不同氮效率黃瓜根系生長(zhǎng)及氮代謝對(duì)氮素的響應(yīng)

中圖分類號(hào)： 8642.206 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-1302（2025）10-0168-08

黃瓜（CucumissativusL.）栽培面積大，總產(chǎn)量高，是我國(guó)設(shè)施蔬菜的主栽品種之一[1]。黃瓜是喜氮作物，但過(guò)量施氮會(huì)造成硝態(tài)氮積累從而危害作物，當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥施用量普遍較高，且氮肥利用率低[2]，因此挖掘作物自身的氮素吸收利用潛力，種植氮高效品種是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮素使用量的重要途徑。

根系對(duì)氮素的吸收能力是氮代謝的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到地上部分氮素的同化、運(yùn)轉(zhuǎn)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成[3]，根系吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)最大吸收速率（ v_max ）和表觀米氏常數(shù)（ K_m ）可反映根系對(duì)養(yǎng)分的吸收能力[4]。根系長(zhǎng)度、表面積、體積、根長(zhǎng)密度等形態(tài)特征和根系吸收、同化、向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)等生理特性密切相關(guān)[5]。氮代謝酶對(duì)氮的吸收利用影響較大，谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）因其定位不同而發(fā)揮不同的作用，GS1參與了根系的初級(jí)氮素同化和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)；NADH-GOGAT參與N的初級(jí)同化，主要存在于非光合作用的組織中[6]。氮高效黃瓜葉片中較高的氮代謝酶活性和GS1基因在葉片中的特異性表達(dá)[8]，可以促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收與同化，促進(jìn)了整個(gè)氮代謝過(guò)程，提高了氮素利用效率，康亮等通過(guò)對(duì)不同氮效率基因型木薯根系對(duì) NO₃ 吸收動(dòng)力學(xué)特征的研究發(fā)現(xiàn)，氮高效基因型木薯對(duì) NO₃ 的吸收具有明顯優(yōu)勢(shì)[9。黃瓜根系形態(tài)[10]和氮的吸收利用能力[1]對(duì)氮效率的影響較大，并且是造成氮效率出現(xiàn)差異的重要原因，作物苗期的耐低氮性在一定程度上能夠代表其成熟期的耐低氮性[12]，目前對(duì)耐氮性較好的黃瓜品種單方面?zhèn)戎赜趯?duì)根系形態(tài)[13-14]或者根系氮代謝指標(biāo)[1，15]的研究，對(duì)黃瓜根系生物學(xué)特性、生理和分子機(jī)制與氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)代謝的關(guān)系缺乏全面研究，且對(duì)不同氮效率黃瓜吸收動(dòng)力學(xué)特征研究鮮有報(bào)道。

本研究采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的方式比較2個(gè)氮水平下不同氮效率黃瓜在苗期根系形態(tài)、氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的生理指標(biāo)和氮代謝酶活性及基因表達(dá)的差異，綜合比較不同基因型黃瓜根系吸收特性與氮素利用的差異，為進(jìn)一步從根系揭示黃瓜氮高效機(jī)理、選育氮高效黃瓜品種的遺傳改良工作提供幫助。

1材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)于2023年4—7月在園藝學(xué)院蔬菜基地及園藝生理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，根據(jù)前期分類結(jié)果，雙高效型在低氮和正常氮水平下均表現(xiàn)為高效型，雙低效型在低氮和正常氮水平下均表現(xiàn)為低效型[7]，以雙高效品種津優(yōu)35號(hào)（JY35）、雙低效品種津優(yōu)1號(hào)（JY1）為試驗(yàn)材料，種子由園藝學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取飽滿種子進(jìn)行浸種催芽，使用清洗并滅菌的河沙作為基質(zhì)進(jìn)行育苗，待黃瓜幼苗第1張真葉露心時(shí)開(kāi)始水培。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，氮素水平為主區(qū)，設(shè)低氮處理 3.5mmol/L（ LN）和正常供氮處理 11.0mmol/L（NN）2 個(gè)水平，品種為副區(qū)，共有2個(gè)品種，3次重復(fù)，以硝態(tài)氮為主要氮源，其他營(yíng)養(yǎng)元素為磷元素 1.0mmol/L 、鉀元素 8.0mmol/L 鈣元素 3.5mmol/L 、鎂元素 2.0mmol/L ，微量元素參照改良山崎黃瓜營(yíng)養(yǎng)液[7]。選取均勻一致的幼苗移入底面積 4000cm² 、高度 25cm 的培養(yǎng)箱內(nèi)，定植板為泡沫板（定植孔徑 3cm ），與液面間距 3cm 。每箱定植2個(gè)品種，每個(gè)品種30株，去離子水供應(yīng)2d后更換1/2濃度營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，2d后更換為試驗(yàn)處理氮素水平。每5d更換營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液的 pH 值保持在7.0左右，采用電動(dòng)通氣泵進(jìn)行間歇供氧，采用循環(huán)泵箱內(nèi)循環(huán)，使箱內(nèi)的養(yǎng)分和 ΔpH 值等條件保持一致，適期防治病蟲(chóng)害。處理10d（2葉1心）、20 d（3葉1心）30d（4葉1心）08：00—11：00收獲長(zhǎng)勢(shì)一致的植株測(cè)定指標(biāo)，每個(gè)處理3次重復(fù)，取各個(gè)時(shí)期根系洗凈后吸干水分后，一部分用于生理生化指標(biāo)的測(cè)定，另一部分經(jīng)過(guò)液氮速凍，在-80°C 冰箱保存，進(jìn)行RNA提取和實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析。

1.3根系形態(tài)及生理指標(biāo)的測(cè)定

采用根系分析儀（EPSON）掃描根系圖像，采用WinRHIZO軟件測(cè)量總根長(zhǎng)度、根尖數(shù)、總根表面積、根體積和根系直徑。采用離體法測(cè)定硝酸還原酶（NR）活性[16]；采用王月福等的方法[17]測(cè)定谷氨酰胺合成酶（GS）活性;采用馬超的方法[測(cè)定谷氨酸合酶（NADH-GOGAT）活性。

1.4氮含量相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

選取長(zhǎng)勢(shì)一致的黃瓜幼苗6株，將地上部和根 系用蒸餾水沖洗干凈，吸干表面水分，置于烘箱中 105^°C 殺青 15min，75^qC 恒溫烘至恒重，測(cè)干重。將 干樣粉碎，采用濃 H₂SO₄-H₂O₂ 消解，凱氏定氮儀 測(cè)定全氮含量[19]。氮積累量 τ（g）η=η 氮含量 （%）x 干物質(zhì)重（g）；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) Σ=Σ 地上部氮含量/根系氮含 量;根冠比=根系干重/地上部干重[20]

1.5黃瓜根系對(duì) NO₃ 吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定（常規(guī)耗竭法[21]）

把黃瓜幼苗放到蒸餾水中饑餓 24h ，放人200mL 采用 Ca（NO₃）₂?4H₂O 配制的 NO₃^- 系列溶液中，溶液濃度為 0. 15?0. 25?0. 50?1. 00?1. 50? 2.00mmol/L ，每個(gè)處理3次重復(fù)，根系吸干表面水分后測(cè)定鮮重和各系列溶液吸收前后濃度變化[22]計(jì)算單位鮮根在單位時(shí)間內(nèi)的 NO₃^- 凈吸收量。采用Michaelis-Menten方程的Hofstee轉(zhuǎn)換式處理數(shù)據(jù)，求出參數(shù) v_max 和 K_m 。

1.6 RT-qPCR分析

利用Primer軟件設(shè)計(jì)CsNR、CsGS1、CsNADH-GOGAT等3個(gè)基因的特異性引物，內(nèi)參基因?yàn)镃sEFI-α （表1），根據(jù) 法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量[23]，每個(gè)基因3次生物學(xué)重復(fù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。

1.7 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2016和Origin2018進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與作圖，通過(guò)SPSS21.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.12個(gè)氮水平對(duì)黃瓜幼苗根系形態(tài)的影響

由表2可知，氮水平對(duì)根系總根長(zhǎng)、總根表面積、根尖數(shù)和根體積有極顯著影響，不同品種對(duì)根系總根長(zhǎng)、總根表面積、根尖數(shù)和 30d 的根體積有極顯著影響（ Plt;0.01? 。氮水平和品種交互作用對(duì)根系形態(tài)指標(biāo)均無(wú)顯著影響。

在2個(gè)氮水平下JY35的根系形態(tài)指標(biāo)均高于JY1，與NN處理相比，LN處理下2個(gè)品種的根系形態(tài)指標(biāo)均下降，總根長(zhǎng)降幅最小， 10～30d 中JY35總根長(zhǎng)下降 8.5%～20. 0% ，JY1下降 18.7% ＼～28.0% 。與 10d 和 20d 相比， 30d2 個(gè)品種各指標(biāo)下降趨勢(shì)最小，總根長(zhǎng)、總根面積、根尖數(shù)、根體積和根系直徑在JY35分別下降了 8.5%.10.1% 、9.1% 、18. 7% 、20. 6% ;JY1分別下降 18.7% ！18.8% （204 .21.6% 、22. 0% ） 20.3% ，JY35降幅總體低于JY1。說(shuō)明在低氮脅迫下，氮高效型有更發(fā)達(dá)的根系形態(tài)，并且在 30d 氮高效型根系形態(tài)指標(biāo)的變化對(duì)低氮的響應(yīng)明顯強(qiáng)于氮低效型。

2.22個(gè)氮水平對(duì)黃瓜幼苗生物量和根冠比的影響

由表3可知，氮水平對(duì)黃瓜 10d 和 30d 根系干重、苗期地上部干重 ?20d 和 30d 的整株干重有極顯著影響（ Plt;0.01 ；對(duì) 20d 的根系干重、10d的整株干重 .20d 的根冠比有顯著影響（ Plt;0.05， 。不同品種對(duì) 10d 和 30d 的根系干重有極顯著影響（ Plt;0.01） ；對(duì) 20d 的根系干重有顯著影響（ Plt; 0.05）。氮水平與不同品種的交互作用對(duì)黃瓜根系干重、地上部干重、整株干重和根冠比無(wú)顯著影響。

2個(gè)氮水平下，JY35的生物量和根冠比均高于JY1。與NN處理相比，LN處理下2個(gè)品種生物量均降低，根冠比提高， 10～30d 中，根系干重JY35下降趨勢(shì) 7.14%～12.12% ，JY1下降趨勢(shì)為 5.56% ～7.18% ，JY35下降趨勢(shì)較高；地上部干重JY35的下降趨勢(shì)為 13.74%～23.75% ，JY1下降趨勢(shì)為15.41%～24.14% ，JY1下降趨勢(shì)較大。與10d和20d 相比，30dJY35的根系干重、地上部干重、根冠比和JY1相差最大，NN處理下JY35的根系干重、地上部干重、根冠比為JY1的1.22倍、1.10倍、1.14倍;LN處理下JY35的根系干重、地上部干重、根冠比為JY1的1.14倍、1.11倍、1.04倍。說(shuō)明低氮處理下氮高效品種有更大的根冠比，根系形態(tài)強(qiáng)于氮低效品種，在缺氮下的耐受能力較強(qiáng)

2.32個(gè)氮水平對(duì)黃瓜幼苗氮吸收積累及同化的影響

由表4可知，氮水平對(duì)黃瓜根系全氮含量及氮積累量、地上部全氮含量及氮積累量有極顯著影響（ Plt;0.01） 。不同品種對(duì)地上部全氮含量、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)、10d和 30d 的根系氮積累量、20d和 30d 的地上部氮積累量有極顯著影響（ Plt;0.01 ）；對(duì) 30d 的根系全氮含量 、20d 根系積累量和 10d 的地上部氮積累量有顯著影響（ Plt;0.05 ）。氮水平和品種交互作用對(duì)10d和 30d 的根系全氮含量、苗期轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)、30d的根系氮積累量有極顯著影響（ ；對(duì) 20d 根系全氮含量和 10d 根系氮積累量有顯著影響（ Plt;0.05） 。

NN處理下JY35的各部分氮含量和氮積累量高于JY1，LN處理下，除了根系含氮量JY1高于JY35，地上部全氮和各部分氮積累量均為JY35高于JY1。與NN處理相比，LN處理下的地上部含氮量及氮積累量顯著下降，根系氮含量和氮積累量下降不顯著。 10～30d 根系氮含量和氮積累量為JY35降幅較大，地上部氮含量及氮積累量為JY35降幅較小，根系氮含量JY35下降趨勢(shì)為 12.7% ＼～16.3% ，JY1下降 2.0%～5.6% ；根系氮積累量JY35下降趨勢(shì)為 21.9%～25.0% ，JY1下降趨勢(shì)為6.4%～12.7% ；地上部氮含量JY35下降趨勢(shì)為7.7%～9.6% ，JY1下降趨勢(shì)為 8.5%～12.3% ；地上部氮積累量JY35下降趨勢(shì)為 21.0%～29.5% ，JY1下降趨勢(shì)為 24.8%～31.8% 。與 10d 和 20d 相比，2個(gè)氮水平下30dJY35根系全氮含量、地上部全氮含量、根系氮積累量和地上部氮積累量與JY1相差最大，NN處理下，JY35為JY1的1.10倍、1.32倍、1.35倍和1.46倍；LN處理下JY35為JY1的0.98倍、1.33倍、1.10倍和1.48倍。在2個(gè)氮水平下，JY35轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著高于JY1，隨著氮水平的下降JY35轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著上升，JY1轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)下降，說(shuō)明隨著低氮脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，氮高效型逐漸適應(yīng)低氮環(huán)境并可以更好地向地上部提供養(yǎng)分，表現(xiàn)出較好的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)積累能力。

2.42個(gè)氮水平對(duì)黃瓜根系氮代謝酶活性的影響

由表5可知，氮水平對(duì)硝酸還原酶 、10d 的谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性有極顯著影響（ Plt; 0.01）；對(duì) 30d 的谷氨酰胺合成酶活性有顯著影響1 （Plt;0.05） 。品種對(duì) 10d 和 20d 硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性有極顯著影響（ Plt; 0.01）；對(duì) 30d 的硝酸還原酶活性有顯著影響（ Plt; 0.01）。氮水平和品種交互作用對(duì)硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性無(wú)顯著影響。

與NN處理相比，LN處理下氮代謝酶活性均下降，JY35降幅低于 JY1，10～30d 硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶活性JY35下降 39.95% ～45.08% .5.52%～10.24% .11.1%～18.60% ，JY1下降46. 40% ～ 50. 95% 、12. 50% ～ 14. 07% 、1 1.11%～23.53% ，JY35降幅較小。在2個(gè)氮濃度下JY35氮代謝酶活性高于JY1，與 10d 和 20d 相比，30dJY35與JY1氮代謝酶活性相差最大，NN處理下，JY35的NR、GS、NADH-GOGAT活性是JY1的1.26倍、1.39倍、1.26倍，LN處理下JY35的NR、GS、NADH-GOGAT 活性是JY1 的1.41倍、

1.51倍、1.35倍，說(shuō)明低氮處理下，氮高效品種的氮代 謝能力較強(qiáng)，可以在逆境中保持良好的氮代謝進(jìn)程。

2.52個(gè)氮水平對(duì)黃瓜根系氮代謝酶相關(guān)基因表達(dá)特性的影響

由表6可知，氮水平對(duì)CsNR相對(duì)表達(dá)量 ?^10d 和30dCsGS1相對(duì)表達(dá)量、 CsNADH-GOGAT 相對(duì)表達(dá)量有極顯著影響（ Plt;0.01 ）；對(duì) 20d 的CsGS1相對(duì)表達(dá)量有顯著影響（ Plt;0.05 ）。品種對(duì) 10d 和30dCsNR相對(duì)表達(dá)量、CsGSI相對(duì)表達(dá)量、CsNADH-GOGAT 相對(duì)表達(dá)量有極顯著影響（ Plt; 0.01；對(duì)20d的CsNR相對(duì)表達(dá)量有顯著影響（ Plt;0.05） 。氮水平和品種交互作用對(duì)20dCsNR相對(duì)表達(dá)量和 10dCsNADH-GOGAT 相對(duì)表達(dá)量有顯著影響（ （Plt;0.05） 。

與NN處理相比，LN處理下2個(gè)品種CsNR、CsGS1和 CsNADH-GOGAT 基因表達(dá)量下降，JY35降幅小于JY1。在2個(gè)氮濃度下，JY35的CsNR、CsGS1 和 CsNADH-GOGAT 基因的表達(dá)量高于JY1。與 10d 和20d相比，30dJY35與JY1的CsNR、CsGSI，CsNADH-GOGAT 基因表達(dá)量相差最大，NN處理下JY35是JY1的1.50倍、1.80倍、1.73倍，LN處理下JY35是JY1的1.89倍、2.86倍、2.38倍，LN下2個(gè)品種相差較大。說(shuō)明低氮下，氮高效品種的氮代謝酶基因表達(dá)量顯著高于氮低效型，對(duì)低氮水平響應(yīng)更強(qiáng)烈。

2.62個(gè)氮水平對(duì)黃瓜 NO₃^- 吸收動(dòng)力學(xué)特征的 影響

由表7可知，氮水平對(duì)根系苗期的 NO₃^- 吸收速率和 10d.20d 的 NO₃^- 親和力有極顯著影響（ Plt; 0.01）。品種對(duì)根系苗期的 NO₃^- 吸收速率有極顯著影響（ Plt;0.01? ，對(duì) NO₃^- 親和力無(wú)顯著影響。氮水平和品種交互作用對(duì) 20d 和 30d 的 NO₃^- 吸收速率、 NO₃^- 親和力有極顯著影響（ Plt;0.01 ）。

2個(gè)氮水平不同基因型黃瓜在 NO₃^- 濃度較低范圍內(nèi)吸收速率均隨濃度的提高而直線增大，超過(guò)一定的臨界濃度后吸收速率減慢，吸收曲線均符合Michaelis-Menten方程（圖1）。NN處理中，JY35的對(duì) NO₃^- 親和力（以 K_m 倒數(shù)衡量）均高于JY1，在LN處理中，JY35的對(duì) NO₃ 親和力均低于JY1。在2個(gè)氮水平下，JY35的 NO₃^- 吸收速率高于JY1，其中，LN處理下2個(gè)品種有顯著差異。 10～30d 與

NN處理相比，LN處理的 NO₃^- 吸收速率均下降，其中，JY35下降趨勢(shì)為 0.81%～20.08% ，JY1下降趨勢(shì)為 10.76%～24.12% ，JY35對(duì) NO₃^- 吸收速率降幅低于JY1，30dJY35下降趨勢(shì)最小，為 0.81% 。

說(shuō)明 30d 氮高效型對(duì)低氮的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，根系對(duì) NO₃^- 吸收速率較快，可以吸收更多的氮素為植株提供養(yǎng)分。

3討論與結(jié)論

3.12個(gè)氮水平對(duì)黃瓜根系形態(tài)的影響

根部是植物獲取營(yíng)養(yǎng)成分的關(guān)鍵器官，其中，根系形態(tài)決定植物在吸收養(yǎng)分方面的競(jìng)爭(zhēng)能力[24]本試驗(yàn)LN處理下的根系形態(tài)指標(biāo)低于NN處理，JY35形態(tài)指標(biāo)下降幅度較小，其中JY35總根長(zhǎng)下降趨勢(shì)最小;2個(gè)氮水平下JY35總根長(zhǎng)、總根表面積和根尖數(shù)顯著高于JY1，氮高效品種可通過(guò)促進(jìn)根系伸長(zhǎng)來(lái)擴(kuò)大根系在生長(zhǎng)環(huán)境中的分布，與在低氮脅迫下氮高效品種可形成優(yōu)于氮低效品種的根系構(gòu)型結(jié)果[13.25]相似，特別是與氮高效木薯根系的總根長(zhǎng)、根系表面積和細(xì)根根長(zhǎng)的下降幅度顯著小于氮低效品種的結(jié)果相似。有研究表明，正常供氮下不同氮效率黃瓜品種的根系形態(tài)無(wú)顯著變化[26]，本試驗(yàn)結(jié)果與之不同，一方面可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)采用水培栽培方式，在清洗根系時(shí)減少根系的損耗，另一方面本試驗(yàn)以硝態(tài)氮為唯一氮源，不同的氮源可能導(dǎo)致根系生長(zhǎng)形態(tài)發(fā)育不一致[17]。氮高效品種通過(guò)改變根系形態(tài)，增加氮素吸收面積來(lái)獲取更多的養(yǎng)分適應(yīng)缺氮環(huán)境，保證植株的正常生長(zhǎng)。

3.22個(gè)氮水平對(duì)黃瓜幼苗氮吸收積累及同化的影響

氮濃度較低會(huì)影響植株根系對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用，但不同品種受影響的程度不同[27]。作物地上部和根系的生長(zhǎng)是由碳水化合物和氮的平衡決定的，碳限制根系生長(zhǎng)，而氮限制地上部生長(zhǎng)。供氮量較低時(shí)抑制了地上部的生長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，從而增大了根系占比，增加了對(duì)氮素的吸收[28]本試驗(yàn)中，與NN處理相比，LN處理下根系、地上部和整株干重均下降，根冠比升高，JY35的根冠比高于JY1。說(shuō)明氮高效品種在低氮下有良好的根系形態(tài)，在玉米[29]、油菜[30]上也有相似的研究結(jié)果。2個(gè)氮水平下JY35的地上部含氮量、各部分氮積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均高于JY1，與NN處理相比，LN處理下JY35轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)增加，JY1減小，說(shuō)明氮高效品種對(duì)氮素的吸收積累能力高于氮低效品種，低氮脅迫下，氮高效品種對(duì)氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)能力高于氮低效品種，從而保證植株的正常生長(zhǎng)。與氮高效油菜能將更多的氮轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部進(jìn)行同化研究結(jié)果[3]相似。

3.32個(gè)氮水平對(duì)黃瓜氮代謝酶活性及基因表達(dá)的影響

硝酸還原酶可以反映氮代謝水平[32]，GS/GOGAT循環(huán)同化吸收到體內(nèi)的 NH₄⁺ 及硝酸鹽被吸收后在根中還原產(chǎn)生的 NH₄⁺ ，GOGAT是該途徑的限速酶，GS/GOGAT循環(huán)產(chǎn)生的有機(jī)氮被轉(zhuǎn)運(yùn)至其他組織，為合成其他含氮化合物提供氮源[33]。本試驗(yàn)中，與NN處理相比，LN處理下2個(gè)品種氮代謝酶活性均降低，在 30d2 個(gè)品種酶活性相差最大，JY35的氮代謝酶活性下降趨勢(shì)低于JY1，說(shuō)明JY35根系對(duì)低氮脅迫的抗性強(qiáng)于JY1，在 30d 抗性最大。在不同氮濃度下JY35的NR、GS、NADH-GOGAT活性均高于JY1，說(shuō)明JY35對(duì)氮素的吸收利用能力較強(qiáng)，可以為植株的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的氮源。與黃瓜耐低氮品種氮代謝酶活性高于不耐低氮品種結(jié)果[11，15]相似，此研究結(jié)果在小麥[34]上有體現(xiàn)。本試驗(yàn)中2個(gè)氮水平下氮代謝酶基因表達(dá)量均為JY35高于JY1，與NN處理相比，LN處理下氮代謝酶基因表達(dá)量均下降，其中，JY35降幅低于JY1，本試驗(yàn)與水稻的NR基因的相對(duì)表達(dá)量隨著氮濃度的降低呈下降趨勢(shì)結(jié)果[35]相似，與小麥氮高效品種葉片NR、GS1和GOGAT基因相對(duì)表達(dá)量顯著高于氮低效品種結(jié)果[36-37]相似。本試驗(yàn)中，在LN處理下GS酶活性與基因表達(dá)量變化趨勢(shì)一致，2個(gè)氮水平下NADH-GOGAT酶活性與基因表達(dá)量的顯著性變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明氮代謝酶基因的表達(dá)可以改善酶活性，進(jìn)而影響植物的氮代謝能力。與草莓根系硝酸還原酶、谷氨酸合酶的活性與基因表達(dá)量變化趨勢(shì)一致結(jié)果[38]相似。同時(shí)， .NR，GS 基因和硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因相互作用，提高 NR，GS 基因表達(dá)量，可促進(jìn)硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收[39-41]。說(shuō)明氮高效品種有較強(qiáng)的氮代謝能力，有助于氮素的同化積累，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)進(jìn)而保證植株的對(duì)氮素的需求。

3.42個(gè)氮水平對(duì)黃瓜根系 NO₃^- 吸收動(dòng)力學(xué)特征 的影響

通過(guò)利用Epstein建立的植物對(duì)養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)的研究方法， v_max 表示底物飽和時(shí)離子載體的反應(yīng)速度， K_m 體現(xiàn)離子與載體之間的親和性[42-43]。本試驗(yàn)在2個(gè)氮水平下JY35的對(duì) NO₃^- 吸收速率（ v_max ）高于JY1;NN 處理中，JY35對(duì) NO₃^- 親和力均高于JY1，在LN處理中，JY35的對(duì) NO₃^- 親和力均低于JY1。雖然LN處理下JY1對(duì) NO₃^- 的親和力強(qiáng)，可能由于JY35根系形態(tài)優(yōu)于JY1，與氮素接觸的面積較大，所以JY35對(duì) NO₃^- 吸收速率高于JY1。氮高效品種的根系形態(tài)和生理特性均優(yōu)于氮低效型，導(dǎo)致高效型對(duì) NO₃^- 吸收能力強(qiáng)于低效型，此研究結(jié)果在小麥1和木薯9上也有體現(xiàn)。高效品種根系較強(qiáng)的 NO₃^- 吸收能力為根系氮素的同化提供了更多的底物，促進(jìn)了氮代謝相關(guān)進(jìn)程。

4結(jié)論

綜上，2個(gè)氮水平下，高效型根系形態(tài)指標(biāo)、氮含量相關(guān)指標(biāo)、氮代謝酶活性及基因表達(dá)量均高于氮低效品種，在低氮脅迫下，高效型根系形態(tài)和氮代謝酶活性及基因表達(dá)量降幅較小，高效型的耐受能力強(qiáng)于低效型，與10d和20d相比，30d2個(gè)品種各指標(biāo)差距最大，因此推測(cè)隨著生育期的推進(jìn)，高效型品種耐受能力逐漸加強(qiáng)，根系形態(tài)和氮代謝酶活性及基因表達(dá)量的差異可能是黃瓜氮效率差異的原因之一，綜合改良根系形態(tài)和氮代謝酶活性及基因表達(dá)量是選育氮高效品種的基礎(chǔ)，

參考文獻(xiàn)：

[1]孫玉河，李文琴，馬德華.我國(guó)黃瓜生產(chǎn)的現(xiàn)狀、問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，9（3）：54-56.

[2]JuXT，KouCL，ZhangFS，etal.Nitrogenbalance and groundwaternitrate contamination：comparison among thre intensive croppingsystems on theNorth China Plain[J]．Environmental Pollution，2006，143（1） ：117-125.

[3]Raun WR，Johnson GV. Improving nitrogen use efficiency for cerealproduction[J]. Agronomy Journal，1999，91（3） ：357-363.

[4]劉秀珍，孫立艷.黃瓜苗期吸收 NO₃^- K⁺ 的動(dòng)力學(xué)研究[J]．山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，15（3）：277-279，329.

[5]熊淑萍，吳克遠(yuǎn)，王小純，等.不同氮效率基因型小麥根系吸收特性與氮素利用差異的分析[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（12）：2267 -2279.

[6]Fortunato S，Nigro D，LasorellaC，etal.The role ofglutaminesynthetase（GS）andglutamate synthase（GOGAT）inthe2023，13（12） ：1771.

[7]趙春波．黃瓜不同品種氮效率類型分析[D]．長(zhǎng)春：，2015：67 -69.

[8]楊菁．黃瓜耐低氮脅迫相關(guān)基因CsGSI的功能分析[D]．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019：34-35.

[9]康亮，梁瓊月，姚一華，等.不同氮效率木薯品種根系形態(tài)、構(gòu)型及氮吸收動(dòng)力學(xué)特征［J]．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2019，25（11）：1920-1928.

[10]于洪杰，周新剛，關(guān)頌?zāi)?，等．不同氮水平營(yíng)養(yǎng)液對(duì)砂培黃瓜幼苗生長(zhǎng)及根系形態(tài)的影響[J].北方園藝，2016（7）：17-22.

[11]徐靜靜.黃瓜耐低氮性特征特性研究［D]．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011：43-49.

[12]趙繼秀，馬祥，琚澤亮，等．燕麥苗期性狀對(duì)低氮脅迫的響應(yīng)及耐低氮種質(zhì)篩選[J]．草業(yè)科學(xué)，2023，40（12）：3095-3103.

[13]關(guān)頌?zāi)?不同氮效率黃瓜品種根際土壤生態(tài)環(huán)境特征研究[D]．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013：50-55.

[14]姜爽．不同氮效率黃瓜品種篩選及其根系生物學(xué)差異［D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012：24-27.

［15]王文博.黃瓜耐低氮種質(zhì)篩選及其低氮耐受性指標(biāo)評(píng)價(jià)［D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.

[16]張治安，陳展宇．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M]．長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，2008.

[17]王月福，于振文，李尚霞，等．氮素營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)冬小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性變化和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響[J]．作物學(xué)報(bào)，2002，28（6） ：743 -748.

[18]馬超.外源氮素形態(tài)對(duì)黃瓜生長(zhǎng)、氮素吸收及代謝的調(diào)控[D]．蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[19]鮑士旦．土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[20]張鵬鈺，王東勇，高桐梅，等．不同氮效率芝麻品種苗期氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)與利用差異[J]．華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2023，38（6）：134-143.

[21]熊淑萍，吳克遠(yuǎn)，王小純，等．不同氮效率小麥品種苗期根系氮代謝及其吸收能力差異分析[J]．麥類作物學(xué)報(bào)，2016，36（3）：325 -331.

[22]呂偉仙，葛瀅，吳建之，等.植物中硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、總氮測(cè)定方法的比較研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2004，24（2）：204-206.

[23]Livak KJ，Schmitgen TD.Analysis of relative gene expression datausing real - time quantitative PCR and the method[J].Methods，2001，25（4） ：402-408.

[24]Lopez-BucioJ，Cruz-RamirezA，Herrera-EstrellaL.Theroleofnutrient availability in regulating root architecture[J].CurrentOpinion in Plant Biology，2003，6（3） ：280-287.

[25]Ma B X，Wang JQ，Han Y H，et al. The response of grain yield andeardifferentiation related traitstonitrogen levels inmaizevarietieswithdifferent nitrogenefficiency[J].Scientific Reports，2022，12（1）：14620.

[26]梁超．人參莖葉總皂苷對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及氮素吸收與利用的影響「D]．長(zhǎng)春：.2021.的氮代謝與物質(zhì)生產(chǎn)差異[J]．西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2021，30（5）：672 -680.

[28]SattelmacherB，Gerendas J，Thoms K，et al. Interaction betweenroot growth and mineral nutrition[J]．Environmental andExperimental Botany，1993，33（1） ：63-73.

[29]Singh P，Kumar K，JhaA K，etal.Global gene expression profilingunder nitrogen stressidentifies key genes involved in nitrogen stressadaptation in maize（Zea maysL.）[J].Scientific Reports，2022，12（1） ：4211.

[30]秦璐，王建強(qiáng)，韓配配，等.不同氮效率油菜種質(zhì)苗期氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)與利用差異研究[J]．作物雜志，2021（3）：28-33.

[31]韓永亮．不同氮效率油菜 NO₃^- 長(zhǎng)距離運(yùn)輸和短途分配差異及其對(duì)氮效率的影響機(jī)理［D]．長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015：59-60.

[32]吳永兵，陳泳緯，袁華恩，等．成壟高度與分次施鉀對(duì)雪茄煙葉碳氮代謝及理化性質(zhì)的影響[J]．山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，55（12） ：134 – 142.

[33]Sahay S，Robledo-Arratia L，Glowacka K，et al. Root NRT，NiR，AMT，GS，GOGAT and GDH expression levels reveal NO and ABAmediated drought tolerance in Brassica juncea L[J].ScientificReports，2021，11（1） ：7992.

[34] ZhangZY，XiongSP，WeiYH，etal.The role of glutaminesynthetase isozymes in enhancing nitrogen use eficiency of N-efficient winter wheat[J]. Scientific Reports，2017，7（1）：1000.

[35]楊忠良，劉海英，劉會(huì)，等.氮素對(duì)水稻幼苗氮代謝相關(guān)酶活性及相關(guān)基因表達(dá)的影響[J]．黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（10）：26-31.

[36]海闖北，彭超軍，李艷，等．高氮與低氮處理對(duì)不同氮效率小麥根系及相關(guān)生理特性的影響[J]．麥類作物學(xué)報(bào)，2022，42（6） ：697 -703.

［37]張新缽．不同氮效率小麥碳氮代謝關(guān)鍵酶活性與基因表達(dá)差異及氮肥響應(yīng)［D]．揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2022.

[38]張文杰，趙林，張婷，等.氮脅迫對(duì)草莓氮代謝與相關(guān)基因表達(dá)的影響[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（24）：112-117.

[39]Gao ZY，WangYF，Chen G，etal.The indica nitrate reductasegene OsNR2 allele enhances rice yield potential and nitrogen useefficiency[J].Nature Communications，2019，10（1）：5207.

[40]王瀟然，于美琴，韋一昊，等．過(guò)表達(dá) TaGSI/TaGS2 對(duì)煙草氮素吸收的影響[J]．中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2022，28（3）：96-103.

[41]徐洪超，王增雪，逢洪波，等.氮處理對(duì)高梁氮代謝相關(guān)基因NR、GS、GOGAT表達(dá)的影響[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（3）：79-83.

[42]童依平，蔡超，劉全友，等．植物吸收硝態(tài)氮的分子生物學(xué)進(jìn)展[J]．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10（4）：433-440.

[43]Wang R，Crawford NM.Genetic identificationofagene involved inconstitutive，high-afnitynitrate transport inhigherplants[J].Proceedings of the National Academyof Sciences of the UnitedStates of America，1996，93（17）：9297-9301.