小麦亲本及其杂交后代苗期氮代谢相关指标的遗传与表达差异

【目的】分析小麦氮代谢相关指标的遗传与表达差异，为选育小麦氮高效品种提供理论依据。【方法】选用6个不同氮效率小麦品种及其组配的3个杂交组合，采用霍格兰营养液进行苗期试验，设置3个氮水平：低氮（LN）、正常供氮（CK）、高氮（HN），分别为0.2、4和8 mmol·L-1，在3个氮水平下对小麦苗期形态、氮代谢相关酶、氮含量和氮素积累量进行遗传分析，同时探讨了根叶的氮代谢相关基因的表达量差异。【结果】根长和根鲜重在低氮水平下明显高于正常供氮，杂种优势表现为负向。苗高和苗鲜重随着氮水平的增加呈抛物线增长趋势，杂种优势表现为超中亲甚至超高亲。根长随氮水平增加先大幅降低后趋于平缓，而苗高则先大幅下降后趋于平缓。根苗鲜重变化规律与根长和苗高一致。根含氮量随着氮水平增加呈上升趋势，而叶片含氮量和氮素积累量则先大幅升高后小幅下降，高氮水平下根叶含氮量杂种优势显著。硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性均随着氮水平升高而升高，硝酸还原酶活性的杂种优势均为负向，而谷氨酰胺合成酶活性表现为正向杂种优势。硝酸还原酶活性的杂种优势变化与根系性状基本一致，谷氨酰胺合成酶活性杂种优势与地上部幼苗性状基本一致。根系硝酸转运蛋白的3个基因的表达量趋势一致，均随着氮水平升高呈先大幅下降后趋于平缓，且杂种优势整体表现为正向。叶片NRT1.1和GS1c的表达量均随着氮水平增加呈先大幅上升后小幅下降趋势，杂种优势整体表现为正向。小麦根系与叶片NRT1.1的表达变化趋势不一致，根系NRT1.1的表达量在氮胁迫时大幅升高，而叶片NRT1.1的表达量在氮胁迫时大幅下降。综合所测15项指标结果显示，在低氮水平下低氮高效品种YM35和高氮水平下高氮高效品种DK138多数指标较高。组合YM35×DK138是由低氮高效品种和高氮高效品种杂交而成，该组合在低氮水平15项指标中有10项指标较高，且在正常供氮和高氮水平下有6项和5项指标较高。【结论】与氮素吸收密切相关的根系指标随着氮水平增加先大幅下降后趋于平缓。与氮素利用相关的指标和基因表达随着氮水平增加先大幅增加后趋于平缓。3个组合在不同氮水平下大多数指标表现为正向杂种优势。以低氮高效和高氮高效品种作亲本组配利于在低氮环境下对优良后代的选择，以氮高效品种作亲本有利于后代在正常供氮时的生长。