优化氮素管理通过调节燕麦茎的物理化学特性来增强其抗倒伏能力

《BMC Plant Biology》：Optimized nitrogen management enhances lodging resistance by modulating stem physicochemical traits in oats

　　

摘要

背景

燕麦（Avena sativa L.）是一种重要的双用途作物，既可用于粮食生产也可用于饲料生产，但其产量潜力常常受到茎秆倒伏的限制，而这种倒伏问题又因氮（N）管理不当而加剧。虽然人们已经了解了茎秆倒伏的一般生理机制，但在不同氮素条件下，特定茎秆物理化学特性的定量贡献仍不为人所充分研究，尤其是在独特的高海拔农业生态系统中。为了解决这一空白，我们在青藏高原的雨养区进行了为期两年的田间试验（2018–2019年），评估了两种具有不同抗倒伏能力的燕麦品种（LENA：抗倒伏；QY2：易倒伏）。在六个不同的氮肥施用量（0、60、120、180、240和300公斤/公顷）下，我们测量了乳熟期第二个基部节间的结构成分（木质素、纤维素）、非结构性碳水化合物（可溶性糖、淀粉）以及矿物质元素（钙、钾、硅、镁）的含量。通过层次划分法、结构方程模型（SEM）和TOPSIS分析，我们确定了影响茎秆强度的关键因素。

结果

茎秆倒伏的严重程度和茎秆的物理化学特性显著受到氮肥施用量、基因型及其相互作用的影响。增加氮肥施用量可以提高可溶性蛋白质的水平，但同时会抑制木质素、纤维素和关键矿物质（硅、钙、钾）的积累。层次划分法表明，钙、钾、硅、可溶性糖和木质素是主要决定因素，它们共同解释了87%的倒伏指数变异。此外，结构方程模型显示，基因型和高氮输入通过降低这些关键结构和矿物质成分的积累间接增加了倒伏风险。对倒伏指数的总标准化影响分别为：基因型-0.209，氮肥施用量-0.310，相互作用-0.156。

结论

根据综合的生产性能和抗倒伏表现，建议在研究区域及青藏高原类似的生态区域，抗倒伏品种LENA的适宜氮肥施用量为180公斤/公顷，而易倒伏品种QY2的氮肥施用量应控制在60公斤/公顷以下。这些发现为合理的氮素管理提供了生理学依据，并为燕麦的抗倒伏机制提供了新的见解。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

本文提出了青藏高原高山雨养区燕麦中氮调节抗倒伏作用的生理和生化机制。

背景

燕麦（Avena sativa L.）是一种重要的双用途作物，既可用于粮食生产也可用于饲料生产，但其产量潜力常常受到茎秆倒伏的限制，而这种倒伏问题又因氮（N）管理不当而加剧。虽然人们已经了解了茎秆倒伏的一般生理机制，但在不同氮素条件下，特定茎秆物理化学特性的定量贡献仍不为人所充分研究，尤其是在独特的高海拔农业生态系统中。为了解决这一空白，我们在青藏高原的雨养区进行了为期两年的田间试验（2018–2019年），评估了两种具有不同抗倒伏能力的燕麦品种（LENA：抗倒伏；QY2：易倒伏）。在六个不同的氮肥施用量（0、60、120、180、240和300公斤/公顷）下，我们测量了乳熟期第二个基部节间的结构成分（木质素、纤维素）、非结构性碳水化合物（可溶性糖、淀粉）以及矿物质元素（钙、钾、硅、镁）的含量。通过层次划分法、结构方程模型（SEM）和TOPSIS分析，我们确定了影响茎秆强度的关键因素。

结果

茎秆倒伏的严重程度和茎秆的物理化学特性显著受到氮肥施用量、基因型及其相互作用的影响。增加氮肥施用量可以提高可溶性蛋白质的水平，但同时会抑制木质素、纤维素和关键矿物质（硅、钙、钾）的积累。层次划分法表明，钙、钾、硅、可溶性糖和木质素是主要决定因素，它们共同解释了87%的倒伏指数变异。此外，结构方程模型显示，基因型和高氮输入通过降低这些关键结构和矿物质成分的积累间接增加了倒伏风险。对倒伏指数的总标准化影响分别为：基因型-0.209，氮肥施用量-0.310，相互作用-0.156。

结论

根据综合的生产性能和抗倒伏表现，建议在研究区域及青藏高原类似的生态区域，抗倒伏品种LENA的适宜氮肥施用量为180公斤/公顷，而易倒伏品种QY2的氮肥施用量应控制在60公斤/公顷以下。这些发现为合理的氮素管理提供了生理学依据，并为燕麦的抗倒伏机制提供了新的见解。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

本文提出了青藏高原高山雨养区燕麦中氮调节抗倒伏作用的生理和生化机制。