土壤酸化对玉米产量、氮代谢及相关基因表达的影响

作者：张宗祥; 黄峥嵘; 吴雪凡; 刘楠楠; 李笑笑^*; 董召荣; 宋贺

来源：华北农学报, 2022, 37(03): 94-103.

• 玉米
• 土壤酸化
• 产量
• 氮代谢
• 转录组

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量，但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理，比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮(NO3-)、铵态氮(NH4+)、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明，相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势，其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期，随着酸度增加，叶片氮素积累量显示出下降趋势，其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势，T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期，T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降；茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明，随着土壤酸度的增加，ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调，促进了光呼吸释放NH4+与NO3-还原产生NH4+的同化；ZmGln1.2～ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调，降低了蛋白质分解代谢释放产生NH4+的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达，促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫，但也因此减少了氮积累量，导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

• 单位
  安徽农业大学; 农业部