不同氮水平下水稻氮素利用率及耐低氮遺傳基礎研究——評《高光譜技術(shù)在水稻氮素營養(yǎng)診斷中的應用研究》

《高光譜技術(shù)在水稻氮素營養(yǎng)診斷中的應用研究》

作者：張金恒、唐延林

出版社：中國農(nóng)業(yè)出版社

ISBN：9787109171626

水稻是人類賴以生存的糧食作物，在我國的糧食體系中占相當重要的地位。我國有65%以上人口以稻米為主食，但由于城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，耕地面積不斷減少，種植水稻的制約因素增多，限制了水稻產(chǎn)量的增長。

由張金恒、唐延林共同編撰的《高光譜技術(shù)在水稻氮素營養(yǎng)診斷中的應用研究》一書，是課題組經(jīng)多年研究水稻氮素營養(yǎng)高光譜的成果總結(jié)。該書共有是十一個章節(jié)，分別介紹了氮素的生理功能、水稻氮素營養(yǎng)的變化規(guī)律以及常規(guī)診斷技術(shù)，并闡述高光譜遙感技術(shù)、不同氮素水平水稻光譜特征以及不同水稻氮素營養(yǎng)水平的生物化學參數(shù)與高光譜參數(shù)相關(guān)性，為水稻氮素營養(yǎng)高光譜診斷提出理論依據(jù)；同時系統(tǒng)介紹了水稻高光譜數(shù)據(jù)的分析技術(shù)、提取方法以及構(gòu)建診斷的模型和儀器。筆者在完成遵義師范學院博士啟動基金項目（遵師BS[2018]18）、貴州省科教廳青年科技人才成長項目（黔教合KY字[2020]110、黔教合KY字[2020]110）過程中閱讀了該書，并對其展開了深入探討。該書闡述由淺入深，內(nèi)容新穎，層次分明，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)教師和學生的參考書籍，還能為后續(xù)高光譜應用等領(lǐng)域的研究提供重要參考。

隨著社會的發(fā)展、人口的不斷增加，為了提高水稻的單產(chǎn)而過量使用氮肥，不僅造成了氮素消耗量不斷增加而利用率低下的現(xiàn)狀，還由于大量的浪費，引發(fā)了一系列環(huán)境問題。因此，提高水稻種植中氮肥利用效率是當下亟待解決的問題。筆者針對該問題展開了深入的探討，認為從稻種資源中篩選或利用氮高效品種來控制氮肥的用量，對提高水稻生產(chǎn)中氮肥的效率，促進和提高氮素利用率、降低種植水稻的成本、減少對環(huán)境的污染、推進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的理論意義與實踐價值。

一、不同氮水平下水稻氮素利用率

在保證不擴大水稻種植面積的前提下，農(nóng)民往往通過施用氮肥來提高水稻的單產(chǎn)。氮素利用效率的形成是一個極其復雜的生理過程，其不僅包括了產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)因子，還包括積累、轉(zhuǎn)運、分配等一系列過程。在不同的氮肥條件下，這些過程會受到基因的調(diào)控。對不同氮水平下水稻氮素利用率進行深入分析，并結(jié)合所學知識，通過對以下方面進行研究為培育氮高效利用以及耐低氮遺傳基礎研究提供依據(jù)。

首先，針對不同氮水平下氮素利用率、產(chǎn)量構(gòu)成因子等性狀之間的關(guān)系進行研究后發(fā)現(xiàn)，兩種氮水平下，籽粒氮素的利用效率和籽粒產(chǎn)量以及結(jié)實率呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明能通過提高產(chǎn)量、結(jié)實率來改進籽粒氮素的利用效率。

其次，研究籽粒氮素利用率與水稻組織氮濃度之間的關(guān)系。實驗中發(fā)現(xiàn)，兩種氮水平下籽粒氮素的利用效率與抽穗期、成熟期組織氮濃度呈負相關(guān)關(guān)系。所以，可通過降低組織氮濃度來改進籽粒氮素的利用效率。

最后，研究籽粒氮素利用效率與氮積累和運轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)兩種氮水平下籽粒氮素的利用效率與抽穗期、成熟期氮積累量呈負相關(guān)關(guān)系，但是與抽穗期、成熟期氮運轉(zhuǎn)呈正相關(guān)。由此可見，可通過降低抽穗期、成熟期氮積累量，提高氮運轉(zhuǎn)來改良籽粒氮素的利用效率。

二、耐低氮遺傳基礎研究

水稻的耐低氮脅迫能力（對植物施加有害影響的環(huán)境因子），通常要用氮效率這一指標來進行衡量。氮效率這一指標由氮素吸收效率和利用效率構(gòu)成。許多相關(guān)研究都清楚表明，水稻的氮素吸收和利用效率有著明顯的基因型差異。這一發(fā)現(xiàn)對培育出氮高效、耐低氮性狀的水稻品種奠定了一定的理論基礎。在此背景下，筆者通過對水稻耐低氧遺傳基礎方面進行研究，希望該研究能為培育出氮高效、耐低氮水稻新品種提供有效參考。

第一，耐低氮QTL的定位研究。氮素的利用效率與氮吸收、葉綠素含量等都有著密切的關(guān)聯(lián)；第二，水稻耐低氮基因克隆研究。研究發(fā)現(xiàn)對應基因性狀揭示出水稻耐低氮的遺傳機制，還能提高氮素吸收效率和籽粒的產(chǎn)量；第三，水稻耐低氮蛋白組研究。在水稻生長的過程中，生物、非生物因子均會對水稻基因產(chǎn)生影響，通過對水稻在不利的環(huán)境因子脅迫下蛋白質(zhì)組表達進行分析，對水稻生產(chǎn)實踐具有相當重大的意義。通過水稻耐低氮蛋白組研究結(jié)果可以清晰看出，水稻主要是通過改變其根部和葉片中蛋白質(zhì)含量及種類的不同來應對低氮環(huán)境脅迫。這一發(fā)現(xiàn)對揭示水稻耐低氮研究具有重要的意義。

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國人口仍處于逐年增加趨勢，這就要求我國糧食的總量要在現(xiàn)有的基礎上不斷增加，才能保證糧食的供應。我國目前農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，再加上耕地面積不斷減少，要保證糧食的單產(chǎn)量，就必須通過培育出高效新品種以及對肥料的改良來實現(xiàn)。但目前的相關(guān)生理生化機制以及耐低氮遺傳基礎的研究仍存在一些亟待解決的問題。因此，未來應該加強對該方面的研究，更加有效地培育出氮高效、耐低氮水稻的新品種，更好地服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國家糧食安全。

（馮博，遵義師范學院資源與環(huán)境學院；劉丹，遵義師范學院生物與農(nóng)業(yè)科技學院）