低氮营养下狗牙根氮高效吸收利用机理研究

The low management level after eastablishment of turf is one of major problems in turf maintenance and management processes. Inbreeding turfgrass varieties with high nitrogen utilization efficiency is the best way to reduce cost, prolong service life, based on maintaince turf quality. Bermudagrass (Cynodon dactylon L.) is not only the most widely used turfgrass worldwide, but also the maximum nitrogen consuming turfgrass. However, the mechanism of effective nitrogen uptake and utilization of bermudagrass under low nitrogen level is still unclear. Through using two bermudagrass cultivars with extremely different nitrogen utilization efficiency under low nitrogen level, which were obtained from the nitrogen utilization efficiency screening of bermudagrass germplasm in the core collection establishment of Chinese germplasm resource of bermudagrass, this research is intend to analyze the diversity on nitrogen uptake, assimilation, reutilization, accumulation and distribution of carbon and nitrogen in bermudagrass with different nitrogen use efficiency at low nitrogen supply, reveal the relationship between nitrogen utilization and carbon metabolism, finally clarify the physiological mechanisms of nitrogen uptake and utilization of bermudagrass with high nitrogen use efficiency at low nitrogen levels. Results of this research will provide important theoretical basis and technical support for breeding and cultivation of bermudagrass with high nitrogen utilization efficiency.

草坪建植后养护水平低下一直是草坪管理中亟需解决的问题。选育低氮营养下氮高效的草坪草品种是在保证草坪质量的基础上降低养护成本，延长草坪使用寿命的最佳途径。狗牙根作为应用最广泛，同时也是需氮量最大的草坪草，其低氮营养下氮高效吸收利用的机理至今仍不清楚。本项目拟在申请人已经完成的中国狗牙根核心种质库材料氮利用效率筛选的基础上，系统分析低氮营养下氮效率具有显著差异的2种狗牙根材料氮素吸收、同化、再利用、碳氮物质积累分配的差异，并明确氮素吸收利用与碳代谢的关系，进而阐明低氮营养下氮高效狗牙根品种氮吸收利用的生理机理。项目研究结果将为狗牙根氮高效利用的种质资源发掘利用及养护管理提供理论依据和技术支持。

选育低氮营养下氮高效的草坪草品种是在保证草坪质量的基础上降低养护成本，延长草坪寿命的最佳途径。本研究以前期筛选出的氮利用效率具有显著差异的2份狗牙根[C716(氮低效)和‘阳江’(氮高效)]为材料，研究低氮条件下不同狗牙根材料氮素吸收、同化、再利用、光合荧光特性、碳氮物质积累分配的差异，分析影响狗牙根氮吸收利用的主要因素和初步的生理机制。研究结果表明：1）低氮处理条件下，两份狗牙根材料不同器官干物质积累量和碳氮物质含量以及分配模式具有显著差异。低氮处理增加了根状茎和根系干物质分配比例；低氮处理条件下，‘阳江’狗牙根总修剪干重、匍匐茎+根状茎干重与对照相比差异不显著，而C716显著降低。2）低氮处理降低了狗牙根根系氮吸收能力；低氮条件下，‘阳江’比C716狗牙根具有更强的氮吸收能力，主要归因于根表面积和高亲和硝酸盐转运蛋白基因表达的增加。3）低氮处理降低了叶片初级氮同化能力，但是增加了根系氮同化能力；低氮条件下，氮高效品种‘阳江’狗牙根叶片氮同化能力强于C716，但是根系氮同化能力弱于C716。4）低氮处理提高了狗牙根叶片氮的再利用能力；‘阳江’狗牙根叶片细胞质型谷氨酰胺合成酶蛋白表达量和谷氨酸脱氢酶活性均高于C716，因此具有更强的氮再利用能力。5）低氮处理降低了狗牙根净光合速率，但是对PSⅡ反应中心没有影响。低氮处理条件下，叶片蔗糖代谢相关酶活性提高增加了除叶片外其它器官的蔗糖含量，同时通过碳水化合物在不同器官的分配解除叶片碳水化合物累积对光合作用的抑制。综上，影响狗牙根适应低氮营养的主要因素是碳氮物质的分配和再利用。氮高效品种‘阳江’狗牙根通过维持叶片氮同化能力、提高叶片氮的再利用能力，从而保持叶片良好的氮状态，减少了叶片净光合速率的降低幅度，并有效固定CO2，提高蔗糖代谢相关酶活性，并在不同器官间合理分配碳氮化合物以适应低氮营养。本研究结果对氮高效狗牙根材料的选育与养护管理具有重要的参考价值。