调控作物硝态氮代谢和利用的研究进展

李姗,沈成波

(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏 南京 210095)

目前,大量施用化肥成为提高作物产量的主要手段,氮肥用量约占化肥施用总量60%左右,成为作物最主要的肥料来源[1]。氮是作物所需的最重要的矿质营养元素之一,也是限制作物生长发育和产量的关键因素。植物体内许多重要有机化合物的组分,如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素和生物碱等,都离不开氮的参与,其对植物的生命活动具有重要作用。缺氮将导致农作物生长发育受限,最终减产。因此为了追求作物产量的提高,自20世纪60年代以来,全球氮肥的施用量急剧上升,1900—2013年氮肥使用量增加了8倍左右[2],然而大量施用氮肥并没有促进作物产量的大幅度提升,相反,盲目施用大量氮肥不仅对作物有毒害作用,而且还会导致作物氮肥利用效率(nitrogen use efficiency,NUE)下降。大量施用氮肥,增加了农业生产投入,提高了农业生产成本,不利于农业生产的可持续发展,而且还会引起一系列的环境问题,如空气、土壤、水体质量下降,温室气体排放等[3]。因此,在作物产量仍需提高的大背景下,如何减少氮肥用量,提高氮肥利用效率,对实现节约资源、增产增效、保护环境的可持续农业发展具有重要意义。

近20年来,从植物中分离鉴定出的硝态氮转运体大致被分成了4类,分别为NRT1(nitrate transporter 1)、NRT2(nitrate tansporter 2)、CLC(chloride channel)和 SLAC1/SLAH(slow Anion channel/slow anion channel homolog);其中NRT1和PTR(peptide transporter)蛋白家族合称为NPF(NRT1 PTR family)。

2.1 钙信号

2.2 磷酸化

2.3 昼夜节律

2.4 pH

2.6 转录因子

3 水稻氮肥利用效率差异

4 总结与展望