不同耐瘠性苦荞对土壤低氮胁迫的响应机制

Buckwheat is important rain fed crops in poor area of Loess Plateau due to its strong resistance to barren and location advantages. Because of its medical nutrition properties have been attach great attention and widely study. However, the study about the mechanism of buckwheat in low nitrogen absorption is not research deeply. This research will choose the rhizosphere soil of buckwheat under the sterilization root canal culture experiment and different nitrogen and varieties treatments. This research attempts to apply high performance liquid chromatography, soil enzyme, real-time PCR and T-RFLP technologies to study the relationship between the organic acids of root and low nitrogen, the effects of different nitrogen source on the form of root secretion, the effects of nitrification on the different nitrogen source by comparison of different varieties of buckwheat. We plan to study whether nitrification to soil nitrogen form is the mechanism to the high tolerance of buckwheat in low nitrogen environment and the relationship between organic acids, nitrogen form and nitrification . We hope to better understand the mechanism of resistance of buckwheat in low nutrient environment.

苦荞因耐瘠性强而成为我国黄土高原土地贫瘠地区的重要杂粮作物，又因医食同源的营养特性而逐步被人们重视并得到进一步研究，但目前关于苦荞耐瘠性尤其是耐低氮的机理研究仍不够深入。本项目拟选择不同耐瘠性苦荞根际土壤为研究对象，通过灭菌根管栽培实验和不同氮肥处理的大田实验，运用高效液相色谱、土壤酶学、实时定量PCR（real-time PCR）和末端限制性酶切片段长度多态性分析（T-RFLP）技术，比较苦荞品种间各指标的差异，研究根系分泌有机酸和低氮胁迫的关系，氮源形态不同对根系分泌物的影响，硝化作用对氮素形态的影响，解析苦荞的耐瘠性是否与土壤的硝化作用有关以及有机酸、氮素形态和硝化作用的关系，阐明不同耐瘠性苦荞对土壤低氮胁迫的响应机制，以期为研究苦荞的抗逆性机理提供理论依据。

本项目迪庆（耐低氮）和黑丰1号（不耐低氮）苦荞为研究对象，通过植物指标测定、土壤理化指标测定以及微生物的高通量测定相结合的方式，研究根系分泌有机酸与低氮胁迫的关系，发现所有的指标之中，NO3-对土壤中有机酸有显著的影响，并且排在植物指标和土壤理化指标之和的首位，而NH4+仅排在第9位，这说明氮素形态不同对土壤中有机酸分泌物有显著的影响。土壤中的硝化作用主导氮素存在形态，本项目研究表明，土壤中氮素转化过程中，参与硝化作用的酶活性在低氮胁迫的条件下起主导作用，而微生物如AOA和AOB等作用相对来说比较微小。苦荞通过自身生长属性的调节，来控制土壤酶活性的有效性，从而来协调营养生长于环境氮素胁迫之间的平衡。例如参与硝化作用的限速步骤的氨氧化酶活性在不同耐氮性品种之间存在显著的差异；耐低氮的苦荞品种根际更倾向于利用结构相对复杂的碳源，所以迪庆根际的纤维素酶（多糖酶）活性较强，但是不耐低氮的品种黑丰1号更倾向于利用结构简单的碳源，所以根际土壤中葡萄糖酶（单糖酶）和蔗糖酶（二糖酶）活性较强。即苦荞可以通过土壤中酶活性的调节来对抗土壤中低氮的不利环境，这成为苦荞的抗逆性机理。黄土高原本身是一种缺氮的环境，未来开展特色小杂粮种植时可以考虑选种更耐低氮的品种，来降低成本投入，获得更大的经济效益和环境效益。