油菜密植高产群体根-冠衰老特性及防早衰调节机理研究

Appropriate planting density is very important for high yield production of crops. However, high density often brings negative effect on yield due to early senescence of plants. Rapeseed varieties with different genetic background call for different population composition. Up-to-date, dry matter translocation efficiency as well as senescence characteristics and regulating mechanism of root-shoot are still unclear yet. Currently, high yield production of rapeseed demands urgently matching nursing and physiological guidances. In this study, Zhongshuang 11 and Huaza 9 were employed, and normal- and high density-high yield populations were established based on previous studies which focused on the biological characters,nitrogen nutritional characters of high-yield population.Plant physiology and biochemistry techniques, 14C and 15N tracer and 2-DE comparative proteomic analysis were employed to investigate the nitrogen use efficiency in high density population, and key steps of nitrogen redistribution, distribution ratio of carbon assimilation in plant organs, and the changes of proteomic expression level during root-shoot senescence, as well as the regulating mechanism of key hormones on senescence of plants. The project would be helpful to elucidate the characteristics of carbon-nitrogen metabolism, and to establish metabolic network in high yield population during root-shoot senescence. It could accelerate the process of unraveling molecular mechanism of senescence regulation in Brassica napus and provide theoretical foundation for super-high-yield rapeseed cultivation in China.

合理密植是作物获得高产的有效途径，但高密度下植株易早衰而影响产量。不同遗传背景的油菜品种高产群体组成不同，密植高产群体的干物质转运效率、根-冠衰老特性及防早衰机理尚不清楚，现亟需相应的栽培理论作为指导以充分挖掘品种产量潜力。项目以不同遗传背景油菜品种中双11号和华杂9号为材料，构建了密植高产群体和普通高产群体，在前期对其生物学特性、氮素营养特性进行研究的基础上，拟采用生理生化分析、14C和15N同位素示踪和2-DE蛋白组学分析方法，探索油菜密植高产群体氮素再分配的关键步骤，同化物在植株各器官的分配比例，分析根-冠衰老过程中蛋白质组表达水平的变化，明确影响油菜根-冠早衰的关键植物激素类型以及延缓衰老的机理。本项目的实施，将阐明油菜密植高产群体的碳氮代谢特征，建立根-冠衰老网络代谢途径，揭示油菜密植高产群体根-冠衰老特征和延缓群体早衰的调节机理，从而为油菜超高产栽培提供理论依据。

一、理论创新.1、油菜密植高产群体株型研究.连续3年以中双11号和华油杂9号等品种为材料，研究了群体分枝数，叶面积指数，角果皮面积指数，角果皮面积指数，叶片光合及冠层角果光合指标。中双11号和华杂9号高产群体理想分枝数分别为260/m2和300/m2，单位面积角果数分别为9000个/m2和10000个/m2。高产群体花期叶面积指数为4.5，角果皮面积指数为7.0。开花后密植高产群体根长、根尖数、根系体积和根系表面积在花后0-14天下降缓慢，21-28天开始快速下降。.2、高产高效生理生态机制.用14C和15N研究了开花前后干物质的分配和积累，密植高产群体单位面积干物重＞普通高产群体，花前/花后的比例为密植高产群体＜普通高产群体，产量水平越高的群体，其花后干物质生产能力越强，向籽粒的转运量多。密植高产群体非结构性碳水化合物大量向籽粒中转移，促进高产成熟。.3、基因表达和蛋白组研究.不同密度群体叶片衰老基因表达差异：在各时期共表达的基因有342个，主要是与氮素代谢相关的基因，大部分基因在衰老前期表达多，后期表达量下降。衰老相关基因SAG12在高密度群体中于开花后0-14天表达量增加缓慢，后期表达量增加较快。主要是因为茎秆和叶片中的碳氮快速向籽粒和角果皮中转移。.2-DE分析表明，两个群体叶片衰老过程中有201个差异表达蛋白，其中有119个上调表达蛋白，82个下调表达蛋白，特异表达蛋白数是105个。这些蛋白的功能参与细胞应答和其他代谢过程如光合作用、光呼吸，蛋白合成、信号转导等。 .4、外源植物激素调控油菜碳氮代谢的生理机制.外源激素BR提高了油菜叶片的光合速率以及角果皮的光合速率，叶片Rubisco酶活性提高。激素处理后中双11号和华杂9号苗期、蕾薹期、花期、角果期比对照高。激素处理后中双11号和华油杂9号氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率和氮素收获指数都高于对照。. 二、技术及产品创新.逐步完善了“以密补迟，以密省肥、以密适机”油菜密植高产机械化栽培技术，围绕高产、高抗、高效和机械化目标，优化水肥运筹和化学调控技术，构建合理的冠层和株型适中的高产高效群体，以适应机械收获，降低损失率，提高了产量和经济效益。开发了绿色高产的产品。.三、文章及专利.共发表论文9篇，获专利4项，申请专利1项，获得奖励4项，培养硕士研究生6名。