不同氮水平下水稻氮素利用率及耐低氮遗传基础研究——评《高光谱技术在水稻氮素营养诊断中的应用研究》

不同氮水平下水稻氮素利用率及耐低氮遗传基础研究——评《高光谱技术在水稻氮素营养诊断中的应用研究》

《高光谱技术在水稻氮素营养诊断中的应用研究》

作者：张金恒、唐延林

出版社：中国农业出版社

ISBN：9787109171626

水稻是人类赖以生存的粮食作物，在我国的粮食体系中占相当重要的地位。我国有65%以上人口以稻米为主食，但由于城市化和工业化的不断发展，耕地面积不断减少，种植水稻的制约因素增多，限制了水稻产量的增长。

由张金恒、唐延林共同编撰的《高光谱技术在水稻氮素营养诊断中的应用研究》一书，是课题组经多年研究水稻氮素营养高光谱的成果总结。该书共有是十一个章节，分别介绍了氮素的生理功能、水稻氮素营养的变化规律以及常规诊断技术，并阐述高光谱遥感技术、不同氮素水平水稻光谱特征以及不同水稻氮素营养水平的生物化学参数与高光谱参数相关性，为水稻氮素营养高光谱诊断提出理论依据；同时系统介绍了水稻高光谱数据的分析技术、提取方法以及构建诊断的模型和仪器。笔者在完成遵义师范学院博士启动基金项目（遵师BS[2018]18）、贵州省科教厅青年科技人才成长项目（黔教合KY字[2020]110、黔教合KY字[2020]110）过程中阅读了该书，并对其展开了深入探讨。该书阐述由浅入深，内容新颖，层次分明，可作为高等院校相关专业教师和学生的参考书籍，还能为后续高光谱应用等领域的研究提供重要参考。

随着社会的发展、人口的不断增加，为了提高水稻的单产而过量使用氮肥，不仅造成了氮素消耗量不断增加而利用率低下的现状，还由于大量的浪费，引发了一系列环境问题。因此，提高水稻种植中氮肥利用效率是当下亟待解决的问题。笔者针对该问题展开了深入的探讨，认为从稻种资源中筛选或利用氮高效品种来控制氮肥的用量，对提高水稻生产中氮肥的效率，促进和提高氮素利用率、降低种植水稻的成本、减少对环境的污染、推进农业可持续发展具有十分重要的理论意义与实践价值。

一、不同氮水平下水稻氮素利用率

在保证不扩大水稻种植面积的前提下，农民往往通过施用氮肥来提高水稻的单产。氮素利用效率的形成是一个极其复杂的生理过程，其不仅包括了产量和结构因子，还包括积累、转运、分配等一系列过程。在不同的氮肥条件下，这些过程会受到基因的调控。对不同氮水平下水稻氮素利用率进行深入分析，并结合所学知识，通过对以下方面进行研究为培育氮高效利用以及耐低氮遗传基础研究提供依据。

首先，针对不同氮水平下氮素利用率、产量构成因子等性状之间的关系进行研究后发现，两种氮水平下，籽粒氮素的利用效率和籽粒产量以及结实率呈现出显著的正相关关系，说明能通过提高产量、结实率来改进籽粒氮素的利用效率。

其次，研究籽粒氮素利用率与水稻组织氮浓度之间的关系。实验中发现，两种氮水平下籽粒氮素的利用效率与抽穗期、成熟期组织氮浓度呈负相关关系。所以，可通过降低组织氮浓度来改进籽粒氮素的利用效率。

最后，研究籽粒氮素利用效率与氮积累和运转之间的关系。发现两种氮水平下籽粒氮素的利用效率与抽穗期、成熟期氮积累量呈负相关关系，但是与抽穗期、成熟期氮运转呈正相关。由此可见，可通过降低抽穗期、成熟期氮积累量，提高氮运转来改良籽粒氮素的利用效率。

二、耐低氮遗传基础研究

水稻的耐低氮胁迫能力（对植物施加有害影响的环境因子），通常要用氮效率这一指标来进行衡量。氮效率这一指标由氮素吸收效率和利用效率构成。许多相关研究都清楚表明，水稻的氮素吸收和利用效率有着明显的基因型差异。这一发现对培育出氮高效、耐低氮性状的水稻品种奠定了一定的理论基础。在此背景下，笔者通过对水稻耐低氧遗传基础方面进行研究，希望该研究能为培育出氮高效、耐低氮水稻新品种提供有效参考。

第一，耐低氮QTL的定位研究。氮素的利用效率与氮吸收、叶绿素含量等都有着密切的关联；第二，水稻耐低氮基因克隆研究。研究发现对应基因性状揭示出水稻耐低氮的遗传机制，还能提高氮素吸收效率和籽粒的产量；第三，水稻耐低氮蛋白组研究。在水稻生长的过程中，生物、非生物因子均会对水稻基因产生影响，通过对水稻在不利的环境因子胁迫下蛋白质组表达进行分析，对水稻生产实践具有相当重大的意义。通过水稻耐低氮蛋白组研究结果可以清晰看出，水稻主要是通过改变其根部和叶片中蛋白质含量及种类的不同来应对低氮环境胁迫。这一发现对揭示水稻耐低氮研究具有重要的意义。

根据有关数据统计，我国人口仍处于逐年增加趋势，这就要求我国粮食的总量要在现有的基础上不断增加，才能保证粮食的供应。我国目前农业结构不断调整，再加上耕地面积不断减少，要保证粮食的单产量，就必须通过培育出高效新品种以及对肥料的改良来实现。但目前的相关生理生化机制以及耐低氮遗传基础的研究仍存在一些亟待解决的问题。因此，未来应该加强对该方面的研究，更加有效地培育出氮高效、耐低氮水稻的新品种，更好地服务于农业生产和国家粮食安全。

（冯博，遵义师范学院资源与环境学院；刘丹，遵义师范学院生物与农业科技学院）