此，根系形態(tài)可作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)用以評價(jià)植物的NUE 水平。目前，擬南芥作為模式植物，其根系形態(tài)與NUE 之間的關(guān)系研究得十分深入［48－49］。而油菜根系形態(tài)與NUE 之間也存在著很強(qiáng)的相關(guān)性。王建強(qiáng)等［50］對不同氮效率的油菜進(jìn)行了高、低氮兩種氮水平處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氮高效油菜的幾種根系形態(tài)指標(biāo)（包括總根長、根表面積、根體積、側(cè)根數(shù)及主根長）同氮低效油菜比較起來均明顯增加，且N、P、K 積累量也高于氮低效油菜，還發(fā)現(xiàn)氮高效油菜的根尖分生區(qū)細(xì)胞的分裂數(shù)目增多，伸長區(qū)的細(xì)胞長度增長，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測可能促進(jìn)了主根伸長。因此，氮高效油菜相較于氮低效油菜，根系更為發(fā)達(dá)，從而反過來證明了根系形態(tài)可以反映油菜NUE 水平的高低。

筆者所在課題組對甘藍(lán)型油菜共302 份不同基因型材料在兩種不同氮水平（正常氮：6 mmol/L；低氮：0.3 mmol/L）下的根系形態(tài)進(jìn)行了初步分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在低氮脅迫條件下，油菜的總根長、平均直徑、表面積、根體積都發(fā)生了極顯著變化，油菜根系的總根長在低氮條件下增大，而平均直徑、表面積、根體積都相對減小，且各基因型對低氮脅迫的響應(yīng)程度也表現(xiàn)出差異性（未發(fā)表）。這也表明了不同基因型油菜在不同氮水平條件下根系生長狀況具有明顯差異，佐證了根系形態(tài)可以作為篩選氮高效基因型油菜的重要指標(biāo)。

3.4 葉片的葉綠素含量

光合作用是植物體內(nèi)干物質(zhì)的主要來源，與植物氮素積累過程密切相關(guān)［51］。氮素營養(yǎng)的不同會導(dǎo)致植物葉片面積、伸展和持續(xù)時(shí)間、氮含量、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度等產(chǎn)生差異，進(jìn)而影響到其光合作用強(qiáng)度［52］。研究表明，葉片葉綠素土壤與作物分析開發(fā)值（soil and plant analyzer develotrnent，SPAD）和植物葉片的氮含量密切相關(guān)，并且可以直接用葉綠素儀估讀其單位面積的含氮量［53］。

不同NUE 油菜光合作用能力存在明顯的差異。Wang 等［54］對低氮脅迫條件下氮高效基因型油菜（D4－15）和氮低效基因型油菜（D1－1）進(jìn)行了苗期NutE 和NUE 評價(jià)，發(fā)現(xiàn)NUE 與光合氮利用效率之間正相關(guān)關(guān)系極顯著，氮高效基因型光合作用相關(guān)參數(shù)優(yōu)于氮低效基因型，這也證明了氮高效基因型油菜苗期光合作用強(qiáng)度大于氮低效基因型，且在光合作用中，氮高效基因型對葉片氮的利用能力更強(qiáng)。

3.5 其他評價(jià)指標(biāo)

除上述評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)外，還有一些參數(shù)也可以作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在一定條件下反映油菜的NUE 水平高低。曹蘭芹等［55］對50 份油菜種質(zhì)進(jìn)行了不同氮水平下的土培實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在高氮條件下遺傳變異差距更為明顯，且油菜的有效角果數(shù)、株高和第一個(gè)有效分枝高度在各基因型間表現(xiàn)出顯著差異，可作為篩選氮高效基因型的標(biāo)準(zhǔn)。相信通過進(jìn)一步的研究，還會有更多更準(zhǔn)確的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來輔助篩選氮高效植物。

3.6 幾種評價(jià)指標(biāo)的比較分析

油菜氮高效評價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)該行之有效且操作簡單，以達(dá)到大批量檢測時(shí)耗時(shí)短、準(zhǔn)確度高的要求。目前，較為廣泛采用的是菜籽產(chǎn)量、生物量、根系形態(tài)及葉片葉綠素含量這4 個(gè)指標(biāo)（表2）。考察產(chǎn)量指標(biāo)是最為直接的方式，但其耗時(shí)長、投入時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本相對較高，且容易受到外界環(huán)境因子的影響致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確；考察苗期生物量也被證實(shí)行之有效，且培養(yǎng)周期短、結(jié)果可靠。通過植株的形態(tài)指標(biāo)（包括根系形態(tài)、SPAD 值等）間接鑒定其NUE 簡單直觀，利用現(xiàn)有測量工具可以很便捷快速地得到表征數(shù)據(jù)，其鑒定結(jié)果也在大量研究之中表明行之有效［56］，可以作為評價(jià)NUE 的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。但是，生物量僅能對油菜苗期NUE 進(jìn)行評價(jià)，而對全生育期及最終產(chǎn)量而言，結(jié)果不可靠［46］。根系形態(tài)只能評價(jià)在低氮脅迫條件下不同基因型油菜的NUE，在正常氮水平條件下，氮高效基因型與氮低效基因型的NUE 無顯著差異［50］。測量葉片的SPAD 值操作簡單、結(jié)果直觀，但油菜葉片在生長過程中易受培養(yǎng)的光、溫環(huán)境影響，進(jìn)而影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性［57］。還有一些指標(biāo)需要特定的環(huán)境條件才能在不同基因型間表現(xiàn)出明顯差異性［58－60］，因此只可作為參考，而不能作為評價(jià)NUE 的直接依據(jù)。

表2 幾種評價(jià)指標(biāo)的比較Tab.2 Comparison of several evaluation indexes

綜上，根據(jù)油菜所處的氮水平、生育期的不同，NUE 評價(jià)指標(biāo)也要隨之調(diào)整。而苗期篩選相較于全生育期篩選而言，周期短、受環(huán)境影響程度較小，利用苗期大批量初篩之后再在全生育期進(jìn)行驗(yàn)證，是真正全面反映油菜NUE 的一種操作簡便、可行性強(qiáng)的方法［61］。因此，筆者認(rèn)為，可在油菜苗期設(shè)置正常氮、低氮兩種水平，以生物量為主要評價(jià)指標(biāo)，以根系形態(tài)、葉綠素含量為參考評價(jià)指標(biāo)初篩出幾種NUE 較高的基因型，再進(jìn)行全生育期驗(yàn)證，以菜籽產(chǎn)量等指標(biāo)最終確定油菜氮高效基因型。

4 展望

油菜相較于其他作物而言，需氮量較大，而NUE 卻相對較低［8］。提高油菜NUE 對提高油菜生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。而NUE 的調(diào)控相對復(fù)雜，既涉及到油菜本身的生理生化過程，不同基因型之間NUE 存在差異，又受到環(huán)境因子的影響［62］。因此，提高油菜NUE 需要大量的理論研究和實(shí)踐基礎(chǔ)，需要科研人員不斷進(jìn)行探索。

首先，由于油菜NUE 存在廣泛的遺傳變異，因而收集更多的種質(zhì)資源，建立起成規(guī)模的油菜核心種質(zhì)資源庫的工作需要持續(xù)不斷地進(jìn)行。甘藍(lán)型油菜是外來品種，在我國栽種的歷史不長，沒有非常穩(wěn)定的遺傳基礎(chǔ)［63］。雖然已在北京、青海、武漢建成了多層次的種質(zhì)資源保存體系，收集有4 176 份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)［64］，但仍需通過引進(jìn)國外新品種、挖掘國內(nèi)起源品種、收集保護(hù)近源物種等途徑保障油菜的育種成效。

其次，油菜氮高效的生理機(jī)制仍需深入研究。目前已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，如Li 等［65］結(jié)合基因組重測序和轉(zhuǎn)錄組學(xué)結(jié)果，揭示了調(diào)控油菜NUE 的生物學(xué)機(jī)制；Hu 等［66］揭示了硝酸鹽信號從細(xì)胞膜受體傳遞到細(xì)胞核TF 的通路，解釋了硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B 在硝酸鹽響應(yīng)過程中的關(guān)鍵作用。但氮素營養(yǎng)的再利用、再分配過程同樣也對油菜NUE 存在著重要的影響［67］，其中的關(guān)鍵影響因子亟待挖掘。

因此，在選育氮高效油菜種質(zhì)資源的研究中，利用現(xiàn)有種質(zhì)資源挖掘NUE 相關(guān)關(guān)鍵候選基因、揭示油菜氮高效分子機(jī)制，并結(jié)合傳統(tǒng)和現(xiàn)代育種技術(shù)培育新的氮高效油菜種質(zhì)資源是今后研究的重點(diǎn)。現(xiàn)在氮高效油菜品種在市場上越來越受到關(guān)注。例如，2014 年一個(gè)新的油菜雜交種因提高了氮效率而得到了推廣［8］，從商業(yè)角度反映出人們對氮高效種質(zhì)的追捧。這種商業(yè)利益將進(jìn)一步鼓勵(lì)科研人員繼續(xù)開發(fā)氮高效油菜新品種，以確保油菜這種重要的經(jīng)濟(jì)作物高效、高產(chǎn)、綠色生產(chǎn)。