设施黄瓜对外源氮素的吸收、分配、代谢效应及机制研究

The low utilization problem of nitrogen fertilization in greenhouse cucumber can be solved by scientific supply to regulate the exogenous nitrogen, which are mainly three: ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and amide nitrogen,but it is not available to give a systematic and deep research on cucumber to absorption, distribution, metabolism of the exogenous nitrogen Therefore, the experiment is designed to investigate nitrogen absorption pace,the three nitrogen distribution in leaves,roots,stems and fruits,and residual in medium,dry matter distribution and nitrogen use efficiency by N15 tracer technique under three exogenous nitrogen change supply of qualitative and ratio conditions. Further studying is response of cucumber nitrogen metabolite to the supply with exogenous nitrogen and its absorption and distribution. Furthermore,focus on the key enzyme of nitrogen assimilation metabolism and its related genes to reveals the mechanism of nitrogen absorption, distribution and metabolism, in order to provide theoretical basis for high efficient nitrogen absorption and utilization, and reduce nitrogen and improve efficiency.

设施黄瓜生产中氮肥利用率过低的问题可以通过外源氮素的科学供给来解决，主要的外源氮素有铵态氮、硝态氮和酰胺态氮，但目前从黄瓜对外源氮素的吸收分配代谢角度研究的比较少而且不够系统和深入。因此，本研究拟通过铵态氮、硝态氮和酰胺态氮三种外源氮素数量和配比上的供给变化，应用N15同位素示踪技术研究不同氮源条件下黄瓜吸收外源氮素的能力，三种氮素分别在黄瓜叶、根、茎、果的分布及在基质的残余量，以及黄瓜不同部位的干物质分配，分析不同氮源条件下干物质生产效率及氮素利用效率；进一步研究黄瓜氮素代谢产物对外源氮素供给及氮素吸收分配的响应；并深入研究氮素同化代谢的关键酶、氮素吸收转运蛋白基因和同化代谢关键酶基因，揭示黄瓜氮素吸收分配及代谢机制，为黄瓜氮素高效吸收利用和减氮增效提供理论依据。

黄瓜生长对氮素的依赖性很强,氮素过多或缺乏都会限制黄瓜的生长和发育，保持氮素供给总量定额而变换氮素形态是影响植株生长一个非常重要的途径。本研究通过三种外源氮素（铵态氮NH4+-N、硝态氮NO3−-N以及酰胺态氮CO(NH2)2）及其等量配比的供给变化，应用15N同位素示踪技术研究不同氮素形态对物质吸收、分配与转运的影响，进一步研究氮素同化代谢的关键酶和氮素吸收同化的相关基因，结果发现：①施用铵态氮时氮素偏向于分配到根系，施用硝态氮时氮素偏向于分配到叶片，硝态氮酰胺态氮等量配施促进了果实的氮素分配，混合氮素比单一氮素更能为黄瓜高效吸收利用，其中NO3−-N、NH4+-N中混合等量的CO(NH2)2能够提高黄瓜植株各部位的氮素转运量、干物质累积量，提升氮素吸收效率和利用效率；②NH4+-N促进了黄瓜对P和Fe元素的吸收而不利于K、Ca、Mg的吸收，NO3−-N不利于黄瓜对P和Fe的吸收却显著增强了K、Ca、Mg的吸收，配施CO(NH2)2等混合态氮素可在一定程度促进黄瓜对P、K、Ca、Mg、Fe的均衡吸收；③NO3−-N或NH4+-N中混合等量的CO(NH2)2均增强了GOGAT和GS活性,促进了氮素代谢的尿酶途径和氨基酸代谢途径,增加了干物重并使更大比例的干物质分配到果实, 进一步提高了黄瓜产量，因而促进了黄瓜的氮素代谢与利用；④NO3−-N等量配施CO(NH2)2后诱导了硝态氮还原基因CsNR-2、CsNR-3、CsNiR，酰胺态氮水解基因CsUS-2，谷氨酸循环基因CsGOGAT-1-1、CsGS-4的表达上调，NH4+-N等量配施CO(NH2)2诱导了酰胺态氮水解基因CsUS-2，谷氨酸循环基因CsGOGAT-2-2、CsGS-4的表达上调，因而促进了氮素代谢的硝态氮还原、酰胺态氮水解及GS- GOGAT循环。本研究结果可为黄瓜氮素高效吸收利用和减氮增效提供理论依据。