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

《高光譜技術(shù)在水稻氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用研究》

作者：張金恒、唐延林

出版社：中國(guó)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(guó)的糧食體系中占相當(dāng)重要的地位。我國(guó)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(zhǎng)。

由張金恒、唐延林共同編撰的《高光譜技術(shù)在水稻氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用研究》一書(shū)，是課題組經(jīng)多年研究水稻氮素營(yíng)養(yǎng)高光譜的成果總結(jié)。該書(shū)共有是十一個(gè)章節(jié)，分別介紹了氮素的生理功能、水稻氮素營(yíng)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(yíng)養(yǎng)水平的生物化學(xué)參數(shù)與高光譜參數(shù)相關(guān)性，為水稻氮素營(yíng)養(yǎng)高光譜診斷提出理論依據(jù)；同時(shí)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(xué)院博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目（遵師BS[2018]18）、貴州省科教廳青年科技人才成長(zhǎng)項(xiàng)目（黔教合KY字[2020]110、黔教合KY字[2020]110）過(guò)程中閱讀了該書(shū)，并對(duì)其展開(kāi)了深入探討。該書(shū)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(xué)生的參考書(shū)籍，還能為后續(xù)高光譜應(yīng)用等領(lǐng)域的研究提供重要參考。

隨著社會(huì)的發(fā)展、人口的不斷增加，為了提高水稻的單產(chǎn)而過(guò)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(fèi)，引發(fā)了一系列環(huán)境問(wèn)題。因此，提高水稻種植中氮肥利用效率是當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題。筆者針對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)了深入的探討，認(rèn)為從稻種資源中篩選或利用氮高效品種來(lái)控制氮肥的用量，對(duì)提高水稻生產(chǎn)中氮肥的效率，促進(jìn)和提高氮素利用率、降低種植水稻的成本、減少對(duì)環(huán)境的污染、推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。

一、不同氮水平下水稻氮素利用率

在保證不擴(kuò)大水稻種植面積的前提下，農(nóng)民往往通過(guò)施用氮肥來(lái)提高水稻的單產(chǎn)。氮素利用效率的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的生理過(guò)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(yùn)、分配等一系列過(guò)程。在不同的氮肥條件下，這些過(guò)程會(huì)受到基因的調(diào)控。對(duì)不同氮水平下水稻氮素利用率進(jìn)行深入分析，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)，通過(guò)對(duì)以下方面進(jìn)行研究為培育氮高效利用以及耐低氮遺傳基礎(chǔ)研究提供依據(jù)。

首先，針對(duì)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(jìn)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(shí)率呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明能通過(guò)提高產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率來(lái)改進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(fù)相關(guān)關(guān)系。所以，可通過(guò)降低組織氮濃度來(lái)改進(jìn)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(yùn)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(fù)相關(guān)關(guān)系，但是與抽穗期、成熟期氮運(yùn)轉(zhuǎn)呈正相關(guān)。由此可見(jiàn)，可通過(guò)降低抽穗期、成熟期氮積累量，提高氮運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)改良籽粒氮素的利用效率。

二、耐低氮遺傳基礎(chǔ)研究

水稻的耐低氮脅迫能力（對(duì)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(biāo)來(lái)進(jìn)行衡量。氮效率這一指標(biāo)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(duì)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(chǔ)。在此背景下，筆者通過(guò)對(duì)水稻耐低氧遺傳基礎(chǔ)方面進(jìn)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(duì)應(yīng)基因性狀揭示出水稻耐低氮的遺傳機(jī)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(zhǎng)的過(guò)程中，生物、非生物因子均會(huì)對(duì)水稻基因產(chǎn)生影響，通過(guò)對(duì)水稻在不利的環(huán)境因子脅迫下蛋白質(zhì)組表達(dá)進(jìn)行分析，對(duì)水稻生產(chǎn)實(shí)踐具有相當(dāng)重大的意義。通過(guò)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(guò)改變其根部和葉片中蛋白質(zhì)含量及種類的不同來(lái)應(yīng)對(duì)低氮環(huán)境脅迫。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)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(jì)，我國(guó)人口仍處于逐年增加趨勢(shì)，這就要求我國(guó)糧食的總量要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上不斷增加，才能保證糧食的供應(yīng)。我國(guó)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(guò)培育出高效新品種以及對(duì)肥料的改良來(lái)實(shí)現(xiàn)。但目前的相關(guān)生理生化機(jī)制以及耐低氮遺傳基礎(chǔ)的研究仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。因此，未來(lái)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)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(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)家糧食安全。

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