甘蔗氮高效基因型种质资源筛选及其高效机制研究

Sugarcane is the most important sugar crop in China. Excessive application of nitrogen fertilizer has become one of the major limiting factors hampering the healthy development of sugarcane industry in China. Screening high Nitrogen Use Efficiency (NUE) sugarcane cultivars is an important way to decrease nitrogen fertilizer application and improve NEU in sugarcane production. But practically useful NUE sugarcane breeding system has not been established and the physico-ecological mechanisms of NUE in sugarcane still remain unclear. The present proposal is going to carry out continuous greenhouse pot experiments (preliminary screening, further screening) to screen typical NUE sugarcane cultivars form 60 sugarcane genotypes with low N and recommended N application, and continue to screen the selected genotypes under field conditions and illustrate the mechanisms of NUE in sugarcane by investigating physiological nitrogen uptake and utilization characteristics, morphological and physiological traits, enzyme activities for nitrogen metabolism, and photosynthetic characteristics in leaves of typical NUE sugarcane cultivars. The findings from this study would be used to provide references for high NUE sugarcane breeding and efficient nitrogen fertilizer application in commercial sugarcane production.

甘蔗是我国最主要的糖料作物，氮肥的过量施用已经成为阻碍我国甘蔗产业健康发展的主要限制因子之一，甘蔗氮高效品种选育是减少甘蔗氮肥施用和提高甘蔗氮素利用效率的最重要途径，但目前还没有建立有效的甘蔗氮高效育种方法技术体系，且对甘蔗氮高效的生理生态机制也缺乏深入研究。因此，本项目拟通过对国内自育优良品种、国外引进品种和有应用前景的甘蔗近缘野生资源共60份材料在低氮条件下筛选出具有明显氮素利用效率差异的基因型材料，进一步在低氮与正常供氮条件下通过甘蔗氮素利用效率分析筛选出典型氮高效基因型材料；深入分析氮高效甘蔗基因型的氮素吸收利用特点、与氮代谢相关的生理生态特征及田间生物学特征等，揭示甘蔗氮高效基因型的氮素吸收利用的高效机制，为甘蔗氮高效育种和氮肥高效管理提供依据。

甘蔗是我国最主要的糖料作物，氮肥的过量施用已经成为阻碍我国甘蔗产业健康发展的主 要限制因子之一，甘蔗氮高效品种选育是减少甘蔗氮肥施用和提高甘蔗氮素利用效率的最重要途径，但目前还没有建立有效的甘蔗氮高效育种方法技术体系，且对甘蔗氮高效的生理生态机制也缺乏深入研究。因此，本项目拟通过对国内自育优良品种、国外引进品种和有应用前景的甘蔗近缘野生资源共60份材料在低氮条件下筛选出具有明显氮素利用效率差异的基因型材料，进一步在低氮与正常供氮条件下通过甘蔗氮素利用效率分析筛选出典型氮高效基因型材料；深入分析氮高效甘蔗基因型的氮素吸收利用特点、与氮代谢相关的生理生态特征及田间生物学特征等。研究结果发现：在低氮条件下筛选出四种不同类型的甘蔗氮素利用类型的基因型材料，进一步低氮与正常供氮条件下筛选出典型氮高效材料3份，典型氮低效材料2份，高、低效氮种质之间的氮利用效率相差2倍左右。甘蔗对氮素的吸收利用具有明显基因型差异，影响甘蔗氮高效的重要指标有甘蔗的干重、氮累积量、氮利用率、叶的相对氮利用率等；在低氮条件下氮素较多地分配于叶片有利于甘蔗的生长和蔗糖积累；叶片光合生理特征及与氮代谢相关酶的活性与甘蔗氮素利用效率具有明显的相关性。本研究筛选出一批典型氮素利用效率的材料，并从氮素吸收利用特点、与氮代谢相关的生理生态特征及田间生物学特征等，揭示了甘蔗氮高效基因型的生理生态机制，研究结果为甘蔗氮素高效利用育种及甘蔗氮肥高效管理提供了重要的理论依据，在甘蔗氮高效育种和减施氮肥方面具有重要的应用前景。本项目累计发表文章6篇，其中SCI收录2篇，会议论文1篇；培养博士研究生2名；获得发明专利1项，实用新型专利2项；团队成员晋升研究员1名。