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NMT在稻油轮作养分高效利用机理上的应用

2016年年初，湖南农业大学南方粮油作物协同创新中心张振华团队在Plant Physiology（2016, 170(3): 1684-98）上发文阐述了稻油轮作养分高效利用机理。研究使用旭月非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology，NMT），检测了油菜根部液泡与胞质间NO3-的流动速率。

铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)是作物氮素吸收利用的主要形态，旱作作物NO3-的累积与利用是氮素营养研究的主要组成部分。因此，理解作物NO3-的转运和利用，关系到作物体内NO3-含量和氮素利用效率（nitrogen utilizationefficiency，NUE）高低的问题。

液泡NO3-不能被作物直接利用，只有分配到液泡外细胞质中的NO3-才能被作物迅速代谢和利用；同时有更大比例的NO3-分配到地上部分，使得作物可以充分的利用太阳光能进行NO3-代谢和能量转换，从而提高了作物的NUE。

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图注：NO3-短途分配对长途转运的调控机理。红色箭头表示具体的调控途径。NO3-短途分配表示NO3-在液泡和细胞质间的分配，NO3-的长途转运表示NO3-在作物地上、地下部分的转运

张振华团队研究发现，稻油轮作条件下，氮高效型油菜品种之所以具有更高的NUE是因为氮高效型油菜品种根系中液泡NO3-储存能力降低，因而促进NO3-了从地下部向地上部的转运。

具体表现为：氮高效作物根系中液泡膜质子泵和氯离子通道蛋白（CLCa）的活性降低，从而有更低比例的NO3-累积到液泡中，有更高比例的NO3-分配到细胞质中，继而诱导根部NRT1.5的表达，同时抑制NRT1.8的表达，最终导致更大比例的NO3-装载到木质部汁液中运输到油菜的地上部分。这是稻油轮作条件下氮高效型油菜品种基因型拥有更高NUE的重要原因之一。

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图注：高（H）、低（L）NUE油菜根部液泡表面的NO3-流速

本研究使用NMT检测高NUE与低NUE油菜根部液泡的NO3-流速发现，低NUE液泡吸收的速率是高NUE液泡的3倍，这为高NUE油菜根部液泡积累更少的NO3-提供了直接证据。