張小祥 肖寧 張新缽 沈衛(wèi)華 季紅娟 李育紅 潘存紅 吉春明 吳政 吳云雨 蔡躍 劉建菊 余玲 陳梓春 時(shí)薇 張秀琴 劉廣青 周長(zhǎng)海 姚友禮 黃年生 李愛(ài)宏

摘要： 為明確新型小麥種衣劑（JML）對(duì)遲播冬小麥幼苗生長(zhǎng)及碳、氮代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響，以揚(yáng)麥23、揚(yáng)麥24為試驗(yàn)材料，分析JML包衣處理后遲播冬小麥在種子活力、根系特征、干物質(zhì)積累及碳、氮代謝相關(guān)基因表達(dá)等方面的變化特征。結(jié)果表明，JML處理后，揚(yáng)麥23、揚(yáng)麥24的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率顯著提高。莖葉與根器官中干物質(zhì)積累增加，顯著提高了植株氮積累量。根長(zhǎng)、根表面積、根體積及根直徑增加，與對(duì)照相比差異顯著。JML處理提高了氮代謝中氮素吸收利用關(guān)鍵基因TaNRT1.1、TaNR、TaNIR、TaGS1、TaGS2等在幼苗植株中的表達(dá)水平，差異顯著，但顯著抑制了銨態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因TaAMT1.2的表達(dá)水平，促進(jìn)了碳代謝中與光合作用密切相關(guān)的 TaClpP 、 TaRBC 、 TaPSB 基因的表達(dá)。因此，JML處理可以顯著改善遲播冬小麥的種子活力，提高根系綜合素質(zhì)，增加苗期硝態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、同化水平和葉片的碳同化能力，最終增加苗期植株干物質(zhì)積累。

關(guān)鍵詞： 冬小麥; 幼苗; 種子包衣劑; 氮、碳代謝; 基因表達(dá)

中圖分類號(hào)： Q786?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? 文章編號(hào)： 1000-4440（2022）03-0625-10

Response of the late sowing winter wheat seedling stage and carbon and nitrogen metabolism related gene expression to the new wheat seed coating agent JML

ZHANG Xiao-xiang 1 ， XIAO Ning 1 ， ZHANG Xin-bo 2 ， SHEN Wei-hua 3 ， JI Hong-juan 1 ， LI Yu-hong 1 ， PAN Cun-hong 1 ， JI Chun-ming 1 ， WU Zheng 1 ， WU Yun-yu 1 ， CAI Yue 1 ， LIU Jian-ju 1 ， YU Ling 1 ， CHEN Zi-chun 1 ， SHI Wei 1 ， ZHANG Xiu-qin 1 ， LIU Guang-qing 1 ， ZHOU Chang-hai 1 ， YAO You-li 2 ， HUANG Nian-sheng 1 ， LI Ai-hong 1

（1.Institute of Agricultural Sciences of the Lixiahe District in Jiangsu Province/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops， Yangzhou 225007， China; 2.College of Agriculture， Yangzhou University/Jiangsu Provincial Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology， Yangzhou 225009， China; 3.Jiangsu Dazhong Farm Group Co.， Ltd.， Dafeng 224135， China）

Abstract： In order to clarify the effects of the new wheat seed coating agent （JML） on the growth of late sowing winter wheat seedlings and the expression of carbon and nitrogen metabolism-related genes， Yangmai23 and Yangmai24 were used as test materials to analyze the characteristics of seed vigor， root characteristics， dry matter accumulation， and expression of genes related to carbon and nitrogen metabolism of the late sowing winter wheat after JML treatment. The results showed that the germination vigor and germination rate of Yangmai23 and Yangmai24 were significantly improved after JML treatment. Dry matter accumulation in stems， leaves and root organs increased， which significantly increased plant nitrogen accumulation. Root length， root surface area， root volume and root diameter increased， which were significantly different compared with the control.? JML treatment increased the expression levels of TaNRT1.1， TaNR， TaNIR， TaGS1， TaGS2 and other key genes for nitrogen obsorption and utilization in seedlings plants during nitrogen metabolism， and the difference was significant （ P <0.05）. However， the expression of the ammonium nitrogen transporter gene TaAMT1.2 was significantly inhibited， and the expression of ?TaClpP ， ?TaRBC ?and ?TaPSB ?genes closely related to photosynthesis in carbon metabolism was promoted. Therefore， JML treatment can significantly improve the seed vigor of late-sown winter wheat， improve the overall quality of the root system， increase the level of nitrate nitrogen absorption and assimilation at the seedling stage and the carbon assimilation capacity of the leaves， and ultimately increase the dry matter accumulation of the plant at the seedling stage.

Key words： winter wheat; seedling; seed coating agent; carbon and nitrogen metabolism; gene expression

稻麥兩熟是長(zhǎng)江中下游區(qū)域農(nóng)作物的主要種植方式 [1] 。近年來(lái)，由于水稻品種生育期延遲、騰茬晚，造成稻茬小麥遲播、晚播，影響小麥適期播種，這已成為冬小麥獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的主要障礙 [2-3] 。生產(chǎn)上為了保證群體質(zhì)量，往往通過(guò)增加用種量及增施氮肥的手段來(lái)調(diào)節(jié)，有的地區(qū)小麥用種量已經(jīng)達(dá)到350 kg/hm2 ，甚至更高 [4] ，氮肥施用量（純N）則達(dá)到270 kg/hm2? [2] ，如此高的用種量與氮肥投入量造成生產(chǎn)成本過(guò)高，肥料利用率下降，農(nóng)業(yè)面源污染加重 [5-6] 。另外，在不同地區(qū)由于土壤、栽培方式等因素，存在小麥種子出苗率和成苗率不高，苗弱不壯、病害重等生產(chǎn)問(wèn)題，幼苗素質(zhì)整體不高，難以達(dá)到壯苗入冬，這對(duì)小麥越冬及后期生長(zhǎng)帶來(lái)一系列不利影響，從而最終影響小麥的產(chǎn)量與品質(zhì)。遲播冬小麥生產(chǎn)中，苗期如何培育健壯的個(gè)體，提高苗期群體質(zhì)量，是目前稻茬冬小麥高產(chǎn)抗逆栽培研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。有研究結(jié)果 [7] 表明，通過(guò)外源調(diào)節(jié)劑處理可以一定程度上緩解小麥遲播凍害問(wèn)題，但對(duì)提高遲播小麥種子活力的問(wèn)題還缺少有效的解決途徑。為解決這一難題，除通過(guò)選擇良種及增加用種量外，研發(fā)出既能提高種子出苗率和成苗率，又能增加氮素吸收利用的新型小麥種衣劑就顯得極為迫切。

硝態(tài)氮與銨態(tài)氮是小麥根系吸收利用氮素的主要類型，氮同化是小麥吸收氮素的第一階段，并直接關(guān)系到植株對(duì)氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)及氨基酸等含氮化合物合成，同時(shí)氮素也作為信號(hào)調(diào)節(jié)著植株的生長(zhǎng)與發(fā)育 [7-9] 。硝態(tài)氮在植株體內(nèi)通過(guò)硝酸還原酶（ NR ）、亞硝酸還原酶（ NiR ）的作用還原為銨態(tài)鹽，銨態(tài)鹽繼續(xù)在谷氨酸合成酶（ GOGAT ）、谷氨酞胺合成酶（ GS ）等主要功能酶作用與調(diào)控下參與各種氨基酸等含氮化合物的合成與轉(zhuǎn)化，從而參與植株體內(nèi)碳水化合物的形成 [10-14] 。但目前在專用種衣劑或外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑作用下植株碳、氮代謝相關(guān)基因表達(dá)模式尚未見(jiàn)報(bào)道。

種衣劑是一種包裹于種子表面的肥料農(nóng)藥復(fù)合物，主要包括殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、微量元素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等，對(duì)作物生長(zhǎng)尤其苗期生長(zhǎng)具有顯著的正向促進(jìn)效應(yīng)，在水稻、玉米等作物上報(bào)道較多 [15-18] 。已有研究結(jié)果表明，盡管水稻的正向促進(jìn)效應(yīng)的大小隨作物品種類型（基因型）不同有差異，但在不同栽培方式下均能夠顯著提高苗期植株的碳、氮吸收能力和植株可溶性蛋白質(zhì)等含量，促進(jìn)分蘗發(fā)生和干物質(zhì)積累，為后期高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)群體的構(gòu)建奠定基礎(chǔ) [15] 。新型小麥種衣劑（JML）是江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所自主研制的小麥專用種衣劑，具有顯著的壯苗、齊苗功能，但對(duì)苗期壯苗的相關(guān)影響及其內(nèi)在的調(diào)節(jié)機(jī)制仍不清楚。本研究旨在分析新型小麥種衣劑（JML）在水稻秸稈全量還田下對(duì)遲播冬小麥苗期生長(zhǎng)效應(yīng)的影響，以期通過(guò)外源種衣劑來(lái)調(diào)控遲播冬小麥存在個(gè)體弱、群體質(zhì)量不高等難題，對(duì)于緩解或解除小麥遲播造成的弱苗與氮素利用率低等問(wèn)題具有重要意義，為遲播稻茬小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)與苗期抗逆栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017-2019年連續(xù)2年在江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，前茬為水稻。試驗(yàn)地田塊土質(zhì)為沙壤土，土壤肥力中等，pH值7.51。耕作層0～ 20 cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量19.21 g/kg ，速效磷20.16 mg/kg ，速效鉀62.37 mg/kg ，堿解氮89.27 mg/kg ，全氮1.56 g/kg ，全磷0.98 g/kg ，全鉀12.18 g/kg 。供試品種為揚(yáng)麥23（YM23，強(qiáng)筋型）、揚(yáng)麥24（YM24，弱筋型），種衣劑為新型小麥專用種衣劑（JML），清水包衣為對(duì)照（CK）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該地區(qū)當(dāng)年正常播期為10月25日，本試驗(yàn)播期為11月15日，遲播21 d，用種量127.5 kg/hm2 。以品種為主區(qū)，種衣劑處理為裂區(qū)。每品種分別進(jìn)行JML包衣處理和清水包衣對(duì)照處理，每處理30 m 2 ，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。所有水稻秸稈全量還田，總施氮量（純N）270 kg/hm2 ，其中基肥、追肥各50%，磷肥（P2 O5? ）和鉀肥（K2 O）各105 kg/hm2 ，磷肥和鉀肥全部作基肥，其他管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。包衣參照張小祥等 [15-16] 作物種子包衣的制作方法進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與測(cè)定方法

1.3.1 種子活力調(diào)查 參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程（GB/T3543.4-1995）的方法，并略有改進(jìn)，進(jìn)行小麥種子發(fā)芽試驗(yàn) [19] 。在智能光溫培養(yǎng)箱（型號(hào)：GZP250A）中用營(yíng)養(yǎng)缽進(jìn)行種子活力測(cè)試，營(yíng)養(yǎng)缽高11.8 cm，外徑14.4 cm，內(nèi)徑13.5 cm，內(nèi)裝水分飽和土壤1 200 ?g，每營(yíng)養(yǎng)缽播正常小麥種子50粒，每處理播4缽，重復(fù)3次。設(shè)置常溫和低溫2種溫度處理，常溫處理：白天8∶00至 18∶00 溫度控制在25 ℃，夜間18∶00至 第2 d 8∶00 溫度控制在20 ℃;低溫處理：白天8∶00 至18∶00 溫度控制在20 ℃，夜間18∶00 至第2 d 8∶00 ，溫度控制在15 ℃。測(cè)定種子發(fā)芽率（ GP ），發(fā)芽勢(shì)（ GE ）和活力指數(shù)（ SVI ），其中 GP =7 d內(nèi)總發(fā)芽粒數(shù)/總粒數(shù)×100%; GE =3 d內(nèi)總發(fā)芽粒數(shù)/總粒數(shù)×100%; SVI = GP× S ， S 為發(fā)芽結(jié)束后正常植株的干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.2 干物質(zhì)質(zhì)量與吸氮量測(cè)定 發(fā)芽后每隔7 d，連續(xù)28 d，每處理分別取60株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，分為地上部與根系兩部分，烘箱中106 ℃殺青42 min，于85 ℃持續(xù)烘干至恒質(zhì)量后分別稱各部位干物質(zhì)質(zhì)量。植株干物質(zhì)質(zhì)量=地上部莖葉干物質(zhì)質(zhì)量+地下部根系干物質(zhì)質(zhì)量。

在第22 d和第30 d，分別取100株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，將植株殺青、烘干后研磨成粉末，每個(gè)樣品取0.5 g置于消煮管中，使用濃硫酸定氮催化劑進(jìn)行消煮，用全自動(dòng)凱氏定氮儀（型號(hào)：FOSS Kijeltec 8400）測(cè)定植株莖、葉中含氮量。氮積累量=干物質(zhì)質(zhì)量× 含氮量。

1.3.3 根長(zhǎng)、根平均直徑及根表面積測(cè)定 每處理在不同時(shí)期取60株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，采用全自動(dòng)根系掃描分析儀進(jìn)行掃描，然后用根系分析系統(tǒng)（北京澳作生態(tài)儀器有限公司產(chǎn)品）分析總根長(zhǎng)、根體積、根系平均直徑和根表面積。

1.3.4 不同器官總RNA的提取 在四葉一心期將小麥幼苗分為地上部和地下部，每個(gè)樣本3次重復(fù)。在冰上快速分別取新鮮的葉片和根系，用錫箔紙?jiān)诒线M(jìn)行包裹后，立即放入盛有液氮的泡沫盒中冷凍。在超凈工作臺(tái)采用Trizol試劑法提取葉片和根系中總RNA，通過(guò)Tiangen試劑盒[天根生化科技（北京）有限公司產(chǎn)品]將RNA反轉(zhuǎn)錄成單鏈cDNA。

1.3.5 引物的設(shè)計(jì)與合成 按照熒光實(shí)時(shí)定量qRT_PCR引物相關(guān)設(shè)計(jì)原則，利用Beacon designer 7.0 軟件設(shè)計(jì)與目的基因相關(guān)的特異性引物。以小麥植株內(nèi) TaActin 基因的表達(dá)水平作為內(nèi)參 [14] ，試驗(yàn)所用引物見(jiàn)表1。

1.3.6 實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qRT-PCR） 參照TaKaRa SYBR Green II定量試劑盒的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行qRT-PCR反應(yīng)體系的配置，qRT-PCR采用CFX96 TM 實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀（美國(guó)伯樂(lè)公司產(chǎn)品）進(jìn)行。定量總反應(yīng)體系為11 μl，其中引物為2 μl，模板cDNA為1 μl，MIX混合液為4 μl，去RNA酶水為4 μl，重復(fù)3次，樣品處理重復(fù)3次?；虮磉_(dá)量計(jì)算方法：目的基因相對(duì)表達(dá)量=2 -△△ Ct? ，其中，△△ Ct =樣品基因△ Ct ?- 參比樣品△ Ct ，樣品基因△ Ct =內(nèi)參基因 Ct ?- 目的基因 Ct ，參比樣品△ Ct =參比樣品內(nèi)參基因 Ct ?- 參比樣品目的基因 Ct 。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理 2年數(shù)據(jù)變化規(guī)律一致，本研究選擇2018-2019年度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Sigmaplot 10.0作圖，采用SPSS Statistic 22軟件進(jìn)行方差分析，各處理的比較采用最小顯著差數(shù)測(cè)驗(yàn)法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型小麥種衣劑JML對(duì)小麥種子活力的影響

種子活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率特征和具體生長(zhǎng)量的綜合反映，是作物種子萌發(fā)質(zhì)量的重要指標(biāo)。從表2中可以看出，新型小麥種衣劑JML處理后，常溫下兩品種間發(fā)芽趨勢(shì)一致，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率較空白對(duì)照（CK）平均提高11.67%和5.67%，差異顯著（ P < 0.05），活力指數(shù)較對(duì)照平均增幅26.98%，達(dá)顯著水平。在低溫處理下，兩品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率較CK平均提高5.50%和8.67%，差異顯著（ P < 0.05）。表明新型小麥種衣劑JML能夠明顯提高遲播冬小麥在常溫和低溫下的種子活力，增加出苗率，可減少用種量。

2.2 新型小麥種衣劑JML對(duì)小麥幼苗干物質(zhì)積累的影響

苗期干物質(zhì)積累的快慢在一定程度上反映了植株生長(zhǎng)勢(shì)的強(qiáng)弱，在小麥遲播條件下苗期干物質(zhì)積累的快慢尤為重要。從圖1中可以看出，兩品種間變化趨勢(shì)一致。在幼苗期JML處理過(guò)的幼苗莖葉及根器官干物質(zhì)積累在第7 d、第14 d、第21 d及第28 d均超過(guò)同期對(duì)照，莖葉超過(guò)對(duì)照12.84%、14.43%、11.38%及12.94%，根超過(guò)對(duì)照12.75%、13.89%、15.83%和15.42%，差異均達(dá)極顯著水平（ P < 0.01）。表明JML有效促進(jìn)了遲播小麥在幼苗階段地上部、地下部干物質(zhì)的積累，提高了植株苗期的綜合素質(zhì)，利于壯根壯苗。

2.3 新型小麥種衣劑JML對(duì)小麥幼苗氮素積累的影響

氮積累量的大小與植株生長(zhǎng)程度密切相關(guān)。從表3中可以看出，JML處理后，兩品種植株地上部吸氮量變化趨勢(shì)一致，在第22 d、第30 d植株整體氮積累量較空白對(duì)照（CK）平均提高14.00%和10.96%，差異顯著（ P < 0.05），但植株含氮量并沒(méi)有顯著變化（ P > 0.05）。表明JML處理能夠明顯提高植株的干物質(zhì)質(zhì)量，進(jìn)而提高遲播冬小麥植株的整體氮積累量，從而利于植株生長(zhǎng)，增強(qiáng)苗期抗逆性。

2.4 新型小麥種衣劑JML對(duì)小麥幼苗根系形態(tài)的影響

JML處理對(duì)小麥幼苗地下根系生長(zhǎng)產(chǎn)生了明顯的正向促進(jìn)作用（圖2）。從根系平均根長(zhǎng)來(lái)看，隨著生育進(jìn)程的推移，兩品種在第3 d、第6 d、第9 d、第12 d及第15 d的單株根系平均根長(zhǎng)超過(guò)對(duì)照18.12%、30.72%、18.38%、18.85%及21.68%，差異達(dá)顯著水平（ P < 0.05）（圖2A）。根系表面積平均顯著增加14.16%、21.32%、16.53%、14.19%和15.75%（圖2B）。根系平均直徑平均超過(guò)對(duì)照11.77%、8.86%、12.64%、13.24%和10.09%（圖2C），差異均達(dá)顯著水平（ P < 0.05）。根體積平均超過(guò)對(duì)照18.78%、10.25%、10.24%、14.43%和32.45%（圖2D），差異均達(dá)顯著水平（ P < 0.05）。上述結(jié)果表明，JML處理顯著增加了遲播小麥幼苗的根系整體素質(zhì)。

2.5 新型小麥種衣劑JML對(duì)氮轉(zhuǎn)運(yùn)基因 TaNRT 、 TaAMT 表達(dá)的影響

JML處理顯著提高了氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 NRT 、 AMT 基因的表達(dá)水平（圖3）。對(duì)于硝態(tài)氮（NO-3 -N）中的氮轉(zhuǎn)運(yùn)，JML處理后轉(zhuǎn)運(yùn)TaNRT1.1基因在葉片中表達(dá)水平平均提高1.35倍，差異顯著（ P < 0.05），而在根中表達(dá)水平與CK相比顯著下降2.31倍（ P < 0.05），從數(shù)值大小來(lái)看JML處理后 NRT 在根與莖的整體組合中顯著超過(guò)CK（圖3）。對(duì)于銨態(tài)氮（NH+4 -N）轉(zhuǎn)運(yùn)，JML處理后轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TaAMT1.2在根中的表達(dá)量顯著低于CK，兩品種平均降幅為1.89倍（ P < 0.05），而在莖葉中其表達(dá)量與CK在兩品種間差異均不顯著（ P > 0.05）。另一硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族基因TaNRT2.1、TaNRT2.2在兩品種中變化趨勢(shì)一致，JML處理后在根系與葉片中表達(dá)量均顯著上調(diào)（圖3）。這些差異表明JML處理后具有促進(jìn)植株對(duì)不同形態(tài)氮素選擇性吸收，促進(jìn)了硝態(tài)氮在莖葉中的高效轉(zhuǎn)運(yùn)，但抑制了銨態(tài)氮在根系中的轉(zhuǎn)運(yùn)，這種差異應(yīng)該與植株體內(nèi)氮轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。

2.6 新型小麥種衣劑JML對(duì)氮同化過(guò)程中硝酸還原酶基因（ TaNR ）、亞硝酸還原酶基因（ TaNIR ）表達(dá)的影響

硝態(tài)氮吸收后轉(zhuǎn)運(yùn)輸送至植株各器官進(jìn)行同化作用，首先在硝酸還原酶（ NR ）的作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸根，亞硝酸根接著在亞硝酸還原酶（ NIR ）的催化下生成銨根離子，而 NR 是這一階段的關(guān)鍵限速酶。本研究發(fā)現(xiàn)JML處理后 TaNR 基因在植株根和葉片中均能檢測(cè)到表達(dá)，JML處理與對(duì)照在根中的表達(dá)水平差異不顯著（ P > 0.05），但在葉片中JML處理較對(duì)照增幅平均為4.34倍，差異顯著（ P < 0.05）（圖4）。從絕對(duì)值來(lái)看， TaNR 在植株中表達(dá)量占比優(yōu)勢(shì)從根中轉(zhuǎn)至葉片中，暗示硝酸鹽同化為亞硝酸鹽過(guò)程中的高效化。另外， TaNIR 表達(dá)水平的變化與 TaNR 變化趨勢(shì)一致，在根、葉片中均有表達(dá)，且兩品種均在葉片中表達(dá)水平最高（圖4B），表明亞硝酸鹽向銨鹽轉(zhuǎn)化過(guò)程中的高效流暢性。

2.7 新型小麥種衣劑JML對(duì)氮利用基因TaGS1、TaGS2表達(dá)的影響

銨態(tài)氮需要在谷氨酰胺合成酶基因1（GS1）、谷氨酰胺合成酶基因2（GS2）的作用下生成谷氨酰胺，谷氨酰胺是進(jìn)行其他小分子代謝的底物。從圖5中可以看出，JML處理后根系中TaGS1的表達(dá)水平顯著下降，差異顯著（ P < 0.05），但在莖葉中表達(dá)水平未下降，與CK無(wú)顯著差異（ P > 0.05）。

從圖5中可以看出，基因TaGS2屬于組成型表達(dá)，在根中表達(dá)量極低，但在葉片中高效表達(dá)。JML處理后TaGS2在兩品種葉片中均顯著上調(diào)，與CK均差異極顯著（ P < 0.01）。TaGS1、TaGS2的表達(dá)趨勢(shì)不一致，推測(cè)可能與GS1主要為胞質(zhì)型，而GS2為葉綠素型有關(guān)，兩者受不同的氮代謝通路所調(diào)控。

2.8 新型小麥種衣劑JML對(duì)碳代謝途徑基因 TaClpP 、 TaPSB 和 TaRBC 表達(dá)的影響

光合作用是植物利用光能，同化CO2 制造碳水化合物的主要過(guò)程。光合基因 TaClpP 固定在葉綠體器官中，主要在小麥特定發(fā)育階段表達(dá)。從圖6中可以看出，JML處理后， TaClpP 在根中表達(dá)微量，品種間差異不大（ P > 0.05），而在葉片中則表達(dá)水平較高，表達(dá)量與對(duì)照相比差異顯著（ P < 0.05）。

TaPSB （光合系統(tǒng)b）基因和 TaRBC （核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶）基因是植物光系統(tǒng)反應(yīng)中比較重要的2個(gè)基因，與CO2吸收與同化密切相關(guān)。從圖7可以看出，在CO2 吸收與同化過(guò)程中 TaPSB 和 TaRBC 基因具有組成型表達(dá)的特點(diǎn)，在兩品種根系中均未檢測(cè)到表達(dá)，而在葉片中兩者均高效表達(dá)。JML處理后小麥苗期葉片表達(dá)水平高于對(duì)照，差異顯著（ P < 0.05）。 TaRBC 是光合作用C3反應(yīng)中重要的羧化酶， TaRBC 基因表達(dá)上調(diào)表明JML處理后植株葉片對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)碳即CO2 的吸收更加高效，加速碳水化合物的形成。

3 討 論

遲播冬小麥在苗期常伴隨低溫、凍害等不利因素，嚴(yán)重影響苗期的小麥群體質(zhì)量 ?[3，20] 。合理的苗期群體結(jié)構(gòu)是保障冬小麥實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前期物質(zhì)基礎(chǔ)，播種期延遲易引起出苗率降低、幼苗素質(zhì)弱和群體干物質(zhì)積累下降等問(wèn)題 [3] 。前人通過(guò)加大播種量和增施氮肥等常規(guī)解決途徑進(jìn)行調(diào)控，但均不易形成冬前壯苗 [3，21] 。趙紅梅等 [22] 的研究結(jié)果表明，旱地小麥逆境栽培通過(guò)膜覆土或膜際條播的方式獲得增溫效應(yīng)使得小麥出苗時(shí)間提前，從而增加群體分蘗，促進(jìn)冬前壯苗。另有研究發(fā)現(xiàn)，遲播小麥通過(guò)增加用種量能保證產(chǎn)量，但增加了莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度，影響了株型和群體質(zhì)量，增加小麥后期倒伏風(fēng)險(xiǎn) [2] 。本研究結(jié)果表明，JML處理小麥種子后顯著提高植株干物質(zhì)質(zhì)量與植株氮積累量，培育了健壯個(gè)體，能夠增加遲播冬小麥的低溫抗逆能力。種子活力指數(shù)是種子群體發(fā)芽速率和成苗率特征的綜合反映，是種子能否正常使用的直接體現(xiàn)。沈奇等 [23] 研究發(fā)現(xiàn)種衣劑應(yīng)用在油料作物紫蘇中可以顯著提高紫蘇種子活力，提高出苗率，增加幼苗生長(zhǎng)速度。本研究結(jié)果表明，JML處理小麥種子后可以顯著提高冬小麥發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及種子活力指數(shù)等各項(xiàng)關(guān)鍵生理指標(biāo)，增強(qiáng)遲播冬小麥的出苗率和成苗率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，減少大田用種量。

氮素是影響前期植物群體質(zhì)量和后期產(chǎn)量形成的關(guān)鍵元素，它參與植物體內(nèi)的重要生理代謝 [24] 。小麥吸收的氮素以硝態(tài)氮（NO-3 -N）為主，硝態(tài)氮是小麥根系直接吸收與同化的主要氮素形態(tài) [10，25] 。適量的氮肥增施能促進(jìn)作物地下根系的健壯發(fā)育，增加根長(zhǎng)、根體積和根質(zhì)量，促進(jìn)植株干物質(zhì)的積累 [24，26] 。本研究結(jié)果表明，JML處理有效增大了根長(zhǎng)、根直徑、根體積和根表面積，促進(jìn)了小麥根系的生長(zhǎng)，增加對(duì)土壤水分與養(yǎng)分的吸收，利于培育壯根。已有研究結(jié)果顯示，在秈稻和粳稻苗期轉(zhuǎn)錄組分析中發(fā)現(xiàn)，調(diào)控壯苗有關(guān)氮素吸收的關(guān)鍵 Hub 基因表達(dá)水平不同，可能與植株吸收氮素的形態(tài)差異有關(guān) [27] 。遲播冬小麥盡管通過(guò)增施氮肥可以一定程度上增強(qiáng)幼苗素質(zhì)，但卻增加田間氮素的損失并降低氮素吸收利用率 [28] 。有研究結(jié)果表明，土壤中硝態(tài)氮的淋溶深度、淋失量與施氮量密切相關(guān)，在施氮量超過(guò)160 kg/hm2 的閾值后，硝態(tài)氮的淋失程度顯著上升，而氮素吸收利用率顯著下降 [29] 。 NR 是氮同化階段的關(guān)鍵限速酶和誘導(dǎo)酶基因，其表達(dá)量大小與作物的氮素吸收利用效率高低密切相關(guān) [30-31] 。本研究結(jié)果表明，JML處理促進(jìn)了遲播冬小麥苗期對(duì)土壤表層硝態(tài)氮的吸收與利用，提高了植株氮積累量，顯著提高了氮代謝中氮素吸收利用關(guān)鍵基因TaNRT1.1、 TaNR 、 TaNIR 、TaGS1、TaGS2等在植株中的表達(dá)水平，一定程度上降低了苗期氮素的損失，提高了氮素利用率。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，JML處理抑制了遲播冬小麥根系對(duì)土壤表層銨態(tài)氮（NH+4 -N）的吸收與利用，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TaAMT1.2基因的表達(dá)水平在揚(yáng)麥23、揚(yáng)麥24品種中顯著降低，但在葉片中的表達(dá)水平未有明顯變化。這表明JML處理有助于小麥葉片對(duì)硝態(tài)氮的選擇利用而降低了銨態(tài)氮利用，其內(nèi)在機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究。JML處理促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，應(yīng)該與其含有內(nèi)生真菌次生代謝產(chǎn)物有關(guān)的生物刺激素有關(guān)，而生物刺激素屬于植物免疫誘抗劑類型。有研究結(jié)果表明，生物刺激素在促進(jìn)植物生長(zhǎng)和增強(qiáng)抗病性方面表現(xiàn)出較高活性 [32-35] ，激發(fā)植物體內(nèi)水楊酸代謝通路，可誘導(dǎo)植株體內(nèi)活性氧（ROS）積累及相關(guān)基因的表達(dá)，同時(shí)有效增加根尖生長(zhǎng)素的含量，調(diào)節(jié)植株對(duì)氮素的吸收，以此促進(jìn)植物生長(zhǎng) [36] 。

碳代謝主要表現(xiàn)為二氧化碳的同化，在細(xì)胞中以氨基酸作為主要底物合成各種蛋白質(zhì)，參與植株體內(nèi)各種代謝活動(dòng) [26，37-38] 。 PSB 和 RBC 基因是植物光合系統(tǒng)反應(yīng)中比較重要的2個(gè)基因，是光合作用C3反應(yīng)中重要的羧化酶基因，與CO2吸收與同化密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，JML處理后植株葉片 TaPSB 和 TaRBC 表達(dá)量顯著上調(diào)，從碳代謝相關(guān)調(diào)控途徑來(lái)看，JML處理后葉片對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)碳即CO2 的吸收更加高效，從而加速碳水化合物的形成，利于遲播小麥植株生長(zhǎng)。植物體內(nèi)氮代謝與碳代謝互相影響。從提高遲播冬小麥幼苗質(zhì)量考慮，JML處理可提高植株碳、氮途徑上相關(guān)基因的表達(dá)水平，從而調(diào)控下游相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)量，最終增強(qiáng)遲播小麥幼苗的抗逆能力和群體質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）

收稿日期：2021-09-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-01-60）;江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（BE2018362）;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目[CX（18）1002， CX（19）3060];揚(yáng)州市社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目（YZ2019050）

作者簡(jiǎn)介：張小祥（1980-），男，江蘇東臺(tái)人，博士，副研究員，主要從事作物栽培與壯苗生理調(diào)控。（E-mail）zhngyz@126.com

通訊作者：姚友禮，（E-mail）youyl@yzu.edu.cn;黃年生，（E-mail）jsyzhns@163.com