Выработка сухого вещества после цветения и распределение азота в листьях связаны с градиентом цитокинов, вырабатываемых корнями риса

Распределение азота (N) в листьях растений, особенно в условиях различной освещенности, имеет важное значение для максимизации производства сухого вещества в кроне (DMP) и повышения эффективности использования азота (IEN). Однако связь между градиентом цитокининов, вырабатываемых корнями, и распределением азота в листьях риса, а также их влияние на DMP и механизмы, лежащие в основе этого процесса, остаются недостаточно изученными.

Методология исследования

В рамках двухлетнего полевого эксперимента были использованы два японских сорта риса, эффективные по азоту (NEV), и два сорта, неэффективные по азоту (NIV). Эксперимент проводился при четырех различных нормах внесения азота: 0, 90, 180 и 360 кг N на гектар. Все сорта показали схожие значения коэффициента светопоглощения (KL), что позволило сосредоточиться на изучении их реакции на различные уровни азота.

Основные результаты

1. Масса сухого вещества и урожайность:
- При более низких дозах азота (0–180 кг/га) сорта NEV продемонстрировали большую массу сухого вещества к моменту созревания, более высокую урожайность и улучшенную эффективность использования азота по сравнению с сортами NIV. Это наблюдение было сделано несмотря на сопоставимое общее поглощение азота.

2. Градиент распределения азота:
- У сортов NEV был зафиксирован более выраженный градиент распределения азота в листьях, что подтверждается более высокими значениями коэффициента поглощения азота (KN) на средних и ранних стадиях формирования зерна. Этот градиент способствовал улучшению координации между светом и азотом, что, в свою очередь, увеличивало фотосинтетическую продукцию, особенно при низких концентрациях азота.

3. Цитокинины и их роль:
- В растениях NEV был отмечен более выраженный градиент зеатина (Z) и зеатин-рибозида (ZR) в листьях, что указывает на более высокое соотношение уровней Z+ZR в верхних и нижних листьях. Это также сопровождалось более высоким уровнем экспрессии генов, связанных с экспортом азота, в нижних листьях и повышенной активностью ферментов, отвечающих за ассимиляцию азота в верхних листьях.

4. Корреляционный анализ:
- Корреляционный и случайный лесной анализ продемонстрировали сильную положительную корреляцию между градиентом Z+ZR, KN и DMP. Это свидетельствует о том, что градиент Z+ZR способствует экспорту азота из нижних листьев и его усвоению в верхних листьях, что вносит значительный вклад как в KN, так и в DMP.

5. Активность корней:
- Процесс распределения азота был тесно связан с активностью корней, включая окислительную активность, содержание Z+ZR в корнях и их способность накапливать Z+ZR. Это было подтверждено экспериментами с применением ингибиторов или стимуляторов биосинтеза цитокининов к корням.

6. Влияние высоких норм внесения азота:
- При норме внесения азота 360 кг N на гектар как сорта NEV, так и NIV продемонстрировали схожие характеристики растений, достигнув сверхвысокого уровня урожайности (более 10,5 т/га), но с удивительно низким IEN. Это подчеркивает, что простое увеличение дозы азота не всегда приводит к повышению эффективности его использования.

Результаты данного исследования показывают, что увеличение градиента Z+ZR может улучшить KN и DMP, что требует поддержания более высокой активности корней, что, в свою очередь, приводит к высоким урожаям и повышенной эффективности использования азота. Необходимы дальнейшие исследования, направленные на изучение и разработку методов выращивания с пониженным содержанием азота, чтобы раскрыть сверхвысокий урожайный потенциал сортов NEV. Это может стать ключевым шагом в достижении устойчивого сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности в условиях изменения климата и растущего населения.


Исследование: Journal of Integrative Agriculture