《高產玉米根系生長和氮素吸收特徵及驅動機制》是依託中國農業大學，由李春儉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高產玉米根系生長和氮素吸收特徵及驅動機制
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：李春儉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
根係為植物生長提供養分和水分。現代玉米品種的產量越來越高，其根系在土壤中生長、時空分布及其氮素吸收特徵與老品種相比有何不同？根系生長及其氮素吸收對不同耕作措施（免耕、淺耕深耕）有何反應？生長和氮素吸收的驅動機制是什麼？課題擬在已有工作基礎上，通過多年田間定點實驗，以包括現代品種在內的中國不同年代推廣的代表性玉米品種為材料，在各關鍵生育期用不同方法挖取根系並獲取土壤，通過測定不同土層或土壤空間的根長、根長密度及土壤Nmin值，同時測定植株生物量、吸氮量和產量，系統比較不同年代玉米品種根系生長、演化規律及對氮素吸收、產量和氮效率提高的貢獻；揭示根系生長及其在土壤中時空分布特徵及對不同耕作措施的回響；通過改變地上部庫強（套穗或去穗）揭示玉米根系生長、氮素吸收的驅動機制及冠根關係。研究結果可為玉米高產、優質、高效的栽培管理及合理施肥提供理論依據。
結題摘要
根係為植物生長提供養分和水分。現代玉米品種的產量越來越高，其根系在土壤中生長、時空分布及其氮素吸收特徵與老品種相比有何不同？根系生長及其氮素吸收的驅動機制是什麼？針對上述問題我們開展了連續4年研究。吐絲期新品種的根重大於老品種，但總根長及其在0-60 cm土層中的分布相同。成熟時，新老品種的根重差異進一步加大，而且新品種的總根長超過老品種，並在深層土壤分布更多根系。這一演變有利於新品種在吐絲後吸收更多養分，並吸收深層土壤的水分和淋洗的硝態氮；研究0-60cm土層中新老玉米品種根長密度和土壤速效氮磷鉀濃度在吐絲期和收穫期的變化，發現與根際氮磷鉀的耗竭或波動特徵不同，耕層土壤中無機氮的波動幅度遠遠大於有效磷和鉀的波動，並且與玉米根長密度的波動呈負相關；土壤供氮強度低於植株氮素需求時導致玉米減產，過量供氮使土壤供氮強度高於植株需求，卻不能增加玉米吸氮量和產量。通過田間實驗提出了為保證玉米高產（9-14 t ha-1），在生長期內0-60 cm土壤中的臨界無機氮濃度需要達到6 mg kg-1的供氮指標，並提出了維持玉米生長期內土壤無機氮濃度臨界值的具體建議；通過對上世紀60年代以來國內外發表的田間玉米根系生長發育文獻所做的大數據分析，發現中國選育的玉米品種根系生物量和根冠比值明顯小於國外品種，並通過田間實驗得到驗證。提出大根系不僅有利於防止倒伏，更有利於吸收土壤養分，提高養分利用率，對玉米育種具有借鑑意義；對玉米根系生長及氮素吸收驅動機制的研究表明，根系生長和養分吸收的調節機制不同。根系生長依賴於地上部碳供應，而根系對養分吸收多少取決於地上部需求；在吐絲後玉米地上節根對硝態氮非均勻分布的形態、生理和分子回響機制上取得突破，證明玉米地上節根通過地上部運輸的生長素增加，恢復中柱鞘細胞的循環從而增加側根生長，實現對局部高濃度硝態氮的形態回響。進一步證明不同於地上節根，局部高濃度硝態氮誘導下玉米主根、種子根和地下節根不能增加側根密度是由於地上部節根中柱鞘細胞轉錄組顯著區別於上述三種根系類型，反映出不同類型根系進化的差異。結果對深入理解植物側根發育的生理和分子機制提供了新證據。項目完成了預期研究目標，共發表SCI文章12篇，包括受邀的綜述文章三篇。畢業博士三人，並實現了國際合作，出國短期交流4人次，參加專業國際學術會議兩次。
