添加了还原氮的褪黑素可通过促进碳吸收来提高水稻产量并降低一氧化二氮排放

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Melatonin with Reduced Nitrogen Enhances Rice Productivity and Lowers Nitrous Oxide Emissions by Stimulating Carbon Assimilation

　　

摘要

氮（N）是一种重要的营养素，用于提高作物产量；然而，其过度使用会导致氧化亚氮（N?O）排放量显著增加。褪黑素（MT）被认为在减轻非生物胁迫的毒性影响方面起着重要作用。然而，它对作物生产和N?O排放的影响却很少被研究。因此，本研究探讨了在不同氮供应水平下，MT对光合作用效率、同化物积累、水稻产量以及N?O排放的影响。这项为期两年的研究采用了以下处理方案：N1：150公斤氮/公顷；N2：120公斤氮/公顷；N3：90公斤氮/公顷；MT：叶面喷施褪黑素（100微摩尔/升）；N1+MT：150公斤氮/公顷+叶面喷施褪黑素（100微摩尔/升）；N2+MT：120公斤氮/公顷+叶面喷施褪黑素（100微摩尔/升）；N3+MT：90公斤氮/公顷+叶面喷施褪黑素（100微摩尔/升）。结果显示，在两年中，与仅施用氮而不施用MT的情况相比，叶面喷施MT显著减少了N?O的排放（分别为49.51%、61.84%和73%）。实验结果表明，无论氮供应水平如何，叶面喷施MT都能显著提高水稻籽粒产量。褪黑素的供应显著增强了叶片的光合作用速率并降低了细胞间二氧化碳浓度，从而提高了同化物的产生和籽粒产量。在氮供应量减少的情况下（N2和N3处理），叶面喷施MT还增强了茎和籽粒中的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGP）和淀粉合成酶（StS）以及α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性，使得2023年和2024年的籽粒产量分别提高了29.17%和21.61%，以及31.48%和23.33%。此外，氮供应量减少时喷施褪黑素还显著增加了与茎和籽粒中蔗糖运输相关的基因（OsSUT1、OsSUT2、OsSWEET4和OsSWEET11）的表达，进一步提高了籽粒产量。进一步的研究发现，N1+MT和N2+MT处理在两年中的产量相同，表明采用这种做法可以节省20%的氮用量。因此，通过叶面喷施MT，在氮供应量减少的情况下，可以通过提高光合作用效率、淀粉代谢酶的活性、基因表达和干物质产量来增加水稻产量并减少N?O排放。